مقاوم سازی ساختمان تنها مربوط به سازه های قدیمی و فرسوده نمی باشد و به دلایلی همچون خطاهای اجرای و یا طراحی، رعایت نکردن ضوابط آیین نامه ای، مشکلات اجرایی، تغییر کاربری ساختمان، مصالح بی کیفیت و نامرغوب و … نیاز به تقویت سازه را به وجود می آورد. ازطرفی در سال های اخیر بهسازی لرزه ای سازه ها به خصوص درمناطق زلزله خیز اهمیت فراوانی یافته است. از این میان مقاوم سازی سازه های فولادی، بتنی و بنایی از اهمیت زیادی برخورداراست.
در خصوص مقاوم سازی سازه های بنایی و فولادی صحبت نمودیم حال به بررسی روش های مقاوم سازی سازه های بتنی می پردازیم.
- استفاده از بادبند
- اجرای دیوار برشی (دیواربرشی فولادی، دیوار برشی پرکننده)
- کاهش جرم سازه
- اجرای ژاکت بتنی
- اجرای ژاکت فولادی
- اجرای شاتکریت بتنی
- استفاده از الیاف FRP
- اضافه کردن ورق های فولادی به تیر و دال بتنی
- استفاده از میراگر یا دمپر
- استفاده از جداسازی لرزه ای
- مقاوم سازی پیش تنیده و پس کشیده
- افزایش ضخامت دال بتنی
- کاشت میلگرد و آرماتور
استفاده از بادبند ها
بادبند ها اعضای قطری یا موربی هستند که از انواع پروفیل ها نظیر دوبل نبشی یا دوبل ناودانی ساخته می شوند و با افزایش مقاومت برشی و افزایش سختی ساختمان نیاز سازه به شکل پذیری را کاهش می دهند. و در نهایت از خرابی ساختمان بتنی جلوگیری می گردد.
همانطورکه می دانیم بادبند ها به دو دسته انواع بادبند همگرا و انواع بادبند واگرا تقسیم می شوند. در ساختمان های بتنی با توجه به مشکلات اجرایی و پر هزینه بودن سیستم واگرا، استفاده از آن برای مقاوم سازی ساختمان معمول نیست. و استفاده از سیستم های مهاربندی همگرا(بادبند ضربدری) در عملیات مقاوم سازی ساختمان بتنی مورد توجه قرار گرفته است.
سرعت مناسب برای اجرا، هزینه مناسب جهت افزایش و تقویت سختی و مقاومت سازه و وزن مناسب از مزایای استفاده از بادبند در مقاوم سازی ساختمان بتنی آن می باشد.
متمرکز شدن نیروها در دهانه ی مهاربند شده، افزایش نیروی محوری در ستون ها و به طبع آن نیاز به تقویت آن ها، ایجاد نیرو های زیاد در فونداسیون و لزوم تقویت آن ها از معایب بادبند ها می باشد.
استفاده از دیوار برشی
دیوار برشی مقاومت، سختی و شکل پذیری سازه را بشدت افزایش می دهد و باعث بهبود رفتار لرزه ای سازه و کاهش تغییر شکل های و خسارات وارد به دیگر المان های بتنی سازه می گردد. با توجه به ظرفیت جذب انرژی اعضا و با توحه به اثرات پیچش در سازه بهتر است دیوار برشی در نواحی پیراموتی سازه قرار بگیرد.
دیوار برشی فولادی
هزينه ساخت كم، نصب سريع، پتانسيل جذب انرژي بالا و… ديوار برشی فولادی را يك سيستم بسيار مناسب جهت مقاوم سازی سازه های موجود ساخته است.
افزودن دیوار برشی پرکننده
یکی از پرکاربردترین روش های مقاوم سازی، اضافه کردن دیوارهای برشی بتن مسلح با مقاومت بسیار بالا به جای دیوارهای جدا کننده ی موجود می باشد که سبب افزایش ظرفیت باربری جانبی و سختی سازه می شود. این نوع دیوارهای برشی با تحمل بیشترین بخش بارهای زلزله، تغییر شکل سازه را محدود می کنند.
در این روش جهت تامین عملکرد معماری سازه می توان در داخل دیوار بازشو های پنجره و در نیز تعبیه کرد. هرچند این کار از از سختی و مقاومت دیوارها می کاهد.
کاهش جرم سازه
با کاهش جرم سازه، پریود سازه کاهش می یابد و مقدار نیروی جانبی وارد به سازه را کاهش می دهد. بنابراین می توان با حذف یک یا تعداد بیشتری از طبقات، ساختمان را مقاوم سازی نمود
استفاده از روش ژاکت بتنی
ابتدا سوراخ هایی با فواصل تعیین شده در وجوه پیرامون اعضای ضعیف بتنی ایجاد می شود سپس یک مش فولادی با آرماتور های آجدار در اطراف عضو قرار می دهند. سوراخ های ایجاد شده توسط چسب اپوکسی پر می شوند و سپس آرماتور ها به صورت سر کج و یا L شکل در داخل آن ها قرار می دهند. در نهایت قالب هایی در اطراف عضو قرار می دهند و توسط بتن پر می کنند. از این روش برای مقاوم سازی اجزای سازه ای بتنی ضعیف مانند تیر، ستون، فونداسیون و دیوار برشی جهت افزایش مقاومت فشاری، مقاومت برشی، مقاومت خمشی و افزایش میزان شکل پذیری استفاده می شود. از محاسن استفاده از ژاکت بتنی برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی عدم نیاز به پوشش ضد حریق، پیوستگی سریع اعضا اعم از بتنی و آرماتور فولادی و بالا رفتن ظرفیت باربری ساختمان در برابر انواع بار های ثقلی و جانبی می باشد. افزایش ابعاد اعضای سازه ای مورد مقاوم سازی، افزایش چشمگیر وزن ساختمان بتنی، نیاز به قالب بندی، عدم استفاده از کاربری حین مقاوم سازی و صرف هزینه و زمان بالا از معایب استفاده از این روش جهت مقاوم سازی ساختمان های بتنی می باشد .
استفاده از روش ژاکت فولادی
استفاده روش ژاکت فولادی سبب افزایش مقاومت برشی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری و شکل پذیری سازه بتنی می گردد. برای مقاوم سازی ستون های ضعیف سازه که فاقد آرماتور های عرضی و یا طولی کافی می باشند استفاده از ژاکت فلزی مرسوم است
اجرای این روش به گونه ای است که ورق های فولادی توسط بولت به عضو آسیب دیده متصل می شود. مقاوم سازی با ژاکت فولادی بر حسب مورد می تواند بصورت دور پیچ، نواری v و یا موضعی باشد. ورق های فولادی پیرامون، علاوه بر ایجاد محصور شدگی در محل اتصال تیرها و ستون ها خردشدگی بتن را به تأخیر انداخته و باعث افزایش مقاومت فشاری آن می گردند.
این روش نسبت به روش ژاکت بتنی از مزایایی چون نیاز نداشتن به قالب بندی، افزایش ابعاد کم، افزایش وزن کمتر نسبت به ژاکت بتنی و سرعت اجرای بالاتر برخوردار می باشد. بالا بودن هزینه، مقاوم نبودن در برابر آتش سوزی و نیاز داشتن به پوشش ضد حریق، نیاز داشتن به حجم بالای گروت، خوردگی و زنگ زدن آرماتور طی گذر زمان و همچنین امکان آسیب دیدن اعضای مورد مقاوم سازی حین کاشت بولت و برش گیر که خود سبب کاهش مقاومت عضو می گردد از معایب روش ژاکت فولادی جهت مقاوم سازی ساختمان های بتنی می باشد که همین امر سبب گرایش مهندسین به ایجاد روش های نوین و آسان اجرا و کارآمد تر شده است.
شاتکریت بتنی دیوار
مسلح نمودن و بتن پاشی دیوار از دیگر روش های مقاوم سازی سازه بتنی می باشد که در مقاوم سازی ساختمان های با مصالح بنایی نیز به این روش اشاره شد. در این روش ابتدا یک شبکه میلگرد به طور صحیح و مهاربندی شده بر روی دیوار قرار می گیرد و سپس با استفاده از دستگاه شاتکریت عملیات بتن پاشی صورت می گیرد.این پوشش بتنی علاوه بر ایجاد انسجام مناسب در دیوار، مقاومت و شکل پذیری درون صفحه و برون صفحه را نیز افزایش میدهد و باعث بهبود رفتار لرزه ای دیوار(دیوار بتنی یا دیوار بنایی) در برابر زلزله می شود.
استفاده از کامپوزیت های پلیمری FRP
مقاوم سازی ساختمان های بتنی با مصالح کامپوزیتی FRPروش جدیدی به شمار می‌رود. کامپوزیت پلیمری FRP حاصل ترکیب الیاف پلیمری و انواع رزین مانند رزین اپوکسی، رزین فنولیک و … می باشد. الیاف پلیمری از جنس شیشه و کربن در صنعت مقاوم سازی ساختمان کاربرد بالاتری دارند این روش جهت مقاوم سازی اعضای ضعیف سازه ای مانند تیر، ستون، دیوار برشی، دال، فونداسیون و انواع اتصالات مورد استفاده قرار می گیرد.
در این روش الیاف پلیمری آغشته شده به رزین اپوکسی به وجه بیرونی اعضای آسیب دیده چسبانیده می شوند و و سبب بالا رفتن مقاومت برشی، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، مقاومت کششی،افزایش سختی، افزایش شکل پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی و همچنین باعث محافظت ساختمان در برابر حملات شیمیایی و خوردگی می شود.
از مزایای کامپوزیت های پلیمری FRP می توان به وزن کم، انعطاف پذیری بالا، سهولت در حمل و نصب، عدم نیاز به سیستم های محافظ در برابر خوردگی، برشکاری در قطعات دلخواه، نسبت بالای مقاومت به وزن، مقاومت و سختی بالا، امکان تقویت به دو صورت داخلی و خارجی اشاره کرد.
برای محصور کردن عضو بتنی، لازم است راستای الیاف تا حد امکان عمود بر محور طولی عضو باشد . در این وضعیت، الیاف حلقوی مشابه تنگ های بسته یا خاموت های مارپیچی فولادی عمل میکنند.
در سیستم مقاوم سازی ساختمان های بتنی با روش FRP نیازی به توقف کاربری سازه نیست در صورتیکه در روش های سنتی نظیر ژاکت بتنی و فولادی علاوه بر توقف کاربری حین مقاوم سازی امکان آسیب دیدگی دیگر اعضای سازه وجود دارد. همچنین استفاده از روش کامپوزیت FRP به دلیل دارا بودن چگالی پایین(یک سوم فولاد) سبب افزایش وزن ساختمان بتنی و افزایش سطح مقطع عضو نمی گردد. مقاوم سازی ساختمان های بتنی با FRP مقاوم کردن سطوح و اجزایی از سازه که دسترسی به آن ها محدود و مشکل بود را آسان گردانیده است. سیستم کامپوزیت FRP علاوه بر مقاوم سازی در برابر تحمل بارهای وارده عایق الکتریکی و حرارتی می باشند به گونه ای که در دماهای بالا استحکام خود را حفظ می کنند. داشتن مقاومت کششی بالاتر نسبت به فولاد(۱۰برابر)اجرای آسان، سرعت اجرای بالاتر، نیاز نداشتن به تجهیزات مکانیکی و حمل و نقل آسان این سیستم از دیگر مزیت ها نسبت به سایر روش های سنتی می باشد. همچنین مقاوم سازی با FRP به دلیل داشتن انعطاف پذیری بالا در مقاوم سازی انواع سطوح منحنی و ستون های دایره ای مورد استقبال فراوان قرار گرفته اند.
اضافه کردن ورق های فولادی به تیر بتنی
با اتصال ورق های فولادی به وجه کششی در تیرهای بتنی و دال ها می توان ظرفیت باربری خمشی و سختی عضو را افزایش داد. این روش هم خیز سازه کنترل می گردد هم مقاومت و یکپارچگی کف ها و سقف های بتنی تامین می شود. در این روش ورق های فولادی به ضخامت حداکثر 3 سانتی متر با استفاده از گروت ویا رزین اپوکسی به تیر یا دال بتنی چسبانده می شود. در تیر با اضافه کردن ورق های موازی با جان تیر فولادی می توان مقاومت برشی آن را افزایش داد.
استفاده از میراگر یا دمپر
مقاوم سازی با استفاده از میراگر (دمپر) یک روش کنترل غیر فعال سازه برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله است. میراگر انرژی لرزه ای را مستهلک کرده و بخشی از انرژی ورودی به سازه را تلف می کند. از این رو خسارت وارده به سازه به طور چشمگیری کاهش می یابد. در واقع مقاوم سازی با استفاده از میراگر سبب می شود نیرویی که هنگام زمین لرزه به سازه وارد می شود کمتر از مقدار واقعی آن باشد. میراگرها ممکن است در مهاربندی ها، اتصالات سازهای و اجزای غیر سازهای قرار داده شوند که ساده ترین و پرکاربردترین روش، استفاده از میراگر در مهاربندها می باشد. در ترکیب مهاربندها و میراگرها ظرفیت میرایی میراگرها، سختی افزایش یافته ناشی از افزایش مهاربند را متعادل می کنند. در واقع میراگرها بعلت داشتن مایع ویسکوز مستهلک کننده ی انرژی، ظرفیت میرایی بالایی داشته و خصوصا در هنگام تکان های بسیار کوتاه تاثیر فوق العاده ای بر کاهش آسیب وارد به سازه دارند.
استفاده از جداسازی لرزه ای
یکی از روش های نوین مقاوم سازی در برابر زلزله است که هدف اصلی آن کاهش مقدار انرژی و نیرویی است که در اثر زلزله به سازه منتقل می شود .در این روش، سازه بر روی تکیه گاه هایی که قابلیت تغییرشکل جانبی زیادی دارند قرار میگیرد.
در واقع جداگرهای لرزه ای با جداکردن نیروی حرکتی از زمین به سازه اصلی عمل میکنند و در تراز پایه ساختمان نصب می شوند. استفاده از جداگرهای لرزه ای موجب کاهش هزینه اجرای سازه به دلیل استفاده از مقاطع با ظرفیت کمتر می گردد.
مقاوم سازی پیش تنیده و پس کشیده
در روش مقاوم سازی ساختمان با پس کشیدگی یا پیش تنیدگی، از رشته های فولادی یا آرماتور با مقاومت بالا استفاده می شود.
پیش تنیدگی یعنی ایجاد یک تنش ثابت دائمی در عضو بتنی که در اثر این تنش ثابت، مقداری از تنش‌های ایجاد شده توسط بار مرده و زنده خنثی می‌گردد که این امر سبب بالا رفتن ظرفیت باربری می‌شود. به عبارتی نیروی فشاری مورد نیاز در بتن توسط کشش در فولاد با مقاومت بالا تولید می‌گردد و هنگامی که فولاد قبل از بتن ریزی کشیده شود به آن پیش تنیدگی می‌گویند. کاربرد پیش تنیدگی در دال‌های بتنی روی زمین، ساخت پارکینگ‌ها، ساختمان‌ها و … مرسوم است.
پس کشیدگی خارجی برای افزایش مقاومت خمشی و برشی اعضای بتن مسلح سالهاست مورد استفاده قرار گرفته است. با این نوع مقاوم سازی، نیروهای خارجی فعال به اعضای سازه اعمال می‌شوند که با استفاده از کابل‌ها در برابر آن‌ها مقاومت می‌شود. به دلیل اندک بودن وزن اضافی این سیستم، این روش مقاوم سازی موثر و اقتصادی است. پس کشیدگی در ساخت قطعات پیش ساخته‌ی بتنی مورد استفاده قرار میگیرد.
نیروهای پس کشیدگی با کمک ایجاد تنش در کابل‌ها یا میله‌های فولادی با مقاومت بالا که معمولا خارج از مقطع اولیه قرار می‌گیرند، ایجاد می‌شوند. کابل‌ها در محل‌های اتصال به سازه متصل می‌شوند، که معمولا در انتهای اعضا قرار دارند. انتهای اتصالات می‌تواند از نگه‌دارنده‌های فولادی متصل به اجزای سازهای یا بلوک‌های بتن مسلح اجرا شده در محل کار باشد.
نیروی آپلیفت مورد نظر با بلوک‌های بسته شده در نقاط با ارتفاع زیاد یا کم المان‌های سازهای ایجاد می‌شود. قبل از پیش تنیدگی خارجی، درون تمام ترک‌ها چسب تزریق می‌شود و محل‌های ورقه ورقه شده جهت اطمینان از توزیع یکنواخت نیرو ترمیم می‌شوند.
استفاده از یک سیستم پس کشیده، علاوه بر اقتصادی بودن و نیاز به زمان کمتر، اجازه‌ی استفاده از سازه را در هنگام تعمیرات می دهد که بنابراین این روش مورد استقبال بیشتری قرار گرفته که در این روش پس از تزریق در تمامی ترک‌ها، اطراف مقطع شکل داده شده و بتن جدید برای بازیابی مقطع ریخته می شود و پس از گیرش اولیه بتن، رشته‌های خارجی و یا کابل ها مطابق دستورالعمل مهندسین تنش دار می گردند
استفاده از روش مقاوم سازی پیش تنیده و پس کشیده سبب افزایش عمر بتن و کاهش ابعاد فونداسیون می‌شود و هم چنین سبب ایجاد سقف یک پارچه‌ی بتنی می‌گردد که خود باعث افزایش ایمنی در برابر بارهای جانبی (زمین لرزه) می‌باشد. همچنین این روش سبب کاهش بار مرده و ترک در ساختمان و کنترل خیز و تغییر شکل در سازه‌ها می‌گردد.
افزایش ضخامت دال بتنی
در برخی مواقع و بعلت مشکلاتی از قبیل افزایش بار وارده بر دال بتنی، ضعف در طراحی دال، خوردگی میلگردهای فولادی و یا وجود ترک در دال بتنی، می توان از روش افزایش ضخامت برای تقویت دال بتنی استفاده نمود.
مقاوم سازی با کاشت میلگرد و آرماتور
مقاوم سازی با کاشت میلگرد و آرماتور یک از کاربردی ترین و اقتصادی ترین روش ها در سازه های بتنی برای تقویت فونداسیون، تیر و ستون، اصلاح خطاهای اجرایی، طراحی و ایجاد تغییرات دلخواه است. این روش نیازمند دانش بالا، نیروی متخصص و همچنین مصالح با کیفیت می باشد. باید توجه داشت که طریقه اجرای کاشت میلگرد به نحوی باشد تا همواره مقاومت کششی نسبت به مقاومت کششی میلگرد مقدار بیشتری باشد و با بکارگیری چسب های با کیفیت به اتصال هرچه بیشتر میلگرد به بتن کمک نماید. ضوابط کاشت میلگرد در بتن تابع نتیجه نهایی آزمایشات و بررسی های به عمل آمده بر اساس آیین نامه های مربوطه و نیز الزامات شرکت های تولیدکننده انکرهای شیمیایی است.
