مقاوم سازی ساختمان

مقاوم سازی ساختمان
توضیح تصویر : تخریب تالار پذیرایی قبلی و طراحی و تقویت فونداسیون و طراحی سازه و معماری و نوسازی تالار جدید بوستان در عرض 70 روز به صورت EPC متعلق به کارفرما صدا و سیما
| آرین تیس

توضیح تصویر : تخریب تالار پذیرایی قبلی و طراحی و تقویت فونداسیون و طراحی سازه و معماری و نوسازی تالار جدید بوستان در عرض 70 روز به صورت EPC متعلق به کارفرما صدا و سیما

بطور کلی مقاوم سازی ساختمان به منظور حفاظت از ساختمان در برابر ثقلی (بار زنده و مرده ) و مهمتر از آن بارهای جانبی مانند باد و زلزله صورت می گیرد. مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از نصب و اضافه کردن ورقهای فولادی به اجزای سازه مانند ستونها و تیرهای ساختمان صورت می گیرد. یا می‌توان سازه ی فولادی را با تقویت بادبند ها در صورت وجود و یا اضافه کردن آن در سازه تقویت نمود. البته توضیحی که داده شد خیلی کلی و ساده بوده و تجربه نشان داده است که در سازه های فولادی تقویت و مقاوم سازی اتصالات بمراتب مهمتر و ضروری تر می باشد. 
در بحث مقاوم سازی سازه های بتنی مسئله قدری پیچیده تر می باشد ، زیرا دیگر با اتصال و جوشکاری ورقهای فولادی به اسکلت ساختمان نمی توان براحتی عضو سازه ای ضعیف را تقویت و مقاوم سازی نمود . بنابراین روشهای تکنیکی تر و تقریباً مشکل تری در خصوص تقویت سازه های بتنی نیاز است . از جمله این روشها می توان به استفاده از ورقهای FRP  جهت  تقویت دیوار های برشی یا تیرها و ستونهای اشاره نمود و یا از ژاکت بتنی که روش کاشت میلگرد و راد در آن بکار می رود و یا استفاده از ژاکت فولادی را مد نظر قرار داد. البته در ارائه و پیشنهاد روش مناسب بمنظور تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی متناسب با میزان ضعیف بودن سازه حتی اضافه کردن دیوار برشی نیز یکی از راه کارها می باشد .

در بحث مقاوم سازی بسیاری از سازه ها هستند که بنا به دلایل متفاوتی به مقاوم سازی نیاز دارند. مقاوم سازی ساختمان فقط برای سازه های قدیمی و فرسوده نمی باشد بلکه برخی از سازه های جدید نیز وجود دارند که به دلایل اشکالات اجرایی حتی در حین اجرای اسکلت و قبل از بهره برداری یا در حین استفاده و با داشتن عمر مفید و یا موارد مختلف دیگر به مقاوم سازی و تقویت احتیاج پیدا می کنند.

مقاوم سازی چیست؟

مقاوم سازی به معنای علمی تر بهبود عمل کرد المان های سازه ای سازه، در برابر عوامل مخرب و آسیب زای طبیعی مانند زلزله و طوفان و ... می باشد. همان گونه که در مقدمه بیان شد، مقاوم سازی سازه را می توان برای کلیه ساختمان های فلزی و بتنی و حتی نیمه اسکلت و بنایی به کار برد به این صورت که:

در اجزا و المان های سازه ای سازه های فولادی می توان متناسب با ضعف اجزای سازه مانند تیرها و یا ستونها و حتی بادبنده با تعبیه ورق های فولادی ( پلیت ها ) یا اضافه کردن بادبند های جدید به سازه اسکلت موجود را مقاوم سازی نمود. برای مقاوم سازی سازه های بتنی نیز می توان هم  با استفاده از روش های نوین و هم با در نظر گرفتن روشهای متداول و قدیمی مانند استفاده از ژاکت بتنی یا فولادی و همچنین اضافه کردن دیوار برشی جدید و یا تقویت دیوارهای برشی موجود در صورت وجود سازه را مقاوم سازی کرد.

لازم به ذکر است که از جمله روش های مقاوم سازی مدرن می توان علاوه بر موارد بالا به موارد زیر اشاره کرد.

  • مقاوم سازی ساختمان با دمپر و میراگر ها
  • مقاوم سازی با استفاده از جرم متمرکز پاندولی
  • مقاوم سازی با استفاده از Base isolator (جداگرهای لرزه ای ) 
  • مقاوم سازی با استفاده از بادبندهای کمانش تاب و روش امروزه استفاده از مواد پلیمری از الیاف کربن CFRP یا شیشه GFRP می باشد.

اگر می خواهید بدانید کدام یک از این روش ها بهتر است باید بگوییم که همه چیز به شرایط ساختمان بستگی دارد. هر کدام از این روش ها مزایا و معایبی دارند و باید با توجه به شرایط سازه باید  هر روش را به گونه ای انتخاب کرد که بتواند در کل مقاومت نهایی سازه را تامین کند. مقالات زیادی در مورد روش های ذکر شده وجود دارند که می توانید در بخشهای دیگر سایت  شرکت آرین تیس از آن ها استفاده کرده و دانش خود را تکمیل کنید

مقاوم سازی| مقاوم سازی ساختمان| مقاوم سازی سازه های بتنی|frp|سازه بتنی|دلایل مقاوم سازی ساختمان
توضیح تصویر: تقویت و مقاوم سازی سازه بتنی مجتمع مسکونی واقع در اندیشه کرج با الیاف FRP به دلیل ضعف شدید مقاومت بتن اجرا شده در سازه 

مقاوم سازی ساختمان به چه علت صورت می گیرد؟

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 ، طوفان و یا هر نوع اضافه باری بر ساختمان که قبلاً در نظر گرفته نشده به کار می رود. بنابراین به دلایل مختلفی ساختمان ها به مقاوم سازی نیاز دارند:

مقاوم سازی ساختمان ها 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. بر همگان روشن است که مهم ترین نیرو بر ساختمان ها و شاید بتوان گفت پر چالش ترین نیرو ، نیروی زلزله است که ممکن است ساختمان در مقابل آن استحکام کافی را نداشته باشد و با شروع  لرزش های اولیه به هنگام زلزله فرو بریزد.

مقاوم سازی اصولی ترین شیوه برای حفظ جان انسان هایی است که در زمان زلزله در ساختمان به سر می برند. ممکن است به هر دلیلی به غیر از زمین لرزه ساختمان به مقاوم سازی نیاز داشته باشد که در این صورت  باید 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


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 مخصوصاً نوع خاک ساختگاه به لحاظ لرزه خیزی و اشتباه در پارامترهای اعلامی در گزارش مکانیک خاک و ژئوتکنیک. همچنین با توجه به حساسیت امر طراحی سازه بکارگیری مهندسین مجرب باتجربه در خصوص محاسبات سازه بسیار ضروری می باشد و چه بسا بسیار پروژه هایی که بدلیل اینکه محاسبات سازه آن توسط افراد کم تجربه و فاقد تسلط مناسب به محاسبات سازه صورت گرفته وارد معقوله مقاوم سازی گردیده اند .

 

به دلیل به روز نبودن آئین نامه :

اگر در آئین نامه اشتباه و یا نقصی وجود داشته باشد، به مهندسین محاسب 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 که در ویرایش نوین  آئین نامه های طراحی سازه تغییراتی به جهت افزایش ایمنی سازه رخ داده دیگر امنیت کافی نداشته و ساختمان مورد نظر نیاز به بازنگری دارد .

به دلیل وجود مشکلات اجرایی  :

می توان مهم ترین افراد در  ساخت یک ساختمان را مجریان آن دانست. داشتن دقت نظر کافی در تمام مراحل اجرایی ساختمان کار بسیار مهم و البته دشواری می باشد. ممکن است در زمان آرماتور بندی، قالب بندی، بتن ریزی، عمل آوری و کیورینگ بتن ، اندازه گذاری و شاقول کردن ساختمان خطاهایی رخ بدهد که به دلیل جایز الخطا بودن انسان ها امری طبیعی است. همچنین استفاده از مصالح و مواد با کیفیت پایین ، خصوصاً آهن مصرفی مانند میلگردهای مورد نیاز در پروژه و یا فولاد مورد استفاده در اسکلت فولادی ساختمان و بتن خریداری شده از تولید کنندگان بتن که هر یک از مصالح فوق الاشاره می تواند غیر استاندارد بوده و حتی در خصوص بتن استفاده شده فاسد باشد می تواند پروژه را به سمت تقویت و مقاوم سازی سوق دهد . بنابراین بخشی از وظایف مهم مجریان و مدیران پروژه دقت در خرید محصولات و مواد با استانداردهای بالا و کیفیت مرغوب در سازه می باشد .

مقاوم سازی ساختمان به دلیل خطاهای غیر انسانی


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 ، تغییر ناگهانی شرایط جوی و ایجاد یخبندان و در آخر نگه داری مصالح شرایطی را بوجود می آورد را تولید می کند که ویژگی های مکانیکی و مقاومت‌های مصالح مورد استفاده را با آنچه مد نظر طراح می باشد متفاوت می نماید. در این مبحث ساز های بتنی دارای حساسیت بیشتری نسبت به سازه های فولادی داشته و آئین نامه های بتن همیشه در تلاش بوده اند که با مشخص کردن مقادیر آماری در تهیه و ساخت بتن به اطمینان بیشتری برسند. اما این اتفاق زیاد رخ میدهد که مقاومت فشاری بتن اجرا شده در بخشهایی از سازه در مواردی از مقدار مشخص شده و مورد نظر طراح کمتر باشد  و مقاوم سازی می تواند تنها  راه چاره برای حل این مشکل باشد.

مقاوم سازی| مقاوم سازی ساختمان| مقاوم سازی سازه های بتنی|frp|سازه بتنی|مقاوم سازی ساختمان به دلیل حوادث طبیعی
توضیح تصویر : ترمیم و بهسازی پایه های بتنی کولینگ تاور بیمارستان نیروی هوایی ارتش به دلیل خوردگی بتن

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 اکسپوز یا مدفون در بتن یا دیگر مصالح بنایی کاربرد دارد. با مرور زمان و سپری شدن مدت زمان زیادی از ساخت یک پروژه با اسکلت فولادی بنا به دلایل مختلفی مانند نفوذ آب و رطوبت به پای ستونها و محل اتصال ستون به صفحه ستون ها بر روی فونداسیون در زیر زمین ساختمانها و یا نشت فاضلاب بدلیل شکستگی لوله های مربوطه دچار خوردگی میگردد . همچنین عدم اجرای ایزولاسیون و عایق بندی و همچنین عدم رنگ آمیزی و اجرای ضد زنگ مرغوب در کل اسکلت و مخصوصاً پای ستونها به هنگام اجرای اسکلت که  در مجاورت خاک و مدفون در آن می باشد بر شدت این موضوع می افزاید. 
همچنین اجرای سازه های فلزی در مناطقی از کشور که میزان رطوبت در هوا زیاد می باشد مانند مناطق جنوبی و شمالی کشور عامل شدید کننده ای در خوردگی و زنگ زدگی اجزای فولادی ساختمان می باشد . 

به دلیل اضافه شدن بار روی ساختمان :

بعضی مواقع اضافه شدن بار برروی ساختمان گریز ناپذیر است. این امر به شکل های مختلف اتفاق می افتد و راه حل آن مقاوم سازی خواهد بود. از جمله عواملی که باعث افزایش بار ساختمان می شود تغییر کاربری ساختمان می باشد.
سبک زندگی امروز در شهرهای بزرگ موجب می شود که گاهی از یک واحد مسکونی به جای انبار و دپوی کالا استفاده شود و یا کاربری مورد استفاده در ساختمان تغییر کرده و مثلاً از مسکونی به اداری یا تجاری و حتی درمانی تغییر می یابد . همین امر مقاوم سازی ساختمان را به دنبال خواهد داشت.

نیاز به تقویت و مقاوم سازی ساختمان به دلیل نصب تجهیزات خاص :

در صورتی که نیاز باشد روی بام یا هر جای دیگری از ساختمان ماشین آلات و یا تجهیزات مکانیکی یا مخابراتی نصب شود، کنترل وضعیت بوجود آمده و بارهای اضافه شده و انجام مقاوم سازی ساختمان برای تحمل این تجهیزات حتمی و ضروری به نظر می رسد.

تقویت و مقاوم سازی ساختمان به دلیل تغییر در عناصر سازه ای :

گاهی نیز تغییرات ضروری در سیستم سازه ای یک پروژه مانند حذف یک ستون یا بادبند 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 اکثر شهرهای کشور عزیزمان خصوصاً شهر  تهران در معرض خطر آن قرار دارد و نیاز به مقاوم سازی ساختمان هایی که بنظر می‌رسد ضعیف می باشند یا قدیمی و فرسوده می باشند را ضروری می دارد . کشور ما روی کمربند زلزله سراسری در دنیا قرار گرفته است، به طوری که در زیر اکثر قریب به اتفاق استان های کشور یک گسل خطرناک و فعال وجود دارد.

همین مسئله پر اهمیت مهندسان را بر آن داشته است که مقاوم سازی ساختمان ها را در برابر زلزله مد نظر داشته باشند. همان طور که اشاره  شد 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 نریزد و تلفات انسانی ببار نیاورد .

علاوه بر حوادث غیرمترقبه طبیعی مانند زلزله ، طوفان و ..... می توان به حوادث دیگری مانند موارد زیر اشاره کرد که باعث آسیب زدن به سازه ساختمان می شود :

  • برخورد خودرو مخصوصاً خودروهای سنگین مانند کامیون با پایه پلها یا ستونهای ساختمان .
  • ایجاد انفجار در ساختمان.
  • رخداد آتش سوزی در ساختمان.


در کل، می توان گفت همانطور که مقاوم سازی ساختمان برای ایجاد امنیت و ایمنی بیشتر در یک ساختمان کارایی دارد در بعضی مواقع اتفاقات پیشبینی نشده غیر طبیعی نیز مانند مواردی که در بالا به آن اشاره گردید می تواند نیاز به تقویت و مقاوم سازی ساختمان را ایجاد نماید . همچنین تقویت و مقاوم سازی ساختمان در برابر حوادث غیرمترقبه طبیعی می تواند برای مدتی شما را از دغدغه و نگرانی هایی که درباره حوادث مذکور به ویژه زلزله که در کشور ما احتمال رخداد آن زیاد است برهاند. هدف از مقاوم سازی که توسط دولت جهت طرح های دولتی بکار می رود در کاهش خسارات کلی زلزله تأثیر بسزایی 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 که بر عهده دولت می باشد . اما پروژه هایی که برای مقابله با زلزله  توسط دولت در حال انجام است بدلیل اینکه شامل بیمارستان های دولتی و مراکز امداد و نجات مانند ایستگاه های آتش نشانی و اورژانس و درمانگاه و مراکز مهم دولتی مانند ساختمان های مدیریت بحران می باشد تا حد زیادی موجب کاهش تلفات جانی و هم چنین کاهش خطرات و بحران ناشی از زلزله خواهد شد.

مراحل مقاوم سازی به این ترتیب است:

اولین قدم جستجو در خصوص وجود مدارک فنی ساختمان مخصوصاً نقشه های سازه ، دفترچه محاسبات سازه ، نقشه های چون ساخت As built سازه ، گزارش مکانیک خاک و ژئوتکنیک از زمین پروژه ، زونکن گزارشات کارگاهی و مهندسین ناظر پروژه ، آزمایشات کمی و کیفی انجام شده از اجزای سازه به هنگام اجرای اسکلت ، بررسی فاکتور های خرید مصالح و مواد ساختمانی مورد نیاز جهت اسکلت ساختمان  مخصوصاً فاکتورهای خرید بتن آماده و ..... که هر یک از مدارک قید شده در خصوص آگاهی از وضعیت پروژه و چگونگی اجرای اسکلت ساختمان کمک مهمی می نماید . 

مرحله بعد ، بازرسی از ساختمان و ارزیابی اولیه از وضعیت کیفی سازه می باشد .

در ادامه این مرحله  باید بازرسی کامل و مطالعات لازم بر روی سازه ساختمان مورد مطالعه مانند انجام آزمایشات مخرب و غیر مخرب انجام شود. در این مرحله است که سونداژها و کنده کاری‌هایی بر روی ساختمان صورت می گیرد تا وضعیت کیفی و کمی سازه مشخص شود.
در طی این فرآیند می بایست هدف از مقاوم سازی ساختمان مورد نظر مشخص باشد. بطور مثال ساختمان بدلیل قدمت و فرسودگی نیازمند بررسی و مطالعه بمنظور مقاوم سازی می باشد ؟ یا عضوی از اجزای اصلی سازه بنا به هر دلیلی ضعیف بوده و می بایست تقویت شود . 

مرحله مهم تهیه طرح تقویت و مقاوم سازی می باشد . این مرحله بسیار مهم و حیاتی بوده و نیاز به تجربه کافی مهندسین طراح مقاوم سازی می باشد . لازم به ذکر است که همانطور که ارائه یک طرح خوب و اجرایی با کارایی و کارآمدی بالا بسیار مهم است , داشتن صرفه اقتصادی و مقرون بصرفه بودن و بهینه بودن طرح نیز حائز اهمیت می باشد. 

مرحله آخر که مهم ترین مرحله از مراحل مقاوم سازی و تقویت یک سازه می باشد ،بخش اجرای مقاوم سازی است. در این مرحله ممکن است در حین انجام کار نیاز باشد که برخی از بخش های ساختمان یا کل ساختمان به طور موقت تخلیه شوند. همچنین تخریب سطوح نازک کاری و دکوراسیون ساختمان و تزئینات گران قیمتی که در بنا وجود بناچار انجام خواهد شد .

 

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

در بسیاری از موارد امکان دارد مقاوم سازی ساختمان و شیوه های تقویت سازه یک پروژه اصلاً مقرون به صرفه نباشد . در این جور مواقع شاید تغییر کاربری ساختمان مورد بحث راه حل بهتری باشد که به این ترتیب کنترل بار زنده وارده بر سازه و توأما سبک سازی ساختمان مد نظر قرار می گیرد. در مواردی نیز مقاوم سازی ساختمان نتیجه ای در بر نداشته و بلحاظ اجرایی و اقتصادی مقرون بصرفه نبوده و بهتر است کل ساختمان خراب و نوسازی شود. در این حالت هزینه کردن برای مقاوم سازی ساختمان مورد مطالعه بیهوده بوده و چنانچه ساختمان  مذکور جزو آثار باستانی ، تاریخی و فرهنگی نبوده و اهمیت خاصی نداشته باشد هزینه کردن آن برای مقاوم سازی و تقویت آن موجب هدر رفتن سرمایه خواهد شد.

انتخاب و استفاده از شیوه ها و روشهای مقاوم سازی ساختمان چه در حالت کلی که کل یک ساختمان نیاز به مقاوم سازی دارد و یا ساختمان مورد بررسی بصورت موضعی نیازمند تقویت و مقاوم سازی دارد، با مطالعه و بررسی مشاوران این حوزه تشخیص داده می شود. کارشناسان و مشاوران متخصص این حوزه با در نظر گرفتن مزایای هر روش و هم چنین در نظر گرفتن هزینه و زمان مورد نیاز جهت انجام کار باید بهترین پیشنهاد طرح مقاوم سازی را ارائه دهند.

می توان برای اطمینان از انتخاب درست شیوه مقاوم سازی در نظر گرفته شده جهت پروژه ای خاص از چند متخصص مشاوره گرفته  و در نهایت نیز بهترین شیوه را برای ساختمان انتخاب نمود. اجرای مقاوم سازی مهم ترین بخش از مراحل کار است و هرگز نباید جهت کاهش هزینه های اجرا ، مصالح ارزان قیمت و بی کیفیت را به مصالح با کیفیتی که قیمت بالاتری دارند ترجیح داد. 

توضیح تصویر : بازرسی از بتن دیوار برشی اجرا شده با دستگاه التراسونیک به روش Sonreb جهت تعیین مقاومت فشاری بتن

 

مقاوم سازی سازه های بتنی

سازه هایی که اسکلت آنها  بتنی می باشند  در کشور  رو به افزایش بوده و دلیل آن نیز در پر هزینه تر بودن اجرای اسکلت فولادی نسبت به اسکلت بتنی می باشد. همچنین بدلیل اجرای قسمت اعظم اسکلت بتنی در کارگاه و توسط عوامل کارگری و حساسیت در بتن تهیه شده و عمل آوری و مواظبت و کیورینگ آن ، نیاز به تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی بیشتر از سازه های فولادی می باشد . بنابراین بدنبال عدم تامین مقاومت فشاری بتن و یا اشتباه در طراحی سازه و یا عدم اجرای صحیح آرماتوربندی و یا فرسوده و خراب شدن اجزای بتنی ، لزوم تقویت اینگونه سازه ها برای تأمین شرایط سخت گیرانه طراحی در دو دهه گذشته،  شده است.

 

هدف از مقاوم سازی سازه های بتنی چیست؟

یکی از اهداف مقاوم سازی سازه های بتنی افزودن شکل پذیری سازه با کاربرد مصالح مناسب و شیوه های مختلف اجرایی می باشد.
مقوله شکل پذیری در بحث محاسبات و طراحی سازه و مقاوم سازی ساختمان ها بسیار مهم بوده و تدوین آیین نامه ها و نشریات تخصصی طراحی سازه به سمت چگونگی شکل پذیر کردن هر چه بیشتر سازه ها می رود .

به هیچ‌وجه نمی توان بهترین نوع سازه را به لحاظ فولادی یا بتنی انتخاب نمود . اولا با توجه به معماری بنا و حتی موقعیت مکانی پروژه -   در شمال و جنوب کشور - وجود سرمایه اولیه خرید مصالح و .... استفاده از اسکلت فولادی یا بتنی متفاوت بوده و بسته به شرایطی که گفته شد نوع سازه انتخاب می گردد . بعنوان مثال برای ساختمان های مسکونی متعارف با تعداد طبقات کم در حدود ۷ الی ۱۰ طبقه ، سازه های بتنی مناسب می باشند. اما بنظر نگارنده اگر سازه های بتنی با توجه به آیین نامه ها و کاملا مناسب و مهندسی شده طراحی شوند و در طراحی آنها به تعداد کافی دیوار برشی در نظر گرفته شود ، از بهترین نوع  سازه برای مناطق زلزله خیز می باشد.

شیوه ها و روش های مختلف مقاوم سازی سازه های بتنی :


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


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

روشهای پیش تنیدگی ( pre tention) و پس تنیدگی ( post tention) :


یکی از شیوه های ساخت سازه های نوین خصوصاً در بخش طراحی و اجرای دالها ،اسلبها و تیرها و شاه تیرها استفاده از روش پیش تنیدگی در جهت پیش تنیده کردن بتن مسلح می باشد . در این روش با کشیدن فولاد در عضو بتنی و قبل از ریختن بتن در قالب ظرفیت باربری فعال عضو را افزایش می دهند . به کار بردن کابل های پیش کشیده با هدف افزایش ظرفیت خمشی تیرها و دالها و اسلبها خصوصاً در سازه های با دهانه های بلند مانند سقف سوله های صنعتی و پلها و سقف سالنهای کنفرانس و تاتر ها و سینما ها و فضاهایی که نیازمند حداقل ستون در فضای مورد نظر می باشد بسیار مفید و کارآمد می باشد : در این شیوه با استفاده از تسمه های فولادی یا کابل های فولادی پر مقاومت که در محل انتهایی تیرها ، شاه تیرها و اسلبها در فاصله های منظم نصب شده و با کشیدن و سفت کردن بستهای فولادی و کابلها و استرندها و فیکس و محکم کردن آنها پیش کشیده شده اند، ظرفیت خمشی و برشی المان مورد نظر افزوده خواهد شد و نیروهای طفیلی و داخلی در کابل ها یا استرندها و نیز بتن ایجاد میگردد که بعد از نصب قطعات بتنی فوق در پروژه و سازه مورد نظر و وارد شدن بارهای بهره برداری جهت و نوع نیروهای طفیلی و داخلی در عضو مورد نظر تغییر یافته و باعث افزایش ظرفیت باربری عضو میگردد . البته تکنیک این روش در مقاوم سازی سازه و اجزای بتنی بسیار مشکل بوده ولی می توان در تقویت اجزای بتنی حجیم مانند فونداسیون دستگاههای صنعتی که دارای نیروهای دینامیکی و ضربه ای زیادی می باشند و ارتعاش ناشی از دستگاه ها به فونداسیون آسیب وارد نموده بکار گرفته شود . در مقاوم سازی قطعات بتنی حجیم مانند فونداسیون ها و پایه های بتنی قطور و بدنه سدها می توان با سوراخکاری بدنه بتن و کاشت میلگرد یا کابل در درون سوراخ های ایجاد شده و سپس بتن ریزی جدید ، کابلها را کشیده و با روش پس تنیدگی قطعه جدید بتن را به قطعه موجود دوخت . البته طراحی و مقاوم سازی اجزای بتنی حجیم در این روش تکنیک خاص خود را دارد و باید بدقت روس فوق طراحی و اجرا گردد .لازم بذکر می باشد که بیشترین استفاده از روش مذکور در ساخت قطعات پیش ساخته می باشد و این روش در کارگاه های تولید قطعات پیش ساخته بتنی کاربرد دارد . در روش پس تنیدگی مکانیزم کار قدری متفاوت تر بوده و عمل کشیدن کابلها و استرندها در سازه بعد از اجرای بتن ریزی و گیرش کامل بتن انجام خواهد شد. امتیاز این روش نسبت به روش قبل اجرای آن در سازه های در حال اجرا بوده و بعنوان روشهای پیش ساخته و قطعات pre fabricate محسوب نمی شود . بدلیل اینکه در این روش و روش قبلی بتن تحت فشار و تنش زیادی قرار می گیرد لذا بالا بودن مقاومت فشاری بتن و تامین حداقل مقاومت مشخصه بتن بر روی عدد C30 ضروری می باشد. طراحی دقیق و اصولی دال‌ها و اسلبهای بتنی با دهانه زیاد با این روش بسیار مهم بوده و علاوه بر آن اجرای دقیق کار خصوصاً نصب کابلها و استرندها در موقعیت مکانی قید شده طبق نقشه های سازه و اعمال منحنی سینوسی به غلاف کابلها طبق جزییات اجرایی مشخص شده حائز اهمیت می باشد.

اضافه کردن بادبند جهت مقاوم سازی ساختمان:

افزودن بادبند فولادی موجب افزایش مقاومت سازه ، بالابردن سختی سازه ، کاهش نیاز به شکل پذیری و بالا بردن مقاومت برشی سیستم سازه ای به هنگام وقوع زلزله خواهد شد. بطور معمول بکار بردن هر نوع سیستم های مهار بندی سازه مانند بادبند همگرا (CBF) یا بادبند واگرا (EBF ) در ساختمان های نیازمند تقویت و مقاوم سازی چه بصورت در نظر گرفتن آن در سازه ای که فاقد بادبند می باشد و چه با اضافه کردن بادبند روش بسیار کارآمد و موثری می باشد. اما این شرکت به هیچ‌وجه استفاده از بادبند فلزی جهت تقویت و مقاوم سازی اسکلت های بتنی را توصیه نمی کند . علت آن عدم کارایی لازم، هزینه بالا و دشواری ها و تکنیک‌هایی که در زمان اجرا نیاز است می باشد . بدلیل اعمال نیروی شلاقی ناشی از وقوع زلزله در یک سطح کوچک از بتن ستون و تیر بتنی طراحی و اجرای اتصالی که بتواند نیروی عظیم وارد شده از سوی بادبند را به بتن انتقال دهد بسیار مشکل و نشدنی خواهد کرد. بنابراین توصیه اکید می شود که استفاده از بادبند فقط جهت تقویت و مقاوم سازی ساختمان های با اسکلت فولادی بکار رود . البته طراحی بادبند های واگرا EBF و اضافه کردن آن در سازه فولادی بمنظور تقویت و مقاوم سازی ساختمان با وجود اینکه طراحی و تأمین تجهیزات اجرای تیر پیوند برای آن قدری مشکل می باشد اما در عوض بدلیل شکل پذیری بالای مکانیزم در نظر گرفته شده معقول بوده و در کنار دیگر سیستم های مهار بندی مانند سیستم همگرا در این نوع بهسازی قابل استفاده تر و کاراتر می باشند.

توضیح تصویر: اضافه کردن بادبند در برج رزیدانس ولنجک جهت تقویت سازه به دلیل عدم اجرای دیوار حائل در طبقات تحتانی

روش دیگر تقویت و مقاوم سازی ساختمان با شاتکریت و پاشش بتن بر روی دیوارهای بنایی :

به کار بردن شاتکریت بتنی یکی از شیوه های مقاوم سازی ساختمان و همچنین دیوار می باشد. در این شیوه، یک شبکه میلگرد به شکل مناسب و مهار شده برروی هر طرف دیوار گذاشته می شود. بعد عملیات بتن پاشی با دستگاه شاتکریت انجام می شود.
اضافه شدن این پوشش بتنی موجب انسجام و یکپارچگی مناسب دیوار و همچنین افزایش مقاومت و شکل پذیری درون صفحه و برون صفحه دیوار 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 کرده و رفتارهای لرزه ای دیوار را بهبود می بخشد. مهمترین بخش در استفاده از این روش ایجاد اتصال و پیوستگی مناسب شبکه مش نصب شده به سقف و کف می باشد تا دیوار تقویت شده بتوان بخوبی نیروهای وارده از سوی سقف را به زمین منتقل نماید .

 

مقاوم سازی و تقویت سقف ها و از جمله دال بتنی و تیرهای بتنی با صفحات فولادی :

برای کنترل خیز سقف های بتنی و نیز تیر های بتنی 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 صحیح و اصولی به سقف متصل و مهار شوند و باید فضای میان سقف و صفحه فولادی با گروت اپوکسی پر گردند . به این ترتیب با ایجاد چسبندگی کافی مابین سطح بتن و سطح ورق فولادی متصل شده به آن برش درون صفحه ای به نحوه مناسب انتقال یافته، عملکرد لرزه ای و انتقال بار مناسب اتفاق خواهد افتاد. البته جهت نصب ورقهای فولادی ضرورت استفاده از رادهای فولادی تمام رزوه با مقاومت مناسب و کاشت آنها در بتن با چسب‌های پایه اپوکسی اجتناب ناپذیر می باشد.

مقاوم سازی ستون های بتنی با صفحه های فولادی (ژاکت فولادی ) Steel jacket: :


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 می باشد. این شیوه در مقایسه با شیوه افزایش ابعاد که در ژاکت بتنی رخ می دهد این برتری را دارد که با این روش ابعاد مقطع خیلی زیاد نمی شود. اما در جهت بالا بردن سختی مقطع برای کنترل برش وارده بر ستون و انتقال این برش به ورقهای فولادی تعبیه شده باید تمهیداتی اندیشیده شود و این بخش از کار بسیار مهم بوده و جهت طراحی می بایست برشگیرهایی در بتن تعبیه گردد تا کل مقطع بوجود آمده بتواند برش اعمال شده به ستون را تحمل نماید . این روش مقاوم سازی ستونهایی بتنی که مقاومت بسیار کمی دارند مناسب می باشد.

مقاوم سازی و تقویت محل اتصالات در سازه :

محل اتصال تیر به ستون در قاب های خمشی سازه های بتنی به دلیل قرار گرفتن اتصال در اثر تنش های موجود در سیکل‌های رفت و برگشتی در زمان وقوع زلزله، از مهمترین قسمت های عملکرد قاب بتن مسلح خمشی به حساب می آید. به این ترتیب، عملکرد صحیح گره اتصال( چشمه اتصال) برروی عملکرد درست تمام سیستم اثر خواهد داشت. البته زمانی که ضعف در محل اتصال تیر به ستون که همان چشمه اتصال می باشد وجود داشته باشد تقویت و مقاوم سازی آن از حساسیت زیادی برخوردار بوده و می بایست تهیه طرح تقویت و مقاوم سازی این قسمت از سازه با دقت نظر کافی و توسط مهندس مجرب تهیه گردد.


دلیل رواج استفاده از سازه های بتنی در ساختمان سازی چیست؟

بتن جزو مصالح ساختمانی است که مقاومت فشاری تقریباً مناسب اما 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. بنابراین با تعبیه میلگرد در بتن ضعف ناشی از پایین بودن مقاومت کششی بتن جبران گردیده و میلگرد سهم کششی عضو بتنی را عهده دار می گردد . همچنین با توجه به یکسان بودن ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد نگرانی از تلاشهای ایجاد شده مابین میلگرد و بتن و خرابی های احتمالی در عضو بتنی مرتفع گردیده و براحتی می توان از ترکیب بتن و فولاد استفاده نمود و سازه های بتن آرمه را اجرا نمود .

اجرای سازه های بتنی آسان بوده و همین مسئله موجب افزایش استفاده آن در ساختمان سازی شده است. عدم نیاز به سرمایه اولیه زیاد به هنگام اجرای اسکلت در مقایسه با سازه های فولادی و مقاومت آن در برابر خوردگی و پوسیدگی در آب و هوای مرطوب از امتیازات سازه های بتنی می باشد . سازه‎ های بتنی در مقایسه با سازه های فولادی حجم بیشتری از فضای ساختمان را اشغال می‎کنند و این از معایب اسکلت بتنی خصوصا در ساختمان های مرتفع می باشد . وزن زیاد سازه های بتنی نسبت به اسکلت فولادی باعث جذب نیروی زیادتری از نیروی زلزله می شود که این عامل هم از مزیت اسکلت های بتنی می کاهد . در عوض وزن زیاد اسکلت بتنی در سازه های صنعتی که نیاز به استقرار ماشین آلات سنگین و دارای لرزش می باشند و ضربه ها و نیروهای دینامیکی زیادی را به سازه وارد می نمایند مفید واقع می گردد. از دیگر محاسن اسکلتهای بتنی مقاومت بالای آنها در برابر آتش سوزی بوده و چنانچه به هنگام آتش سوزی تکنیک های مختص اطفاء حریق سازه های بتن آرمه رعایت گردد ، بعد از آنش سوزی بدون هیچ تقویت و مقاوم سازی قابل استفاده مجدد خواهد بود .

شیوه ها و روش های مقاوم سازی سازه های بتنی :

برای تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی روش های متفاوتی وجود دارد که متناسب با نوع نیاز به تقویت و آسیب موجود در سازه و عاملی که باعث تقویت و مقاوم سازی سازه می شود متفاوت خواهد بود. .همانگونه که می دانید مقاوم سازی سازه های بتنی به دلایل مختلفی انجام می شود. که می توان به موارد زیر اشاره کرد:

مقاوم سازی ساختمان بدلیل خطاهای حین طراحی یا ساخت.
مقاوم سازی ساختمان بدلیل تغییر کاربری در ساختمان .
تخریب بتن بدلیل خوردگی میلگرد ، کرمو شدن یا شن زدگی بتن ، عدم اجرای بتن ریزی با مقاومت فشاری مشخصه بتن طبق خواست طراح و نقشه های ابلاغ شده و ...... از جمله عواملی است که موجب ضعیف شدن سازه بتنی گردیده  و در نتیجه نیاز به مقاوم سازی ساختمان می شود . بخشی از خطاهای اجرایی که باعث نیاز به تقویت و مقاوم سازی سازه می گردد به شرح ذیل می باشد:
- نامطلوب بودن کیفیت بتن
- نامناسب بودن آرماتور گذاری و عدم اجرای صحیح میلگرد گذاری خصوصا خاموتها و سنجاقی ها 
- اجرای غیر حرفه ای بتن ریزی
- استفاده از مصالح نامرغوب
همچنین :
- اضافه شدن بار سازه
- وقوع حوادث طبیعی مخرب مانند زلزله و ...

 

توضیح تصویر : تقویت دیوار برشی‌های کر مرکزی برج های لتمان کن با استفاده از الیاف FRP

مقاوم سازی سازه های بتنی و انواع ضعف‌ در  سازه های بتنی


- به وجود آمدن ترک های مورب در سطح و هسته بتن
- ورقه ورقه شدن سطح و هسته مرکزی بتن و ایجاد ترک‌های مورب رفت و برگشتی تحت تأثیر زلزله
- جدا شدن پوشش بتن یا کاور میلگرد 
- کنده شدن تنگ ها و خاموت ها و بیرون آمدن آنها  از جای خود .
- شکست برشی المان‌ های کوتاه یا اجزایی که به اطراف متصل شده و با کم بودن طول مؤثر آزاد آن ها دچار شکست می شود 
- به وجود آمدن کمانش در آرماتورهای طولی
- گسیخته شدن دال های بتن آرمه در وسط دهانه یا در نزدیکی تکیه گاه 
- وجود ترک های مورب در دیوار برشی به ویژه به شکل متمرکز در اطراف بازشوها
- به وجود آمدن ترک برشی در چشمه اتصال و محل اتصال تیر ستون‌.


مقاوم سازی سازه های بتنی و روش های اجرای آن:


مقاوم سازی سازه های بتنی معمولا به روش‌های زیر انجام پذیر است:

1-مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله ژاکت بتنی ( Concrete jacket) :

یکی از شیوه های بهسازی و تقویت المان سازه ای که بدلیل خوردگی توام فولاد و بتن و ایجاد واکنش شیمیایی ما بین آنها و بوجود  آمدن ترک عضو شده است، شکاف دادن پوشش بتنی عضو آسیب دیده می باشد. در این روش با قراردادن میلگرد های فولادی اضافی در آن و در نهایت پوشاندن آن قسمت با مواد پر مقاومت عضو بتنی مورد نظر تقویت شده و ظرفیت باربری آن بهبود پیدا می کند، اما مشکل خوردگی میلگردهای فولادی هم چنان پا بر جا است. و چنانچه عامل ایجاد خوردگی مانند یون کلر و مواد قلیایی فعال می بایست با انجام حفاظت کاتدی و دیگر روشهای موجود عامل مذکور را حذف نمود . روش توضیح داده شده را نمی توان روش بکارگیری ژاکت بتنی قلمداد کرد بلکه تکنیکی جهت بهسازی و تقویت عضو آسیب دیده طبق شرح اعلام شده می باشد و روش فوق بسیار تکنیکی و نیازمند تجربه بالای اپراتورها می باشد . 
در روش ژاکت بتنی که بیشتر در خصوص ستونها و دیوارهای برشی کاربرد دارد و بندرت جهت تقویت تیرهای بتنی بکار می رود ، با کاشت میلگرد به تعداد و قطر محاسبه شده و در اطراف عضو فشاری در بخش تحتانی و فوقانی عضو و نصب برشگیر هایی در وجوه عضو و اجرای خاموت گذاری خاص قالب بندی گردیده و فضای اطراف ستون گروت ریزی یا بتن ریزی میگردد . البته همانطور که هر روشی مزایا و معایبی دارد . تقویت و مقاوم سازی اجزای بتنی با روش ژاکت بتنی بدلیل متجانس بودن جنس و مواد بخش اضافه شده با ستون بتنی موجود عملکرد بهتر و مناسبتری دارد . اما بدلیل افزایش بعد عضو تقویت شده در بعضی پروژه ها مناسب نبوده و احتمال اینکه معماری ساختمان اجازه اجرای این روش را ندهد زیاد خواهد بود . همچنین نگارنده اذعان می‌دارد که این روش ارزانترین روش در تقویت اجزای بتنی نسبت به دیگر روشها می باشد . مشکل دیگر در روش استفاده از ژاکت بتنی این است که ترجیحا این روش برای تقویت ستونهای موجود در طبقات تحتانی و تقویت ستونها از روی فونداسیون به بعد مناسبتر بوده و برای تقویت فقط ستونهای طبقات فوقانی توصیه نمی گردد.

 

توضیح تصویر : استفاده از ژاکت بتنی جهت تقویت فونداسیون کارحانه تولید فیلتر در اصفهان

2- مقاوم سازی و تقویت سازه های بتنی با استفاده از روش ژاکت فولادی ( steel jacket) :

 شیوه دیگری برای تقویت و بهسازی اعضای بتنی وجود دارد که استفاده از ورق های فولادی یا ژاکت فولادی است. در این روش ورق های فولادی بر روی سطوح خارجی عضو با روشی مناسب چسبانده می شوند.

این شیوه زیاد مقرون به صرفه نمی باشد و  مشکلات زیر را به دنبال دارد:
ورق های فولادی وزن زیادی دارند و حمل و ساخت این اجزا دارای مشکلاتی است.
به این ترتیب به اجزای بتنی به سختی می توان دسترسی داشت و جهت اجرای آن نیاز به نصب داربست می باشد . 
در بحث چسبندگی میان فولاد و بتن ضعف زیادی وجود دارد و می بایست با اتخاذ تکنیک هایی مانند استفاده از برشگیر های مناسب و بکار بردن چسبهای پایه اپوکسی که برش درون صفحه ای میان بتن و ورق فولادی را انتقال دهد .

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 هم چنین تقویت سازه های بتنی می شود.

افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه بتنی از نقاط ضعف این شیوه به حساب می آیند. هم چنین 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.

3- 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 بتنی یا فلزی موجود افزود.

ولی مقاوم سازی لرزه ای قاب های بتنی به وسیله آن ها هم چنان 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 مقاومت فشاری بتن بر ظرفیت بتن در قاب‌هایی که با دیوار برشی فولادی تقویت می شوند بسیار زیاد 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
 بنابراین عدم افزایش بار مرده در این روش 
بالا بردن فضای مفید داخل ساختمان 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. 
البته ناگفته نماند که روش تحلیل و محاسبات سازه های بتنی یا فولادی تقویت شده با این روش بسیار حساس بوده و همانطور که گفته شد تحقیقات بر روی عملکرد و پاسخگویی این روش همچنان ادامه دارد و رفتار سازه ای آن هنوز ناشناخته می باشد.

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

همانطور که گفته شد دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی و سازه های فولادی با در نظر گرفتن شرایطی قابل استفاده است. ویژگی های این دیوارها عبارت اند از:

این سیستم از نظر اجرایی در تقویت سازه های فولادی بسیار ساده است ولی دقت در انجام کار به اندازه دیگر بخشهای سازه 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 های برشی  نقش بسیار مهمی در مقاوم سازی سازه ها دارند و باعث می شود که سختی جانبی سازه به صورت قابل توجهی بالا برود. دیوار برشی هم برای مقاوم سازی سازه های بتنی و هم برای مقاوم سازی سازه های فولادی به کار می رود. لازم به ذکر است که با در نظر گرفتن تمهیداتی از دیوارهای برشی فولادی نیز برای تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده می شود.

دیوار برشی فولادی بدون سخت کننده که در آن ورق جان مقاومت فشاری کمی دارد و به همین دلیل در اثر اعمال بارهای کوچک دچار اعوجاج و تغییر شکل می شود. از سوی دیگر، بارهای جانبی به وسیله مقاومت کششی قطری ایجاد شده در جان دیوار تحمل می شود که این کار مانند نیرو های کششی ایجاد شده در تیر ورق ها است.
 دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی با سخت کننده :
 در این روش سخت کننده ها ظرفیت کمانشی ورق جان دیوار برشی را بالا می برد.

دیوار برشی فولادی مرکب:

در این حالت سختی مورد نیاز برای ورق فلزی جان دیوار به وسیله بتن آرمه تأمین می شود. از بتن بعنوان سخت کننده می توان در یک سمت یا هر دو سمت ورق جان دیوار استفاده کرد. کاربرد این سیستم در مناطق زلزله خیز به علت جذب و اتلاف انرژی زیاد مناسب و به صرفه است.

4-مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله الیاف FRP

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 کدام روش از روشهای مقاوم سازی مناسب برای سازه  بتنی مورد نظر می باشد توسط متخصصین این امر صورت می گیرد و شرکت مقاوم سازی مورد نظر می بایست مهارت و تجربه لازم را در این زمینه داشته باشد. در بین روشهای موجود برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی استفاده از FRP یکی از جدیدترین و پرکاربرد ترین شیوه ها می باشد . تقریباً می توان گفت استفاده از FRP مختص مقاوم سازی سازه های بتنی می باشد . مقاوم سازی ساختمان با FRP از مدرن ترین شیوه های مقاوم سازی و تقویت سازه های بتنی چه ساختمانی و چه صنعتی است. البته در عین حال پر کاربردترین شیوه نیز محسوب می شود.

استفاده از الیاف FRP جهت مقاوم سازی سازه های بتنی از اواسط سال 1980 آغاز شده است. به کار بردن این الیاف در تقویت سازه پروژه های عمرانی در سال های اخیر به طور چشم گیری افزایش یافته است. دال ها، تیرها، ستون ها، دیوارها، اتصالات بتنی و سازه هایی مانند کوره ها، دودکش ها، طاق ها، تونل ها، پلها ، سیلوها ، گنبد ها و سدها سازه هایی  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 یا ژاکت بتنی و دیگر روش های مقاوم سازی مشابه بود، اما با گسترده شدن فناوری و دانش استفاده از سیستم های کامپوزیتی، روش ها 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 هر نوع سازه دیگری و تقویت و بهسازی آن ها با هدف دستیابی به شرایط بهره برداری جدید و همچنین افزایش عمر مفید سازه و افزایش ایمنی آن در برابر بارهای جانبی مانند زلزله 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 ساختمان های بتنی وجود ایراد در طراحی یا اجرای سازه بتنی می باشد . بنحوی که معمولا بتن دارای مقاومت فشاری مورد انتظار در یک پروژه نبوده و سازه بطور کلی یا بخش هایی از آن ضعیف اجرا شده است.
تغییر کاربری و افزایش بارهای وارده بر سازه در سازه های بتنی یکی دیگر از علل انجام مقاوم سازی است.

افزایش طبقات و بالطبع افزایش بار وارده نیز به مقاوم سازی سازه های بتنی منجر می شود. وقتی سازه  بتنی بدرستی اجرا نگردد و سازه  نتوانسته است مقاومت لازم را به دست بیاورد و همچنین زمانی که ستون به صورت خارج از محور اجرا شده و  یا دچار پیچش شده باشد، مشکلاتی در پروژه ایجاد خواهد کرد که نیاز به مقاوم سازی خواهد داشت.

سازه بتنی در شرایط موجود مشکلی ندارد، اما شرایط جدید بهره برداری ممکن است ایجاب می کند که  از منظر بارگذاری در آن تغییراتی به وجود بیاید. همچنین، زمانی که سازه های بتنی طراحی و اجرا می شوند و پس از مدت زمان زیادی آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله مانند آیین نامه 2800 تغییر می کند با توجه به حساسیت پروژه نیازمند اصلاح استراکچر سازه خواهیم بود .

در مواردی هم عمر سازه تمام شده یا در شرف اتمام است و بنا به دلایلی تصمیم گرفته می شود چند سال دیگر از سازه بهره برداری کنیم. تغییر کاربری یک ساختمان که مثلاً برای مسکونی ساخته شده است و قرار است به عنوان یک مرکز درمانی یا آموزشی از آن بهره برداری شود نیز نیازمند مقاوم سازی است.

مهم ترین روش های 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 ژاکت فلزی
مقاوم سازی سازه های بتنی با افزایش تعداد  عضو باربر
مقاوم سازی سازه های بتنی با کاهش وزن و تغییر کاربری ساختمان به سمت کاهش بار زنده آن.

 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 مخصوصاً سازه های بتنی مطرح کرده است.

به کار بردن شیوه های قدیمی مانند استفاده از پوشش های بتنی و فلزی برای ترمیم  و تقویت تیرها و  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 می کند ، در محیط های خورنده آسیب پذیر است و از همه مهمتر کارایی لازم را نداشته و در عملکرد آنها تردید وجود دارد.

در مقاوم سازی سازه های بتنی به مصالحی نیاز است که علاوه بر افزایش مناسب ظرفیت سازه، سازه در برابر شرایط نامطلوب محیطی  نیز استقامت خوبی داشته و محافظت مطلوبی 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، ورق های سخت مانند لمینت FRP و میلگرد های FRP , برای بهبود ظرفیت باربری، ترمیم , تقویت , بهسازی و همچنین مقاوم سازی اجزای سازه به کار می رود. امروزه مصالح کامپوزیتی FRP سهم زیادی از مقاوم سازی پروژه ها را بر عهده گرفته اند .

کامپوزیتها با داشتن مقاوت کششی بسیار 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 دارند. به این موارد می توان آسان بودن استفاده از FRP، نیاز نداشتن به نیروی کار حرفه ای و تجهیزات و ابزارآلات مخصوص ،سبکی وزن و همچنین سهولت در حمل و نقل آن اشاره کرد.

اصول مقاوم سازی ساختمان با FRP :

مقاوم سازی ساختمان با FRP یکی از شیوه های پر کاربرد مقاوم سازی است که طراحی و اجرای آن نیاز به قوانینی دارد که در ادامه اصول مقاوم سازی ساختمان با FRP 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 بتن دال ها، تیرها، ستون ها , فونداسیون و دیوارهای بتنی قرار می دهند براحتی مقاومت آن عضو را افزایش می دهد.

از FRP در ساختمان هایی با کاربری های مختلف  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 ها 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، روش ها 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.

تقویت ستون های فولادی در مقاوم سازی ساختمان|مقاوم سازی| مقاوم سازی ساختمان| مقاوم سازی سازه های بتنی|frp|سازه بتنی
توضیح تصویر : تقویت و مقاوم سازی دال بتنی به دلیل کمبود میلگردهای تقویتی با لمینت CFRP در پروژه‌ای واقع در خیابان جردن

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:

در  مقاوم سازی سازه های بتنی می توان با افزایش اعضای باربر و کاهش بار وارده به اعضا مانند ستونها و تیرها و حتی دیوارهای برشی موجود مشکل عدم استحکام ساختمان را تا حدودی مرتفع نمود. در این راستا می توان با اضافه نمودن دیوارهای برشی در ساختمانهای بتنی که دارای دیوار برشی می باشند و یا ایجاد دیوار برشی در سازه هایی که فاقد دیوار برشی می باشند آنرا تقویت نمود . با این روش می توان سهم زیادی از نیروهای جانبی وارده به ساختمان که نیروی زلزله می باشد را به دیوارهای جدید در نظر گرفته شده داد و بار های جانبی را از روی ستونها تیرهای سازه کم نمود . البته همانطور که هر روشی معایب و محاسنی دارد این روش با وجود مزایای زیادی که در بر دارد دارای معایبی می باشد که مهمترین آن تغییر مسیر نیرو و تمرکز نیرو و تنش بر روی فونداسیون می باشد و بدین منظور باید فونداسیون در نواحی که دیوار برشی تعبیه می گردد تقویت و مقاوم سازی گردد.

انواع الیاف FRP در مقاوم سازی ساختمان:

  • الیاف کربن CFRP
    الیاف شیشه GFRP 
    الیاف آرامید AFRP 
    الیاف بازالت BFRP 

در ادامه انواع الیاف FRP در مقاوم سازی ساختمان و ویژگی های هر کدام آورده شده است:

 الیاف کربن (CFRP) :


الیاف کربن متشکل از رشته هایی 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 و آتش سوزی مقاومت زیادی دارد. همانطور که میدانیم هر جسمی که حرارت ببیند و به اصطلاح بسوزد در نهایت تبدیل به کربن می شود. بنابراین نهایت سوختن و آتش گرفتن جسمی باید کربن باشد . بنابراین اولین مشخصه الیاف کربن نسوز بودن آن است.

ویژگی های الیاف کربن CFRP در مقاوم سازی ساختمان :

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
با وجود قیمت بالای الیاف کربن و با در نظر داشتن عمر بالای آن و تأمین مقاومت بالا برای اجزای سازه در طولانی مدت بازهم مقرون به صرفه می باشد.

 

مقاوم سازی ساختمان با frp|مقاوم سازی| مقاوم سازی ساختمان| مقاوم سازی سازه های بتنی|frp|سازه بتنی
توضیح تصویر : تقویت تیر بتنی به جهت ضعف برشی و پیچششی با استفاده از الیاف کربن CFRP



 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 بعد از الیاف کربن متداول ترین الیاف مورد استفاده در مقاوم سازی ساختمان با FRP است.
این الیاف برای نگهداری و محافظت از اجزای مختلف در محیط های خورنده و شیمیایی کاربرد فراوانی دارد.

ویژگی های الیاف شیشه نسبت به دیگر الیاف FRP جهت 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
ایجاد شکل پذیری بیشتر در مقاوم سازی اجزای بتنی نسبت به الیاف کربن.

 


الیاف آرامید (AFRP) :

الیاف آرامید در بازار به شکل های گوناگون موجود می باشد و مانند الیاف شیشه و کربن در ساخت کامپوزیت ها از آن استفاده می شود. این الیاف به علت سبکی، پایداری حرارتی بالا و چقرمگی عالی کاربردهای فراوانی مانند دیگر 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 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
مقاومت در برابر ضربه، خستگی، حرارت و عوامل شیمیایی
ارزان بودن آرامید نسبت به کربن

 


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 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 شد هر کدام از این الیاف دارای ویژگی های خاص خود هستند و بسته به خصوصیاتی که دارند، در گروه الیاف های FRP  و جهت مقاوم سازی ساختمان با ترکیب با رزین و هاردنر به کار می روند.
 الیاف های FRP به طور معمول الاستیک، ترد و مقاوم هستند و نقش اساسی در افزایش باربری در سازه  را 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 داشته و تبدیل به یک کامپوزیت می کند . 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.

مقاوم سازی| مقاوم سازی ساختمان| مقاوم سازی سازه های بتنی|frp|سازه بتنی|انواع الیاف frp
توضیح تصویر : الیاف شیشه GFRP به صورت رول و دوجهته

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


هر کدام موارد استفاده خود را دارند:

  • از پروفیل ها در خرپاها و سازه های قابی استفاده می شود.
  • میله ها، آرماتورها و هم چنین 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.

 

مزایای استفاده از FRP  در تقویت ستون های فولادی :


یکی از این مزایای این روش افزایش مقاومت محوری، برشی و خمشی ستون فولادی در سازه است.
بالا رفتن شکل پذیری و قابلیت جابجایی نسبی نهایی بیشتر سازه خواهد بود.
کمترین افزایش در ابعاد ستون را در بر داشته و نسبت به دیگر روش ها این شیوه مقاوم سازی سرعت بالایی دارد و همچنین بهره برداری از سازه در مدت زمان مقاوم سازی متوقف نخواهد شد.
در فرایند مقاوم سازی ساختمان با FRP مواد و  ترکیبات تشکیل دهنده آن از دو عنصر اصلی  الیاف و رزین های اپوکسی و یا پلی استر که مواد اصلی هستند می باشد . 
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 یک کامپوزیت FRP است.

مقاوم سازی ساختمان با FRP و نقاط قوت و ضعف آن:


 هم مانند دیگر مصالح ساختمانی و هر  مواد دیگری کامپوزیت FRP هم دارای نقاط ضعف است و هم قوت :

حساسیت در برابر آتش
داشتن ضعف در مقابل تحمل تنش‌های فشاری و ضربه.
نگرانی از چسبندگی مناسب میان ورق FRP و سطح بتنی عضو نیازمند تقویت.
مزایای مقاوم سازی ساختمان با FRP :

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 بالا 
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
 عدم نیاز به قالب بندی عضو مورد نظر 
عدم ایجاد مشکلات معماری 

مقاوم سازی ساختمان با FRP و موارد استفاده آن:

از این شیوه مقاوم سازی در موارد زیادی استفاده می شود.
 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 افزایش با اﺛﺮ بر روی ﻣﺤﺼﻮر ﺷﺪﮔﯽ بتن به وجود می آید. FRP به علت نازک بودن ورق های آن بهترین گزینه برای تقویت ستون ها بدون افزایش ابعاد عضو است.
به این ترتیب در جانمایی پارکینگ های ساختمانی ایرادی وارد نخواهد شد. FRP بیشترین تأثیر را در ستون های دایره ای شکل دارد. هر چند در ستون های مربع و مستطیل هم با گرد کردن گوشه ها و ترجیحاً با محدب کردن وجوه آن می توان از FRP استفاده کرد.



مقاوم سازی| مقاوم سازی ساختمان| مقاوم سازی سازه های بتنی|frp|سازه بتنی|مقاوم سازی با frp
توضیح تصویر : تقویت برشی و خمشی ستون های بتنی مربع شکل با استفاده از الیاف کربن CFRP به صورت اقتصادی و مقرون به صرفه

 

چه زمانی ستون های فولادی نیاز به مقاوم سازی پیدا می کنند؟

زمانی که سطح مقطع ورقهای ستونهای تشکیل شده از ورق یا ضخامت جان یا بال ستونهای متشکل از پروفیل های ساختمانی کم شود ، که این اتفاق زمانی رخ خواهد داد که ستون مخصوصاً پای ستون دچار پوسیدگی و زنگ زدگی شدید و خوردگی ناشی از مجاورت طولانی با خاک داشته باشد. 
 در نتیجه این اتفاق احتمال لاغری بیش از حد مجاز ستون یا ورقهای متصل به ستون رفته و حتما نیازمند تقویت و بهسازی این قسمت از ستون فولادی خواهد بود.
فشرده نبودن مقطع مورد طراحی و اجرا شده نیز می تواند موجب آسیب دیدگی ستون های فولادی شود.
از نکات بسیار مهم در اجرای اسکلت های فولادی وجود ضعف در جوشکاری های انجام شده جهت نصب و مونتاژ قطعات فولادی به یکدیگر می باشد که از دیگر دلایل خرابی سازه های فولادی است.
همچنین زمانی که مبحث تیر ضعیف و ستون قوی رعایت نشده باشد.
زمانی که ستون های فولادی در اثر برخورد جسمی سنگین و متحرک مانند خودرو خصوصا در پارکینگ دچار اعوجاج و کمانش می گردد.
زمانی که بخشی از سازه فولادی و ناحیه ای از آن  متأثر از حرارت زیاد و طولانی مدت در کارخانه های صنعتی دچار آسیب می شود.
ضمنا رخ دادن آتش سوزی از دیگر دلایل آسیب دیدن سازه های فولادی مخصوصاً ستون ها می شود.


شیوه ها و روش های تقویت ستون های فولادی در مقاوم سازی ساختمان:

برای این که ستون های آسیب دیده تقویت و بهسازی شوند و در کل ساختمان فولادی مقاوم سازی شود، راه هایی وجود دارد که در ادامه آورده شده است:

 

افزودن ورق پوشش به بال یا جان ستون فولادی برای تقویت آن و در کل مقاوم سازی ساختمان روش مناسب و متداولی است. در این شیوه با اضافه کردن ضخامت ورق از کمانش موضعی ستون جلوگیری می شود.
افزودن ورق موازی با جان ستون و تبدیل کردن آن  به شکل قوطی یا باکس ، افزودن ورق موازی با جان ستون اضافه شدن ممان اینرسی در امتداد عمود بر جان ستون را به دنبال دارد.
به کار بردن ژاکت های بتنی در 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 و ظرفیت باربری آن نیز زیاد گردیده و در ضمن بالا رفتن سختی برشی را نیز موجب می شود. برای افزایش سختی خمشی ستون فولادی، تقویت و ژاکت کردن ستون در طبقه های مختلف باید بصورت پیوسته باشد. تقویت و ترمیم ستون ها با روش ژاکت بتنی ستون های فولادی را در برابر آتش سوزی نیز مقاوم می کند.
جهت تقویت ستون های فولادی با روش  پر کردن آن باید تمهیدات لازم جهت طراحی و نصب برشگیر بر روی سطح فولاد ستون در نظر گرفت .
استفاده کردن از  شیتهای 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. البته این شرکت توصیه می نماید که جهت تقویت اجزای سازه ای فولادی با روش FRP آزمایشات لازم در این خصوص صورت گرفته و از آیین نامه های مختص این روش استفاده نمایند .

 

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.

 

 

توضیح تصویر : تقویت و مقاوم سازی سازه فولادی مسجد شهید فکوری به دلیل قدمت طراحی و وجود ستون های فلزی لاغر با استفاده از ژاکت فولادی

 

علت لرزش ساختمانهای با اسکلت فلزی:

استفاده از فولاد در ساختمان های بلند بسیار پر کاربرد است ،اما در سازه های بلند به دلیل آن که ستون طبقات بالاتر تقریبا لاغر تر از ستون های طبقه پایین تر می باشد، در برابر تنش های وارده باعث می شود که لرزش بیشتری احساس شود. لازم به ذکر است که ساختمان های فلزی به دلیل یک پارچگی که دارند، با کوچک ترین تنش در طبقات پایین سازه، طبقات بالاتر به لرزه می افتند. البته در طراحی های امروزی معمولاً چنین اتفاقی رخ نداده و این موضوع در خصوص سازه های فولادی قدیمی و اجرا شده با تیرها و ستونهای ضعیف می باشد . ذکر این نکته ضروری است که معمولاً لرزش های رخ داده در ساختمان های با اسکلت فلزی مربوط به سقف ساختمان بوده و مجددا ذکر می گردد که در ساختمان های فلزی قدیمی تیرهای سقف ضعیف بوده و نوع سقف های اجرا شده طاق ضربی می باشد . این نوع سقف بدلیل عدم پیوستگی ما بین اجزای آجر و تیرآهن ها و ضخامت کم سقف مستعد لرزش بوده و جهت جلوگیری از ارتعاش سقف می بایست با طرح تقویت سقف از لرزش آن کاست . 

 

نوشتن دیدگاه

ارسال

تمامی حقوق متعلق به آرین تیس می باشد.

طراحی سایت و خدمات سئو توسط تیم سئوهاما - میزبانی وب توسط سرورهاما