-تهران - کوی نصر - خیابان علالی غربی (پیروزی) -پلاک ۱۱۵- طبقه دوم - واحد۳ | تلفکس :۹ - ۸۸۴۸۶۷۷۸ | ۸۸۲۵۹۷۹۳ مشاوره رایگان : ۰۹۱۲۱۰۰۱۷۶۳

تلفکس :۹ - ۸۸۴۸۶۷۷۸ | ۸۸۲۵۹۷۹۳ مشاوره رایگان : ۰۹۱۲۱۰۰۱۷۶۳

مشاوره رایگان

۰۹۱۲۱۰۰۱۷۶۳

مقاوم سازی ساختمان

مقاوم سازی ساختمان همان طور که از نام آن مشخص است، و در علم مهندسی نیز تعریف می شود، عملیاتی است که برای بالا بردن مقاومت ساختمان ها در برابر حوادثی نظیر زلزله به کار می رود. به دلایل مختلفی ساختمان ها به مقاوم سازی نیاز دارند. مقاوم سازی ساختمان بر خلاف آن چه در تصور مردم عادی وجود دارد، تنها برای ساختمان های قدیمی کاربرد ندارد. هر ساختمانی می تواند در صورت نیاز مقاوم سازی شود. مقاوم سازی در واقع افزایش مقاومت ساختمان در برابر نیروهایی است که به آن وارد می شود. مهمترین نیرو و شاید بتوان گفت پر چالش ترین نیرو زلزله است که ممکن است ساختمان در مقابل آن استحکام کافی را نداشته باشد و با لرزش هایی فرو بریزد. مقاوم سازی اصولی ترین شیوه برای حفظ جان انسان هایی است که در زمان زلزله در یک ساختمان به سر می برند. ممکن است به هر دلیلی ساختمان به مقاوم سازی نیاز داشته باشد که در این صورت در اولین فرصت باید برای انجام آن اقدام شود.

مقاوم سازی ساختمان و دلایل آن

مقاوم سازی ساختمان به علت های مختلفی انجام می شود که می توان آن را به خطاهای انسانی و خطاهای غیر انسانی تقسیم بندی کرد.

مقاوم سازی ساختمان به دلیل خطاهای انسانی

1- به دلیل وجود اشتباه در طراحی: به دلایل گوناگونی ممکن است در طراحی اشتباه رخ دهد. به عنوان مثال: فراموش کردن بندی از آئین نامه و فرضیات اشتباه درباره شرایط و موقعیت ساختمان 2- به دلیل به روز نبودن آئین نامه: اگر در آئین نامه اشتباه و یا نقصی وجود داشته باشد، به مهندس مربوط نمی شود، اما ممکن است یک ساختمان که قبل از نشر آئین نامه جدید ایمن به حساب می آمده است، با توجه به این آئین نامه دیگر امنیت کافی نداشته باشد. 3- به دلیل وجود مشکلات اجرایی: می توان مهمترین عناصر ساخت یک ساختمان را مجریان آن دانست. داشتن دقت نظر کافی در تمام مراحل اجرایی ساختمان کار بسیار دشواری است. ممکن است در زمان آرماتور بندی، قالب بندی، بتن ریزی، عمل آوری، اندازه گذاری و شاقول کردن ساختمان خطاهایی رخ بدهد که به دلیل جایز الخطا بودن انسان ها امری طبیعی است.

مقاوم سازی ساختمان به دلیل خطاهای غیر انسانی

1- به دلیل مغایرت ویژگی های مصالح به کار رفته با مقادیر در نظر گرفته: یکی از اتفاقات رایج عوض شدن مقادیر ویژگی های مصالح استفاده شده در ساختمان نسبت به مقادیری است که برای آن در نظر گرفته شده است که هم در سازه های بتنی و هم سازه های فولادی اتفاق می افتد. عملیاتی مانند حمل، اختلاط، بتن ریزی و در آخر نگهداری مصالحی را تولید می کند که ویژگی های مکانیکی پراکنده دارند. آئین نامه های بتن همیشه در تلاش بوده اند که با مشخص کردن مقادیر آماری در ساخت به اطمینان بیشتری برسند. اما مقاومت فشاری بتن در مواردی از مقدار مشخص شده برای ساختمان کمتر است و مقاوم سازی می تواند راه چاره این مشکل باشد. 2- به دلیل خرابی و خوردگی مصالح: فولاد از مصالحی است که تقریباً در تمام ساختمان ها نقش پر رنگی دارد. مصالح فولادی به دو صورت مقاطع فولادی یا مدفون در بتن یا دیگر مصالح بنایی کاربرد دارد. 3- به دلیل اضافه شدن بار روی ساختمان: اضافه شدن بار ساختمان گریز ناپذیر است. این امر به شکل های مختلف اتفاق می افتد و راه حل آن مقاوم سازی خواهد بود. 4- به دلیل تغییر کاربری ساختمان: سبک زندگی امروز در شهرهای بزرگ موجب می شود که گاهی از یک واحد مسکونی به جای انبار شرکت استفاده شود و همین امر مقاوم سازی ساختمان را به دنبال خواهد داشت. 5- به دلیل نصب تجهیزات: در صورتی که نیاز باشد روی بام یا هر جای دیگر یک ساختمان ماشین آلات و یا تجهیزات مکانیکی یا مخابراتی نصب شود، انجام مقاوم سازی ساختمان برای تحمل این وسایل حتمی به نظر می رسد. 6- به دلیل تغییر در عناصر سازه ای: گاهی نیز تغییر در سیستم سازه ای مانند حذف یک ستون می تواند مقاوم سازی را برای یک ساختمان اجباری کند.

مقاوم سازی ساختمان به دلیل حوادث طبیعی و غیر مترقبه

زلزله جزء حوادث طبیعی و غیر مترقبه است که شهری مانند تهران در معرض خطر آن قرار دارد و نیاز به مقاوم سازی ساختمان ها ضروری به نظر می رسد. کشور ما روی کمربند زلزله قرار گرفته است، به طوری که زیر همه استان ها یک گسل خطرناک و فعال وجود دارد. همین مسئله پر اهمیت مهندسان را بر آن داشته است که حتماً مقاوم سازی ساختمان ها را در برابر زلزله مد نظر داشته باشند. همان طور که اشاره کردیم ساختمان ها در برابر زلزله عملکردهای متفاوتی از خود نشان می دهند. عملکرد یک ساختمان مسکونی در مقابل زلزله زمانی صحیح است که با وارد شدن نیروها هر چند خسارت هایی به آن وارد می شود، اما هرگز فرو نمی ریزد.

علاوه بر زلزله می توان به حوادث دیگری مانند موارد زیر اشاره کرد:

• برخورد کامیون با پایه یک پل • تصادف یک ماشین با یک ساختمان • انفجار • آتش سوزی در کل، می توان گفت که مقاوم سازی ساختمان برای ایجاد امنیت و ایمنی بیشتر در یک ساختمان کارایی دارد. این عملیات می تواند برای مدتی شما را از دغدغه و نگرانی هایی که درباره حوادث غیر مترقبه به خصوص زلزله وجود دارد برهاند.

هدف از مقاوم سازی توسط طرح های دولتی طرح هایی که دولت برای مقاوم سازی ارائه می دهد در کاهش خسارات زلزله تأثیر ندارد. اما این طرح ها دو هدف را دنبال می کنند :

• بالا بردن قدرت مقابله با بحران های بعد از زلزله • پایین آوردن خسارت های مالی بر عهده دولت پروژه هایی که برای مقابله با زلزله در قسمت های مهم توسط دولت در حال انجام است، تا حد زیادی موجب کاهش تلفات جانی و همچنین خطرات زلزله خواهد شد.

مراحل مقاوم سازی به این ترتیب است :

• در اولین قدم بازرسی از ساختمان و ارزیابی اولیه و کیفی صورت می گیرد. • در مرحله بعد باید بازرسی کامل و مطالعات لازم روی ساختمان انجام شود. در این مرحله است که آزمایش ها و کنده کاری‌ها روی ساختمان صورت می گیرد تا نیاز به مقاوم سازی یا عدم نیاز آن مشخص شود. • با مشخص شدن هدف از مقاوم سازی طرح مورد نظر ارائه می شود. • مرحله آخر که مهمترین مرحله است اجرای مقاوم سازی است. ممکن است در حین انجام کار نیاز باشد که برخی از بخش های ساختمان به طور موقت تخلیه شوند.

مقاوم سازی ساختمان و انتخاب شیوه هایی که صرفه اقتصادی دارند!

در بسیاری از موارد، مقاوم سازی ساختمان و شیوه های تقویت ستون های فولادی اصلاً مقرون به صرفه نیستند. در این مواقع شاید تغییر کاربری راه بهتری باشد که به این ترتیب کنترل بار زنده سازه اتفاق می افتد. در مواردی نیز مقاوم سازی ساختمان نتیجه ای در بر ندارد و بهتر است کل ساختمان خراب و نوسازی شود. در این موارد هزینه کردن برای مقاوم سازی بیهوده است و موجب به هدر رفتن سرمایه خواهد شد. استفاده از شیوه های مقاوم سازی ساختمان و شیوه های تقویت ستون های فولادی با بررسی مشاوران این حوزه تشخیص داده می شود. مشاوران متخصص با در نظر داشتن مزایا و همچنین هزینه و زمان باید بهترین پیشنهاد مقاوم سازی را ارائه دهند. می توانید برای اطمینان از انتخاب درست شیوه مقاوم سازی از چند متخصص برای این کار مشاوره بگیرید و در نهایت نیز بهترین شیوه را برای ساختمان خود انتخاب کنید. اجرای مقاوم سازی مهم ترین بخش آن است و هرگز نباید مصالح ارزان بی کیفیت را به مصالح با کیفیتی که قیمت بالاتری دارند ترجیح دهید.

هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی

هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی تحکیم یک ساختمان میباشد. در پی فرسوده و خراب شدن سازه های زیربنایی و لزوم تقویت سازه ها برای تأمین شرایط سخت گیرانه طراحی در دو دهه گذشته، تأکید زیادی روی تقویت، تعمیر و مقاوم سازی سازه های بتنی شده است. هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی برای تقویت در جهت تحمل بارهای وارده، بهبود نارسایی ها در اثر فرسایش و افزودن شکل پذیری سازه با کاربرد مصالح مناسب و شیوه های مختلف اجرایی انجام می شود.

هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی به شیوه های متفاوت

• افزودن ابعاد تیر، ستون و فونداسیون با بهره وری از ژاکت بتنی یا فولادی :

هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی با ژاکت بتنی یا فولادی موجب افزایش مقاومت فشاری و برشی و حفظ محصور شدگی برای بالا بردن شکل پذیری یا پیوستگی بتن و آرماتور می شود. با این شیوه امکان حفظ مقاومت برشی، فشاری و محصور شدگی ستون ها، دیوارها، دال ها و تیرها نیز وجود دارد. همچنین، ظرفیت باربری آن ها در برابر بارهای جانبی زلزله و قائم بالا خواهد رفت.

• افزودن ظرفیت برشی ستون با بهره وری از دستک برشی :

تنش برشی در محل وصل شدن مستقیم دال ها به ستون که از برش سوراخ کننده ناشی می شود، تنش پر اهمیتی است.

• شیوه پس کشیدگی یا پیش تنیدگی :

از شیوه پس کشیدگی در جهت پیش تنیده کردن بتن مسلح و مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده می کنند. کشیدن ظرفیت باربری فعال عضو را می افزاید. • به کار بردن تسمه های پس کشیده با هدف افزایش ظرفیت برشی تیرها : در این شیوه با بهره وری از تسمه های فولادی که در محل اتصال تیر به ستون در فاصله های منظم نصب شده و با سفت کردن بست فولادی پس کشیده شده اند، ظرفیت برشی افزوده خواهد شد.

• انتقال برش بین اجزای سازه :

زمانی که یک بار متحرک از روی درز رد می شود، انتقال مناسب برش میان دال ها و دیگر اجزای سازه ای اهمیت زیادی دارد. توانایی درز در انتقال برش از یک سمت به سمت دیگر برای عملکرد دال نیز از اهمیت برخوردار است.

• اضافه کردن بادبند :

افزودن بادبند فولادی موجب مقاوم سازی سازه های بتنی، بالا بردن سختی، کم شدن نیاز به شکل پذیری و بالا بردن مقاومت برشی سیستم خواهد شد. به طور معمول، به کار بردن سیستم های مهار بندی واگرا در سازه های بتنی به علت هزینه بالا و دشواری هایی که در زمان اجرا و تأمین تجهیزات تیر پیوند دارد، مرسوم نیست. در عوض انواع سیستم های مهار بندی همگرا در این نوع بهسازی قابل استفاده هستند.

• شاترکریت دیوار بنایی :

به کار بردن شاتکریت بتنی یکی از شیوه های مقاوم سازی دیوار و در نهایت مقاوم سازی سازه های بتنی است. در این شیوه، یک شبکه میلگرد به شکل درست و مهاربندی شده روی دیوار گذاشته می شود. بعد عملیات بتن پاشی با دستگاه شاتکریت انجام می شود. اضافه شدن این پوشش بتنی موجب انسجام مناسب دیوار و همچنین افزایش مقاومت و شکل پذیری درون صفحه و برون صفحه خواهد شد. از مزایای این شیوه می توان به این نکته اشاره کرد که شبکه میلگرد به وجود آمده روی سطح دیوار با بتن پاشیده شده مثل یک لایه بتن مسلح عمل می کند و رفتارهای لرزه ای دیوار را بهبود می بخشد.

• سقف بتنی با صفحه های فولادی :

برای کنترل خیز سازه و بالا بردن سختی، مقاومت و یکپارچگی سقف بتنی و در نتیجه مقاوم سازی سازه های بتنی از صفحه های فولادی استفاده می شود. این صفحه ها باید به شکل درست به سقف وصل و سپس مهار شوند و فضای میان سقف و صفحه با گروت پر خواهد شد. به این ترتیب، در حین چسبندگی کافی، عملکرد لرزه ای و انتقال بار مناسب اتفاق خواهد افتاد.

• مقاوم سازی ستون ها و تیرهای بتنی با صفحه های فولادی :

محصور کردن اعضای بتنی مانند تیرها و ستون ها با پروفیل ها و صفحه های فولادی از شیوه های مؤثر مقاوم سازی سازه های بتنی برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله است. این شیوه در مقایسه با شیوه افزایش ابعاد این برتری را دارد که با آن ابعاد مقطع خیلی زیاد نمی شود. اما در جهت بالا بردن سختی مقطع برای کنترل برش باید تمهیداتی اندیشیده شود. هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی که مقاومت کمی دارند مناسب است.

• مقاوم سازی محل اتصالات :

محل اتصال تیر به ستون در قاب های خمشی بتن مسلح به دلیل قرار گرفتن اتصال در اثر تنش های رفت و برگشتی در زمان وقوع زلزله، از پر مخاطره ترین قسمت های عملکرد قاب بتن مسلح خمشی به حساب می آید. به این ترتیب، اصلاح عملکرد گره اتصال روی بهبود عملکرد تمام سیستم اثر خواهد داشت. مقاوم سازی محل اتصالات به شیوه های تزریق رزین اپوکسی در ژاکت فولادی، به کار بردن طوق های پیش تنیده X شکل، مقاوم سازی با FRP، مقاوم سازی با ژاکت فولادی و قفس فولادی و همچنین با استفاده از پیش تنیدگی و ژاکت بتن آرمه امکان پذیر خواهد بود.

چند دلیل برای مقاوم سازی سازه های بتنی :

• زمانی که یک سازه در اثر اتفاقاتی مانند زلزله یا گود برداری آسیب ببیند. • وقتی که کاربری یک ساختمان مسکونی تغییر یابد. • زمانی که قصد افزایش طبقات سازه وجود داشته باشد.

دلیل رواج استفاده از سازه های بتنی در ساختمان سازی

بتن جزء مصالح ساختمانی است که مقاومت فشاری تقریباً مناسب و مقاومت کششی پایینی دارد. اگر اجزای بتنی بدون میلگرد استفاده شوند، با اعمال بار به آن، موجب ترک خوردگی خواهد شد که این ترک خوردگی تا خراب شدن نهایی ادامه خواهد داشت. می توان با به کار بردن آرماتورهای تقویت کششی در بتن مسلح این مسئله را حل کرد. این مورد از جمله مواردی است که جزء نقطه ضعف های سازه های بتنی مسلح و پیچیدگی آن در تقویت سازه های بتنی و همچنین ترمیم و مقاوم سازی محسوب می شود. استفاده از سازه های بتنی سریع و آسان است و همین مسئله موجب افزایش کارایی آن ها در ساختمان سازی شده است. سازه‎ های بتنی در اسکلت ساختمان ها در مقایسه با سازه های فولادی حجم بیشتری از فضای ساختمان را اشغال می‎کنند. محافظت از فولاد مشکل است و در زمان کار با آنها به دقت زیادی نیاز دارند. شرایط آب و هوایی روی فولاد اثرگذار است و مصالح مورد استفاده آن قیمت بالایی دارند. مهم ترین مسئله در مورد سازه های فولادی این است که به دلیل انعطاف پذیری در مقابل زلزله و بارهای جانبی مقاومت بالایی دارند. اما مقام سازی سازه های بتنی با هدف افزایش مقاومت آن ها باید انجام شود.

شیوه های مقاوم سازی سازه بتنی و دلایل آن

مقاوم سازی سازه های بتنی به دلایل مختلفی انجام می شود. که می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1- خطاهای حین طراحی یا ساخت، 2- تغییر کاربری سازه 3- خوردگی ها از جمله عواملی که موجب ضعیف شدن سازه های بتنی و در نتیجه نیاز به مقاوم سازی می شوند عبارتند از: • نامطلوب بودن کیفیت بتن • نامناسب بودن آرماتور گذاری • اجرای غیر حرفه ای بتن ریزی • استفاده از مصالح نامرغوب • وجود خطا در طراحی و زمان اجرا • اضافه شدن بار سازه • شرایط محیطی مخرب مانند زلزله

مقاوم سازی سازه های بتنی و انواع ضعف‌ سازه ها

• به وجود آمدن ترک های مورب در هسته بتن • ورقه ورقه شدن هسته مرکزی بتن در بیشتر ترک‌های مورب رفت و برگشتی تحت تأثیر زلزله • جدا شدن پوشش بتن • کنده شدن تنگ ها و خاموت ها و بیرون آمدن از جای خودشان • شکست برشی المان‌ های کوتاه یا اجزایی که به اطراف متصل شده و کم بودن طول مؤثر آزاد آن ها • به وجود آمدن کمانش در آرماتورهای طولی • بیرون آمدن میلگردها از جای اولیه و رفتن به قسمت های تنش های متناوب بالا • گسیخته شدن دال های بتن آرمه در حاشیه های غیر ممتد • وجود ترک های مورب در دیوار برشی به ویژه به شکل متمرکز در اطراف بازشوها • به وجود آمدن ترک برشی در نقطه گره ها و جای اتصال تیر ستون

مقاوم سازی سازه های بتنی و روش های اجرای آن

مقاوم سازی سازه های بتنی به سه روش زیر انجام پذیر است.

1- مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله ژاکت بتنی و فولادی

یکی از شیوه های بهسازی و تقویت سازه ها، شکاف دادن پوشش بتنی اجزای سازه و گذاشتن میلگرد فولادی اضافی در آن و در نهایت پوشاندن آن قسمت با رزین مقاوم است. به این شیوه ظرفیت سازه کمی بهبود پیدا می کند، اما مشکل خوردگی میلگردهای فولادی همچنان پا بر جا است. اما یک شیوه دیگر هم وجود دارد که استفاده از ورق های فولادی یا ژاکت فولادی است. در این روش ورق های فولادی از خارج به اعضای بتنی چسبانده می شوند. این شیوه مقرون به صرفه است. اما مشکلات زیر را به دنبال دارد: • ورق های فولادی وزن زیادی دارند و ساخت این اجزا دارای مشکلاتی است. • به این ترتیب به اجزا سخت می توان دسترسی داشت و به زدن داربست نیاز است. • در چسبندگی میان فولاد و بتن ضعف وجود دارد که از خوردگی فولاد ناشی می شود. • وجود محدودیت طولی در انتقال دادن ورق های فولادی به کارگاه با در نظر داشتن این که طول تیرها به طور معمول بلند هستند. به کار بردن ژاکت های بتنی یا پوشش هایی از نوع بتن آرمه، شیوه سنتی مقاوم سازی سازه های بتنی است که موجب افزایش سختی و شکل پذیری و همچنین تقویت سازه های بتنی می شود. افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه بتنی از نقاط ضعف این شیوه به حساب می آیند. همچنین به کار بردن این روش به تخلیه کامل ساختمان و تخریب سازه بتنی نیاز دارد و موجب بالا رفتن نامناسب سختی اعضای بتنی می شود.

2- مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله دیوار برشی فولادی

از دیوارهای برشی فولادی در طراحی به عنوان سیستم مقاوم در مقابل بارهای جانبی و همچنین مقاوم سازی سازه ها استفاده می شود. مقرون به صرفه بودن، نصب و اجرای سریع و داشتن پتانسیل جذب انرژی بالا آن ها را به شیوه ای مناسب برای مقاوم سازی تبدیل کرده است. از این شیوه در کشورهای امریکا، ژاپن و کانادا برای مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده می شود. دیوارهای برشی فولادی را به راحتی می توان به قاب های فلزی موجود افزود. ولی مقاوم سازی لرزه ای قاب های بتنی به وسیله آن ها همچنان در مراحل اولیه است. با مقایسه کردن قاب های بتنی که دیوار برشی فولادی دارند و آن ها که بدون آن هستند، این نتیجه به دست آمده که تأثیر مقاوت فشاری بتن بر ظرفیت های بتنی با دیوار برشی ورق فولادی بیشتر است که به دلیل تأثیر ورق فولادی بر عناصر مرزی به دست می آید.

از مزایای دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی نسبت به دیوار برشی بتنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پایین بودن وزن فولاد مورد استفاده در سازه • پایین بودن بار مرده • بالا بردن فضای مفید داخل با کاهش سطح اشتغال دیوار برشی • بالا بودن سرعت اجرا • رفع محدودیت های معماری با کاهش طول و تعداد دیوار برشی • بالا بردن ضریب رفتار سازه و شکل پذیری در مقابل زلزله

ویژگی های دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی کدام است؟

دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی و سازه های فولادی قابل استفاده است. ویژگی های این دیوارها عبارتند از: • این سیستم از نظر اجرایی بسیار ساده است و دقت در انجام کار به اندازه دیگر سازه های فولادی است. • سرعت اجرا به دلیل استفاده از قطعات پیش ساخته بالا است. • دیوار برشی فولادی نسبت به دیوار برشی بتنی تمیزتر، سریع تر و ایمن تر است. • این سیستم از سخت ترین سیستم های مهاربندی X شکل است. • رفتار سیستم در حالت الاستیک و میزان جذب انرژی نسبت به سیستم های مهاربندی بهتر است.

انواع دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی کدامند؟

- دیوار برشی فولادی بدون سخت کننده که در آن ورق جان مقاومت فشاری کمی دارد و به همین دلیل کمانش در اثر بارهای کوچک ایجاد می شود. از سوی دیگر، بارهای جانبی به وسیله مقاومت کششی قطری ایجاد شده در جان دیوار تحمل می شود که این کار مانند میدان های کششی ایجاد شده در تیر ورق ها است. 2- دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی با سخت کننده که در آن سخت کننده ها ظرفیت کمانشی ورق جان دیوار برشی را بالا می برد. 3- دیوار برشی فولادی مرکب سختی مورد نیاز برای ورق فلزی جان دیوار به وسیله بتن آرمه تأمین می شود. از بتن سخت کننده می توان در یک سمت یا هر دو سمت ورق جان دیوار استفاده کرد. کاربرد این سیستم در منطقه های زلزله خیز به علت جذب و اتلاف انرژی زیاد مناسب و به صرفه است.

3- مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله الیاف FRP

در مقاوم سازی سازه های بتنی به مصالحی نیاز است که علاوه بر افزایش مناسب ظرفیت سازه، در برابر شرایط نامطوب محیط نیز استقامت خوبی برای محافظت از بتن داشته باشد. با پیشرفت فناوری، مهندسان محصولات پلیمری و کامپوزیتی را جایگزین مواد سنتی در مقاوم سازی کردند. با دست یافتن به پلیمرهای مسلح شده با الیاف FRP در صنعت ساختمان، راه حل بسیاری از معضلات در بهسازی و مقاوم سازی ساختمان پیدا شد. در این شیوه شکل های گوناگون مصالح FRP مانند الیاف، ورقه و آرماتور برای بهبود ظرفیت باربری، ترمیم و تقویت و همچنین مقاوم سازی به کار می رود. مصالح کامپوزیتی FRP نیز سهم زیادی از مقاوم سازی را بر عهده گرفته است. کامپوزیت با داشتن مقاوت کششی زیاد، وزن کم و مقاومت بسیار در برابر خوردگی و شرایط نامساعد محیط، در مقاوم سازی سازه های بتنی در برابر خطر زلزله کاربرد فراوانی دارد. به این موارد می توان آسان بودن استفاده از FRP، نیاز نداشتن به نیروی کار حرفه ای، سبک و همچنین مقاومت کم آن اشاره کرد.

چه زمانی ستون های فولادی خراب می شوند و به مقاوم سازی ساختمان نیاز است؟

• زمانی که سطح مقطع ستون کم باشد. • باریک بودن بیش از حد مجاز یکی دیگر از دلایل است. • فشرده نبودن مقطع نیز می تواند موجب آسیب دیدگی ستون های فولادی شود. • وجود ضعف در جوش ها نیز از دیگر دلایل خرابی است. • زمانی که اصل تیر ضعیف و ستون قوی رعایت نشده باشد. • وقتی زنگ زدگی و خوردگی ستون ها اتفاق بیافتد. • زمانی که ناحیه ای متأثر از حرارت در اثر جوشکاری زیاد ایجاد شود. • رخ دادن آتش سوزی از دیگر دلایل خراب شدن ستون ها است.

شیوه های تقویت ستون های فولادی در مقاوم سازی ساختمان

برای اینکه ستون های آسیب دیده دوباره تقویت شوند و در کل ساختمان مقاوم سازی شود، راه هایی وجود دارد که در ادامه آورده شده است: • افزودن ورق پوشش به بال ستون فولادی برای تقویت آن و مقاوم سازی ساختمان است. در این شیوه با اضافه کردن ضخامت بال از کمانش موضعی ستون جلوگیری می شود. • افزودن ورق موازی با جان ستون و تبدیل کردن به شکل جعبه ای است. افزودن ورق موازی با جان ستون اضافه شدن ممان اینرسی در امتداد موازی با جان ستون را به دنبال دارد. • به کار بردن ژاکت های بتنی ستون های فولادی، از این شیوه برای مقاوم سازی مقاطع فولادی باز مثل I و H استفاده می شود. با محصور کردن ستون فولادی سختی آن نیز زیاد و در ضمن بالا رفتن سختی برشی را نیز موجب می شود. برای افزایش سختی خمشی ستون فولادی، روکش ستون در طبقه های مختلف باید پیوسته باشد. تقویت و ترمیم ستون ها با شیوه های تقویت ستون های فولادی آن ها را در برابر آتش سوزی نیز مقاوم می کند. • ستون فولادی پر شده با بتن برای تقویت و مقاوم سازی ساختمان یک شیوه دیگر است. از شیوه های تقویت ستون های فولادی بیشتر برای مقاطع فولادی بسته استفاده می کنند. • استفاده کردن از روکش های FRP در مقاطع بسته شبیه مقاوم سازی ستون های بتنی است و در آن الیاف به شکل دورپیچ ستون های فولادی را در بر می گیرد و موجب اضافه شدن مقاومت فشاری آنها می شود. همچنین، این کار موجب افزایش شکل پذیری اعضای تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی خواهد شد. • استفاده از پیش تنیدگی خارجی برای تقویت ستون های فولادی جزء شیوه های نوین مقاوم سازی ساختمان است. کابل های پیش تنیدگی استفاده شده برای این امر از نوع کابل ها و مفتول های متداول در کارهای پیش تنیدگی هستند. شیوه های تقویت ستون های فولادی می تواند موضعی یا کلی باشد. در حالت کلی نیروهای پیش تنیدگی که به ستون مقاوم شده وارد می شوند، به باز توزیع نیروهای داخلی منجر شده و موجب کاهش تنش ها در اجزا نسبت به حالت اولیه می شود. این احتمال وجود دارد که در بعضی از سایر اجزای ستون، پیش تنیدگی باعث افزایش تنش شود. به همین علت در استفاده از پیش تنیدگی خارجی باید آنالیز تنش در ستون مقاوم سازی شده با دقت بررسی شود. به جز مسئله مهارها، در زمان به کار بردن کابل های پیش تنیدگی تعدادی از عناصر اضافی که بیشتر شامل انواع مختلفی از سخت کننده ها هستند نیز لازم به نظر می رسند. این مسئله در موارد پیش تنیدگی موضعی وجود دارد، به دلیل این که پیش تنیدگی نیروهای متمرکز جدیدی شامل نیروهای محوری اضافی را در اعضا ایجاد می کند. به این ترتیب اجزا باید به شکل موضعی برای حفظ پایداری تقویت شوند.

اصول مقاوم سازی ساختمان با frp

مقاوم سازی ساختمان با frp یکی از شیوه های پر کاربرد مقاوم سازی است که مراحل نصب و اجرای آن نیاز به قوانینی دارد که در ادامه اصول مقاوم سازی ساختمان با frp پیش از نصب آن آورده شده است. در واقع FRP مخفف Fiber Reinforced Polymer است. FRP بیشترین استفاده را برای ترمیم و مقاوم سازی سازه های بتنی دارد. وقتی FRP را روی سطح های بتنی مانند دال ها، تیرها، ستون ها و فونداسیون و دیوارهای بتنی قرار می دهند، به این ترتیب مقاومت بتن را بیشتر می کنند. از FRP در ساختمان ها با کاربری های مختلف به عنوان تکیه گاه ماشین آلات سنگین و در سازه های آبی مثل سدها و کانال ها استفاده می کنند. همچنین، FRP برای مقاوم سازی زیر ساخت های مهندسی مانند پل های جاده ای و ریلی و مخازن نگهدای آب و مواد شیمیایی، سیلوها و برج های خنک کننده به کار می رود.

استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه بتنی

سازه های بتنی از اجزای مهم ساختمان ها هستند. مقاوم سازی این سازه ها با روش های متعددی انجام می شود که هر کدام معایب و مزایای خود را دارند. تشخیص این که مقاوم سازی سازه های بتنی به چه شیوه انجام شود، توسط متخصص صورت می گیرد. اما یکی از جدیدترین و پرکاربرد ترین شیوه ها استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه بتنی است. مقاوم سازی ساختمان با FRP از مدرن ترین شیوه های مقاوم سازی و تقویت سازه های صنعتی است. البته در عین حال پر کاربردترین شیوه نیز محسوب می شود. استفاده از الیاف FRP چسبیده به شکل خارجی برای مقاوم سازی سازه های بتنی از اواسط سال 1980 آغاز شده است. به کار بردن این الیاف در سال های اخیر به طور چشم گیر افزایش یافته است. دال ها، تیرها، ستون ها، دیوارها، اتصالات و سازه هایی مانند کوره ها، دودکش ها، طاق ها، تونل ها، سیلوها و خرپاها اجزایی در ساختمان هستند که توسط این الیاف مقاوم سازی روی آن ها انجام می شود.‌ از الیاف FRP نه تنها برای مقاوم سازی سازه های بتنی بلکه برای سازه های بنایی، چوبی، فولادی و چدنی نیز استفاده می شود. در دهه های 70 و 80 میلادی روش های مقاوم سازی بیشتر شامل ژاکت فولادی و روش های مقاوم سازی مشابه بود، اما با گسترده شدن فناوری و دانش استفاده از سیستم های کامپوزیتی، روشها و استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه بتنی متداول شده است.

هدف استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه بتنی چیست؟

مقاوم سازی سازه های بتنی یا فلزی یا هر نوع سازه دیگری و تعمیر و اصلاح آن ها با هدف دستیابی به شرایط بهره برداری جدید و همچنین افزایش عمر مفید سازه انجام می شود.

علل استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه بتنی کدامند؟

• اشتباهات و مشکلات طراحی و اجرایی از مهمترین دلایل هستند. • تغییراتی که در استانداردها و آیین نامه ها ایجاد می شود، یکی دیگر از علل مقاوم سازی سازه های بتنی است. • یکی از مهم ترین علل مقاوم سازی، افزایش طول عمر مفید برای بهره برداری است. • تغییر کاربری در سازه های بتنی یکی دیگر از علل انجام مقاوم سازی است. • افزایش طبقات و بار وارده نیز به مقاوم سازی سازه های بتنی منجر می شود. وقتی بتن نتوانسته است مقاومت لازم را به دست بیاورد یا ابعاد اجزای باربر از ابعاد مورد نیاز کوچک تر باشد و همچنین زمانی که ستون به صورت خارج از محور یا دچار پیچش باشد، مشکلات در زمان طراحی و اجرا ایجاد خواهد شد. سازه بتنی در شرایط موجود مشکلی ندارد و اما شرایط جدید بهره برداری ممکن است ایجاب کند از منظر باربری در آن تغییراتی به وجود بیاید. همچنین، زمانی که سازه های بتنی طراحی و اجرا می شوند و پس از مدتی آیین نامه طراحی مانند آیین نامه 2800 تغییر می کند که نیازمند اصلاح استراکچر سازه است. در مواردی هم عمر سازه تمام شده یا در شرف اتمام است و ما تصمیم داریم چند سال دیگر از سازه بهره برداری کنیم. تغییر یک ساختمان که برای مسکونی ساخته شده است و قرار است به عنوان یک مرکز اداری یا آموزشی از آن بهره برداری شود نیز نیازمند مقاوم سازی است. اضافه کردن طبقات روی یک ساختمان بنا به هر دلیلی ساختمان را نیازمند استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه بتنی می کند.

مهم ترین روش های استفاده از FRP برای مقاوم سازی سازه بتنی عبارتند از :

• مقاوم سازی سازه های بتنی با الیاف FRP • مقاوم سازی سازه های بتنی با ژاکت بتنی • مقاوم سازی سازه های بتنی با ژاکلت فلزی • مقاوم سازی سازه های بتنی با افزایش ابعاد عضو باربر • مقاوم سازی سازه های بتنی با افزایش ظرفیت برابر بستر • مقاوم سازی سازه های بتنی با افزایش دیوارهای برشی • مقاوم سازی سازه های بتنی با افزایش اعضای باربر و کاهش بار وارده به عضو باربر الیاف FRP از جمله مصالحی است که در بهسازی بتن آرمه مورد استفاده قرار می گیرد. نسبت بالای مقاومت به وزن، مقاومت در برابر خوردگی و حمل و نصب آسان، FRP را به عنوان یک گزینه مورد توجه در بسیاری از پروژهای مقاوم سازی مطرح کرده است. به کار بردن شیوه های قدیمی مانند استفاده از پوشش های بتنی و فلزی برای تعمیر و تقویت ستون های بتن مسلح رواج دارد، ولی این کار به تجهیزات و افراد زیادی نیازمند است و علاوه بر آن وزن سازه را نیز زیاد میکند و همچنین در محیط های خورنده آسیب پذیر است.

انواع الیاف FRP در مقاوم سازی ساختمان

• FRP با الیاف کربن • FRP با الیاف شیشه • FRP با الیاف آرامید • FRP با الیاف بازالت در ادامه انواع الیاف frp در مقاوم سازی ساختمان و ویژگی های هر کدام آورده شده است.

FRP با الیاف کربن (CFRP)

الیاف کربن رشته ای است که از حرارت موادی که بخش اصلی آن ها کربن است در محیط گازهای بی اثر حاصل می شود. فیبر کربن به رنگ مشکی است و غیر حلال در آب و بی بو است و در مقابل خوردگی مقاومت زیادی دارد. انواع الیاف frp در مقاوم سازی ساختمان ، صنایع دفاعی و خودرو سازی از جمله موارد استفاده از این نوع FRP هستند. ویژگی های الیاف کربن در مقاوم سازی ساختمان با FRP و موارد دیگر عبارت است از : • مقاومت بالا در برابر حرارت و خستگی • داشتن وزن سبک • مقاومت کششی بسیار بالا • دارا بودن بیشترین مقدار ضریب ارتجاعی نسبت به الیاف شیشه و کولار • کم بودن ضریب انبساط گرمایی خطی آن در دماهای بالا • دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی • نفوذ ناپذیر بودن در مقابل اشعه ایکس • به صرفه بودن قیمت بالای الیاف کربن با در نظر داشتن عمر بالای آن و تأمین مقاومت بالا برای اجزای سازه در طولانی مدت

FRP با الیاف شیشه (GFRP)

الیاف شیشه پر کاربردترین الیاف در صنعت کامپوزیت است. قیمت این الیاف بسیار پایین است. مقاومت کششی و شیمیایی بالای الیاف شیشه موجب شده است تا در ساخت قطعات در صنایع هوا فضا، خودرو، تجهیزات دریایی و ورزشی مورد استفاده قرار گیرد. الیاف شیشه متداول ترین الیاف مورد استفاده در مقاوم سازی ساختمان با FRP است و برای نگهداری از اجزای مختلف در محیط های خورنده و شیمیایی کاربرد دارد. ویژگی های الیاف شیشه در انواع الیاف frp در مقاوم سازی ساختمان و موارد دیگر عبارت است از : • داشتن قیمت پایین • دسترسی آسان • مقاومت کششی بالا • عایق الکتریکی • مقاومت بالا در برابر عوامل شیمیایی و حرارت • مناسب محیط های مستعد خوردگی

FRP با الیاف آرامید (AFRP)

الیاف آرامید به شکل های گوناگون موجود است و مانند الیاف شیشه و کربن در ساخت کامپوزیت ها استفاده می شود. این الیاف به علت سبکی، پایداری حرارتی بالا و چقرمگی عالی کاربردهای فراوانی در انواع الیاف frp در مقاوم سازی ساختمان دارد. این الیاف با نام های تجاری کولار، وارن و تکنورا نیز عرضه می شود. ویژگی های الیاف آرامید در مقاوم سازی ساختمان با FRP و موارد دیگر عبارت است از : • بالا بودن نقطه ذوب • غیر قابل حل بودن در برابر بسیاری از حلال های آلی • داشتن مقاومت کششی بالا • داشتن دانسیته پایین • نداشتن ضریب انبساط حرارتی • جذب ارتعاشات • مقاوت در برابر ضربه، خستگی، حرارت و عوامل شیمیایی • ارزان بودن آرامید نسبت به کربن

FRP با الیاف بازالت (BFRP)

ویژگی های شیمیایی و مکانیکی این الیاف به ترکیب و اجزای سازنده آن بستگی دارد. از این الیاف در صنعت بافت و تولید کامپوزیت ها استفاده می شود. این الیاف در صنایع دریایی، خودرو سازی، حمل و نقل و تجهیزات ورزشی به طور گسترده کاربرد دارد. الیاف بازالت غیر قابل اشتعال است، پایداری شیمیایی آن بالا است و در مقابل شرایط آب و هوایی مقاومت خوبی دارد. ساختار مواد اولیه و وجود مقدار زیادی حفره کوچک موجب پایدار شدن آن در برابر حرارت شده است. الیاف بازالت در برابر محیط قلیایی مقاومت خوبی دارد، اما مقاومت آن در برابر محیط های بازی کم است. در برابر خوردگی نیز مقاومت بیشتری نسبت به الیاف شیشه دارد.

ویژگی های الیاف بازالت در انواع الیاف frp در مقاوم سازی ساختمان و موارد دیگر عبارت است از:

• مقاومت حرارتی بالا • اشتعال‌ پذیری پایین • افت کم عملکرد • مقاومت در دمای بالاتر از ۹۰۰۰ درجه سانتی ‌گراد • مقاومت در برابر رطوبت • چسبندگی خوب در مقابل رزین‌ های بسپاری و انواع لاستیک‌ • داشتن مقاومت کششی و سایشی همان طور که ملاحظه کردید، هر کدام از این الیاف ها دارای ویژگی های خاص خود هستند و بسته به خصوصیاتی که دارند، در انواع الیاف frp در مقاوم سازی ساختمان برای ترکیب با رزین به کار می روند. الیاف ها به طور معمول الاستیک، ترد و مقاوم هستند و نقش اساسی باربر را در FRP بازی می کنند. قطر الیاف بسته به نوع آن حدود 5 تا 25 میکرون است. رزین در FRP به عنوان یک چسباننده عمل می کند و الیاف ها را در کنار هم نگه می دارد. رزین ها را می توان از ترکیبات ترموست یا ترموپلاستیک انتخاب کرد. ترموست با حرارت دیدن سخت می شود و دیگر به شکل مایع در نخواهد آمد. اما ترموپلاستیک با حرارت به شکل مایع و با سرما به شکل جامد در می آید.

مزایای شیوه های تقویت ستون های فولادی با FRP عبارتند از :

• یکی از این مزایا قابلیت افزایش مقاومت محوری، برشی و خمشی سازه است. • بالا رفتن شکل پذیری و قابلیت جا به جا شدن نسبی نهایی بیشتر خواهد بود. • کمترین افزایش در ابعاد پایه در تمام روش ها با هم مشابه است. این شیوه مقاوم سازی سرعت بالایی دارد و بهره برداری از سازه متوقف نخواهد شد.

مقاوم سازی ساختمان با FRP و ترکیبات تشکیل دهنده آن

FRP از دو ماده تشکیل شده است؛ ماتریس و الیاف. • رزین های اپوکسی و پلی استر مواد اصلی ماتریس هستند. برای این که مصرف آن ها صرفه اقتصادی داشته باشد و همچنین بهبود خواصشان، در آن ها از افزودنی ها استفاده می کنند. ماتریس انتقال بار FRP را به سرانجام می رساند. همچنین، کمانش موضعی الیاف تحت فشار را تحت کنترل دارد. • الیاف وظیفه تأمین مقاومت مکانیکی را در FRP به عهده دارد. همچنین الیاف است که عمل محافظت در برابر خوردگی و آسیب دیدن را انجام می دهد. الیاف بیشترین بخش تشکیل دهنده FRP است.

مقاوم سازی ساختمان با FRP و انواع آن

FRP انواع مختلفی دارد: • میلگرد • صفحه • فیبر که هر کدام موارد استفاده خود را دارند: • از پروفیل ها در خرپاها و سازه های قابی استفاده می شود. • میله ها، آرماتورها و همچنین شبکه ها به طور مجزا و به شکل آرماتورهای داخلی پیش تنیده برای اعضای بتنی به کار می روند. • تسمه ها، صفحات و پوسته ها به طور مجزا و به شکل آرماتورهای خارجی پیش تنیده برای اعضای بتنی، چوبی، بنایی و فلزی کاربرد دارند. • صفحات، پوسته ها و مقاطع قالب شده به طور مجزا و مرکب در قالب بندی های تسلیح خارجی اعضای بتنی و درجا استفاده می شوند.

مقاوم سازی ساختمان با FRP و نقاط ضعف آن

FRP هم مانند دیگر مصالح ساختمانی دارای نقاط ضعفی است: • حساسیت در برابر آتش • داشتن ضعف در مقابل تحمل تنش‌های فشاری • پیوستگی میان ورق FRP و سطح عضو بتنی

مقاوم سازی ساختمان با FRP و مزایای آن

این روش دارای مزایای مخصوص به خود نیز است: • داشتن مقاومت کششی زیاد و کمک به بالا بردن مقاومت فشاری اعضا • داشتن مشخصات فنی بالا مانند مدول و مقاومت • داشتن مقاومت در برابر خوردگی • حمل و نقل آسان • سرعت زیاد اجرا • داشتن وزن سبک و چگالی پایین • توقف نداشتن کاربری در زمان اجرای تقویت با آن • نیاز نداشتن به قالب بندی • نبود مشکلات معماری

مقاوم سازی ساختمان با FRP و موارد استفاده آن

از این شیوه مقاوم سازی در موارد زیادی استفاده می شود: • مقاوم سازی ساختمان ها، پل ها و پایه پل ها • مقاوم سازی سازه های صنعتی، بنایی و بتنی • مقاوم سازی ساختمان های مسکونی، تجاری و غیره • مقاوم سازی سیلوها، خطوط لوله و نیروگاه ها به کار بردن FRP برای تقویت ستون های بتنی از دیگر روش های مقاوم سازی کارآمدتر است. کامپوزیت FRP برای تقویت ستون های بتنی که تحت بار محوری و برشی هستند و همچنین ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺧﻤﺸﯽ ﺳﺘﻮن ﻫﺎ کاربرد دارد. همچنین اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﺸﺨﺼﻪ ﺑﺘﻦ که به علت اﻓﺰاﯾﺶ ﺷﮑﻞ ﭘﺬﯾﺮی، تأثیر افزایشی روی اﺛﺮ ﻣﺤﺼﻮر ﺷﺪﮔﯽ بتن به وجود می آید، از دیگر کاربردهای آن است. FRP به علت نازک بودن ورق هایش بهترین گزینه برای تقویت ستون ها است. به این ترتیب در جانمایی پارکینگ های ساختمانی ایرادی وارد نخواهد شد. FRP بیشترین تأثیر را در ستون های دایره شکل دارد. هر چند در ستون های مربع و مستطیل هم با گرد کردن گوشه ها می توان از FRP استفاده کرد.

سرفصل های کتاب:

مقاوم سازی ساختمان و دلایل آن

هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی

مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله ژاکت بتنی و فولادی

مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله دیوار برشی فولادی

مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله الیاف FRP

FRP با الیاف کربن (CFRP)

pdf