روش های مقاوم سازی و تقویت ساختمان فولادی و بتنی
روش‌های مقاوم‌سازی و تقویت ساختمان‌های فولادی و بتنی
یکی از مواردی که به هنگام ساختوساز باید در نظر گرفته شود، چگونگی تقویت آن سازه ی آهن است که اهمیت بالایی دارد. مقاوم سازی و تقویت ساختمان به ویژه در مناطق زلزله‌خیز، می‌تواند از آسیب‌ها و خسارت‌های بسیاری جلوگیری کند. از جمله مصالحی که به منظور تقویت سازه به کار برده می‌شوند، مصالح فولادی و بتنی هستند که اغلب از مقاومت بالایی برخوردارند. با‌این‌حال، این نوع مصالح برای پایداری بیشتر در برابر حوادث طبیعی همچون سیل، زلزله و …، نیازمند مقاوم‌سازی هرچه بیشتر هستند. روش‌های مختلفی برای تقویت ساختمان‌های فولادی و بتنی وجود دارد که در این مطلب به معرفی آن‌ها می‌پردازیم. بنابراین پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای مقاله، همراه ما باشید.
مقاوم سازی و تقویت ساختمان در کدام نوع از سازه حائز اهمیت است؟
تقویت سازه در یک سری از ساختمان‌ها از اهمیت بیشتری برخوردار است که در ادامه به هر یک اشاره می‌کنیم:
خانه‌های خشتی
در روستاها و محله‌های قدیمی، خانه‌های خشتی با بافت فرسوده بیشتر به چشم می‌خورند که برخی از آن‌ها حتی ارزش تاریخی و توریستی دارند. در صورت عدم مقاوم‌سازی آن‌ها، احتمال خرابی و ریزش این بناها دوچندان خواهد شد. بنابراین خانه‌های خشتی، در صورتی که حداقل شرایط لازم جهت تقویت و مقاوم‌سازی را داشته باشند، این کار باید در اسرع وقت و با اصول و حساسیت بالایی انجام شود.
ساختمان‌های ترک‌خورده
یکی از علائمی که نشان می‌دهد ساختمان نیاز به مقاوم‌سازی دارد، وجود ترک یا شکاف بر روی آن است. ترک‌ها انواع مختلفی دارند، اما معمولا به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند که شامل ترک سازه‌ای و غیر سازه‌ای است. تفاوتی که این دو با هم دارند در این است که در ترک‌های غیر سازه‌ای، ترک‌ها به راحتی برطرف می‌شوند، در حالی که ترک‌های سازه‌ای نیازمند بررسی و ارائه راهکارهای جدی برای برطرف شدن دارند.
ساختمان‌های بنایی
در این نوع ساختمان‌ها، به جای تیرآهن و ستون، وظیفه تحمل بار و انتقال آن به زمین بر عهده دیوارها است. در گذشته، ساختمان‌های بنایی بسیار مورد توجه قرار می‌گرفتند، اما به دلیل شرایط محیطی که این سازه‌ها را در بر می‌گرفت، امروزه به شکل دیگری ساخته می‌شوند و نیازمند به کارگیری اقدامات اصولی جهت مقاوم‌سازی و تقویت هستند.
ساختمان‌های فولادی و بتنی
سازه‌های امروزی، اغلب از اجزای مختلفی همچون تیرها، سقف‌ها، ستون‌ها و دیوارها تشکیل می‌شوند. این اجزا بر اساس نوع ظرفیت و کاربردشان، به گونه‌ای کنار هم قرار می‌گیرند که در نهایت یک سازه ی آهن را بنا می‌کنند. در مواردی مانند عدم رعایت اصول و ضوابط در ساخت سازه، ممکن است طراحی و ساخت آن به خوبی اجرا نشود و مشکلاتی را به وجود آورد. یکی از این مشکلات، اعمال بار اضافی به سازه است که در چنین شرایطی، لازم است که آن سازه مقاوم شود. مقاوم‌سازی ساختمان‌های فولادی و بتنی انواع مختلفی دارد که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
مراحلی که در تقویت یک سازه باید در نظر گرفته شود
در طول مقاوم سازی و تقویت ساختمان یک سازه، مراحلی وجود دارد که با رعایت آن‌ها، یک ساختمان به درستی و اصولی تقویت خواهد شد، این مراحل عبارت‌اند از:
- شفاف‌سازی طرح مقدماتی. قبل از هر چیز، ابتدا باید هدف از مقاوم‌سازی یک ساختمان مشخص باشد تا وضعیت آن برای انتخاب روش مقاوم‌سازی موردنظر کاملا بررسی شود.
- بررسی ویژگی‌های لرزه‌ای سازه. میزان مقاومت و شکل‌پذیری یک سازه در برابر زمین لرزه با توجه به مصالحی که در آن به کار می‌رود، برای انتخاب روش مقاوم‌سازی موردنیاز باید مشخص شود.
- مشخص کردن میزان مقاومت موردنیاز. با توجه به نتایج حاصل از بررسی میزان مقاومت ساختمان در برابر نیروهای لرزه‌ای ناشی از زلزله، می‌توان میزان مقاومت یا ضعف سازه را از این طریق مشخص کرد.
- تعیین روش مقاوم‌سازی. پس از بررسی و مشخص شدن میزان مقاومت موردنیاز در یک سازه، زمان آن فرا رسیده تا روش تقویتی لازم را به درستی برای ساختمان انتخاب کنید.
- انجام تست‌های آزمایشگاهی. در مواردی، نیاز است تا برخی از ویژگی‌های یک ساختمان از نظر خصوصیات مکانیکی و یا مقاومت مصالح آن، توسط روش‌های آزمایشگاهی مرتبط، بررسی شوند. انجام تست‌های آزمایشگاهی همچنین در تایید یا رد روش مقاوم‌سازی انتخابی کمک می‌کند.
- بررسی میزان افزایش مقاومت سازه. پس از انجام مراحل قبلی، لازم است تا میزان مقاومتی که به سازه اضافه شده است، را بررسی کنید. این برای آن است که به این نتیجه برسید آیا با توجه به مشخصات ساختمان، میزان مقاوم‌سازی انجام‌شده برای آن کفایت می‌کند یا خیر.
- افزودن اعضای جدید در صورت لزوم. گاهی ممکن است اضافه کردن یک سری مصالح جهت افزایش مقاومت ساختمان، نیاز باشد یا اینکه اجزای تشکیل‌دهنده سازه توسط اجزای جدید در جای مناسب خود فیکس شوند.
- بررسی خصوصیات دینامیکی سازه. با انجام مراحل مقاوم‌سازی، باید وضعیت جدید سازه از جمله خصوصیات دینامیکی آن و میزان مقاومتی که به دست آورده است، بررسی شود.
- تایید نهایی مقاوم‌سازی. در این مرحله، میزان موفقیت در تقویت ساختمان مورد ارزیابی قرار می‌گیرد تا در صورت رسیدن به هدف موردنظر، عملیات تقویت تکمیل شود.
انواع روش‌های مقاوم سازی و تقویت ساختمان برای سازه‌های فولادی و بتنی
روش‌های متعددی جهت تقویت سازه‌ها وجود دارد که عبارت‌اند از:
انتخاب فرم مناسب برای ساختمان
اولین قدم در تقویت سازه‌ها، انتخاب فرم و شکل مناسب برای آن‌هاست. از جمله ویژگی‌هایی که یک سازه مقاوم باید داشته باشد، عبارت‌اند از:
- توزیع یکنواخت مقاومت
- تقارن مطلوب
- ارتفاع استاندارد
- استفاده از لولای خمیری در اجزای افقی قبل از اجزای قائم
- وجود ارتباط بین سختی سازه با خاک زیر آن
- استفاده از مصالح باکیفیت
آمارها نشان می‌دهد سازه‌هایی که به طور اصولی ساخته نشده‌اند، بیشترین آسیب را در برابر زلزله و دیگر بلایای طبیعی از خود نشان داده‌اند. هر کدام از فاکتورهایی که در بالا به آن‌ها اشاره شد، اگر به نوعی در ساخت سازه مورد بی‌توجهی قرار بگیرد، سازه را در معرض آسیب‌پذیری بیشتری قرار می‌دهد. بنابراین رعایت اصول فوق، می‌تواند ساختمان را در برابر انواع آسیب‌ها مقاوم کند.
استفاده از بادبند
یکی از روش‌های تقویت سازه‌های بتنی، استفاده از بادبند یا همان مهاربند فلزی است که به دلیل مزایای بسیاری که دارد، اغلب در کشورهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش‌های گوناگونی جهت پیاده‌سازی بادبند‌های فلزی در ساختمان‌های بتنی وجود دارد که شامل موارد زیر است:
- یکی از روش‌های اجرای بادبند در سازه، به این صورت است که می‌توان بادبند را به طور مستقیم از طریق جوش به قاب بتن متصل کرد.
- در روش دیگر، بادبند را از طریق ملات یا بتن و میلگرد متصل به بدنه قاب، نصب می‌کنند.
- همچنین می‌توان از قاب فلزی برای نصب بادبند یا پانل فلزی استفاده کرده و آن را به قاب بتنی مسلح فیکس کرد.
از مزایای این روش می‌توان اشاره کرد به این که بادبند و پانل، قابلیت شکل‌پذیری دارند که این ویژگی در افزایش وزن ساختمان، تاثیری نخواهد گذاشت. ساختمان تقویت‌شده توسط بادبند، عملکرد و کنترل بالاتری را دارد. در کنار مزایایی که توسط بادبند ایجاد میشود، معایبی نیز ممکن است به دنبال داشته باشد. یکی از این معایب، کمانه کردن بادبند است که برای جلوگیری از ایجاد این مشکل لازم است تا تدابیری برای این مشکل در نظر گرفته شود. همچنین باید سازه‌های تقویت‌شده از طریق بادبند به گونه‌ای ساخته شوند که در برابر آتش‌سوزی و زنگ‌زدگی مقاوم باشند.
نصب پانل‌های پیش‌ساخته در نمای ساختمان
استفاده از پانل‌های پیش‌ساخته در ساختمان‌هایی با قاب خمش‌پذیر، سختی جانبی قاب را به میزان 68 درصد افزایش می‌دهد. این افزایش سختی جانبی، به مراتب افزایش مقاومت سازه ی آهن در برابر بارهای جانبی را به دنبال دارد. از دیگر مزایای نصب پانل‌های پیش‌ساخته این است که موجب تغییر شکل سیستم از تغییر شکل برشی به تغییر شکل خمشی میشود و خود می‌تواند در مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله نیز مؤثر باشد.
افزودن دیوار برشی
به کارگیری دیوار برشی در تقویت ساختمان‌های فولادی یا بتنی، یکی دیگر از روشهایی است که معمولا استفاده میشود، اما ممکن است اجرای آن برای برخی از سازه‌ها غیر ممکن و یا هزینه زیادی را دربر داشته باشد. به طور کلی، یک سیستم دیوار برشی، متشکل از دیوار ورق فولادی، تعدادی تیرهای افقی و 2 ستون مرزی است. در اینجا، دیوار ورق فولادی، به عنوان جان عمل می‌کند، تیرهای افقی نقش سخت‌کننده‌های عرضی را داشته و ستون‌های مرزی مانند بال عمل می‌کنند. نصب دیوار برشی، سازه را در برابر برش افقی طبقات و واژگونی حاصل از نیروهای جانبی مقاوم می‌کند. دیوارهای برشی فولادی، اغلب نسبت به انواع دیگر دیوارهای برشی به دلیل مزایای زیر، کاربرد گسترده‌ای دارند:
- دیوار برشی فولادی، دارای سختی اولیه بالایی است و درنتیجه قادر است تا تغییر مکان‌های جانبی نسبی را کاهش دهد.
- در صورتی که به هنگام نصب این نوع دیوارها، از جوش کارگاهی و پیچ‌های پای کار استفاده شود، نصب آن‌ها در سریع‌ترین زمان ممکن انجام خواهد شد.
- اگر طراحی و نصب دیوارهای برشی فولادی به درستی انجام شود، به آن‌ها قابلیت‌هایی همچون ظرفیت استهلاک انرژی بالا و همچنین شکل‌پذیری می‌بخشد. در نهایت، به سیستم‌هایی تبدیل می‌شوند که از نظر عملکردی بسیار کارآمد و به لحاظ اقتصادی، به صرفه‌تر هستند.
- دیوارهای برشی فولادی در مقایسه با دیوارهای بتنی، سبک‌تر هستند. در نتیجه این ویژگی، بارهای واردشده بر فونداسیون سازه و ستون‌ها و همچنین بارهای جانبی واردشده به هنگام زلزله را کاهش می‌دهد.
به کارگیری کامپوزیت‌های FRP
کامپوزیت FRP، با داشتن ویژگی‌ها، مشخصات مکانیکی و فیزیکی منحصربه‌فرد خود، باعث شده تا گزینه مناسبی جهت تقویت دیوار، ستون، سقف، تیر و … باشد. اینکه چگونه می‌توان این مقاوم‌سازی را از طریق کامپوزیت‌های FRP انجام داد، در ادامه معرفی می‌کنیم:
مقاوم‌سازی تیرها با کامپوزیت FRP
از الیاف FRP، هم می‌توان در تقویت تیرهای بتنی و هم تیرهای فولادی استفاده کرد. نحوه مقاوم‌سازی هر یک از تیرهای بتنی و تیرهای فولادی را در زیر شرح می‌دهیم:
مقاوم‌سازی تیرهای بتنی با الیاف FRP
از آنجایی که الیاف FRP از مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورق‌های فولادی برخوردار هستند، اتصال آن‌ها به ناحیه کششی بتن در تیر بتنی، ظرفیت خمشی مقطع تیرهای بتنی را افزایش خواهد داد. عوامل مختلفی در افزایش مقاومت سازه‌های بتنی تقویت‌شده توسط کامپوزیت FRP دخیل است که شامل:
- مقاومت بتن
- مساحت و مشخصات مکانیکی میلگردها
- میلگرد FRP مورد استفاده
- ابعاد مقطع تیر بتنی
تقویت تیرهای بتنی از طریق کامپوزیت‌های FRP، مزایای بسیاری را به همراه دارد، ازجمله:
- افزایش مقاومت در برابر خوردگی
- افزایش مقاومت خمشی و برشی تیرها
- امکان کنترل عرض ترک‌خوردگی
- افزایش طول عمر تیرها
- مقرون‌به‌صرفه
- نصب آسان
مقاوم سازی و تقویت ساختمان تیرهای فولادی با الیاف FRP
از آنجایی که وظیفه تیرها در سازه‌های فولادی، تحمل بارهای واردشده از کف سازه و انتقال آن به ستون‌ها است، در مواردی ممکن است تیرهای فولادی، ظرفیت خمشی کافی به منظور تحمل بار را نداشته باشند. این مشکل در صورتی برطرف یا کنترل میشود که تیرها به گونه‌ای تقویت شوند که می‌توان این کار را توسط کامپوزیت‌های FRP انجام داد. برای این کار، می‌توان الیاف FRP را به قسمتی از مقطع تیر فولادی که تحت کشش قرار دارد و آن را چسباند تا از این طریق بتوان آن را تقویت کرد. این نوع مقاوم‌سازی را می‌توان بر روی تیرهای فولادی دوسر مفصل، تیرهای دوسر گیردار و یا تیرهای مورد استفاده در قاب‌های چنددهانه اجرا کرد. از مزایای این روش در تقویت تیرهای فولادی می‌توان اشاره کرد به:
- هزینه پایین
- افزایش ظرفیت خمشی تیرهای فولادی
- کاهش مشکلات اجرایی به دلیل وزن کم الیاف FRP
- عدم تغییر قابل توجه در ابعاد تیرهای فولادی به دلیل ضخامت کم کامپوزیت‌های FRP
- تاخیر در کمانش موضعی بال تیرهای فولادی
مقاوم‌سازی ستون‌ها با کامپوزیت FRP
ستون‌ها، بخشی از یک سازه هستند که معمولا در معرض بارهای لرزه‌ای قرار دارند، در نتیجه آنچه که اهمیت پیدا می‌کند، شکل‌پذیری ستون و ظرفیت جذب انرژی آن است. در حالت عادی، با افزایش بار واردشده بر روی ستون، بتن در جهت عمود بر جهت اعمال بار از هم باز خواهد شد. بنابراین در چنین وضعیتی، لازم است که مقطع عرضی بتن از طریق دورپیچ کردن با الیاف FRP که شامل لایه‌هایی از الیاف شیشه و کربن است، محصور شود. این کار، منجر به افزایش 2 برابری مقاومت نهایی ستون و همچنین افزایش 5 برابری ظرفیت تغییر شکل بتن خواهد شد. آنچه که در این روش حائز اهمیت است، اطمینان از چسبندگی کامل بین بتن و الیاف FRP است که بدین منظور از انکر و اسپایک FRP استفاده میشود. فواید این روش در مقاوم‌سازی ستون‌های بتنی توسط کامپوزیت‌های FRP عبارت‌اند از:
- افزایش مقاومت فشاری، برشی و خمشی ستون‌ها
- افزایش دوام و پایداری
- مقاوم در برابر خوردگی
- افزایش شکل‌پذیری
- کنترل گسترش ترک‌خوردگی
- نصب آسان
- هزینه پایین در مقایسه با روش‌های دیگر
- از دیگر روش‌های مقاوم‌سازی ستون‌ها
از الیاف FRP همچنین می‌توان در تقویت ستون‌های فولادی که اغلب تحت نیروهای فشاری قرار می‌گیرند، نیز استفاده کرد. به منظور مقاوم‌سازی ستون‌های سازه‌های فولادی توسط الیاف FRP، این الیاف را دور ستون‌ها می‌پیچند تا منجر به افزایش مقاومت فشاری ستون شود. از دیگر مزایای این روش در مقاوم‌سازی ستون‌های فولادی:
- افزایش شکل‌پذیری اجزای ستون در برابر نیروهای محوری و خمشی
- سرعت بالا در اجرای تقویت سازه
- افزایش مقاومت برشی، محوری و خمشی ستون
- افزایش جزئی در ابعاد اولیه
از دیگر روش‌های مقاوم‌سازی و تقویت ساختمان ستون‌ها
روش‌های دیگری در تقویت ستون‌ها وجود دارد که در ادامه آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم:
مقاوم‌سازی ستون به روش ژاکت بتنی و فولادی
یکی دیگر از راه‌های مؤثر جهت تقویت ستون‌های بتنی و فولادی، استفاده از تکنیک ژاکت در ستون‌هایی است که ضعف باربری یا نیاز به ترمیم دارند. این روش، در مواقعی که آسیب زیادی به ستون بتنی وارد شده باشد و یا ستون قادر به تحمل بار اضافی نباشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این روش همچنین می‌توان برای تقویت ستون‌های فولادی با مقاطع L و H نیز استفاده کرد. تقویت ستون‌ها از طریق روش ژاکت فولادی، منجر به افزایش مقاومت برشی، فشاری و افزایش شکل‌پذیری آن میشود که به دنبال آن، ظرفیت باربری آن‌ها در برابر بارهای جانبی بلایای طبیعی همچون زلزله نیز افزایش خواهد یافت.
افزودن ورق فولادی به ستون
اضافه کردن ورق پوششی به بال ستون و یا ورق موازی با جان ستون در سازه‌های فولادی، منجر به مقاوم‌سازی و تقویت ستون‌های فولادی میشود. افزودن ورق پوششی به بال ستون باعث میشود تا از کمانش موضعی بال ستون جلوگیری شود. از طرف دیگر، با اضافه کردن ورق موازی با جان ستون، ممان اینرسی در امتداد موازی با جان افزایش می‌یابد.
مقاوم‌سازی اسلب بتنی با کامپوزیت FRP
اسلب‌های بتنی، وظیفه تحمل بارهای قائم را بر عهده دارند و همچنین دارای عملکرد دیافراگم افقی هستند، در نتیجه باید از سختی و مقاومت کافی برخوردار باشند. استفاده از الیاف FRP به منظور مقاوم‌سازی سقف و کف بتنی، در جهت افزایش ظرفیت باربری اسلب می‌تواند مؤثر باشد. افزایش باربری اسلب بتنی، افزایش مقاومت دال در برابر خوردگی، افزایش مقاومت برشی، خمشی و همچنین کمبود مقاومت فشاری بتن را نیز به دنبال دارد.
جهت تقویت اسلب بتنی از طریق کامپوزیت FRP، مصالح مربوطه را می‌توان به صورت نوارها و یا صفحاتی بر روی سطوح تحت کشش اجرا کرد. در مقاوم‌سازی اسلب یک‌طرفه، نوارها و صفحات FRP را به سطوح تحتانی اسلب و در راستای طولی، می‌چسبانند. در حالی که در اسلب دوطرفه، نوارهای FRP را در هر دو جهت نصب می‌کنند. ناگفته نماند چنانچه اسلب موردنظر دارای تکیه گاه گیردار باشد، لازم است نوارهای FRP در قسمت فوقانی آن نصب شود.برای خواندن مقاله خمکاری لوله کلیک کنید .
از دیگر روش‌های مقاوم سازی و تقویت ساختمان دال بتنی
یکی دیگر از روشهایی که می‌توان به منظور تقویت کف و سقف‌های بتنی در جهت کنترل خیز سازه، افزایش سختی، یکپارچگی و مقاومت آن‌ها انجام داد، استفاده از «ورق‌ها و صفحات فولادی» است. این ورق ها باید طوری نصب شوند که مقاومت کافی در برابر بارهای لرزه‌ای ناشی از زلزله و همین‌طور انتقال بار مناسبی داشته باشند.
راهکارهایی جهت تقویت دیوار ساختمان‌های بتنی و فولادی
راهکارهای مختلفی جهت مقاوم‌سازی دیوارها وجود دارد که شامل:
استفاده از کامپوزیت FRP
از گزینه‌های مناسب جهت مقاوم‌سازی دیوارها، استفاده از الیاف FRP است که می‌توان برای تقویت دیوارهایی همچون دیوارهای برشی غیرمسلح، دیوارهای بتنی غیرمسلح و دیوارهای بنایی استفاده کرد. این روش مزایایی را به دنبال دارد، از جمله:
- سبک بودن و افزایش حداقلی وزن دیوار
- هزینه پایین
- قابلیت اتصال به انواع دیوار
- افزایش مقاومت خمشی و برشی دیوار
- مقاوم در برابر خوردگی
- عملکرد مناسب آب‌بندی
- افزایش مقاومت کل دیوار
روش شاتریک بتنی
این روش، به منظور تقویت دیوار برشی به کار گرفته میشود که برای انجام این کار، از یک شبکه میلگرد بر روی دیوار استفاده میشود. سپس برای تکمیل آن، عملیات بتن‌ریزی را انجام می‌دهند تا فضاهای خالی بین شبکه‌های میلگرد توسط بتن پر شود. این روش مقاوم‌سازی، منجر به افزایش مقاومت، شکل‌پذیری درون و بیرون صفحه بتنی و در نهایت انسجام کلی دیوار خواهد شد. تقویت دیوارها توسط روش شاتریک بتنی همچنین، سازه را در برابر نیروهای لرزه‌ای ناشی از زلزله مقاوم می‌کند.
سخن پایانی
مقاوم سازی و تقویت ساختمان از جمله ساختمان‌های فولادی و بتنی، از اهمیت بالایی برخوردار است، به این دلیل که هرچه سازه مقاوم‌تر باشد، ایمنی ساکنین آن هم به مراتب بیشتر خواهد بود. اما مهم است که قبل از انتخاب هدف مقاوم‌سازی و روشی که می‌تواند به تقویت هر چه بیشتر سازه کمک کند، عواملی را که در بالا به آن‌ها اشاره شد، مورد بررسی قرار داده شود. توجه به این موارد، کمک می‌کند تا مقاوم‌سازی به روش درست و اصولی خود انجام شود و کمترین آسیب‌پذیری را داشته باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاهده قیمت انواع آهن آلات و میلگرد ، تیرآهن، ورق آجدار و پروفیل و خرید محصولات به روش عتبار اسنادی، به وبسایت آهن یک دو سه مراجعه کنید و با مشاوران متخصص ما در ارتباط باشید.
