فرآیند ارتقا سیستم ساختاری یک ساختمان که به‌منظور بهبود عملکرد آن تحت بارهای موجود و یا برای افزایش قدرت حمل بارهای اضافی بروی ساختمان توصیف می‌شود، مقاوم‌سازی ساختمان نامیده می‌شود.استفاده از پوشش بتنی یا ژاکت فلزی برای مقاوم‌سازی ساختمان و یا بهسازی لرزه‌ای را در ساختمان یکی از راهکار هاست. مقاوم‌سازی ساختمان در برابر حوادث طبیعی موضوعی بسیار مهم است.
مقاوم‌سازی ساختمان برای هریک از دلایل فرسایش خاک، ضعف اصلاحات طراحی‌شده، کیفیت نامطلوب مواد یا ساختوساز و همچنین خرابی ناشی از پیری ساختمان و یا بی‌توجهی در ساخت، موردنیاز است.
هرکدام از این عوامل می‌توانند ثبات ساختمان را تهدید کنند. البته برای رفع این مشکل و بهسازی لرزه‌ای هیچ راه‌حل واحدی که به‌عنوان یک متد مستقیم برای هر پروژه ارائه شود، وجود ندارد. عموماً برای مقاوم‌سازی ساختمان جهت بازگرداندن و افزایش ظرفیت حمل بار از بتن مسلح، مصالح بنایی، چوب و سازه‌های فلزی استفاده می‌شود.
با توجه به افزایش جمعیت و نیاز گسترده جامعه به مسکن بسیاری از شرکت‌های ساختمان‌سازی که در امر بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌سازی ساختمان فعالیت می‌کنند در تلاش‌اند تا با استفاده از روش‌ها و مصالح جدید سرعت ساخت و همچنین سبک‌سازی و عمر مفید ساختمان را افزایش دهند، چراکه نیاز سازه‌های بتنی و فولادی به مقاوم‌سازی در برابر زلزله پیش از پیش احساس می‌شود. هدف از بهسازی لرزه‌ای بهبود عملکرد اجزای سازه است.
|
در همین رابطه بخوانید: |
اگرچه منظور از مقاوم‌سازی ساختمان در علم مهندسی عمران بالا بردن مقاومت یک سازه است اما این اصطلاح امروزه برای نیروی زلزله استفاده می‌شود و به مقاوم‌سازی در برابر زلزله اشاره دارد. ازاین‌رو بهتر است از اصطلاح بهسازی و در حالت خاص‌تر برای نیروی زلزله از اصطلاح بهسازی لرزه‌ای برای مقاوم‌سازی در برابر زلزله استفاده کنید. با توجه به اینکه بهسازی لرزه‌ای به‌شرط ثابت بودن ساختمان مطرح‌شده و گاهی اوقات دسترسی به برخی از نواحی که نیاز به تقویت دارند دشوار است بنابراین مقاوم‌سازی ساختمان از ساخت بنا پیچیده‌تر خواهد بود.
برخی از تکنیک‌های مقاوم‌سازی نظیر ژاکت فلزی یا پوشش بتنی، شاتکریت، پیش تنیدگی یا پس تنیدگی، دیوار برشی، بادبند و مقاوم‌سازی با استفاده از صفحات یا ورقه‌های فولادی و بسیاری روش‌های دیگر ازجمله روش‌های کلاسیک مقاوم‌سازی ساختمان شناخته‌شده‌اند که برای اجرای آن‌ها معمولاً به فضای زیادی نیاز است و اغلب در برابر شرایط محیطی آسیب‌پذیر هستند.
اما با پیشرفت علم و تکنولوژی اخیراً از روش‌های و مصالح جدیدی برای بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌سازی ساختمان استفاده می‌کنند که FRP نامیده می‌شود. در FRP برای مقاوم‌سازی ساختمان از الیاف پلیمری بهره می‌گیرند. این روش مقاوم‌سازی در برابر زلزله نسبت به روش‌های کلاسیک و سنتی سریع‌تر و راحت‌تر انجام می‌شود و مهم‌تر از همه به لحاظ اقتصادی مقرون‌به‌صرفه تر است.
|
در این مقاله قصد داریم در مورد انواع روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان صحبت کنیم. سرفصل‌های اصلی عنوان شده در این مقاله عبارت‌اند از مقاوم‌سازی ساختمان با روش‌های کلاسیک و مقاوم‌سازی ساختمان با FRP. |
مقاوم‌سازی با روش‌های کلاسیک
- بسیاری از ساختمان‌هایی که در ابتدا برای استفاده‌های خاصی ساخته‌شده‌اند با گذشت زمان به دلیل تغییر در استفاده و کاربرد آن‌ها باید بازسازی و مقاوم‌سازی شوند چراکه ممکن است به ظرفیت بارگذاری بیشتر نیاز داشته باشند. درنتیجه این تقاضاهای بار بالاتر، ساختارهای موجود باید دوباره ارزیابی‌شده و برای برآورده شدن نیازهای بار اضافی ممکن است مقاوم‌سازی ساختمان ضرورت یابد.
- به‌طورکلی مقاوم‌سازی ساختمان ممکن است به دلیل تغییرات کد، بهسازی لرزه‌ای کمبودهای ایجادشده به دلیل اثرات زیست‌محیطی(مثل خوردگی )، تغییر در افزایش بار خدماتی و یا نقص ناشی از ساختار که به دلیل خطا در طراحی یا ساختوساز ایجادشده است، ضرورت یابد.
- برای سازه‌های فولادی و بتن آرمه، مقام سازی در برابر زلزله می‌تواند با استفاده از یکی از روش‌های مختلف نظیر شاتکریت، اتصالات قطعات پیش‌ساخته و چسباندن ورقه‌های فولادی، افزایش سطح مقطع بخش بتنی با بهره‌گیری از پوشش بتنی و کامپوزیت خارجی، فولاد پیوندی خارجی، تقویت خارجی عضو سازه‌ای با سیستم‌های پس از کشش خارجی یا داخلی و همچنین سایر روش‌ها و یا ترکیب آن‌ها، انجام شود. برای مؤثر بودن و به اشتراک گذاشتن بارهای اعمال‌شده، مقاوم‌سازی ساختمان نیز همانند تعمیر سازه‌ای، باید با ترکیب ساختارهای موجود انجام شود.
|
در همین رابطه بخوانید: |
در ادامه هر یک از این روش‌ها به‌اختصار توضیح داده خواهند شد:
- پوشش بتنی یا ژاکت فلزی: جهت افزایش مقاومت فشاری، برشی و همچنین تأمین محصورشدگی برای افزایش شکل‌پذیری یا پیوستگی بتن و آرماتور میتوان ابعاد تیر، ستون و فونداسیون را با استفاده از پوشش بتنی و یا ژاکت فلزی افزایش داد. با توجه به اینکه با افزایش ظرفیت برشی، فشاری و محصورشدگی دیوارها، ستون‌ها، تیرها و دال‌ها ظرفیت باربری آن‌ها نیز در برابر بارهای جانبی زلزله و مقاوم‌سازی در برابر زلزله و قائم ثقلی افزایش می‌یابد بنابراین میتوان از پوشش بتنی یا ژاکت فلزی برای مقاوم‌سازی ساختمان بهره برد و به عبارتی بهسازی لرزه‌ای را در ساختمان ایجاد کرد.
- کابل‌های پس تنیده: ازآنجایی‌که عمل کشش سبب افزایش ظرفیت باربری عضو فعال‌شده و سازه‌ی فعلی را تقویت می‌کند بنابراین میتوان از این روش کلاسیک مقاوم‌سازی ساختمان برای پیش‌تنیده کردن سازه‌های بتنی آرمه استفاده کرد.
- دیوار برشی: برای تغییر سختی سازه بتنی یا فولادی میتوان دیوار برشی را به آن پیوند زد. با اتصال دیوار برشی ظرفیت تحمل بارهای ثقلی سازه افزایش‌یافته و ظرفیت بارهای جانبی ناشی از زلزله نیز در آن افزایش می‌یابد که درنتیجه‌ی آن مقاوم‌سازی در برابر زلزله صورت می‌گیرد.
- اضافه کردن بادبند فولادی: در این روش از مقاوم‌سازی ساختمان یک مهاربند فولادی به سازه بتنی اضافه می‌کنند که درنتیجه‌ی آن سختی و مقاومت برشی سیستم افزایش‌یافته و نیاز به شکل‌پذیری در آن کاهش می‌یابد. سیستم‌های مهاربند به دو شکل همگرا و واگرا موجود هستند. با توجه به پرهزینه بودن سیستم‌های بادبند واگرا(EBF) و مشکلات موجود در اجرا و تأمین جزئیات تیر پیوند، این روش بسیار مرسوم نبوده ازاین‌رو بیشتر از سیستم‌های بادبند همگرا برای بهسازی لرزه‌ای ساختمانهای بتنی و فولادی استفاده می‌شود.
- شاتکریت بتنی دیوار: استفاده از شاتکریت بتنی برای مسلح نمودن دیوار بتنی یا مصالح بنایی یکی دیگر از روش‌های بهسازی لرزه‌ای است که در مقاوم‌سازی ساختمان بسیار مؤثر خواهد بود. برای ایجاد شاتکریت بتنی ابتدا دیوار توسط شبکه‌های میله‌گردی کاملاً مهاربندی‌شده و سپس بتن پاشی با استفاده از دستگاه شاتکریت انجام می‌شود. ایجاد انسجام مناسب در دیوار، افزایش مقاومت و شکل‌پذیری درون صفحه و برون صفحه از مزیت‌های این روش مقاوم‌سازی ساختمان است. همچنین شبکه میله‌گرد ایجادشده بروی سطح دیوار و پاشیدن بتن بروی آن‌ها یک لایه بتن آرمه را بروی این مصالح بنایی ایجاد کرده که بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌سازی در برابر زلزله را افزایش می‌دهد.
- مقاوم‌سازی سقف بتنی با استفاده از ورقه‌های فولادی: برای افزایش سختی، مقاومت و یکپارچگی کف‌ها و سقف‌های بتنی در ساختمان میتوان از صفحات یا ورقه‌های فولادی جهت مقاوم‌سازی ساختمان استفاده کرد. در این روش کنترلی، ورقه‌ها باید به‌صورت صحیح به سقف متصل و سپس مهار شوند. برای پر کردن فضای بین سقف و ورقه‌ها از گروت یا مصالحی بر پایه اپوکسی استفاده می‌شود تا ضمن چسبندگی سبب بهبود و بهسازی لرزه‌ای و انتقال بار مناسب به سازه شوند.
- مقاوم‌سازی ستون‌ها و تیرهای بتنی با صفحه‌های فولادی: جهت محصورسازی اجزای سازه‌های بتنی مثل تیرها و ستون‌ها و مصالح بنایی آن‌ها میتوان از پروفیل‌ها و ورقه‌های فولادی استفاده کرد. این روش مؤثر در مقاوم‌سازی ساختمان و بهسازی لرزه‌ای برای مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی که اجزای آن‌ها مقاومت پایینی دارند بسیار مناسب است. یکی از مزیت‌های مقاوم‌سازی ستون‌ها و تیرهای بتنی با صفحه‌های فولادی در مقایسه با روش ژاکت فلزی یا پوشش بتنی این است که سبب افزایش زیاد ابعاد مقطع نمی‌شود اما برای افزایش سختی مقطع جهت کنترل برش، تمهیدات خاصی باید صورت گیرد.
|
برای مقاوم‌سازی در برابر زلزله سازه‌های بتنی که اجزای آن از مقاومت پایینی برخوردارند میتوان از پوشش بتنی ژاکت فلزی و غلاف فولادی برای بهسازی لرزه‌ای استفاده کرد. |
- افزایش ظرفیت برشی ستون با استفاده از دستک برشی: برای اتصال مستقیم دال‌ها به ستون، تنش برشی ناشی از برش سوراخ کنند بسیار حائز اهمیت است. در صورت نیاز به ظرفیت برشی بالاتر برای مقابله با برش سوراخ کننده اغلب از افزایش بعد و مقطع ستون و یا اتصال دستک‌های برشی فولادی به ستون با استفاده از دتایل و رزین مخصوص استفاده می‌شود. در این روش مقاوم‌سازی ساختمان برای افزایش ظرفیت برشی از تسمه‌های فولادی استفاده می‌شود. این تسمه‌های فولادی در محل اتصال تیر به ستون(برش حداکثر) و در فواصل منظم نصب می‌شوند و یا با سفت کردن بست فولادی پس کشیده می‌شوند.
- مقاوم‌سازی اتصالات: به دلیل قرارگیری اتصال تحت تنش‌های رفت و برگشتی زلزله، اتصال تیر به ستون در قاب‌های خمشی بتن آرمه و مصالح بنایی آن، جزء بحرانی‌ترین نقاط در عملکرد قاب بتن مسلح خمشی محسوب می‌شود. بنابراین با اصلاح عملکرد گره اتصال و مقاوم‌سازی آن میتوان مقاوم‌سازی در برابر زلزله و عملکرد کل سیستم را بهبود بخشید. یکی از روش‌های تزریق رزین اپوکسی در ژاکت فلزی اتصالات بتنی، استفاده از طوق‌های پیش‌تنیده X شکل، مقاوم‌سازی و تقویت اتصالات با استفاده از FRP، نصب ورق ژاکت فلزی در اتصالات بتنی، ایجاد قفس فولادی در اتصالات بتنی، پیش تنیدگی اتصالات، ایجاد پوشش بتنی و ژاکت فلزی در اتصالات و یا ترکیب این روش‌ها برای بهبود عملکرد اتصال و بهسازی لرزه‌ای مورداستفاده قرار می‌گیرند.
- مقاوم‌سازی جهت انتقال برش بین اعضاء: انتقال مناسب ژاکت فلزی برش بین دال‌ها و یا سایر اعضای سازه‌ای زمان عبور بار متحرک از روی درز اهمیت می‌یابد. قابلیت درز در انتقال برش از یک‌طرف به طرف دیگر برای عملکرد دال نیز بسیار حائز اهمیت است. انتقال نامناسب بار سبب تغییر شکل سازه و بروز پدیده پمپاژ خاک زیر دال و همچنین از بین رفتن تکیه‌گاه زیر دال و شکستن آن خواهد شد.
مقاوم‌سازی ساختمان در برابر حوادث طبیعی با FRP
- امروزه درزمینه بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله پیشرفت‌های زیادی صورت گرفته است که کمک می‌کند تا طراحی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله با اطمینان بیشتری انجام شود.
- مقاوم‌سازی ساختمان و سازه‌ها به کمک کامپوزیت FRP بسیار کارآمد و مؤثر است.
- در این روش از الیاف پلیمری برای مقاوم‌سازی ساختمان استفاده می‌شود.
- تداخل کمتر در کاربری ساختمان حین اجرا یکی از برتری‌های این روش نسبت به روش‌های سنتی است.
- در مواردی که استفاده از ماشین‌آلات سنگین و یا توقف کاربری ساختمان حین اجرا امکان‌پذیر نیست مقاوم‌سازی ساختمان تنها با کمک این الیاف پلیمری امکان‌پذیر است.
- این روش مقاوم‌سازی در برابر زلزله ضعف سیستم‌های مقاوم‌سازی با ورقه‌های فولادی و بتنی را رفع کرده و با ایجاد تکنیک‌های جدید مثل کامپوزیت‌های مختلط(هیبرید) و کامپوزیت‌های پیش‌تنیده توانسته کامپوزیت‌های FRP توسعه‌یافته‌ای را تولید کند. مقید کردن اعضای بتنی سازه با مواد FRP سبب افزایش مقاومت خمشی آن‌ها، نرمی و سرویس پذیری آن‌ها خواهد شد.
|
یکی از روش‌های نوین برای مقاوم‌سازی ساختمان استفاده از الیاف پلیمری است که با نام FRP شناخته‌شده است. تداخل کمتر در کاربری ساختمان حین اجرا یکی از برتری‌های این روش نسبت به روش‌های سنتی است. |
- مقاوم‌سازی با الیاف پلیمری در قسمت‌های مختلف سازه من‌جمله دیوارها، ستون‌ها، تیر و دال قابل‌اجرا است.
- هم‌اکنون از این روش برای مقاوم‌سازی ساختمانهای مسکونی و تجاری، مقاوم‌سازی پله‌ها، مقاوم‌سازی سازه‌ها و مصالح بنایی، مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی، مقاوم‌سازی سازه‌های صنعتی و همچنین مقاوم‌سازی سیلوها، مقاوم‌سازی خطوط لوله، مقاوم‌سازی نیروگاه‌ها، مقاوم‌سازی پایه پل‌ها و موارد دیگر استفاده می‌شود.
در ادامه مقاوم‌سازی برخی از بخش‌های ساختمان با روش FRP توضیح داده‌شده است:
- تیر بتنی: مقاومت کششی تیر بتنی مقاوم شده با FRP از مقاومت بالاتری نسبت به تیرهای مقاوم‌سازی شده با ورقه‌های فولادی برخوردار بوده و حدوداً 3 برابر آن است. افزایش مقاومت خمشی تیر، افزایش مقاومت برشی، افزایش شکل‌پذیری، افزایش مقاومت در برابر خوردگی، افزایش دوام و طول عمر، کنترل عرض ترک، ترمیم ناشی از خوردگی، ضخامت کم ورقه‌های FRP و عدم‌تغییر قابل‌توجه در ابعاد تیر، سهولت در اجرا و ارزان‌تر بودن نسبت به روش‌های سنتی از مزیت‌های این روش مقاوم‌سازی ساختمان است. ابعاد مقطع تیر بتنی، مساحت مشخصات مکانیکی میله‌گردهای موجود و میله‌گرد FRP و مقاومت بتن موجود، ازجمله عواملی هستند که در افزایش مقاومت خمشی سازه‌های بتنی با استفاده از سیستم‌های FRP تأثیرگذارند.
- تیر فولادی: جهت بهسازی لرزه‌ای تیر فولادی در ساختمان میتوان الیاف پلیمری را به قسمتی از سطح مقطع تیر که تحت کشش است چسباند. در این صورت با تقویت بال تحتانی تیر فولادی در دو سر مفصل میتوان سبب بهبود عملکرد تیر شد. همچنین برای تیرهای دوسرگیردار یا تیرهایی که در قاب‌های چنددهانه استفاده می‌شوند میتوان بال تحتانی را به‌وسیله FRP در میانه طول عضو تقویت کرد و برای تقویت بال فوقانی در نواحی نزدیک تکیه‌گاه باید اقدام به تقویت خمشی عضو نمود. به حداقل رسیدن مشکلات اجرایی به دلیل سبک‌وزن بودن الیاف FRP، انعطاف‌پذیری بالای الیاف FRP، افزایش ظرفیت خمشی تیرهای فولادی، به تأخیر انداختن کمانش موضعی بال تیر، ضخامت کم ورقه‌های FRP و عدم‌تغییر قابل‌توجه در ابعاد تیر و همچنین هزینه پایین ازجمله مزیت‌های بهسازی لرزه‌ای تیر فولادی با روش FRP است.
- ستون بتنی: ظرفیت جذب انرژی و شکل‌پذیری ستون، زمان قرارگیری بارهای لرزه‌ای روی پوشش بتنی ستون، اهمیت می‌یابد. با استفاده از الیاف پلیمری FRP علاوه بر افزایش ظرفیت برشی ستون میتوان مدل گسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داد و سبب افزایش شکل‌پذیری آن شد. با افزایش میزان بار وارده بر ستون، ممکن است پوشش بتنی به‌صورت عمودی و در جهت اعمال بار از هم باز شود. محصور کردن عرضی بتن با پوشش بتنی FRP و افزودن لایه‌هایی از الیاف شیشه و کربن سبب بهسازی لرزه‌ای بتن شده و مقاومت نهایی آن را تا دو برابر افزایش می‌دهد. اگرچه افزایش 5 برابری در ظرفیت تغییر شکل بتن، تأثیر مهم‌تر این الیاف بر مقاوم‌سازی ستون بتنی را متذکر می‌شود. از مزیت‌های روش پوشش بتنی بهسازی لرزه‌ای ستون میتوان به افزایش مقاومت خمشی بتن، افزایش مقاومت برشی، افزایش مقاومت فشاری،افزایش مقاومت رد برابر خوردگی، افزایش دوام و طول عمر، کنترل گسترش ترک و عرض آن، ضخامت کم ورقه‌های FRP و عدم‌تغییر قابل‌توجه در ابعاد ستون، افزایش شکل‌گیری، سهولت در اجرا و مقرون‌به‌صرفه بودن اشاره کرد.
- دال بتنی: دال‌ها در ساختمان وظیفه تحمل بارهای قائم را به عهده دارند اما ازآنجایی‌که در عملکردهای افقی نیز قابلیت دارند بنابراین باید با اعضای مقاوم‌سازی جانبی سازه اتصال داشته و از سختی و مقاومت کافی برخوردار باشند. به‌منظور افزایش ظرفیت باربری دال، افزایش مقاومت دال در برابر خوردگی، مقاومت فشاری بتن، افزایش مقاومت خمشی و برشی میتوان از الیاف پلیمری به‌طور موضعی استفاده کرد.
|
در همین رابطه بخوانید: |
برای مقاوم‌سازی دال بتنی به کمک FRP میتوان مصالح مرکب FRP را به‌صورت نواری یا صفحه‌ای بروی سطوح تحت کشش اجرا کرد تا مقاومت خمشی افزایش‌یافته و بهسازی لرزه‌ای صورت گیرد. برای مقاوم‌سازی طولی دال یک‌طرفه با تکیه‌گاه ساده باید نوارها یا صفحات FRP را در سطوح تحتانی آن‌ها چسباند. در دال دوطرفه مقاوم‌سازی با نوارهای FRP در هر دو جهت انجام می‌شود. درصورتی‌که که دال دارای تکیه‌گاه گیردار باشد نوارهای FRP باید در قسمت فوقانی دال هم اجرا شوند. همچنین به‌منظور افزایش ظرفیت برشی برای تقویت و بهسازی دال بتنی با FRP، پانچ دال بتنی در اطراف ستون‌ها انجام‌شده و مناطق اطراف بازشوها تقویت می‌شوند.
نتیجه‌گیری
- تقویت سازه یا همان مقاوم‌سازی ساختمان فرایند ارتقاء سازه‌ها برای بهبود عملکردشان در بارهای موجود و یا افزایش قدرت اعضای سازه برای حمل بارهای اضافی است.
- نیاز به مقاوم‌سازی ساختمان و تقویت ساختاری معمولاً توسط کدهای ساختمانی، خرابی، تغییر در استفاده یا کمبود ناشی از طراحی و خطاهای ساختوساز مطرح می‌شود.
- از روش‌های سنتی مورداستفاده برای مقاوم‌سازی ساختمان میتوان به پوشش بتنی یا ژاکت فلزی استفاده از کابل‌های پس تنیده، دیوار برشی، استفاده از بادبندهای همگرا و واگرای فولادی، شاتکریت، مقاوم‌سازی سقف و ستون و تیر بتنی با استفاده از ورقه‌ها یا صفحه‌های فولادی، افزایش ظرفیت برشی ستون با استفاده از دستک برشی، مقاوم‌سازی اتصالات، و مقاوم‌سازی جهت انتقال برشی بین اعضاء، اشاره‌کرده که برای بهسازی لرزه‌ای ساختمان و مقاوم‌سازی در برابر زلزله استفاده می‌شوند.
- مقاوم‌سازی با الیاف پلیمری که FRP نامیده می‌شود یک روش نوین برای مقاوم‌سازی در برابر زلزله است که از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی ساخته‌شده و به‌وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه می‌شود.
