مشخصات فنی تيرچه‌های فوق مدرن پیش تنیده (اشپنیت) همانند هر عضو بتنی پيش‌تنيده ديگر بر اساس پارامترهايی همچون: مشخصات هندسی مقطع، مشخصات مکانيکی بتن و مشخصات مکانيکی کابل‌های فولادی (وایر:WIRE)، تعيين می‌گردد.
برای تولید تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) به جهت اینکه در محصولات پیش تنیده بتن تحت فشار بالایی قرار می گیرد آیین نامه حداقل بتن رده C 35 را برای تولید تیرچه پیش تنیده  (تیرچه اشپنیت) مجاز می داند . شرکت تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) دارای طرح اختلاط مخصوص به خود است که با استفاده از آن بتن با رده مقاومتی C45  را تولید می نماید . این شرکت برای تولید این بتن از شن و ماسه با دانه بندی مخصوص که دائماً کنترل می شود و همچنین بتن خشک (NON SLAMP)  که جهت متراکم سازی احتیاج به لرزاندن شدید و طولانی مدت دارد استفاده می کند. تولید بتن خشک احتیاج به بچینگ مخصوص دارد که در حال حاضر تنها تولید کننده این محصول با بتن خشک شرکت تیرچه پیش تنیده  (اشپنیت) می باشد .
کليه تيرچه‌های تولیدی این شرکت، از لحاظ مشخصات هندسی مقطع بتنی، کاملا” یکسان بوده و صرفا” در تعداد وایر متفاوت می‌باشند.
تعداد وایرها براساس ظرفيت خمشی مورد نياز مقطع تیرچه تعیین می‌گردند. کلیه محاسبات با کنترل تمامی ضوابط توسط بخش فنی شرکت تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) انجام پذیرفته است.

مشخصات فنی

 

مشخصات فنی اختصاصی تیرچه پیش تنیده

1- مضرس بودن سطح تماس دندانه‌ای تیرچه با بتن درجاریز: یکی از ضعف‌های اصلی تیرچه‌های پیش‌تنیده، عدم اتصال مناسب بین سطح تماس تیرچه با بتن درجاریز است که مانع از انتقال جریان برش افقی شده و مانع از عملکرد مرکب مقطع سقف می‌گردد. این ضعف در تیرچه با مضرس کردن سطح تماس بطور کامل برطرف گردیده است.

2- بکارگیری وایر آجدار: در تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) از وایر آجدار استفاده می شود که توسط  جک های کششی مستقر در کارخانه به میزان محاسبه شده کشیده می شوند.

تیرچه پیش تنیدهتصویر وایر های آجدار وارد شده

طرح و محاسبه تيرچه‌های پیش تنیده

طراحی و محاسبه‌ی تيرچه‌های پیش تنیده (تیرچه اشپنیت) و همچنين تدوين کليه جداول و نمودارهای کاربردی مربوط به آنها بر اساس chapter 18 آيين‌نامه ACI 318-08 انجام گرفته است.
تیرچه پیش تنیده  (اشپنیت) همانطور که در شکل های زیر نشان داده شده است بسته به نیاز و طول دهانه، می‌تواند بصورت تکی (Single) یا دوبل (Double) یا سه‌تایی (Triple) در یک مقطع مرکب (Composite) مورد استفاده قرار گیرد.

تیرچه پیش تنیده

Single Composite

تیرچه پیش تنیده

 Double Composite

تیرچه پیش تنیده راد

Triple Composite

کنترل مقاومت خمشی تيرچه‌های پیش تنیده 

کنترل مقاومت خمشی تیرچه پیش تنیده قبل از اجرا

اين کنترل مربوط به مرحله بعد از توليد شامل: انبارداری، حمل و نصب است که تيرچه تحت وزن خودش قرار دارد. خروج از مرکزيت نيروی پيش‌تنيدگی معمولا” موجب ايجاد تنش کششی در تارهای فوقانی و تنش فشاری در تارهای تحتانی تيرچه می‌گردد ولی لنگر مثبت ناشی از وزن تيرچه، اين تنش‌های کششی و فشاری را کاهش داده و حتی ممکن است منجر به ايجاد تنش فشاری در تارهای فوقانی گردد. لذا مقادير تنش‌های کششی و فشاری در بالا و پايين تيرچه هم در وسط طول که لنگر ناشی از وزن تيرچه ماکزيمم است و هم در محل تکيه‌گاه‌ها که لنگر ناشی از وزن تيرچه صفر است، با تنش‌های کششی و فشاری مندرج در آيين‌نامه کنترل می‌گردند.

کنترل مقاومت خمشی تيرچه پیش تنیده در مرحله اجرا

با توجه به اینکه معمولا برای اکثر سازه ها در زیر تیرچه ها شمع بندی می گردد، فلذا نیازی به کنترل این قسمت نمی باشد. لازم به ذکر است که شمع بندی در این تیرچه ها کاهش یافته است.

کنترل مقاومت خمشی تیرچه پیش تنیده در مرحله نهايی

این کنترل مربوط به مرحله نهایی یعنی بعد از گیرش کامل بتن درجاریز و جمع‌آوری شمع‌های موقت است که مقطع مرکب متشکل از تیرچه و بتن درجاریز تحت بارهای مرده و زنده ضریبدار قرار دارند. مطابق ضوابط ACI 318-08 ، مقاطع پیش‌تنیده علاوه بر بارهای بهره‌برداری باید تحت بارهای ضریبدار نیز کنترل گردند. لذا لنگر مقاوم اسمی مقطع مرکب متشکل از تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) و بتن درجاریز درست همانند یک مقطع بتن‌آرمه با لنگر ناشی از بارهای مرده و زنده ضریبدار مقایسه می‌گردد.

در زیر بخشی از محاسبات مربوط به کنترل مقاومت خمشی تیرچه ها آورده شده است:

مدول الاستیسیتیه بتن بر اساس بند 8.5.1 در آیین نامه ACI318-02 عبارتست از:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

محاسبه بار مرده وارد بر تیرچه در حالت بهره برداری:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده
مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

در نتیجه در ادامه محاسبات بر اساس با مرده 590 کیلوگرم بر متر مربع انجام می گیرد.

محاسبه مشخصات مقطع مرکب:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

y(cm) : فاصله مرکز سطح هر قسمت نسبت به بالا دال بتنی
در نتیجه با توجه به مقادیر بالا به محاسبه مشخصات مقطع مرکب می پردازیم:

محاسبه فاصله مرکز سطح تیرچه نسبت به تار بالایی و پایینی:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

محاسبه ممان اینرسی مقطع تیرچه:

همانطور که در بالا ذکر شد محاسبات بر اساس کلاس 2 مقطع پیش تنیده صورت می پذیرد:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

محاسبه لنگر ظرفیت مقطع مرکب بر حسب تعداد مفتول مورد استفاده:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

 محاسبه حداکثر طول تیرچه بر حسب بار زنده در عرض 0.5 متر:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

برای ساختمان های مسکونی (در طبقات) داریم:


مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

برای ساختمان های مسکونی (در تراز بام) داریم:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

کنترل مقاومت برشی تيرچه پیش تنیده

کنترل مقاومت برشی قائم تيرچه پیش تنیده در مرحله نهايی

این کنترل مربوط به مرحله نهایی یعنی بعد از گیرش کامل بتن درجاریز و جمع‌آوری شمع‌های موقت است که تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) به همراه بتن درجاریز، تحت بارهای مرده و زنده ضریبدار قرار دارد. بر اساس ضوابط ACI 318-08، کنترل برش مقاطع پیش‌تنیده صرفا” تحت بارهای مرده و زنده ضریبدار انجام می‌گیرد و با کنترل برش در تحت این بارها می‌توان اطمینان داشت که تیرچه در مرحله بهره‌برداری نیز از مقاومت برشی کافی برخوردار است. برای کنترل مقاومت برشی قایم در مقطع مرکب متشکل از تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) راد  و بتن درجاریز، هر تیر T شکل بصورت یک تیر دوسر مفصل فرض می‌گردد که تیرهای اصلی ساختمان در دو انتهای آن بعنوان تکیه‌گاه ساده ایفای نقش می‌نمایند. در این حالت، نیروی برشی مقاوم اسمی مقطع که متشکل از مقاومت اسمی مقطع تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) راد و مقطع بتن درجاریز است محاسبه و با نیروی واکنش تکیه‌گاهی حاصل از اعمال بارهای مرده و زنده ضریبدار کنترل می‌گردد.

کنترل مقاومت برشی افقی تیرچه پیش تنیده در مرحله نهايی

براي دستيابی به عملکرد يکپارچه تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) پيش‌ساخته با بتن درجاريز، که منجر به تشکيل مقطع مرکب می‌گردد، لازم است مقاومت برشی کافی در سطح تماس بتن پیش‌ساخته تیرچه و بتن درجاریز تامین شود. از اینرو سطح تیرچه‌های پیش تنیده (اشپنیت) در محل تماس با بتن درجاریز، بر اساس ضوابط chapter17 آیین‌نامه  ACI318-08بصورت عمدی مضرس گردیده‌است.

در زیر بخشی از محاسبات مربوط به کنترل مقاومت برشی آورده شده است:

بر اساس آیین نامه BS با توجه به اینکه نیروی تنش فشاری ناشی از نیروی پیش تنیدگی در تیرچه ها، باعث افزایش تنش برشی مجاز می گردد و همچنین مرکز سطح عضو تحت برش در جان آن تشکلی می گردد، مقدار حداکثر برش قابل تحمل در مقطع از رابطه زیر محاسبه می گردد.

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده

کلیه طول های محاسبه شده در جدول بالا بیشتر طول های مجاز تیرچه ها تحت بار بهره برداری می باشند، لذا نیازی به استفاده از آرماتور برشی نمی باشد.

کنترل خيز تیرچه پیش تنیده

بر اساس ضوابط آیین‌نامه ACI 318-08، کنترل خیز در اعضای پیش‌تنیده باید در دو مرحله مورد بررسی قرار گیرد، یکی در مرحله کوتاه‌مدت (مرحله قبل از اجرا) و دیگری در مرحله بلندمدت (مرحله بهره‌برداری). واضح است که در کنترل قبل از اجرا، خیز تیرچه به‌ تنهایی و در کنترل بعد از اجرا، خیز مقطع T  شکل متشکل از تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) و بتن درجاریز مورد بررسی قرار گرفته است.

کنترل خيز تیرچه پیش تنیده قبل از اجرا

به‌منظور کنترل خيز کوتاه‌مدت (رو به بالا)، خيز تیرچه پیش تنیده (اشپنیت) در مرحله قبل از اجرا که تيرچه تحت اثر وزن خودش و نيروی پيش‌تنيدگی اوليه (Pi) قرار دارد و “اتلاف تنش‌های بلندمدت پيش‌تنيدگی” هنوز وارد عمل نشده‌اند، محاسبه شده و با مقادير مجاز مندرج در آيين‌نامه کنترل گرديده‌است. با مراجعه به بخش مفهوم پيش‌تنيدگی، مشخص می‌گردد که علت وجود خيز روبه بالا، وجود برون‌محوری برآيند نيروی پيش‌تنيدگی نسبت به مرکز سطح مقطع تيرچه است که البته وزن تيرچه موجب کاهش اين خيز روبه‌بالا مي‌گردد. در محاسبه اثرات وزن خود تيرچه در خيز، فرض شده است که وزن تيرچه به‌ صورت يک بار گسترده يکنواخت بر روي يک تير دوسر ساده قرار گرفته است. فرض دوسر ساده بودن تيرچه، به‌علت وجود خيز منفی در تيرچه و اتکای تيرچه صرفا” از دوسر خود، کاملا” مويد واقعی بودن اين فرض است.

تیرچه پیش تنیده

کنترل خيز تیرچه پیش تنیده در مرحله بهره‌برداری:

به‌منظور کنترل خيز بلندمدت (رو به پايين)، خيز مقطع T  شکل مرکب، متشکل از تیرچه پیش تنیده  (اشپنیت) و بتن درجاريز در مرحله بهره‌برداری (که سقف تحت اثر بارهاي مرده و زنده دائمی و نيروی پيش‌تنيدگی موثر (Pe) قرار دارد محاسبه شده و با مقادير مجاز مندرج در آيين‌نامه کنترل گرديده‌است. در محاسبه اين خيز، اثرات پديده‌های وابسته به زمان شامل : جمع‌شدگی بتن، خزش بتن و وادادگی فولاد نيز در محاسبات درنظر گرفته‌شده‌اند. با توجه به پیچیدگی های مربوط به روابط در این قسمت از آیین نامه BS بدین منظور استفاده می گردد.

در زیر قسمتی از محاسبات مربوط به کنترل خیز تیرچه پیش تنیده آورده شده است:
با توجه به اینکه تیرچه بصورت دو سر ساده می باشد و در کلاس 2 قرار دارد (طراحی به صورتی انجام می گیرد که تنش کششی در تار پایینی کمتر از تنش مجاز کششی بتن باشد) لذا برای محاسبه خیز از رابطه زیر استفاده می شود.

نکته) برای در نظر گیری خیز منفی ناشی از نیروی پیش تنیدگی، لنگر ناشی از پیش تنیدگی را بر اساس رابطه زیر به نیرو بر حسب واحد طول تیرچه تبدیل می کنیم:


در نتیجه برای تیرچه ها با تعداد مفتول های مختلف خواهیم داشت:

مشخصات فنی تیرچه پیش تنیده
محاسبه خیز اولیه تحت وزن تیرچه:

 محاسبه خیز تحت بار بهره برداری (برای سقف طبقات در ساختمان های مسکونی):

محاسبه خیز کوتاه مدت:


محاسبه خیز بلند مدت و خیز کل:

با توجه به وجود نیروی پیش تنیدگی در اعضای پیش تنیده مقدار خزش و انقباض با گذشت زمان مقدار بیشتری نسبت به اعضای بتن مسلح دارد که در نتیجه منجر به محاسبات پیچیده ای برای آن می گردد. برای در نظر گیری این موضوع از فرمول های ارائه شده در آیین نامه BS استفاده گردیده است.

نکته) با توجه به اینکه تنها 25% از بار زنده بصورت دائمی می باشد و باید در محاسبات مربوط به خیز بلند مدت در نظر گرفته شود، مقدار q برابر با مقدار زیر  در نظر گرفته می شود.

بر اساس جدول 9.5(b) ارائه شده در آیین نامه ACI-318-02، مقدار خیز مجاز کوتاه مدت نباید از نسبت L/360 تجاوز نماید و بر اساس توصیه آیین نامه BS8110 مقدار خیز کل نباید از مقدار L/250 تجاوز نماید.

از جدول بالا قابل مشاهده می باشد که کلیه خیز های کوتاه مدت کمتر از مقدار مجاز می باشند. لذا قابل قبول است.

از جدول بالا قابل مشاهده می باشد که برای مقاطع با تعداد تاندون 6 و 7، مقدار خیز کلی بیشتر از مقدار مجاز می باشد، در نتیجه نیاز است برای مقطع با 6 وایر 12.2 میلی متر و برای مقطع با تعداد 7 وایر، 23.76 میلی متر خیز منفی به تیرچه اعمال گردد.
نکته) کلیه محاسبات بالا برای بار زنده 200 kgf/m^2  برای طبقات در ساختمان های مسکونی انجام گرفته است.

بررسی مزیت‌های تیرچه‌های بتنی پیش تنیده

استفاده از تیرچه‌های پیش تنیده در بین معماران ارجحیت خاصی دارد که این امر به دلیل مزیت‌هایی است که این تیرچه در برابر تیرچه‌های دیگر دارد. البته مانند هر علم دیگری، تحقیقاتی در علوم معماری در حال انجام است که یکی از آنها بالا بردن سطح کیفیت بیشتر و ارتقای مزیت‌های تیرچه پیش تنیده است. برخی از این مزیت‌های کنونی این تیرچه‌ها عبارتند از:

  • تیرچه پیش تنیده از ترکیب میل‌گردهای فولادی و بتن تولید می‌شود و به همین دلیل وزن کمتری نسبت به تیرچه‌های تمام فولاد و تمام بتن دارد که در نتیجه آن وزن ساختمان ساخته شده سبک‌تر خواهد شد.
  • تمام مراحل ساخت و تولید تیرچه‌های پیش تنیده در کارخانه‌های مجهز و به روش دستگاهی است که محصول نهایی باید استاندارهای ویژه را کسب کرده و بعد با بازار عرضه شود و همین موضوع اطمینان خاطر خریدار را کسب خواهد کرد.
  • به دلیل تولید کارخانه‌ای تیرچه‌های پیش تنیده، این نوع از تیرچه‌ها همیشه در تعداد بالا آماده و قابل سفارش هستند.
  • تیرچه‌های پیش تنیده در اندازه‌های متفاوتی تولید می‌شوند و به همین دلیل مناسب استفاده برای دهانه‌های ساختمانی با اندازه‌های متفاوت هستند.
  • این تیرچه‌ها ضد زلزله نیستند ولی با کمتر شدن وزن سازه، نیروهای تنشی ناشی از زلزله بر ساختمان کمتر می‌شود.
  • مزیت دیگر این تیرچه‌ها به صرفه بودن از لحاظ هزینه است و این کاهش هزینه از دو جهت است؛ یک آنکه وقتی در تعداد بالا سفارش داده می‌شود هزینه آن بسیار کمتر خواهد شد و از جهت دیگر با استفاده از این تیرچه‌ها حجم بتن استفاده شده در ساختمان کمتر شده و از این بابت نیز در هزینه‌ها صرفه جویی می‌شود.
  • به دلیل کیفیت ساخت بالای تیرچه‌های پیش تنیده و سبک بودن آنها عمر ساختمان یا سازه بالا می‌رود.
  • سرعت ساخت و ساز با تیرچه‌های پیش تنیده بیشتر است و همین موضوع هم باعث صرفه جویی در زمان شده و هم صرفه جویی در هزینه به لحاظ اجاره داربست و هزینه‌های جانبی دیگر.
  • استفاده از این تیرچه‌ها هیچ محدودیتی ندارد و در انواع ساختمان‌ها و سازه‌های بتنی و فولادی قابل استفاده هستند.
  • از تیرچه‌های پیش تنیده در سقف ساختمان‌ها و برج‌ها استفاده می‌شود و با استفاده از آنها کیفیت سقف و سازه بالا می‌رود.
  • چنانچه ساختمانی طراحی خاصی داشته باشد، استفاده از تیرچه‌های پیش تنیده این شرایط را فراهم می‌کند که طراح ساختمان تعداد ستون‌های کمتری را برای ساختمان در نظر بگیرد.