ترمیم و تقویت سازه به چه شکل انجام می‌شود؟ در طول تاریخ، مهندسان عمران و معماری شاهکارهای بی‌نظیری خلق کرده‌اند، اما متاسفانه بسیاری از این سازه‌ها در برابر نیروهای ویرانگر طبیعی، به ویژه زلزله، آسیب‌پذیر بوده‌اند. زلزله‌های دلخراشی مانند زلزله بم در ایران، ضرورت توجه به مقاوم‌سازی ساختمان‌ها را بیش از پیش آشکار کرده است.
چرا ترمیم و تقویت سازه اهمیت دارد؟
ایران به دلیل موقعیت جغرافیایی خود، همواره در معرض انواع بلایای طبیعی از جمله زلزله، سیل و طوفان بوده است. این حوادث خسارات جبران‌ناپذیری به بار آورده‌اند و لزوم آمادگی و مقابله با آنها را ضروری می‌سازد. مقاوم‌سازی ساختمان‌ها، گامی اساسی در جهت کاهش این خسارات و حفظ جان و مال افراد است.
قانون مقاوم سازی ساختمان در ایران
با وقوع هر زلزله، دانش و درک مهندسان و دانشمندان از رفتار سازه‌ها در برابر این پدیده طبیعی افزایش می‌یابد. این دانش، منجر به بازنگری و بهبود مستمر آیین‌نامه‌های ساختمانی می‌شود. در سال‌های اخیر، طراحی عملکردی سازه‌ها در برابر زلزله، با توجه به کاربری مورد نظر، مورد توجه ویژه قرار گرفته است. هدف اصلی، ارائه راهکارهای بهینه و علمی برای تصمیم‌گیری آگاهانه در زمینه خطرپذیری لرزه‌ای سازه‌ها توسط کارفرمایان است.
به طور کلی، طراحی یک ساختمان ضد زلزله مستلزم تقویت سازه به گونه‌ای است که بتواند به بهترین شکل با نیروهای زلزله مقابله کند. در زمان زلزله، انرژی آزاد شده از یک جهت به ساختمان فشار وارد می‌کند. استراتژی مهندسان برای مقابله با این موضوع، وارد کردن فشار به ساختمان در جهت مخالف است.
مقاوم سازی ساختمان های قدیمی
بسیاری از ساختمان‌های قدیمی، بر اساس آیین‌نامه‌های قدیمی‌تر طراحی و ساخته شده‌اند و در برابر زلزله آسیب‌پذیر هستند. بازسازی کامل این ساختمان‌ها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. بهترین راهکار، شناسایی نقاط ضعف و رفع آنهاست. در بعضی موارد، ساختمان‌های آسیب‌دیده از زلزله را می‌توان تعمیر و تقویت کرده و مورد بهره‌برداری مجدد قرار داد.
در مواردی که نیاز به توسعه ساختمان و تغییر کاربری آن وجود دارد، تقویت اعضای موجود برای تحمل بارهای اضافه شده ضروری است. در این حالت، وضعیت ساختمان تغییر کرده و خصوصیات دینامیکی آن عوض می‌شود. کنترل پاسخ لرزه‌ای سازه در وضعیت جدید الزامی است تا در صورت مشاهده نقاط ضعف جدید، چاره‌اندیشی شود.
روش های مقاوم سازی ساختمان
تقویت ساختمان‌های موجود در برابر زلزله، بسته به نوع ساختمان (اسکلت فولادی، اسکلت بتنی، دیوار باربر و …) متفاوت است. روش‌های متعددی برای مقاوم‌سازی سازه‌ها ارائه شده‌اند، از جمله:
استفاده از بادبندهای هم محور یا برون محور فولادی: این روش برای ساختمان‌های فلزی بسیار کارآمد است.
-
استفاده از دیوار برشی
این روش برای ساختمان‌های بتنی مناسب‌تر است.
-
استفاده از پس کشیدگی
این روش باعث افزایش مقاومت کششی بتن می‌شود.
-
استفاده از پوشش و غلاف فولادی
این روش باعث افزایش مقاومت فشاری و برشی بتن می‌شود.
-
استفاده از میان قاب با مصالح بنایی
این روش باعث افزایش سختی و استحکام ساختمان می‌شود.
-
استفاده از جدایش گرهای پایه
این روش باعث کاهش انتقال نیروهای زلزله به ساختمان می‌شود.
-
استفاده از لایه‌های پوششی بتنی با ملات مسلح
این روش باعث افزایش مقاومت و یکپارچگی بتن می‌شود.
-
استفاده از ورق‌های پوششی یا غلاف FRP
این روش جایگزینی برای پوشش و غلاف فولادی است و وزن کمتری دارد.
-
استفاده از میراگرهای اصطکاکی، هیسترزیس و ویسکوالاستیک
این روش‌ها باعث جذب انرژی زلزله و کاهش ارتعاشات ساختمان می‌شوند.
مقاوم سازی ساختمان های اسکلت فلزی و بتنی
انتخاب روش مناسب مقاوم سازی، بستگی به نوع اسکلت ساختمان (فلزی یا بتنی) و شرایط خاص پروژه دارد. مهندسان متخصص با بررسی دقیق سازه، بهترین راهکار را برای مقاوم سازی انتخاب می‌کنند.
-
مقاوم سازی ساختمان با دیوار برشی فولادی
افزایش ایمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله همواره دغدغه مهندسان و مالکان بوده است. روش‌های مختلفی برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتن آرمه و فولادی وجود دارد که یکی از کارآمدترین آنها، استفاده از دیوار برشی فولادی است.
چرا دیوار برشی فولادی؟
اگرچه اضافه کردن دیوار برشی بتنی یکی از اولین راهکارهایی است که برای تقویت ساختمان به ذهن می‌رسد، اما محدودیت‌هایی مانند تغییر در معماری، کاهش کاربری و هزینه‌های بالا ممکن است مانع از اجرای آن شود. در اینجاست که دیوار برشی فولادی به عنوان یک جایگزین مناسب مطرح می‌شود.
دیوارهای برشی فولادی از دهه 1970 به عنوان سیستم اصلی باربر جانبی در بسیاری از ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این سیستم، به ویژه در مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود، کاربرد گسترده‌ای داشته است.
مزایای استفاده از دیوار برشی فولادی
عملکرد لرزه‌ای عالی: دیوارهای برشی فولادی به خوبی می‌توانند نیروهای ناشی از زلزله را تحمل کرده و از تخریب ساختمان جلوگیری کنند.
وزن کم: در مقایسه با دیوارهای برشی بتنی، وزن کمتری دارند و در نتیجه، بار کمتری بر روی سازه وارد می‌کنند.
اجرای سریع و آسان: نصب دیوارهای برشی فولادی سریع‌تر و آسان‌تر از دیوارهای برشی بتنی است.
انعطاف‌پذیری در طراحی: می‌توان از دیوارهای برشی فولادی در ساختمان‌های مختلف با کاربری‌های متفاوت استفاده کرد.
نمونه‌های موفق استفاده از دیوار برشی فولادی در جهان
ساختمان فولادی “نیپون” در توکیو، ژاپن: این ساختمان از ترکیبی از قاب‌های خمشی و دیوارهای برشی فولادی به عنوان سیستم باربر جانبی استفاده می‌کند.
ساختمان مرتفع 53 طبقه در توکیو، ژاپن: در ابتدا قرار بود از دیوارهای برشی بتنی استفاده شود، اما به دلیل مشکلات اجرایی، از دیوارهای برشی فولادی استفاده شد.
بیمارستان 6 طبقه در لس آنجلس، کالیفرنیا: این بیمارستان در منطقه‌ای با لرزه‌خیزی شدید واقع شده و از دیوارهای برشی فولادی برای تحمل بارهای جانبی استفاده می‌کند.
ساختمان 35 طبقه در کوبه، ژاپن: این ساختمان در زلزله سال 1995 کوبه عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داد و سیستم باربر جانبی آن ترکیبی از قاب‌های خمشی فولادی و دیوارهای برشی فولادی بود.
اجزای اصلی سیستم دیوار برشی فولادی
یک سیستم دیوار برشی فولادی به طور کلی شامل اجزای زیر است:
دیوار ورق فولادی: این ورق، نقش اصلی را در تحمل نیروهای برشی ایفا می‌کند.
ستون‌های مرزی: این ستون‌ها، نقش بال‌های یک تیر ورق عمودی را ایفا می‌کنند و به تحمل لنگر واژگونی کمک می‌کنند.
تیرهای افقی: این تیرها، نقش سخت‌کننده‌های عرضی را دارند و از کمانش دیوار ورق فولادی جلوگیری می‌کنند.
مقایسه دیوار برشی فولادی با تیر ورق
عملکرد دیوار برشی فولادی مشابه یک تیر ورق عمودی است. در این تشابه، ستون‌ها نقش بال‌ها و دیوار ورق فولادی نقش جان را ایفا می‌کنند. تیرهای افقی نیز به عنوان سخت‌کننده‌های عرضی عمل می‌کنند.
| ویژگی | دیوار برشی فولادی | تیر ورق |
| سختی | معمولاً سختی بالاتری دارد | سختی کمتر، انعطاف‌پذیری بیشتر |
| شکل‌پذیری | شکل‌پذیری بالا و قابلیت استهلاک انرژی زیاد | شکل‌پذیری کمتر نسبت به دیوار برشی فولادی |
| کاربرد | مقاوم سازی ساختمان‌ها، ساختمان‌های بلند، سازه‌های صنعتی | پل‌ها، سقف‌های با دهانه بزرگ، سازه‌های صنعتی سبک |
| هزینه | می‌تواند در برخی موارد مقرون به صرفه‌تر باشد | بسته به طراحی و مواد مورد استفاده، متفاوت است |
| اجرا | نصب سریع و آسان | نیاز به تخصص و دقت بیشتر در اجرا |
| استهلاک انرژی | بالا | متوسط |
| انعطاف پذیری طرح | محدودیت بیشتر در تغییر طرح | انعطاف‌پذیری بیشتر در تغییر طرح |
مقایسه با دیوار برشی بتنی
دیوارهای برشی بتنی نیز یکی از روش‌های رایج مقاوم سازی ساختمان‌ها هستند. در مقایسه با دیوارهای برشی فولادی، دیوارهای برشی بتنی معمولاً سنگین‌تر و دارای سختی بیشتری هستند، اما شکل‌پذیری کمتری دارند. انتخاب بین این دو سیستم بستگی به شرایط خاص پروژه دارد.
| دیوار برشی بتنی | دیوار برشی فولادی | ویژگی |
| سنگین تر | سبک تر | وزن |
| بیشتر | کمتر | سختی |
| کمتر | بیشتر | شکل پذیری |
| زمانبر و پیچیده تر | سریع و آسان تر | اجرا |
| بسته به شرایط پروژه متغییر است | در برخی موارد مقرئن به صرفه تر | هزینه |
| دوام بالا | نیاز به محافظت در برابر خوردگی | دوام |
سایر روش‌های مقاوم سازی ساختمان
علاوه بر دیوارهای برشی فولادی، روش‌های دیگری نیز برای مقاوم سازی ساختمان‌ها در برابر زلزله وجود دارد:
استفاده از بادبند: افزودن بادبند (بتنی یا فولادی) به ساختمان‌های بتنی می‌تواند مقاومت آنها را در برابر نیروهای جانبی افزایش دهد.
پر کردن دهانه قاب‌ها با مصالح بنایی مقاوم: این روش برای ساختمان‌های با تعداد طبقات کم مناسب است، اما در ساختمان‌های بلند می‌تواند باعث افزایش وزن طبقات و جذب نیروی بیشتر در هنگام زلزله شود.
تقویت ستون‌ها و فونداسیون: تقویت ستون‌ها و فونداسیون می‌تواند مقاومت کلی ساختمان را در برابر زلزله افزایش دهد.
3. مقاوم سازی سازه‌های بتنی پیش ساخته
سازه‌های بتنی پیش ساخته، به دلیل اتصالات مفصلی یا نیمه صلب، نیاز به سیستم‌های باربر جانبی دارند. استفاده از دیوارهای برشی بتنی پیش ساخته یا دیوارهای برشی فولادی می‌تواند یک راه حل مناسب برای مقاوم سازی این نوع سازه‌ها باشد.
مقاوم سازی و تقویت ساختمان: راهنمای جامع بادبند، پانل فلزی و تقویت ستون‌ها
مقاوم سازی و تقویت ساختمان‌ها، به ویژه در برابر زلزله، امری حیاتی است. در این مقاله، به بررسی جامع روش‌های مقاوم سازی با استفاده از بادبند و پانل فلزی و همچنین روش‌های تقویت ستون‌ها می‌پردازیم.
1. مقاوم سازی با بادبند و پانل فلزی: یک رویکرد مدرن
بادبند و پانل فلزی به عنوان سیستم‌های مقاوم در برابر نیروهای جانبی، در سال‌های اخیر مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته‌اند. این روش، به دلیل مزایای متعددی که دارد، به یک گزینه جذاب برای مقاوم سازی ساختمان‌های فولادی و بتنی تبدیل شده است.
-
مزایای استفاده از بادبند و پانل فلزی
شکل‌پذیری بالا: بادبند و پانل فلزی دارای خاصیت شکل‌پذیری هستند که به ساختمان اجازه می‌دهد در برابر نیروهای زلزله تغییر شکل دهد، بدون اینکه دچار شکست شود.
امکان ایجاد بازشو: برخلاف روش‌های تقویتی توپر، در دهانه‌های بادبندی شده می‌توان پنجره و هواکش نصب کرد.
عملکرد قوی‌تر، کنترل و دقت بالاتر: این روش مقاوم سازی، عملکرد قوی‌تر، کنترل بیشتر و دقت عمل بالاتری را در مقایسه با سایر روش‌ها ارائه می‌دهد.
افزایش مقاومت برشی ساختمان: بادبند ها و پانل ها با ایجاد یک مسیر جدید برای انتقال نیروهای برشی، مقاومت ساختمان را در برابر این نیروها افزایش می دهند.
-
معایب استفاده از بادبند و پانل فلزی
حفاظت در برابر آتش‌سوزی و زنگ‌زدگی: فولاد در برابر آتش‌سوزی و زنگ‌زدگی آسیب‌پذیر است و نیاز به تدابیر حفاظتی دارد.
کمانش بادبند در تغییر شکل‌های بزرگ: در صورت تغییر شکل‌های زیاد، امکان کمانش بادبند وجود دارد.
نیاز به تخریب دیوارهای غیرسازه‌ای: برای نصب بادبند، ممکن است نیاز به تخریب دیوارهای غیرسازه‌ای باشد.
هزینه نصب: نصب بادبند و پانل فلزی می تواند پرهزینه باشد.
مراحل نصب بادبند و پانل فلزی
1. تخریب دیوارهای غیرسازه‌ای (در صورت نیاز)
2. قرار دادن میلگردهای اتصال در بدنه و ستون
3. نصب بادبند در قاب فلزی
4. بستن میلگردهای اسپیرال
5. پوشاندن درز بین قاب فلزی و بتنی با ملات اپوکسی
2. تقویت ستون‌ها: افزایش مقاومت و شکل‌پذیری
تقویت ستون‌ها یکی از روش‌های مهم و کارآمد در مقاوم سازی ساختمان‌های بتنی و فولادی است. این روش، با افزایش ظرفیت باربری ستون‌ها، می‌تواند مقاومت کلی ساختمان را در برابر نیروهای زلزله افزایش دهد.
-
اهداف تقویت ستون‌ها
افزایش مقاومت جانبی ساختمان: با اضافه کردن دیوارهای جانبی به ستون، مقاومت ساختمان در برابر نیروهای جانبی افزایش می‌یابد.
تغییر مکانیزم شکست ستون به شکست تیر: با افزایش ظرفیت ستون، مکانیزم شکست ستون به شکست تیر تغییر می‌یابد که باعث افزایش شکل‌پذیری ساختمان می‌شود.
جلوگیری از شکست برشی ستون‌ها: تقویت ستون‌ها می‌تواند از شکست برشی آنها جلوگیری کند.
اصلاح شکل‌پذیری ستون‌ها: با استفاده از روش‌های مختلف تقویت، می‌توان شکل‌پذیری ستون‌ها را اصلاح کرد.
اصلاح و یکدست کردن سختی: تقویت ستون‌ها می‌تواند سختی ساختمان را اصلاح و یکدست کند.
افزایش قدرت خمشی ستون: این کار به اصلاح رفتار سازه در مقابل زلزله کمک می کند.
-
روش‌های تقویت ستون‌ها
اضافه کردن دیوار جانبی به ستون: در این روش، دیوارهای بتن مسلح به دو طرف ستون اضافه می‌شوند.
پوشش با شبکه میلگرد پیش ساخته و بتن: این روش از شکست برشی ستون‌ها جلوگیری می‌کند.
پوشش ستون با ورق فلزی: استفاده از ورق فلزی به ضخامت حدود 4.5 میلی‌متر برای پوشش ستون‌ها، می‌تواند مقاومت آنها را افزایش دهد.
-
روش اضافه کردن دیوار جانبی به ستون ها
بتن ریزی درجا: بتن به صورت درجا ریخته می‌شود و به ستون متصل می‌شود.
بتن پیش ساخته: قطعات بتنی پیش ساخته به ستون موجود متصل می‌شوند (با جوش دادن میلگردها یا نصب بلت).
مراحل پوشش ستون با شبکه میلگرد پیش ساخته و بتن:
1. بستن دو عدد شبکه پیش ساخته به شکل U دور ستون
2. پوشاندن شبکه با بتن به ضخامت حداقل 6 سانتی‌متر
-
مراحل پوشش ستون با ورق فلزی
1. قرار دادن یک بدنه ساخته شده از ورق فولادی در اطراف ستون
2. پر کردن فاصله بین ستون موجود و بدنه فلزی با گروت یا بتن
-
نکات مهم در تقویت ستون‌ها
توزیع تقویت در پلان ساختمان باید به گونه‌ای باشد که در بیشترین درصد ستون‌های طبقه انجام شود.
نسبت طول به ارتفاع تیر پس از تقویت ستون‌ها باید بیش از 4 باشد.
در صورت استفاده از ورق فلزی، ایجاد مقاطع دایروی برای ستون‌های دایروی و مقاطع بیضوی برای ستون‌های مستطیلی توصیه می‌شود.
نصب تقویت‌کننده‌های عرضی در بالا، پایین و ارتفاع وسط ستون، راندمان تقویت را افزایش می‌دهد.
– پوشش ستون با نبشی و تسمه فلزی: این روش تقویت ستون، به خصوص در مواردی که نیاز به افزایش مقاومت برشی زیاد است، مناسب است. چهار نبشی در گوشه‌های ستون قرار می‌گیرند و با تسمه‌های فلزی به هم متصل می‌شوند. فضاهای بین نبشی‌ها و ستون با ملات ماسه سیمان پر می‌شود. مزیت این روش، سرعت نسبی اجرا و امکان افزایش مقاومت برشی است. معایب آن شامل احتمال کاهش سطح مقطع موثر ستون، پیچیدگی در اجرای دقیق، و نیاز به دقت در انتخاب ابعاد نبشی و تسمه برای اطمینان از مقاومت کافی است.
– پوشش ستون با لایه بتن مسلح: این روش استفاده از میلگردهای طولی و خاموت در سطح ستون برای ایجاد یک لایه بتنی تقویت کننده است. ساده‌تر و ارزان‌تر از روش قبلی بوده و به نیروی کار نسبتا ماهر نیاز دارد. مزایای این روش، افزایش مقاومت فشاری و برشی ستون، امکان افزایش سطح مقطع موثر و عموما پیاده سازی نسبتاً ساده تر آن است. معایب آن شامل پیچیدگی در طراحی و محاسبه دقیق میزان میلگرد و خاموت برای تامین مقاومت مورد نیاز، نیاز به قالب‌بندی و بتن‌ریزی مناسب، و احتمالا زمانبر بودن عملیات نسبت به روش اول است.
نکات کلیدی برای هر دو روش
طراحی دقیق: طراحی این روش‌ها نیازمند محاسبات دقیق مهندسی است که باید توسط متخصصان صورت گیرد.
مواد با کیفیت: استفاده از مصالح با کیفیت و استاندارد (نبشی، تسمه، میلگرد، بتن) برای اطمینان از عملکرد صحیح تقویت بسیار مهم است.
اجرای صحیح: اجرای دقیق این روش‌ها بسیار مهم است. عدم رعایت اصول فنی در اجرا، نتایج مطلوب را به همراه نخواهد داشت.
کنترل کیفی: ضرورت دارد که فرآیند اجرا تحت نظارت و کنترل کیفی دقیق قرار گیرد.
در نظر گرفتن نوع بارگذاری: انتخاب روش تقویت باید متناسب با نوع و مقدار بارگذاری بر روی ستون باشد.
مقایسه پوشش ستون با لایه مسلح با پوشش ستون با نبشی و تسمه
| پوشش ستون با لایه بتن مسلح | پوشش ستون با نبشی و تسمه | ویژگی |
| بر مقاومت فشاری و برشی اثرگذار است | بیشتر بر مقاومت برشی تمرکز دارد | افزایش مقاومت |
| نسبتا ساده تر | نسبتا پیچیده تر | سادگی اجرا |
| امکان اجرا زمان برتر | امکان اجرا سریع تر | زمان اجرا |
| احتمالا هزینه کمتر | احتمالا هزینه بالاتر | هزینه |
مقاوم سازی ساختمان: روش‌های نوین با الیاف مصنوعی، میلگرد FRP (مرکزآهن) و پانل‌های پیش‌ساخته
سه روش مهم و کاربردی برای مقاوم سازی ساختمان‌ها
1. بهبود خواص بتن با استفاده از الیاف مصنوعی
2. تقویت ستون‌ها با میلگردهای FRP (مرکزآهن)
3. استفاده از پانل‌های پیش‌ساخته در نما برای مقابله با بارهای جانبی
-
1. بهبود خواص بتن با استفاده از الیاف مصنوعی
بتن، یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در جهان است. با این حال، بتن به تنهایی دارای مقاومت کششی پایینی است و در برابر ترک خوردگی آسیب‌پذیر است. افزودن الیاف مصنوعی به بتن، راهکاری مؤثر برای بهبود خواص مکانیکی آن، به ویژه مقاومت کششی است.
انواع مختلفی از الیاف مصنوعی، از جمله الیاف پلی پروپیلن، الیاف شیشه و الیاف کربن، در بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر نوع الیاف، دارای خواص و مزایای خاص خود است. به طور کلی، الیاف مصنوعی باعث افزایش مقاومت بتن در برابر ترک خوردگی، کاهش نفوذپذیری و بهبود دوام آن می‌شوند.
میزان الیاف مورد استفاده در بتن، بستگی به نوع الیاف، خواص مورد نظر و شرایط محیطی دارد. به طور معمول، با افزایش درصد الیاف، مقاومت نهایی و سختی بتن افزایش می‌یابد. با این حال، باید توجه داشت که افزایش بیش از حد الیاف، می‌تواند باعث کاهش روانی بتن و مشکلاتی در اجرا شود.
-
2. تقویت ستون‌ها با میلگردهای FRP (مرکزآهن)
ستون‌ها، از اجزای اصلی سازه‌ها هستند و نقش مهمی در تحمل بارهای قائم و جانبی ایفا می‌کنند. در بسیاری از ساختمان‌های قدیمی، ستون‌ها به دلیل خوردگی آرماتورها، ضعف مصالح و یا تغییر کاربری، نیاز به مقاوم سازی دارند.
یکی از روش‌های نوین و مؤثر برای تقویت ستون‌ها، استفاده از میلگردهای FRP (Fiber Reinforced Polymer) است. میلگردهای FRP، از الیاف تقویت کننده (مانند الیاف کربن، شیشه یا آرامید) و یک رزین پلیمری تشکیل شده‌اند. این میلگردها، دارای مقاومت کششی بسیار بالا، وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی هستند.
روش تقویت ستون با میلگردهای FRP، شامل افزودن میلگردهای طولی و خاموت‌های عرضی در اطراف ستون موجود و اضافه کردن یک روکش بتنی است. برای اطمینان از عملکرد صحیح میلگردهای FRP، باید اتصال مناسب بین میلگردها و بتن موجود برقرار شود. برای این منظور، معمولاً از چسب‌های اپوکسی استفاده می‌شود.
مزایای استفاده از میلگردهای FRP در تقویت ستون‌ها
-
کاهش وزن سازه
-
مقاومت در برابر خوردگی
-
اجرای آسان و سریع
-
افزایش قابل توجه مقاومت و ظرفیت باربری ستون
-
3. استفاده از پانل‌های پیش‌ساخته در نما برای مقابله با بارهای جانبی
پانل‌های پیش‌ساخته نما، به عنوان عناصر غیرسازه‌ای در ساختمان‌ها شناخته می‌شوند. با این حال، در سال‌های اخیر، نقش این پانل‌ها در مقاومت سازه در برابر بارهای جانبی (مانند زلزله و باد) مورد توجه قرار گرفته است.
اجرای صحیح اتصالات پانل‌های پیش‌ساخته در ساختمان‌های با قاب خمشی، می‌تواند تا حدود 68 درصد به سختی جانبی قاب اضافه کند. همچنین، این پانل‌ها می‌توانند باعث تغییر شکل سیستم از تغییر شکل برشی به تغییر شکل برشی-خمشی شوند.
در برخی از پروژه‌های مقاوم سازی، نحوه اتصالات پانل‌های پیش‌ساخته در نما اصلاح شده و از آنها به عنوان یک المان مقاوم در برابر زلزله استفاده شده است. در ساختمان‌های جدید نیز، می‌توان در طراحی سازه، اثرات این پانل‌ها را روی مقاومت جانبی سازه به حساب آورد.
دلایل نیاز به مقاوم سازی تیرهای بتن مسلح
فرسودگی و تخریب در طول زمان: بتن و فولاد، به عنوان مصالح اصلی تیرهای بتن مسلح، در طول زمان دچار فرسودگی و تخریب می‌شوند. این فرسودگی می‌تواند ناشی از عوامل مختلفی مانند خوردگی آرماتورها، ترک خوردگی بتن باشد.
آسیب‌های فیزیکی: زلزله، آتش‌سوزی، انفجار و ضربه، می‌توانند به تیرهای بتن مسلح آسیب وارد کنند و باعث کاهش مقاومت آنها شوند.
تغییر کاربری: تغییر کاربری ساختمان، ممکن است باعث افزایش بار وارده بر تیرها شود و نیاز به مقاوم سازی آنها را ایجاد کند.
خطاهای طراحی و اجرا: خطاهای طراحی و اجرا در زمان ساخت، می‌توانند باعث ضعف تیرها و نیاز به مقاوم سازی آنها شوند.
تقویت برشی تیرها با مصالح فولادی
یکی از روش‌های متداول مقاوم سازی تیرهای بتن مسلح، تقویت برشی آنها با استفاده از مصالح فولادی است. این روش، به دلیل سهولت اجرا و اثربخشی بالا، در بسیاری از پروژه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه، تعدادی از روش‌های متداول تقویت برشی تیرها با مصالح فولادی را بررسی می‌کنیم:
-
1. برداشت بتن سطحی و ریختن بتن جدید پس از گذاشتن خاموت اضافی
در این روش، بتن موجود بر روی تیر برداشته می‌شود و خاموت‌های جدید در اطراف مقطع موجود قرار داده می‌شوند. سپس، بتن تازه بر روی آن ریخته می‌شود.
مزایا: اگر بتوان از چسبندگی بین بتن قدیم و جدید مطمئن شد، این روش از لحاظ فنی بسیار مناسب است.
معایب: نیاز به تخریب بتن موجود، احتمال عدم چسبندگی مناسب بین بتن قدیم و جدید.
-
2. تسلیح مقطع با فولاد مهار شده در ناحیه فشاری
در این روش، مقطع تیر با فولاد مهار شده در ناحیه فشاری تسلیح می‌شود.
مزایا: افزایش ظرفیت برشی سازه.
معایب: نیاز به وقت و هزینه بیشتر.
-
3. تقویت خارجی با پیچ، مهره و ورق با امکان پیش تنیده کردن مقطع
در این روش، ورق‌های فولادی با استفاده از پیچ و مهره به سطح بتن متصل می‌شوند. امکان پیش تنیده کردن مقطع نیز در این روش وجود دارد.
مزایا: امکان پیش تنیده کردن مقطع، سهولت اجرا نسبت به روش قبل.
معایب: احتمال بریده شدن فولاد خمشی در حین ایجاد سوراخ‌ها در تیر، نیاز به آماده سازی سطحی بتن در محل محکم کردن پیچ‌ها.
-
4. تقویت با استفاده از شاتکریت مسلح
در این روش، یک لایه شاتکریت مسلح بر روی سطح بتن موجود پاشیده می‌شود.
مزایا: مناسب برای افزایش اندکی در ظرفیت برشی.
معایب: تسلیح برشی اعمالی بر وجوه جان در ناحیه فشاری بتن مهار نمی‌شود.
-
5. تقویت مقطع با اتصال صفحات فولادی با اپوکسی
در این روش، صفحات فولادی با استفاده از اپوکسی به سطح بتن متصل می‌شوند.
مزایا: سهولت اجرا.
معایب: تسلیح برشی اعمالی بر وجوه جان در ناحیه فشاری بتن مهار نمی‌شود.
-
6. تقویت با پیچ و مهره پس از حفر سوراخ در مقطع با امکان پیش تنیده کردن مقطع
در این روش، یک سوراخ بزرگ داخل مقطع بتنی ایجاد می‌شود و از پیچ فولادی داخل آن استفاده می‌شود. می‌توان این پیچ را پیش تنیده کرد.
مزایا: امکان پیش تنیده کردن مقطع.
معایب: احتمال قطع شدن میلگرد خمشی در حین سوراخ کردن تیر، میزان مقاومت برشی اضافه شده توسط تسلیح به میزان محکم شدن پیچ بستگی دارد.
-
7. تقویت مقطع با نوار فولادی پیش تنیده
در این روش، نوارهای فولادی تابانیده شده به دور مقطع تیر در بالای مقطع و توسط بست‌ها و پیچ‌های فولادی انجام می‌پذیرد. پیش تنیده کردن نوارهای فولادی با محکم کردن بست‌ها صورت می‌گیرد.
مزایا: میزان خسارت وارده به مقطع برای اجرای این روش اندک است.
معایب: نوارها در برابر بارهای ضربه‌ای یا تخریب آسیب پذیرند.
دسته‌بندی جامع روش‌های مقاوم‌سازی سازه‌ها: راهنمای انتخاب بهترین روش برای هر پروژه
دسته‌بندی انواع روش‌های تقویت سازه:
در جدول زیر، انواع روش‌های مقاوم‌سازی سازه‌ها بر اساس المان‌های تقویت‌کننده و تأثیر آنها بر سازه دسته‌بندی شده‌اند:
| المان های تقویت کننده | سیاست تقویت(اثر تقویت روی سازه ها) | روش تقویت | ردیف |
| افزایش شکل پذیری | افزایش مقاومت | …………………….. | |
| بتن‌ریزی درجا، بتن پیش‌ساخته، پانل فلزی، آجر بتنی، اضافه کردن ضخامت یا پر کردن بازشوها، دیوار بنایی با تور سیمی و شاتکریت، میلگرد دیوار دور بیم و ستون، نصب انکربلت، ایجاد کلید برشی (همراه/بدون چسب جوش میلگرد یا قلاب کردن آنها)، بدون هیچ‌گونه اتصالی | ……………….. | دیوار برشی پرکننده | 1 |
| بتن‌ریزی درجا، اتصال به دیافراگم سقف با عبور میلگردها از سقف | ………………………. | دیوار برشی مجزا | 2 |
| جزئیات خاص اتصال به بیم بالا و پایین، بلت با ورق فلزی | ………………………….. | پانل‌های پیش‌ساخته در نما | 3 |
| اسکلت یا بادبند فلزی، بتن‌ریزی درجا، اتصال مناسب در دیافراگم سقف | ……………………………. | اضافه کردن استراکچر جانبی | 4 |
| بادبند تیپ X، بادبند تیپ K، بادبند بتنی، بادبند پس‌تنیده، نصب انکربلت | …………………………. | اضافه کردن بادبند | 5 |
| فریم فلزی تیرها و ستون‌ها، نصب انکربلت | …………………………… | اضافه کردن فریم فلزی | 6 |
| بتن‌ریزی درجا، بتن پیش‌ساخته، نصب انکربلت، جوش میلگردها | ……………………………. | اضافه کردن دیوار جانبی به ستون‌ها | 7 |
| پوشش بتن آرمه، پوشش با ورق فلزی، تسمه فلزی و نبشی در چهار گوشه، دورپیچ کردن ستون با وایر فولادی یا نوارهای با الیاف کربنی، دورپیچ کردن ستون با نوارهای با الیاف پلاستیکی، بتن‌ریزی درجا، چسب رزین اپوکسی | ………………………….. | تقویت تیرها و ستون‌ها و اتصالات | 8
|
| ایجاد فاصله بین دیوار و قاب، اصلاح دیوار به صورت دیوار برشی | …………………………… | اصلاح دیوارهای غیرسازه‌ای | 9 |
| بتن‌ریزی درجا | ………………………….. | اضافه کردن ستون و تای بیم بتنی به ساختمان‌های با سیستم دیوار باربر اسکلت بتنی | 10 |
| بتن‌ریزی درجا، استفاده از شمع‌کوبی، اتصال مناسب بستگی به وضعیت فونداسیون و ساختمان | ………………………….. | تقویت فونداسیون‌ها | 11 |
مزایای استفاده از فولاد با مقاومت بالا در سازه‌های بتنی مقاوم در برابر زلزله
استفاده از فولاد با مقاومت بالا در سازه‌های بتنی مقاوم در برابر زلزله دارای محاسن متعددی است که عبارتند از:
کاهش سطح مقطع اعضا: استفاده از فولاد با مقاومت بالا، امکان کاهش سطح مقطع اعضای سازه‌ای را فراهم می‌کند.
کاهش هزینه‌های میلگرد مصرفی، جابجایی و جاسازی: با کاهش سطح مقطع اعضا، میزان میلگرد مصرفی نیز کاهش می‌یابد که منجر به کاهش هزینه‌ها می‌شود.
کاهش زمان ساخت و ساز: کاهش حجم مصالح و سهولت اجرا، زمان ساخت و ساز را کاهش می‌دهد.
بهبود کیفیت ساخت و ساز: استفاده از فولاد با مقاومت بالا، امکان اجرای دقیق‌تر و با کیفیت‌تر سازه را فراهم می‌کند.
کاهش تراکم میلگردها: با کاهش سطح مقطع اعضا، تراکم میلگردها نیز کاهش می‌یابد که سهولت بتن‌ریزی و تراکم بتن را به همراه دارد.
مقاوم‌سازی سازه‌ها، فرآیندی چندوجهی است که نیازمند دانش عمیق در زمینه‌های مختلف مهندسی عمران است. از انتخاب مصالح مناسب گرفته تا طراحی سیستم‌های کنترل ارتعاشات، هر تصمیمی می‌تواند تأثیر بسزایی بر عملکرد و ایمنی سازه داشته باشد.
1. تأثیر میلگردهای با مقاومت بالا در مقاوم‌سازی سازه‌ها
استفاده از میلگردهای با مقاومت بالا در سازه‌های بتنی، مزایای متعددی دارد، اما نیازمند بررسی دقیق برخی مسائل کلیدی است:
خصوصیات کششی و منحنی تنش-کرنش: بررسی تأثیر این خصوصیات بر پاسخ بارگذاری رفت و برگشتی تیرها.
وصله میلگردها: انجام آزمایش‌های مرتبط با وصله میلگردهای با مقاومت بالا برای تعیین طول مهاری موردنیاز در بتن‌های با مقاومت بالا.
میلگردهای عرضی: بررسی تأثیر میلگردهای عرضی برای تعیین این که قطر خم بیشتر نیاز است یا نه و همچنین رفتار آنها در بارگذاری رفت و برگشتی.
وصله‌های مکانیکی: اطمینان از کافی بودن وصله‌های مکانیکی برای استفاده در محل مفصل پلاستیک در تیرها.
محاسبه سختی موثر: توسعه یک رابطه عمومی برای محاسبه سختی موثر عضو برای استفاده در محاسبه تغییر شکل جانبی ساختمان‌ها در هنگام زلزله.
2. تقویت تیرها با مواد الیافی FRP
استفاده از مواد الیافی پلیمری مسلح شده (FRP) برای تعمیر و مقاوم‌سازی سازه‌ها به طور پیوسته در سال‌های اخیر افزایش یافته است. این مواد به دلیل مزایای متعددی نسبت به مصالح سنتی مانند فولاد، مورد توجه قرار گرفته‌اند:
مزایا: وزن کم، راحتی در نصب، دوام و مقاومت کششی بالا، خنثی بودن الکترومغناطیسی و دسترسی نامحدود در اندازه، شکل و ابعاد.
اجزای FRP: الیاف (شیشه، کربن، آرامید یا وینیل) و چسب یا رزین.
کاربردهای FRP: میله‌های FRP (جایگزین فولاد در بتن مسلح) و ورقه‌های FRP (مقاوم‌سازی خمشی یا برشی تیرها، تقویت اتصالات و محصور کردن ستون‌ها).
3. بتن پیش‌تنیده و پس‌تنیده:
پیش‌تنیدگی، عبارتست از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به اندازه لازم، به طوری که در اثر این تنش مقداری از تنش‌های ناشی از بارهای مرده و زنده در عضو، خنثی شده و در نتیجه قابلیت باربری آن افزایش پیدا می‌کند.
هدف: محدود کردن تنش‌های کششی و ترک‌های ناشی از لنگر خمشی تحت تأثیر بارهای وارده در عضو.
انواع: تیرهای پیش‌کشیده و پس‌کشیده (چسبنده و غیر چسبنده).
4. کنترل ارتعاشات سازه‌ها
اهمیت طرح و مقاوم‌سازی سازه‌هایی مانند بیمارستان‌ها و ایستگاه‌های پلیس که لازم است بلافاصله پس از رخداد زلزله امکان خدمت‌رسانی بی‌وقفه را داشته باشند، بیشتر است.
روش‌های کنترل ارتعاشات: کنترل فعال، کنترل نیمه‌فعال و کنترل غیرفعال.
کاربرد: کاهش اثرات زلزله، باد و ترافیک بر سازه‌ها.
5. انتخاب شکل و فرم مناسب برای سازه:
انتخاب شکل و فرم مناسب برای سازه، یکی از مسائل مهم در طرح سازه‌های مقاوم در مقابل زلزله است.
اصول راهنما:
ساده بودن
متقارن بودن
عدم دراز و کشیده بودن در سطح یا ارتفاع
توزیع مقاومت یکنواخت و پیوسته
ایجاد لولای خمیری در اعضا افقی قبل از اعضا قائم
ارتباط سختی با خواص خاک زیر آن
انتخاب مصالح مقاوم در برابر زلزله:
هنگام انتخاب مصالح سازه‌ای، ملاحظات اقتصادی، سیاسی و در دسترس بودن مواد اولیه در نظر گرفته می‌شوند. اما اگر تنها هدف، مقاومت در برابر زلزله باشد، باید به دنبال مصالحی با ویژگی‌های زیر باشیم:
جذب انرژی بالا: توانایی جذب و استهلاک انرژی زلزله از طریق تغییر شکل خمیری زیاد.
نسبت مقاومت به وزن ایده‌آل: کاهش وزن سازه در عین حفظ مقاومت بالا برای کاهش نیروی زلزله وارد بر ساختمان.
همگنی: اطمینان از رفتار یکنواخت و قابل پیش‌بینی مصالح تحت بارگذاری.
مقاومت یکسان در دو جهت: حداقل در دو جهت عمود بر هم، مقاومت یکسانی داشته باشد تا در برابر نیروهای زلزله در جهات مختلف، عملکرد مناسبی ارائه دهد.
اتصالات با مقاومت کامل: امکان ایجاد اتصالات قوی و مطمئن بین اجزای سازه.
انتخاب شکل مناسب سازه: (با تاکید بر اهمیت طراحی لرزه‌ای)
طراحی فرم سازه، تاثیر بسزایی در رفتار آن در برابر زلزله دارد. یک طرح مناسب می‌تواند نیروهای زلزله را به طور موثر توزیع کرده و از تمرکز تنش جلوگیری کند.
مراحل کلیدی تقویت ساختمان (برای انواع مصالح):
تقویت ساختمان، فرآیندی گام به گام است که باید با دقت و تخصص انجام شود. مراحل اصلی تقویت برای ساختمان‌های با مصالح بنایی، نیمه اسکلت، بتنی و فلزی به شرح زیر است:
1. تعیین خصوصیات لرزه‌ای سازه موجود: ارزیابی مقاومت و شکل‌پذیری ساختمان با توجه به نوع و وضعیت مصالح، به خصوص میلگرد استفاده شده. (روش‌های ارزیابی شامل روش‌های تقریبی، دقیق و آیین‌نامه‌ای است.)
2. تعیین میزان تقویت مورد نیاز: با استفاده از نتایج مرحله قبل و تخمین بارهای زلزله وارد بر سازه، میزان ضعف و نیاز به تقویت مشخص می‌شود.
3. طرح مقدماتی: تعیین هدف از تقویت، راستای آن و تهیه نقشه‌های اولیه از وضعیت موجود ساختمان.
4. انتخاب تکنیک تقویت: انتخاب روش مناسب تقویت با در نظر گرفتن امکانات موجود، نظرات مالک و استانداردهای موجود. (مانند استفاده از میلگرد جدید، FRP و …)
5. کارهای آزمایشگاهی (در صورت نیاز): انجام آزمایش‌های لازم برای تعیین مشخصات مصالح موجود و بررسی خصوصیات دینامیکی سازه. (همچنین، آزمایش روی سازه تقویت‌شده برای تایید طرح تقویت در پروژه‌های مهم.)
6. تخمین میزان مقاومت اضافه شده: پیش‌بینی میزان مقاومتی که با استفاده از تکنیک انتخاب شده به سازه اضافه می‌شود.
7. آرایش اعضای اضافه شده: در صورت اضافه کردن اعضایی مانند میلگرد، توجه به محل قرارگیری آنها در پلان برای جلوگیری از ایجاد خروج از مرکزیت زیاد بین مرکز سختی و مرکز جرم (جلوگیری از پیچش‌های بزرگ در زلزله).
8. محاسبه خصوصیات دینامیکی: بررسی و محاسبه خصوصیات رفتاری سازه پس از تقویت.
9. برآورد اثرات تقویت: تعیین میزان و جهت تغییرات ایجاد شده در اسکلت ساختمان به دلیل تقویت (توجه به این نکته که تقویت نامناسب می‌تواند اثرات مخربی داشته باشد).
10. مقایسه و تایید طرح تقویت: ارزیابی موفقیت طرح با استفاده از نتایج مراحل 8 و 9 و اطمینان از رسیدن به اهداف اولیه. (در صورت عدم موفقیت، بازنگری مراحل قبلی و تکرار آنها.)
11. اجرای طرح تقویت: اجرای دقیق طرح تقویت و اتمام عملیات مقاوم‌سازی.
نکته مهم: اجرای با کیفیت، ضامن عملکرد مطلوب یک طرح مقاوم‌سازی خوب است.
با رعایت این اصول و مراحل، می‌توان ساختمان‌ها را به طور موثر در برابر زلزله مقاوم‌سازی کرد و ایمنی ساکنین را تضمین نمود.
و در پایان…
مقاوم‌سازی سازه‌ها، یک فرآیند پیچیده است که نیازمند دانش و تجربه در زمینه‌های مختلف مهندسی عمران است. با بررسی دقیق شرایط پروژه، اهداف مقاوم‌سازی و محدودیت‌های موجود، می‌توان بهترین روش‌ها و مصالح را انتخاب کرد و ایمنی، پایداری و طول عمر سازه‌ها را تضمین نمود. از میلگردهای با مقاومت بالا و مواد الیافی FRP گرفته تا بتن پیش‌تنیده و پس‌تنیده و سیستم‌های کنترل ارتعاشات، هر کدام می‌توانند نقش مهمی در بهبود عملکرد لرزه‌ای و کلی سازه‌ها ایفا کنند.
ما در شرکت زیباسازان در مشهد با مدیریت روح الله قدرتی در صنعت ساختمان خدماتی مانند: ساخت و ساز با هزینه کم، تهاتر در ساخت و ساز و مشارکت در ساخت، خرید و فروش ملک را به شما عزیزان ارائه می‌دهیم. با مشاورین ما در ارتباط باشید.