کاربرد پس کشیدگی در ساخت سازههای ساختمانی
اولین بار مکانیزم پس کشیدگی به عنوان سیستم سقف، در اواسط دهه 50 استفاده شد. اکثریت سیستم های سقف پس کشیده در آن زمان، به صورت روش ساخت کف های بالارونده lift slab method بود. مکانیزم پس کشیدگی به دلیل حل چالش های موجود در سقف بتن مسلح متعارف بالا رونده شامل وزن، خیز، ترک خوردگی به وجود آمد.
پس از آن، سیستم سقف پس کشیده به عنوان مهم ترین سیستم به کارگرفته شده در ساخت سقف های ساختمان های تجاری و مسکونی بود. بهترین و پرکاربرد ترین حالت این سقف ها کف های دو طرفهاست که ثابت شده که در هر دو نوع ساختمان های کم ارتفاع و ساختمان های مرتفع دارای عملکرد مناسب بوده و اقتصادی هستند. این نوع سقف ها در امریکا بسیار استفاده می شوند، تا حدی که در بعضی از مناطق تقریبا تمامی ساختمان های مهم و قابل توجه از این سیستم سقف استفاده کرده اند. شکل1 یکی از بیشترین تمرکز های کاربرد این سیستم ها را نشان می دهد.
شکل 1- اکثریت ساختمان های قابل توجه پس کشیده هستند.
مکانیزم پس کشیدگی محدود به ساخت و ساز ساختمانی نمی شود. اگر چه که، در این مطلب برخی از مثال هایی از کاربرد این سیستم را در ساختمان ها بیان می شود.
سیستم های سقف-دال تخت
دال های تخت نوعی از سیستم های سقف هستند که در آن ها سقف در برابر بار اعمالی مقاومت می کند، به صورتی که این سقف عاری از المان سازه ای تیر باشد؛ و دال کف المان اصلی سازه ای سیستم سقف می باشد. دال تخت شامل گام ها، بازشو ها، افزایش موضعی ضخامت اطراف ستون همچون سر ستون ها(column drops)، دراپ پنل ها (drop panel)و نوار های سقف (slab bands)می باشد. یک مدل کامپیوتری از یک دال تخت متداول در یک ساختمان چند طبقه در شکل 2 نشان داده شده است. در اکثریت طراح های بهینه برای ساختمان های مسکونی و تجاری، دال های تخت دارای دهانه ای بین 8 تا 10 متر دارند.
کاربرد در مناطق با خطر لرزه ای زیاد:
ساختمان های ساخته شده با استفاده از سیستم پس کشیده برای مناطق با خطر لرزهای بالا به دلیل وزن و ارتفاع کم و عملکرد دیافراگمی بهبود یافته که از پیش فشردگی حاصل می شود، بسیار مناسب هستند. شکل 3 نشان دهنده استفاده از سیستم پس کشیدگی در مناطقی از کالیفرنیا که جزء مناطق با خطر لرزه ای زیاد هستند، می باشند.
پس کشیدگی تنها محدود به ساختمان های بلند مرتبهنمی شود. تصویر 4 مثال هایی از کاربرد ساختمان های میان مرتبه در مناطق با خطر لرزه خیزی زیاد می باشند.
شکل 4- ساختمان میان مرتبه پس کشیده
کاربرد در مناطق با خطر نیروی باد زیاد
در مناطقی که باد زیاد همچون طوفان ها حاکم بر طراحی سیستم باربر جانبی ساختمان است، ساختمان های پس کشیده عملکرد مناسبی دارند. فلوریدا دارای مثال هایی از ساختمان های بلندمرتبه پس کشیده است که برای طراحی در برابر نیروهای باد بالا طراحی شده است. (شکل 5)
کاربرد در مناطق معمولی
ساختمان های پس کشیده نیاز نیست تا در مناطق با خطر لرزه ای بالا و یا مناطق با خطر باد بالا قرار بگیرند تا گزینه ای اقتصادی محسوب شوند و عملکرد مناسبی داشته باشند. تعداد زیادی از کاربرد های متعدد این سازه ها در شرایط محیطی و بار متفاوت در مناطق با شرایط آبی بسیار ناملایم خلیج فارس و شرایط محیطی مناسب آرژانتین وجود دارد. شکل6 نمونه های از این سیستم در شهر لندن می باشد.
شکل6-ساختمان پس کشیده در شهر لندن
سیستم های سقف-تیر دال
هنگامی که نسبت ابعادی پانل های سقف از 2 بیشتر باشد، اغلب استفاده از سیستم های تیر دال در مقایسه با سیستم های دال تخت اقتصادی تر است. استفاده از این سیستم برای ساختمان های با کاربری پارکینگ بسیار مناسب است. شکل 7 مثالی از چنین سیستمی است. مثال های دیگر در اشکال7 و 8 نشان داده شده است. سازه پارکینگ در شکل 8 با استفاده از سیستم تیردال پس کشیده، غیر چسبنده ساخته شده در فرودگاه بین المللی کالیفرنیا در یکی از مناطق با خطر لرزه ای بسیار زیاد واقع شده است. یکی از دلایل استفاده از این طرح سازهای الزامات طراحی لرزهای این منطقه بوده به صورتی که ساختمان متعاقب با زلزله بزرگ پیشبینی شده قابل استفاده باقی بماند. هدف ساخت این سازه ایجاد یک محل برای توزیع ذخایر پزشکی و غذا بوده است. سازه تا به امروز بسیار خوب عمل کرده و حتی پس از زلزله لوما پریتاسال 1989 بسیار مناسب عمل کرده و بدون صدمه باقی ماند.
شکل7-نمای داخلی از یک سازه با سیستم تیر دال
شکل8- سازه پارکینگ در فرودگاه بین المللی کالیفرنیا
صفحات انتقال(transfer plate)
هنگامی که در طبقه هم کف یک ساختمان بلند مرتبه نیاز به وجود فضای باز است، یک راه حل آن است که اعضا تکیه گاهی طبقه فوقانی را بر روی یک کف با نام صفحه انتقال منقطع کرد. صفحه انتقال بار ها ستون ها و دیوار های تکیه گاهی رو سازه را دریافت کرده و آن ها را به تعداد محدود عناصر تکیه گاهی زیرین که دارای فواصل بیشتری هستند، انتقال می دهد. در شکل 9 نمونه ای از کاربرد صفحه انتقال برای فراهم کردن فضای مورد نیاز برای قطار مشاهده می شود. شکل 10 نشان دهنده کاربرد صفحه انتقال در یک ساختمان در ماکائو را نشان می دهد. این ساختمان با بیش از 80 طبقه بر روی یک صفحه انتقال پس کشیده 3.5 متری مهار شده و همراه با سر ستونها، ارتفاع کلی دال را به 5.5 متر در تکیه گاه ها می رسانند. در این شکل مدل کاپیوتری که برای تحلیل و طراحی دال تهیه شده است، تعداد زیادی از دیوار های رو سازه را نشان می دهد که بر روی صفحه انتقال با تنها تعداد اندکی تکیه گاه زیرین خود مهار شده است.
برای تسهیل ساخت این صفحه انتقال که 30 متر بالاتر از تراز زمین قرار دارد، روش ساخت دو لایه ای(two layer construction) اتخاذ شد، بدین ترتیب که ابتدا لایه زیرین با ضخامت 1 متر ریخته شده و به گونه ای طراحی می شود که وزن لایه 2.5 متری فوقانی را تحمل کند. حال سیستم ترکیبی به گونه ای طراحی می شود که نیروی حاصل از تراز فوقانی را تحمل کند. همان طور که در شکل 12 مشاهده می شود، تاندون های پس کشیدگی در هر دو لایه تحتانی و فوقانی پیش از آن که لایه زیرین ریخته شده و تنیده شود، نصب شده اند.
شکل11- صفحه انتقال که نشان دهنده هر دو لایه 1 متری تاندون زیرین و تاندون های تمام ارتفاع است.
کاربرد سقف های پس کشیده-قسمت دوم
در این مطلب شالوده گسترده با استفاده از سیستم پس کشیدگی معرفی شده و با شالوده های بتن مسلح متعارف مقایسه می شود. سپس مزایای استفاده از سیستم پس کشیدگی در کف های صنعتی و شالوده های سطحی بیان می شود.
شالوده گسترده
هنگامی که فشار قابل تحمل مجاز برای مقاوت در برابر تنش های بیشینه در تراز زیرین دیوار ها و ستون ها کفایت نمی کند، اما سطح مقطع کل خاک زیرین سازه برای مقاومت در برابر نیروی کل دارای اندازه مورد نیاز است، شالوده گسترده(حصیری،الواری) یک راه حل مناسب می باشد.
شالوده گسترده یک دال با ضخامت یکنواخت است که اغلب تمامی سطح زیرین سازه را می پوشاند؛ عملکرد آن برای توزیع نیرو به صورتی است که فشار خاک به مقادیر مجاز کاهش یابد. شکل 1 امتیاز و کاربرد پس کشیدگی را در شالوده های گسترده نشان می دهد.
در بتن مسلح متعارف هنگامی که ضخامت شالوده به اندازه کافی نیست، نیروی اعمال شده فوقانی بر روی تمامی سطح شالوده به اندازه کافی توزیع نمی شود. در صورتی که تمرکز تنش در تراز زیرین بار از نیروی قابل تحمل مجاز بیشتر باشد(شکل1.a) برای حصول توزیع مناسب نیرو، ضخامت شالوده می بایست افزایش یابد.(شکل 1.b)
برای یک ساختمان 30 طبقه وابسته به تکیه گاه ها، ضخامت شالوده گسترده مورد نظر در می تواند در بازه 2.4 تا 3 متر قرار بگیرد. به صورت جایگزین، در صورتی که شالوده گسترده به صورت پس کشیدهباشد، تاندون ها می توانند به گونه ای در نظر گرفته شوند که بر خلاف نیروی اعمالی عمل کنند و بار های اعمالی را بر روی یک سطح بیشتر توزیع کنند.(شکل1.c)
یک فنداسیون گسترده پس کشیده که به خوبی طراحی شده باشد، می تواند تا 40 درصد نازک تر از حالت مشابه خود به صورت بتن مسلح متعارف باشد. مثال هایی از شالوده های گسترده پس کشیده با استفاده از تاندون های غیر چسبنده در شکل 2مشاهده می شود؛
شکل2-شالوده گسترده پس کشیده
شالوده های گسترده پس کشیده می توانند گزینه ای بسیار اقتصادی باشند، علاوه بر آن که ضخات و مقدار آرماتور های مورد نیاز دال را نیز کاهش می دهند.
سازه های صنعتی متکی به زمین
در محوطه های انبارهای صنعتی، همانندشکل 3، جرثقیل هایی برای انبار و برداشتن بارها از قفسه‌های چندین طبقه استفاده می شود. یک سطح صاف و بدون ترک دارای بالاترین اهمیت برای عملکرد مناسب جرثقیل ها را دارد. دال های پیوسته پس کشیده برای فراهم سازی سطح هموار مورد نیاز حرکت جرثقیل ها و یا سایر تجهیزات باربرداری گزینه مناسبی است.
شکل3-دال پس کشیده کف صنعتی
شکل3- دال بتن مسلح متعارف کف صنعتی
مطابق شکل فوق دال های صنعتی بتن مسلح متعارف، علاوه بر آن که در معرض ترک های ناشی از افت قرار دارد، توانایی تغییرات به وجود آمده در خاک زیرین را به اندازه انعطاف پذیری جایگزین پس کشیده خود ندارد.
شالوده های سطحی(SOG)
بیشترین کاربرد پس کشیدگی در ساختمان های آمریکا متعلق به شالوده های ساختمان های مسکونی و صنعتی سبک بر روی خاک های منبسط شونده است. بیش از نیمی از وزن استرند های پس کشیدگی استفاده شده در آمریکا به چنین شالوده هایی تعلق دارد؛ استفاده پرکاربرد دیگر متعلق به سازه های ساختمانی است.
به صورت سنتی، در سایر کشور ها کاربرد اصلی پس کشیدگی در پل ها و سازه های خاص و در نهایت ساختمان های مسکونی و تجاری است. اگرچه که این مسئله به سرعت در حال تغییر است به این دلیل که پیمانکاران و کارفرمایان از مزایای استفاده از این سیستم در ساختمان ها اگاه شده اند.
شالوده های سطحی(SOG) پس کشیده اغلب در نواحی استفاده می شود که تغییرات فصلی رطوبت با خاک های منبسط شونده، همساز شده و در نتیجه تغییرات چشمگیر در حجم خاک مطابق با شکل 5 مشاهده می شود.
شکل5-مثالی از خاک های منبسط شونده در معرض تغییرات فصلی حجمی
شکل 6 بیان گر تفاوت بین ته نشینی تفاضلی ماندگار که به دلیل تحکیم خاک زیرین به وجود می آید و تغییرات فصلی حجم را در پیرامون دال نشان می دهد.
شکل6-تغییرات فصلی و آهسته شالوده قرار گرفته بر روی خاک منبسط شونده
ساختمان های با وزن کم که عموما دارای شالوده های کم عمق هستند، خاک آن ها نسبت به تغییرات حجمی حساس است؛ شالوده های سطحی پس کشیده می توانند به گونه ای طراحی شوند که در ساختمان ها با محدود کردن حرکت شالوده اثرات فصلی را محدود کنند. عموما هدف محدود کردن تغییر شکل های سازه به اندازه ای است که منجر به تضعیف بهره برداری نشود.
دو حالت حد نهایی یک ساختمان سبک بر روی خاک منبسط شونده در شکل های 7 و 8 نشان داده شده است. بلند شدگی مرکز (و یا اسم مناسب تر افت لبه ها) هنگامی اتفاق می افتد که فقدان رطوبت منجر می شود که خاک اطراف محیط دال شالوده فروکش کند؛ که این مسئله در قسمت a تصویر نشان داده شده است. بلند شدگی لبه ها در فصول بارانی رخ می دهد، هنگامی که افزایش شدت رطوبت منجر به تورم خاک پیرامون دال شالوده می شود.حرکت خاک در حد فاصل این دو حالت نهایی می تواند از 100 میلی متر افزایش بیابد.
شکل7-اثرات حرکت خاک منبسط شونده بر روی ساختمان
مهندسی زمین شناس پروژه می بایست مقادیر این تغییر شکل ها را تخمین بزند. برای شرایط بلند شدگی لبه ها، مهندس می بایست دال را به گونه ای طراحی کند تا در برابر برکنش(بلندشدگی) مورد انتظار مقاومت کند. برای شرایط بلندشدگی مرکز، مهندس زمین شناس می بایست تخمین بزند که در چه طولی از لبه های دال محتمل است که جداشدگی بین دال و خاک اتفاق می افتد و قرار گیری دال را به صورت طره ای در این طول طراحی کند.
می بایست ذکر گردد که عدم توافق غیر قابل توجهی در ارتباط با مفاهیم مهندسی حاکم و روش های مناسب طراحی شالوده های سطحی(SOG) وجود دارد. بهترین روش طراحی آن است که طراحی بر اساس مفاهیم مهندسی با استفاده از مقادیر تغیر مکان ها باشد.
در آمریکا ترجیح بر آن است که از روش ساخت ضخامت یکنواخت همراه با تیر محیطی کم عمق استفاده شود. روش قابل قبول در مرتبه دوم ترکیب دال های با ضخامت کمتر همراه با تیر های داخلی می باشد. در هر دو روش طراحی، فولاد تقویتی تنها محدود به تاندون های پس کشیدگی می شود. در این دال هیچ مش و یا آرماتور های تقویتی دیگری مشاهده نمی شود. اگرچه که در محل ناپیوستگی ها می بایست از فولاد غیر پس کشیده استفاده شود.
می بایست ذکر شود که روش جایگزین که در آمریکا استفاده می شود، دال های مشبک است. در این روش در هر یک از بند های مشبک از یک استرند واحد به ضخامت 13mm استفاده می شود. حفره های تراز زیرین شبکه ها فرایند انبساط خاک را سهولت می بخشند؛ همچنین شیار های موجود در این سقف باعث افزایش سختی می شوند.
منبع:
«دپارتمان سازه سامانه کارگشا»
طراحی و اجرای ساختمان های پس کشیده-بیژن اعلامی
————————————————————————————————————————————–
برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه در خواست خود را در لینک های مربوطه، در قسمت عنوان سوال-سازه ثبت نموده و فایل های مورد نیاز را بارگذاری کنید.
3-سبک سازی و بهینه سازی محاسبات طراحی
3-طراحی سقف کامپوزیت عرشه فولادی و کامپوزیت سنتی
7- بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی
10- مباحث تکمیلی و پژوهشی سازه
-
-
-
-
-
-
-
