عصر ساختمان- تاریخچه سیستم پیشتنیدگی و کاربرد آن با دریافت حق ثبت اختراع برای آن در سال ۱۸۷۲ توسط جکسون مهندس اهل سانفرانسیسکو آغاز شد.
به گزارش پایگاه خبری«عصر ساختمان»، او میلگردهای فولادی را داخل مصالح بنایی قرار داد و به کمک رزوه میلگرد آن را تحت تنش قرار داد. اعمال نیروی متمرکز بهدرستی صورت گرفت، اما به دلیل خاصیت فولادهای موجود در آن زمان، این نیروها در بلندمدت تنزل یافتند. تلاش او به وسیله دوارینگ در سال 1888 در آلمان ادامه یافت. وی حق ثبت اختراع را برای تنیدهکردن دالها به کمک سیمهای فولادی بهدست آورد. به دلیل اینکه فولادهای اولیه تنش تسلیم نسبتا پایینی داشتند، هیچکدام از این تلاشهای اولیه موفق نبودند. اما امروزه مهندسان طراح با بهرهگیری از دانش و ویژگیهای طراحی سازههای پیشتنیده به خلق آثاری متفاوت به معماران یاری میرسانند.
افزایش قابل توجه در تنش موثر استرندهای پیشتنیدگی بعد از همه اتلافها به کمک مصالح جدید اولین مرحله مهم در اجراییکردن پیشتنیدگی بود. از سال 1926 تا 1928، در فرانسه، فرسینه تاثیر افت تنش بلندمدت در پیشتنیدگی را شناسایی کرد و فولادهای با مقاومت بالای جدید را با موفقیت در اعضای پیشتنیدگی به کار برد. در سال 1940، او سیستم مشهور و پذیرفتهشده فرسینه را معرفی کرد. توسعه فولادهای پرمقاومت، در کنار ابزارهای اعمال پیشتنیدگی اختراعشده، یک نقطه عطف دیگر در کاربرد موثر پیشتنیدگی ایجاد کرد. عمده تمرکز فعالیتهای پیشتنیدگی در سازههای خاص و پلها بوده است، اما توسعهدهندگان اولیه توجه کمی به استفاده از تکنیک پیشتنیدگی در صنعت ساختمان داشتهاند. از سالهای اولیه 1950 و با معرفی روش ساخت دال بالارونده در آمریکا، استفاده مهندسان از پیشتنیدگی در جهت حذف ترکها و کاهش خیز دالهای تخت سبک در ساختمانها شروع شد. هرچند معرفی پیشتنیدگی توسط این مخترعان صورت گرفت، اما ابزار طراحی اصلی برای کاربرد پیشتنیدگی توسط لین (1963) به کمک مفهوم «تعادل بار» معرفی شد. در شکل اولیه آن، بالانس بار به مهندس اجازه میدهد که تاثیر پیشتنیدگی را در کاهش بارهای مرده وارد بر دال مشاهده کند؛ یک شرایط طراحی که مهندس به خوبی آن را درک میکند و میتواند به کار ببرد. اقتصادیبودن پیشتنیدگی و سادهبودن روش بالانس بار به مهندسان پیشرو و پیمانکاران اجازه داد تا صنعت پیشتنیدگی را در آمریکا گسترش دهند. عوامل مهم گسترش استفاده از پیشتنیدگی، توسعه تاندونهای روکشدار، ایجاد موسسه پستنیدگی PTI توسط کلیفرد و سمینارهای آموزشی فراوان و چاپ کتابهای راهنما در خصوص طراحی و اجرای ساختمانهای پیشتنیده بوده است. با توجه به نیازهای معماری ساختمانها همچون ایجاد دهانههای بلند، ستونگذاری نامنظم، حذف آویز تیرها و... استفاده از پیشتنیدگی بیش از 15 سال پیش در ایران آغاز شد. در ابتدا تمامی ادوات به کار رفته در آن وارداتی بودهاند که به دلیل محدودیتهای وارداتی کشورمان در زمانهای مختلف و کمبودن شرکتهای متخصص در این زمینه یک نقطه ضعف در اجرای این سیستم بود، اما امروزه هم تولید تجهیزات بومی شده است و هم تیمهای متخصص انجام این کار کم نیستند. مزیتهای خاص این سیستم مانند امکان ایجاد دهانههای بزرگتر با افزایش فواصل بین ستونها، کاهش ضخامت سقف، سطح زیرین دال به صورت تخت، انعطاف بیشتر در پلان و ستونگذاری نامنظم و غیرهممحور، کنترل ترک، تغییر شکل و افزایش دوام سازه، سیکلهای اجرایی کوتاهتر و سرعت در عملیات اجرا، کاهش هزینههای ساخت و بهرهبرداری و عملکرد بهتر در زلزله سبب گسترش روزافزون آن در اقصی نقاط کشور شده است. در برخی شهرها مزیتهای فوق سبب انتخاب این سیستم در مقایسه با سایر سیستمهای موجود میشود. به طور مثال، در شهر شیراز، ساختمانهای نزدیک به آثار تاریخی دارای محدودیت ارتفاع کل هستند بنابراین اقبال کارفرمایان در به حداقل رساندن ضخامت سقف است. در بیشتر نقاط دنیا این سیستم در ساختمانهای زیر به کار گرفته شده است: ساختمانهای بلندمرتبه، ساختمانهای اداری و مسکونی، هتلها، بیمارستانها، پارکینگهای طبقاتی، مراکز آموزشی و فرهنگی، آمفی تئاترها، مراکز درمانی و بهداشتی، مراکز تجاری، سالنها و انبارهای صنعتی، سالنهای ورزشی و استادیومها، کفهای صنعتی، ساختمانهای خاص همچون بناهای یادبود و... در ایران نیز در دو دهه اخیر پلهای معلق، ساختمانهای بزرگ تجاری، اداری، مسکونی، مخازن آب و هاضم فاضلاب، مخازن نفت و گاز، کفهای پیشتنیده صنعتی، گاردریلها با بهرهگیری از این سیستم به اجرا رسیدهاند. یکی دیگر از کاربردهای پیشتنیدگی استفاده از آن در بهسازی ساختمانهای موجود است، به طور مثال، به کمک پیشتنیدگی خارجی میتوان برخی از ضعف دالها مانند خیز زیاد و... را اصلاح کرد.
بر خلاف سازههای بتن مسلح معمولی که در آن تعیین نیروهای طراحی و میلگردهای مربوط به این نیروها، آسان و مشخص است، طراحی موفقیتآمیز سازه پستنیده نیاز به تجربه بالای طراح و دانشی فراتر از فرمولهای کتاب درسی که معمولا در دسترس عموم است، دارد. طراحان کهنهکار معمولا طراحی پستنیدگی را نوعی هنر میدانند که بهشدت با تئوری مقاومت مصالح مورد استفاده قرار گرفته در پس زمینه آن در تضاد است. طراحی پستنیدگی قبل از شروع کار به فکر و اندیشه مبتنی بر تجربه نیاز دارد. بنابراین توسعه و تقویت دانش و تجربه محاسب پیشزمینه یک طراحی خوب است. امروزه مهندسان کمی برای طراحی دستی سقفهای معمولی در دفاتر مهندسی مشاور رغبت نشان میدهند. در سرتاسر جهان برنامههای کامپیوتری جایگزین طراحی دستی شدهاند. نرمافزار مطرح در ایران در این زمینه Adapt است که چندین دهه قبل توسط پروفسور اعلامی ارائهشده و تاکنون ویرایشهای متفاوتی از آن به بازار ارائه شده است. این نرمافزار قابلیت اتصال به نرمافزارهای BIM مانند REVIT و... را دارد. معمولا طراحی این سقفها حالات حدی بهرهبرداری و مقاومت نهایی را دربرمیگیرد و لازم است محاسب مواردی مانند ترکخوردگی، کنترل تنشها، کنترل برش پانچ و کنترل ارتعاش سقف را مد نظر قرار دهد. همانند هر کار دیگری اجرای این سیستم نیز به تیم ورزیده با دقت بالا در اجرا و کنترلهای کافی توسط تیم فنی نیازمند است تا نتایج مطلوب حاصل شود.
متاسفانه با وجود گسترش روزافزون این تکنولوژی در صنعت ساختمان هنوز در بین کارفرمایان و حتی بعضا در بین محاسبان باورهای غلطی در خصوص آن وجود دارد که از آن جمله میتوان به مواردی مانند نیاز به کششهای مجدد چند سال بعد از اجرای سازه، کاهش شکلپذیری این دالها در زلزله، عدم امکان تغییر در بازشوهای دال و... اشاره کرد. در خصوص مورد اول لازم به ذکر است که کابلهای فعلی موجود در بازار از نوع وادادگی کم هستند و در عمر مفید سازه هیچگونه نیازی به کشش مجدد ندارند. در خصوص شکلپذیری دالها نیز باید ذکر کرد که اولا دال عضوی است که در زلزله روی شکلپذیری و مشارکت آن در لرزهبری سازه تکیه نمیشود و اعضای لرزه بر تیرها، ستونها و دیوارهای برشی است که به شکلپذیری مناسبی نیاز دارند، ثانیا نیروی فشاری پیشتنیدگی روی دالها معمولا کمتر از 5 درصد مقاومت مشخصه فشاری بتن دال است که عملا تاثیری در ایجاد رفتار ترد و غیرشکلپذیر دال ندارد، بلکه بالعکس به دلیل توزیع تاندونهای ممتد در کل طول دال در دو راستا انسجام و یکپارچگی دیافراگم دال به نحو مناسبی تامین میشود. رفتار مناسب این دالها در زلزلههای شدید گذشته مانند زلزله کالیفرنیا موید این مطلب است. در خصوص ایجاد بازشو در دالهای پیشتنیده، دو حالت متصور است، یکی اینکه ابعاد بازشو کوچک (معمولا کمتر از 5/0 متر) باشد، در این حالت اگر فاصله لبه بازشو از تاندونهای پیشتنیدگی بیشتر از حد مشخصی (مانند 15 سانتیمتر) باشد، بهراحتی با نظر محاسب میتوان این بازشو را ایجاد کرد. اگر ابعاد بازشو بزرگ باشد و نیاز به قطع چندین تاندون باشد، این امر نیز با رعایت یک سری ملاحظات و باز طراحی و تقویت احتمالی دال در نقاط ضعیف قابل انجام است و نمونههای موفقی در این خصوص در کشور ثبت شده است. مورد دیگری که در سالهای اخیر و به لطف گسترش روزافزون استفاده از موادافزودنی و بالا رفتن کیفیت بتن مرتفع شده است نیاز به بتن با مقاومت بالاست. البته رده بتن C30 و بالاتر در سایر کشورها کاملا در دسترس است و در سالهای اخیر نیز در کشورمان تولید آن عادی شده است.