سازه های بتنی پیش ساخته چیست و چرا آنها بر ساخت و ساز مدرن تسلط دارند
سازه های بتنی پیش ساخته اجزای ساختمانی هستند - دیوارها، تیرها، ستون ها، دال ها و موارد دیگر - که در شرایط کنترل شده کارخانه قبل از حمل و نقل و مونتاژ در محل تولید می شوند. نتیجه یک روش ساخت و ساز است که به طور مداوم در سرعت، کیفیت و قابلیت پیش بینی هزینه بهتر از بتن های سنتی ریخته گری شده در محل است. بیش از 60 درصد از پروژه های زیرساختی در مقیاس بزرگ در اروپا و آمریکای شمالی اکنون بتن پیش ساخته را به عنوان سیستم سازه اولیه مشخص می کنند. و با کوچک شدن زمانبندی پروژه و افزایش هزینه های نیروی کار، این رقم همچنان در حال افزایش است.
دلیل اینکه سازه های بتنی پیش ساخته به ستون فقرات انبارها، پارکینگ ها، پل ها، استادیوم ها و ساختمان های مسکونی چند طبقه تبدیل شده اند، ساده است: وقتی بتن در کارخانه تحت کنترل های دما و رطوبت دقیق عمل می کند، مقاومت فشاری آن به طور معمول به آن می رسد. 5000 تا 8000 psi - بسیار بالاتر از 3000 تا 4000 psi معمولی بتن ریخته شده در میدان. هر عنصری که آن اجزا را در جای خود نگه می دارد، هر صفحه تعبیه شده، پیچ لنگر، درج حلقه و دستگاه بالابر، در دسته وسیعی از لوازم جانبی بتن پیش ساخته قرار می گیرد و انتخاب لوازم جانبی مناسب به اندازه طراحی مخلوط حیاتی است.
غذای اصلی: تولید شده در کارخانه = تحمل های سخت تر، برنامه های سریع تر، ساختار نهایی قوی تر.
سازه های بتنی پیش ساخته چگونه ساخته می شوند
تولید سازههای بتنی پیشساخته از یک توالی منظم پیروی میکند که بسیاری از متغیرهایی را که بتن ریختهشده در محل را آزار میدهند، حذف میکند. درک هر مرحله روشن می کند که چرا این روش چنین نتایج ثابتی ایجاد می کند و چرا انتخاب لوازم جانبی بتن پیش ساخته در مرحله طراحی - نه در طول ساخت - غیرقابل مذاکره است.
مرحله 1 - آماده سازی فرم و قرار دادن تقویت
قالب های فولادی که اغلب با تحمل ± 1/16 اینچ ماشین کاری می شوند، تمیز، روغن کاری و مونتاژ می شوند. قفس های فولادی تقویت کننده پیش ساخته و در داخل قرار می گیرند. در این مرحله، همه تعبیه شده است لوازم جانبی بتن پیش ساخته - لنگرهای بالابر، درج های اتصال، آستین های مجرای الکتریکی، و صفحات جوش سازه ای - قرار گرفته و محکم می شوند قبل از ریختن بتن هر موردی که باید در عنصر تمام شده باشد باید اکنون قرار داده شود. افزودن آن پس از آن نیاز به مغزه گیری یا برش دارد که به یکپارچگی ساختار آسیب می رساند.
مرحله 2 - بچینگ و قرار دادن بتن
طرح های مخلوط بتن برای کارخانه های پیش ساخته معمولاً از نسبت آب به سیمان 0.35 تا 0.45 استفاده می کنند - بطور قابل توجهی کمتر از مخلوط های مزرعه - برای دستیابی به استحکام اولیه بالا. ارتعاش داخلی بتن را در اطراف قفس میلگرد و لوازم جانبی تعبیه شده یکپارچه می کند. برخی از گیاهان از ارتعاش میز خارجی برای پانل های معماری نازک استفاده می کنند تا فضاهای خالی سطحی را بدون لرزاننده های داخلی که ممکن است بتن پوشش نازک را جابجا کنند، از بین ببرند.
مرحله 3 - پخت
کارخانه های پیش ساخته برای رسیدن به این محصول از کیورینگ با بخار، پخت حرارتی یا پتوهای تسریع کننده رطوبت استفاده می کنند. 70% استحکام طراحی در 18 تا 24 ساعت . این افزایش مقاومت سریع همان چیزی است که به عناصر اجازه می دهد تا از قالب ها جدا شوند و در حیاط در یک شیفت تولید واحد قرار گیرند - چرخه ای غیرممکن با بتن ریخته شده در محل که 28 روز طول می کشد تا به استحکام طراحی کامل در شرایط محیطی برسد.
مرحله 4 - کنترل کیفیت، تکمیل، و ذخیره سازی حیاط
قبل از اینکه هر عنصری از بستر ریختهگری خارج شود، بررسیهای ابعادی، بازرسیهای سطحی و ممیزیهای سختافزاری تأیید میکنند که همه لوازم جانبی بتن پیشساخته وجود دارند، به درستی قرار گرفتهاند و آسیبی ندیدهاند. سپس عناصر در انبارهای چوبی در حیاط ذخیره میشوند، که بر اساس ترتیب تحویل، در انتظار پنجره حمل و نصب هستند.
انواع عمده عناصر بتنی پیش ساخته و کاربردهای آنها
سازه های بتنی پیش ساخته خانواده وسیعی از انواع عناصر را در بر می گیرد که هر کدام برای نقش ساختاری خاصی طراحی شده اند. در زیر مروری بر متداولترین دستهها، ساختمانها و زیرساختهایی که در آنها خدمت میکنند، و دهانههای معمولی یا رتبهبندی بار موجود است.
اسلب دو سه راهی
برای سازه های پارکینگ و کف انبار استفاده می شود. دهانه های استاندارد 40 تا 80 فوت با عمق 24 تا 34 اینچ. ظرفیت بار معمولاً 40 تا 100 psf بار زنده روی هم قرار گرفته است.
تخته های توخالی
نیروی کار سیستم های کف مسکونی و اداری. عرض استاندارد 4 و 8 فوت، عمق از 6 تا 16 اینچ، دهانه های 20 تا 50 فوت. حفره ها با حفظ عمق سازه، بار مرده را کاهش می دهند.
ستون ها و تیرهای پیش ساخته
ستون های مستطیلی و L شکل از 12×12 تا 24×24 اینچ. تیرهای سه راهی معکوس، تیرهای مستطیل شکل و تیرهای اسپندل، قاب خمشی یا سیستم گرانشی ساده را تشکیل می دهند.
پانل های دیواری پیش ساخته
ساندویچ جامد، عایق، و پانل های معماری از ضخامت 5 تا 12 اینچ. به عنوان دیوارهای برشی باربر یا روکش غیر سازه ای استفاده می شود. با هسته های عایق فوم به مقادیر R بین 20 تا 30 می رسد.
تیرهای پل
تیرهای AASHTO I و تیرهای لامپ سه راهی برای پلهای بزرگراه. از 60 تا 160 فوت طول می کشد. مخلوط های بتن با کارایی بالا 8000 تا 12000 psi برای کاربردهای پل های با دهانه طولانی استاندارد هستند.
پله ها و فرودهای پیش ساخته
پروازهای پلکانی کامل به صورت تک واحدی با فرود یکپارچه. قالب های پیچیده را حذف می کند و نصب پله را از روزها به ساعت ها با استفاده از جرثقیل و لوازم جانبی بتنی پیش ساخته برای اتصال کاهش می دهد.
لوازم جانبی بتن پیش ساخته: سخت افزاری که سازه ها را ممکن می کند
مهم نیست که یک عنصر بتنی چقدر دقیق طراحی و ریختهگری میشود، این لوازم جانبی بتنی پیشساخته تعبیهشده در آن است که تعیین میکند چگونه آن عنصر را میتوان بلند کرد، حمل کرد، متصل کرد و در یک ساختار کامل ادغام کرد. لوازم جانبی بتن پیش ساخته طیف وسیعی از انواع سخت افزار را در بر می گیرد و هر دسته دارای رتبه بندی بار، الزامات نصب و ملاحظات سازگاری خاصی است.
| دسته لوازم جانبی | تابع | بار کاری معمولی | مواد |
|---|---|---|---|
| لنگرهای بالابر (فرول، حلقه، سیم پیچ) | بلند کردن موقت در هنگام برهنه شدن و نعوظ | 1 تا 60 تن در هر لنگر | چدن داکتیل، فولاد آهنگری |
| جاسازی صفحات و صفحات جوش | اتصالات ساختاری دائمی بین عناصر | 10 تا 200 کیپس در هر بشقاب | فولاد A36 / A572، گالوانیزه گرم یا ضد زنگ |
| میله های کویل و پیچ و مهره های کویل | اتصالات قابل تنظیم در میدان، پیوست روکش فلزی | 5 تا 30 کیپس در هر میله | زینک اندود یا فولاد ضد زنگ |
| لنت های بلبرینگ | انتقال بار و جذب تحمل در صندلی های بلبرینگ | تنش فشاری 800 تا 1500 psi | نئوپرن، HDPE، الاستومری تقویت شده با الیاف |
| درج های حلقه و درج های مخروطی گشاد شده | نقاط لنگر برای اتصالات ثانویه، سخت افزار نما | 500 پوند تا 5 تن | آهن چکش خوار، سیم فولادی |
| پیش تنیدگی رشته و سخت افزار پس تنش | پیش فشرده سازی بتن برای مقابله با تنش های خمشی | رشته 270 ksi، به 70 تا 75 درصد UTS جک شده است | رشته 270 کم آرامش |
لنگرهای بالابر: فاکتورهای اندازه و ایمنی
لنگرهای بالابر در میان تمام لوازم جانبی بتن پیش ساخته بسیار مورد بررسی قرار می گیرند زیرا خرابی در حین برداشتن یا نصب فوراً فاجعه بار است. حد بار کاری (WLL) هر لنگر بالابری باید ضریب ضربه دینامیکی را در حین انتخاب جرثقیل در نظر بگیرد - معمولاً حداقل ضریب ایمنی 4:1 برای حالت های شکست بتن و شکست کششی فولاد اعمال می شود. برای یک پانل دیواری پیش ساخته 20 تنی، این بدان معناست که سیستم لنگر باید برای حداقل بار مقاوم 80 تنی طراحی شود، نه فقط وزن پانل استاتیک. زاویه ریگینگ نیز ظرفیت را کاهش میدهد: زاویه بند 60 درجه از حالت عمودی بار مجاز به ازای هر پایه را به تقریباً 87 درصد ظرفیت عمودی نامی کاهش میدهد، در حالی که زاویه 30 درجه آن را به 50 درصد کاهش میدهد.
جاسازی صفحات: فلسفه اتصال در قاب های پیش ساخته
اتصالات سازه ای بین عناصر بتنی پیش ساخته تقریباً به طور کامل به صفحات تعبیه شده جوش داده شده به لنگرهای میلگرد یا ناودانی های نلسون وابسته است. طراحی این صفحات از دستورالعملهای AISC و PCI پیروی میکند، با توجه ویژه به اقدامات کنجکاو در اتصالات کششی و اصطکاک برشی در سطوح رابط. یک اتصال ورق جوشی با طراحی مناسب در یک سازه پارکینگ پیش ساخته می تواند 150 کیپ برش را در یک اتصال تیر و ستون منتقل کند. با یک صفحه به کوچکی 8×8 اینچ - به شرطی که پشته شیم، جیب دوغاب و جوش میدانی مطابق با مشخصات اجرا شوند. گالوانیزه کردن این صفحات به ASTM A123 (حداقل 3.9 oz/ft²) عمر خوردگی قابل اندازه گیری را در محیط های در معرض یا محیط های دریایی اضافه می کند.
لنت های بلبرینگ: تحمل ها و عملکرد بلند مدت
هر تیر پیش ساخته، دو سه راهی و تخته توخالی بر روی یک بالشتک قرار می گیرد که به طور همزمان بار عمودی را منتقل می کند و حرکات حرارتی و انقباضی را که در طول عمر سازه رخ می دهد، در خود جای می دهد. پدهای نئوپرن با سختی دوامتر 50 تا 60 رایج ترین انتخاب با ابعاد استاندارد 4×6 اینچ تا 8×12 اینچ و ضخامت های 3/8 تا 3/4 اینچ است. جداول PCI Design Handbook نشان می دهد که یک پد نئوپرن 6×9 اینچی و 1/2 اینچی می تواند تا 0.5 اینچ حرکت افقی را در خود جای دهد. با حفظ سفتی فشاری کافی. پدهای HDPE به طور فزاینده ای برای کاربردهای پل مشخص می شوند که در آن اصطکاک کم برای اجازه انبساط حرارتی بدون ایجاد نیروهای مهاری در روبنا لازم است.
اتصالات سازه ای در سازه های بتنی پیش ساخته
سیستم اتصال جایی است که سازه های بتنی پیش ساخته یا عمل می کنند یا خراب می شوند. برخلاف قاب های فولادی، که در آن اتصالات با پیچ و مهره و جوش در هوای آزاد انجام می شود، اتصالات بتنی پیش ساخته اغلب شامل فضاهای محدود، محفظه های دوغاب و سخت افزارهای تعبیه شده است که پس از تزریق نمی توان آنها را بررسی کرد. بنابراین برقراری ارتباط صحیح در اولین بار غیرقابل مذاکره است.
سه فلسفه کلی بر طراحی اتصال پیش ساخته حاکم است:
- سیستم های گرانشی با پشتیبانی ساده - تیرها بر روی کوربل ها یا زوایای دفتری قرار می گیرند و فقط بار عمودی را منتقل می کنند. ساده، سریع در نصب و تحمل نشست دیفرانسیل. در اکثریت قریب به اتفاق ساختمان های صنعتی یک طبقه و سازه های پارکینگ استفاده می شود.
- قاب های مقاوم در برابر لحظه - اتصالات ستون به ستون و تیر به ستون از طریق پس کشش، جفتکنندههای میلگرد دوغابدار یا مجموعههای صفحه جوشکاری شده، در برابر ممان مقاوم میشوند. کنترل رانش جانبی قابل مقایسه با قاب های ریخته گری در محل برای مقاومت در برابر زلزله و باد را به دست می آورد.
- سیستم های هیبریدی - بارهای ثقلی که توسط یاتاقان های ساده حمل می شوند، بارهای جانبی که توسط دیوار برشی جداگانه یا هسته قاب خمشی حمل می شوند. رایج ترین رویکرد برای ساختمان های پیش ساخته مسکونی و مختلط با کاربری متوسط 5 تا 15 طبقه.
کیفیت اتصالات دوغاب شده به طور خاص بستگی زیادی به انتخاب و قرار دادن لوازم جانبی بتن پیش ساخته دارد. یک جفت آستین دوغاب دار - که برای اتصال دو طول میلگرد در یک اتصال استفاده می شود - باید تا 1/8 ± اینچ تراز شود تا میله در هنگام نصب تمیز وارد شود. هر گونه ناهماهنگی کشف شده در محل معمولاً نیازمند اصلاح گران قیمت شامل لنگرهای مکانیکی یا تزریق اپوکسی است که هر دو باعث کاهش شکلپذیری اتصال در مقایسه با هدف اصلی طراحی میشوند.
± 1/8 اینچ حداکثر تحمل ناهماهنگی کوپلر
4:1 حداقل ضریب ایمنی لنگر بالابر
28 روز Site pour cure در مقابل 18-24 ساعت پیش ساخته
8000 psi مقاومت فشاری پیش ساخته HPC معمولی
مزایای برنامه: چگونه سازه های بتنی پیش ساخته جدول زمانی پروژه را فشرده می کنند
قانعکنندهترین استدلال برای سازههای بتنی پیشساخته در پروژههای تجاری و زیرساختی، فشردهسازی زمانبندی است. ساخت عناصر به موازات آماده سازی محل اتفاق می افتد - در حالی که فونداسیون در حال حفاری و ریختن است، کارخانه پیش ساخته به طور همزمان قاب ساختاری را تولید می کند. این همپوشانی معمولا باعث صرفه جویی می شود 4 تا 8 هفته در یک پروژه متوسط در مقایسه با یک برنامه متوالی بازیگران در محل.
هفته 1 تا 4: طراحی و تایید نقشه فروشگاه
مهندس رکورد و مهندس پیشساخته رکورد در جزئیات اتصال، مکانهای جاسازی و برنامههای لوازم جانبی بتن پیشساخته با یکدیگر همکاری میکنند. هر وسیله جانبی قبل از مونتاژ یک فرم، ترسیم، ابعاد و در نقشه های فروشگاه مشخص شده است.
هفته 5 تا 12: تولید گیاهی
تولید کامل اجرا می شود یک کارخانه پیش ساخته با اندازه متوسط که 500 تا 800 یارد مکعب در هفته ریخته گری می کند، می تواند چارچوب ساختاری یک انبار 200000 فوت مربعی را در 6 تا 8 هفته تولید کند. عناصر شماره سریال و ترتیب بندی شده برای تحویل هستند.
هفته های 8 تا 14: پایه های سایت (موازی)
در حالی که تولید کارخانه اجرا می شود، خدمه سایت پایه ها، تیرهای درجه و پایه های ستون را می ریزند. الگوهای پیچ لنگر که از نقشههای پیشساخته کارگاهی به دست میآیند، اطمینان حاصل میکنند که صفحات پایه ستون و اتصالات اسپیگوت هنگام رسیدن عناصر، همسو خواهند شد.
هفته 13 تا 18: نعوظ
یک خدمه نصب به خوبی سازماندهی شده با یک جرثقیل خزنده 150 تنی می تواند 20 تا 40 عنصر اصلی را در روز تنظیم کند. یک سازه پارکینگ پنج طبقه با 1200 فضا می تواند در 10 تا 14 روز کاری به صورت سازه ای تکمیل شود. زمان جرثقیل - سرعتی که نمی توان با روش های ریخته گری در محل به آن نزدیک شد.
هفته های 18 تا 22: تزریق، جوشکاری و تکمیل
خدمه صحرایی اتصالات دوغابی، جوش های میدانی در صفحات تعبیه شده، درزگیرهای اتصالی و هرگونه تکمیل معماری را تکمیل می کنند. این سازه کاملاً محصور شده و در برابر آب و هوا بسیار زودتر از ساخت و سازهای مشابه در محل ساخته شده است.
سازه های بتنی پیش ساخته در مقابل ریخته گری در محل: مقایسه مستقیم
انتخاب بین بتن پیش ساخته و بتن ریختهشده در محل هرگز ساده نیست، اما مقایسه زیر ابعادی را پوشش میدهد که بیشترین اهمیت را برای مالکان، پیمانکاران و مهندسان سازه اتخاذ میکنند.
| بعد | بتن پیش ساخته | بتن ریخته گری در محل |
|---|---|---|
| مقاومت فشاری | 5000-12000 psi معمولی | 3000-5000 psi معمولی |
| بعدal Tolerance | 1/8 ± تا 1/4 ± اینچ | 1/4 ± تا 3/4 ± اینچ |
| جدول زمانی (قاب ساختاری، انبار 200k sf) | نعوظ 10-14 روزه | 8-14 هفته تشکیل/ریختن |
| وابستگی به آب و هوا | کم - پخت در گیاه انجام می شود | هوای سرد و گرم بالا نیاز به محافظت دارد |
| انعطاف پذیری طراحی | بهینه هندسه تکراری؛ اشکال سفارشی در حق بیمه امکان پذیر است | انعطاف پذیری بالا برای هندسه پیچیده، منحنی یا نامنظم |
| کار سایت | پایین - در درجه اول جرثقیل و خدمه اتصال | بالا - شکل دادن، قرار دادن، تکمیل، سلب کردن |
| کنترل کیفیت | گواهی کارخانه PCI، آزمایش QC روزانه | بستگی به شرایط میدانی و حضور بازرس دارد |
بتن پیش تنیده: نحوه عملکرد پیش تنیدگی و پس از تنش
ترکیب پیش تنیدگی و بتن پیش ساخته یکی از قدرتمندترین ابزارها در مهندسی سازه است. با پیش فشرده سازی بتن قبل از اعمال بارهای سرویس، مهندسان می توانند به طور موثر ترک خوردگی کششی - حالت اولیه تخریب بتن - را از بین ببرند و به دهانه هایی دست یابند که از نظر ساختاری غیرممکن یا از نظر اقتصادی غیرعملی با مقاطع تقویت شده معمولی هستند.
پیش تنیدگی: رویکرد پیش ساخته استاندارد
در بتن پیش ساخته پیش تنیده، رشته های فولادی با مقاومت بالا قبل از قرار دادن بتن، بین تکیه گاه ها در انتهای بستر ریخته گری کشیده می شوند. رشتهها - معمولاً درجه 270 با آرامش کم، 0.5 یا 0.6 اینچ قطر - به جک متصل میشوند. تقریباً 70 درصد استحکام کششی نهایی یا تقریباً 189000 psi . سپس بتن در اطراف رشته های تنیده قرار می گیرد. هنگامی که بتن به مقاومت کافی رسید، رشته ها آزاد می شوند و پیش فشرده سازی توسط اتصال به عنصر منتقل می شود. این روشی است که برای ساخت تخته های توخالی، دو سه راهی، تیرهای پل و پانل های دیواری پیش تنیده تقریباً در هر کارخانه پیش ساخته در جهان استفاده می شود.
پس تنش در عناصر پیش ساخته
سختافزار پس تنیدگی - کانالها، لنگرها، جفتکنندهها و صفحات ترومپت - نشاندهنده دستهای از لوازم جانبی پیشساخته بتن است که در مواقعی که باید پیش تنیدگی پس از نصب المان اعمال شود یا زمانی که عناصر از چندین بخش پیشساخته باید به یک واحد ساختاری پیوسته متصل شوند، استفاده میشوند. به عنوان مثال، در ساخت پل قطعهای، از قطعات پیش ساخته معمولاً به طول 8 تا 12 فوت استفاده میشود که مونتاژ میشوند و سپس به تیرهای پیوسته 200 تا 400 فوتی متصل میشوند. هر تاندون پس از کشش ممکن است 300 تا 1500 کیپ نیروی پیش تنیدگی را حمل کند. بسته به تعداد رشته و هندسه.
تلفات طولانی مدت قبل از استرس
مهندسان باید هنگام اندازه گیری رشته ها و تعیین بار جک اولیه، تلفات پیش تنیدگی را در نظر بگیرند. منابع اصلی تلفات در طول عمر یک عنصر پیش تنیده عبارتند از:
- کوتاه کننده الاستیک - تلفات فوری در هنگام رهاسازی رشته، معمولاً 6 تا 8 درصد پیش تنیدگی اولیه برای عناصر پیش تنیده
- خزش - تغییر شکل وابسته به زمان تحت بار پایدار، که 5 تا 12 درصد از پیش تنیدگی مؤثر را در طول عمر 50 ساله تشکیل می دهد.
- انقباض - کاهش حجمی با خشک شدن بتن، 4 تا 8 درصد تلفات اضافی را به همراه دارد
- آرامش فولاد - کاهش تدریجی تنش رشته در کرنش ثابت، تقریباً 2٪ برای رشته کم آرامش در طی 50 سال
مجموع تلفات بلند مدت معمولاً بین 15 تا 25 درصد نیروی جک اولیه است. این بدان معناست که یک رشته جک 33000 پوندی باید طوری طراحی شود که پیش تنیدگی موثر بین 25000 تا 28000 پوند را در طول عمر طراحی حمل کند - و طراحی بخش باید کاهش پیش فشرده سازی را هنگام محاسبه گشتاورهای ترک و انحراف در نظر بگیرد.
طراحی لرزه ای سازه های بتنی پیش ساخته
رفتار سازه های بتنی پیش ساخته تحت بارگذاری لرزه ای از زمان زلزله 1971 سان فرناندو و زلزله 1994 نورتریج که ضعف هایی را در سازه های پارکینگ پیش ساخته اولیه نشان داد، به شدت مورد مطالعه قرار گرفته است. جامعه مهندسی با پیشرفتهای عمده در طراحی اتصال، جزئیات دیافراگم، و برنامههای آزمایش لرزهای پاسخ داد - بهویژه برنامه تحقیقاتی PRESSS (سیستمهای سازهای لرزهای از پیش ساخته) که از سال 1991 تا 2001 اجرا شد.
برنامه PRESSS نشان داد که سیستم های پیش ساخته با جزئیات دقیق می توانند با شکل پذیری قاب های بتنی ریخته شده در محل مطابقت داشته باشند یا از آن فراتر رود. سیستم دیوار مشترک توسعه یافته در PRESSS از پس کشش بدون اتصال از طریق پانل های دیوار برشی پیش ساخته برای ارائه استفاده می کند. رفتار خود محوری - ساختمان در فصل مشترک دیوار به فونداسیون تحت بارگذاری لرزه ای سنگ می زند اما با توقف زلزله، با حداقل رانش باقیمانده به حالت اولیه باز می گردد. یک سازه کامل پنج طبقه از پیش ساخته در 60 درصد مقیاس کامل در آزمایشگاه سازه ای UC San Diego آزمایش شد و پس از آزمایش در حرکات زلزله در سطح طراحی، رانش های باقیمانده کمتر از 0.1 درصد را نشان داد.
مقررات فعلی ASCE 7 و ACI 318 به سازه های بتنی پیش ساخته در رده طراحی لرزه ای D (لرزه بالا) اجازه می دهد مشروط بر اینکه اتصالات و دیافراگم ها برای انطباق با قاب خمشی ویژه پیش ساخته شکل پذیر یا سیستم های دیوار برشی ویژه پیش ساخته دقیق باشند. الزامات کلیدی عبارتند از:
- اتصالات آستین گروت شده باید 125 درصد از استحکام تسلیم میله را در آزمایش های کششی قبل از استفاده در ساخت و ساز نشان دهند.
- اتصالات دیافراگم پیش ساخته باید با استفاده از روش طراحی لرزه ای دیافراگم (DSDM) با ضریب تقویت نیروی 1.0 تا 1.5 بسته به طبقه بندی دیافراگم طراحی شود.
- اتصالات آکورد و کلکتور در امتداد لبه های دیافراگم، نیروهای دیافراگمی تقویت شده را حمل می کنند که غالباً بر اندازه لوازم جانبی بتن پیش ساخته در اتصالات پانل به پانل حاکم است.
- تمام لوازم جانبی بتن پیش ساخته در سیستم مقاوم در برابر نیروی لرزه ای باید برای مقاومت مواد مورد انتظار و ضریب مقاومت بیش از حد امگا صفر مشخص شده در جدول 12.2-1 ASCE 7 طراحی شوند.
اشتباهات رایج در مشخصات لوازم جانبی بتن پیش ساخته و نحوه اجتناب از آنها
مهندسین پیش ساخته و پیمانکاران با تجربه به طور مداوم همان دسته از خطاها را در پروژه ها شناسایی می کنند که منجر به مشکلات میدانی، هزینه های اصلاح یا تاخیر در برنامه می شود. بسیاری از آنها به مشخصات لوازم جانبی و تصمیمات هماهنگی که در طول طراحی گرفته شده است - مدتها قبل از ریختن بتن بازمی گردد.
01
تعیین لوازم جانبی بدون بررسی پوشش بتنی
یک خطای رایج مشخص کردن یک لنگر بالابر است که در عمق جاسازی مورد نیاز خود، با قفس تقویت کننده یا مجرای پس کشش تضاد دارد. حداقل پوشش بتنی روی هر لوازم جانبی بتن پیش ساخته باید حفظ شود در حداقل مشخص شده - معمولاً 1 اینچ برای سطوح تشکیل شده در قرار گرفتن در معرض داخلی و تا 2 اینچ در محیط های خورنده یا دریایی. قبل از صدور نقشه های فروشگاهی برای تایید، ابعاد لوازم جانبی را در مقابل طرح میلگرد در BIM سه بعدی بررسی کنید.
02
استفاده از سخت افزار ناسازگار از تامین کنندگان مختلف
سیستم های بالابر - لنگر به علاوه کلاچ بالابر - به صورت جفت همسان طراحی شده اند. استفاده از کلاچ تامین کننده A با یک لنگر از تامین کننده B، رتبه بار هر دو جزء را باطل می کند. هر مشخصات لوازم جانبی بتنی پیش ساخته باید مستلزم این باشد که سیستم های بالابر با مجموعه هایی از یک سازنده منفرد مطابقت داشته باشند ، با اسناد آزمایش بار ارائه شده برای رکورد پروژه.
03
حذف حفاظت در برابر خوردگی در مشخصات پروژه
صفحات جاسازی شده و صفحات جوش مشخص شده به عنوان فولاد A36 ساده در هر کاربرد در معرض یا بیرونی به سرعت خورده می شوند. گالوانیزه گرم به ASTM A123 30 تا 50 سال عمر خوردگی اضافه می کند. در نوردهی معمولی در فضای باز. در مناطق آب پاش دریایی، فولاد ضد زنگ نوع 316 یا سخت افزار با پوشش اپوکسی را با فرآیند تضمین کیفیت مستند برای تداوم پوشش مشخص کنید.
04
عدم هماهنگی آستین های ابزار با عناصر سازه ای
مجرای برق، آستین های لوله کشی، و نفوذهای مکانیکی که به عنوان لوازم جانبی بتن پیش ساخته تعبیه شده اند، باید قبل از تایید نقشه کارگاه با مهندس سازه هماهنگ شوند. یک دهانه 6 اینچی از طریق شبکه یک سه راهی پیش تنیده باید برای کاهش برش تجزیه و تحلیل شود. نفوذ ناهماهنگی که پس از ریختهگری عناصر کشف میشود، معمولاً نیازمند تسمههای تقویتکننده خارجی یا تعویض عنصر گران قیمت است.
05
رد شدن از چک نعوظ خشک
در سازه های پیش ساخته پیچیده - به ویژه آنهایی که اتصالات خمشی دارند که نیاز به صفحات جاسازی شده با جوش میدانی دارند - یک بررسی خشک از چیدمان لوازم جانبی در برابر مدل ساختاری، تضادهای تراز را قبل از شروع نصب نشان می دهد. کشف ناهماهنگی 1 اینچی بین دو صفحه جوش روی زمین چند دقیقه هزینه دارد. کشف آن در فاصله 50 فوتی در هوا هزینه روزها و هزینه های قابل توجهی برای دوباره کاری دارد.
06
در هنگام انتخاب لنگرها، استحکام جداسازی در نظر گرفته نمی شود
لنگرهای بالابر باید بر اساس مقاومت بتن در زمان جداسازی ارزیابی شوند - نه مقاومت طراحی 28 روزه. اگر یک عنصر در 16 ساعت کنده شود، مقاومت بتن ممکن است تنها 2500 تا 3000 psi باشد. جداول ظرفیت لنگر باید با مقاومت واقعی برش وارد شوند و ظرفیت شکست بتن متناسب با آن کاهش یابد. بسیاری از خرابی های لنگر بالابر دقیقاً به این دلیل اتفاق می افتد که ظرفیت لنگر مشخص شده در psi 5000 محاسبه شده است در حالی که عنصر در 18 ساعت با بتن تنها 2200 psi بریده می شود.
پایداری در سازه های بتنی پیش ساخته
مشخصات پایداری سازه های بتنی پیش ساخته در دو دهه گذشته به طور قابل توجهی بهبود یافته است، که هم توسط فشار نظارتی و هم نوآوری واقعی در مواد و روش های تولید هدایت می شود.
مواد سیمانی تکمیلی (SCM)
خاکستر بادی، سیمان سرباره و دوده سیلیس - که در مجموع مواد سیمانی تکمیلی نامیده می شوند - می توانند جایگزین 20 تا 50 درصد سیمان پرتلند در مخلوط های بتن پیش ساخته بدون کاهش مقاومت یا دوام شوند. از آنجایی که تولید سیمان تقریباً 8 درصد از انتشار CO2 جهانی را تشکیل می دهد. مخلوط پیش ساخته با جایگزینی 35 درصد سرباره، کربن بتن را تقریباً 25 تا 30 درصد کاهش می دهد. در مقایسه با خط پایه 100٪ سیمان پرتلند، در حالی که دوام طولانی مدت را از طریق کاهش نفوذپذیری بهبود می بخشد.
کاهش ضایعات مواد
تولید کارخانهای عناصر پیشساخته، نرخ ضایعات بتن کمتر از 2% از حجم کل دستهای را تولید میکند، در مقایسه با 8 تا 12% ضایعات در پروژههای معمولی که در محل ریخته میشوند، جایی که سفارش بیش از حد و ریزش معمول است. استفاده مجدد از قالب فولادی - یک فرم پیش ساخته منفرد می تواند 300 تا 1000 عنصر یکسان را در طول عمر خود تولید کند - ضایعات چوب مرتبط با سیستم های شکل دهی ریخته گری در محل را حذف می کند.
عملکرد جرم و انرژی حرارتی
پانل های دیواری بتنی پیش ساخته، به ویژه پانل های ساندویچ عایق، جرم حرارتی قابل توجهی را فراهم می کنند که نوسانات دمای روزانه را در فضای داخلی ساختمان هموار می کند. یک ساندویچ پانل پیش ساخته عایق بندی شده 6 اینچی با هسته EPS پیوسته 2 اینچی تقریباً R-13 در مرکز پانل - قابل رقابت با یک مجموعه دیوار گل میخ فولادی - در حالی که عملکردهای ساختاری و مقاومت در برابر آتش را نیز فراهم می کند که دیوار گل میخ بدون سیستم های اضافی نمی تواند مطابقت داشته باشد.
ملاحظات پایان زندگی
وقتی سازهها در نهایت برچیده میشوند، میتوان عناصر بتنی پیشساخته را بهجای تخریب تخریب کرد، زیرا اتصالات پیچدار و جوشی گسستهای که در قابهای پیشساخته استفاده میشوند - از جمله تمام لوازم جانبی بتنی پیشساختهای که این اتصالات را تشکیل میدهند - میتوانند بدون پیچ یا شعله برش داده شوند. عناصر پیش ساخته بازیافت شده در سازه های ثانویه مانند دیوارهای حائل، موانع صوتی و تأسیسات ساختمانی موقت مورد استفاده مجدد قرار گرفته اند. هنگامی که خرد کردن اجتناب ناپذیر است، سنگدانه بتن بازیافتی حاصل از تخریب پیش ساخته تمیز، مرتباً درجه بندی شده و برای پایه جاده، سنگدانه های زهکشی و پرهای سازه ای مناسب است.
تضمین کیفیت سازه های بتنی پیش ساخته و لوازم جانبی
محیط کنترل کیفیت در یک کارخانه پیش ساخته دارای گواهی PCI به طور قابل توجهی دقیق تر از آن چیزی است که در اکثر سایت های ساخت و ساز قابل دستیابی است. درک آنچه در طول QC کارخانه اتفاق می افتد به مالکان، مهندسان و پیمانکاران کمک می کند تا انتظارات مناسبی را در مورد آنچه که کارخانه می تواند و نمی تواند تضمین کند - و جایی که کنترل کیفیت مزرعه باید سستی را برطرف کند، تعیین کنند.
QC داخل کارخانه: آنچه در هر مرحله بررسی می شود
- مواد ورودی - سیمان، سنگدانه ها، مواد افزودنی و لوازم جانبی بتن پیش ساخته همگی نیاز به بازرسی و بررسی گواهینامه آسیاب دارند. لنگرهای بالابر از هر دسته معمولاً در 150٪ بار کاری نامی قبل از پذیرش آزمایش می شوند.
- تنظیم فرم - بررسی ابعادی هندسه فرم و قرارگیری لوازم جانبی قبل از بچینگ بتن. انحرافات بیشتر از مقادیر جدول تحمل PCI برای آن نوع عنصر نیاز به اصلاح قبل از ریختن دارد.
- بتن تازه - اسلامپ، محتوای هوا، وزن واحد و دما در نقطه تخلیه برای هر دسته بتن آزمایش می شود. نمونه های سیلندر برای آزمایش مقاومت فشاری 1 روزه، 7 روزه و 28 روزه ریخته می شوند.
- عناصر تمام شده - کلیه لوازم جانبی بتن پیش ساخته قرار گرفته و پس از جداسازی اندازه گیری می شوند. عیوب پایان سطح مستند شده، طبق یک روش تعمیر تایید شده تعمیر میشوند و قبل از رهاسازی عنصر در محوطه، مجدداً بررسی میشوند.
بازرسی شخص ثالث در حین نصب
بازرسی میدانی نصب پیش ساخته بر چهار مورد اصلی متمرکز است: آماده سازی صندلی یاتاقان و قرار دادن لنت یاتاقان، استفاده از دوغاب و دوغاب بدون انقباض در جیب های اتصال، جوش های میدانی در اتصالات صفحه تعبیه شده و نصب درزگیر مشترک. بازرسی جوش میدانی به CWI (بازرس جوش تایید شده) و بازرسی بصری به همراه آزمایش اولتراسونیک برای جوش های با نفوذ کامل نیاز دارد. در اتصالات سازه ای اولیه قرار دادن لنت بلبرینگ اغلب در پروژههای با قیمت پایین مورد بازرسی قرار نمیگیرد و مشخص نیست. یک بالشتک نامناسب یا از دست رفته می تواند باعث خرد شدن موضعی تاقچه بتنی در چند روز پس از اعمال بار شود.
