انواع روشهای مقاومسازی سازه؛ بررسی کامل روشهای تقویت ساختمان، پل، دکل و سازههای موجود
مقاومسازی سازه مجموعهای از روشهای مهندسی برای افزایش مقاومت، شکلپذیری، پایداری و دوام سازههای موجود است. در این مقاله با انواع روشهای مقاومسازی ساختمانهای بتنی، فولادی و بنایی، پلها، دکلها و سازههای دریایی مانند ژاکت بتنی و فولادی، FRP، شاتکریت، دیوار برشی، مهاربند، کاشت میلگرد، میراگر و جداساز لرزهای آشنا میشوید.
انواع روشهای مقاومسازی سازه چیست؟
ساختمانها و سازهها در طول عمر خود ممکن است به دلایل مختلفی مانند افزایش بارگذاری، تغییر کاربری، فرسودگی مصالح، اجرای نامناسب، آسیبهای ناشی از زلزله، خوردگی آرماتورها، تغییر ضوابط و استانداردهای طراحی یا ایجاد آسیبهای سازهای به مقاومسازی نیاز پیدا کنند.
مقاومسازی سازه به مجموعه اقداماتی گفته میشود که با هدف افزایش ظرفیت، مقاومت، شکلپذیری، پایداری، دوام یا بهبود عملکرد سازه موجود انجام میشود.
نکته مهم این است که مقاومسازی را نمیتوان با یک روش ثابت برای تمام ساختمانها انجام داد. ابتدا باید وضعیت موجود سازه بررسی و نقاط ضعف آن شناسایی شود و سپس بر اساس نتایج ارزیابی، مناسبترین روش انتخاب و طراحی شود. استاندارد ASCE/SEI 41 نیز بر همین رویکرد ارزیابی و مقاومسازی مبتنی بر عملکرد برای ساختمانهای موجود تأکید دارد.
چرا سازهها به مقاومسازی نیاز پیدا میکنند؟
دلایل مختلفی میتوانند باعث نیاز به مقاومسازی شوند. مهمترین آنها عبارتاند از:
۱. ضعف سازه در برابر زلزله
یکی از مهمترین دلایل مقاومسازی در بسیاری از مناطق، افزایش عملکرد سازه در برابر زلزله است.
ساختمانهای قدیمی ممکن است بر اساس ضوابط لرزهای قدیمی طراحی شده باشند یا برخی جزئیات اجرایی آنها با الزامات امروزی مطابقت نداشته باشد.
در این شرایط ممکن است لازم باشد ظرفیت اعضای سازهای افزایش پیدا کند یا سیستم باربر جانبی ساختمان با استفاده از روشهایی مانند دیوار برشی، مهاربند فولادی، ژاکت کردن اعضا، FRP، میراگر و سیستمهای جداسازی لرزهای بهبود پیدا کند.
۲. افزایش بارگذاری
گاهی ساختمان پس از ساخت با بارهای بیشتری نسبت به شرایط اولیه مواجه میشود.
برای مثال:
تغییر کاربری ساختمان
تبدیل پارکینگ به فضای تجاری
اضافه کردن طبقات
نصب تجهیزات سنگین
افزایش بارهای بهرهبرداری
تغییر سیستم معماری و حذف یا جابهجایی برخی اجزا
در چنین شرایطی باید ظرفیت اعضای سازهای مجدداً بررسی شود.
۳. خوردگی و فرسودگی
نفوذ رطوبت، کلرایدها و عوامل محیطی میتواند باعث خوردگی میلگردها و کاهش کیفیت بتن شود.
در سازههای بتنی، خوردگی آرماتور میتواند باعث ترکخوردگی و جداشدگی پوشش بتن و در مراحل پیشرفتهتر کاهش سطح مقطع میلگرد شود.
بنابراین در چنین شرایطی ممکن است ابتدا ترمیم بتن و آرماتورهای آسیبدیده و سپس تقویت سازه مورد نیاز باشد.
در سازههای پل نیز روشهایی مانند پوششهای محافظ، آببندی، حفاظت در برابر خوردگی و روشهای الکتروشیمیایی برای افزایش دوام مورد استفاده قرار میگیرند.
دستهبندی کلی روشهای مقاومسازی سازه
روشهای مقاومسازی را میتوان به دو گروه کلی تقسیم کرد:
روشهای موضعی
در این روشها یک یا چند عضو ضعیف مانند:
ستون
تیر
دال
دیوار
اتصال تیر و ستون
فونداسیون
تقویت میشوند.
روشهای کلی یا سیستمی
در این روشها رفتار کل سازه تغییر داده میشود؛ برای مثال با:
اضافه کردن دیوار برشی
اجرای مهاربند فولادی
نصب میراگر
جداسازی لرزهای
اصلاح سیستم باربر جانبی
کاهش جرم سازه
هدف، بهبود عملکرد کلی ساختمان است.
مطالعات فنی نیز روشهایی مانند ژاکت بتنی، ژاکت فولادی و FRP را در گروه روشهای موضعی و مهاربند، دیوار برشی، جداساز لرزهای و سیستمهای اتلاف انرژی را در گروه روشهای کلی قرار میدهند.
۱. مقاومسازی با ژاکت بتنی
یکی از روشهای قدیمی و پرکاربرد در مقاومسازی ساختمانهای بتنآرمه، ژاکت بتنی است.
در این روش با اضافه کردن آرماتورهای جدید و بتن یا مواد سیمانی مناسب در اطراف عضو موجود، ابعاد و ظرفیت مقطع افزایش پیدا میکند.
این روش میتواند برای مواردی مانند:
مقاومسازی ستون
مقاومسازی تیر
تقویت دیوار
افزایش ظرفیت فشاری
افزایش ظرفیت خمشی
افزایش ظرفیت برشی
مورد استفاده قرار گیرد.
در ژاکت بتنی معمولاً لازم است ارتباط مناسبی بین عضو موجود و قسمت جدید ایجاد شود. این ارتباط ممکن است با استفاده از کاشت میلگرد، آرماتورگذاری، آمادهسازی سطح، بتنریزی یا شاتکریت و سایر جزئیات اتصال تأمین شود.
ژاکت بتنی میتواند مقاومت، سختی و شکلپذیری عضو را افزایش دهد، اما در مقابل معمولاً باعث افزایش ابعاد و وزن سازه نیز میشود.
۲. مقاومسازی با ژاکت فولادی
در ژاکت فولادی، از ورقها، نبشیها، قوطیها، پروفیلها یا سایر اجزای فولادی برای تقویت عضو موجود استفاده میشود.
یکی از کاربردهای شناختهشده آن، تقویت ستونهای بتنآرمه است.
مزایای این روش عبارتاند از:
افزایش ظرفیت عضو
افزایش شکلپذیری
اجرای نسبتاً سریع
امکان استفاده در فضاهای محدود
قابلیت طراحی برای تقویت موضعی
با این حال باید مواردی مانند حفاظت در برابر خوردگی، نحوه انتقال نیرو، جزئیات اتصال و افزایش وزن عضو بهدقت بررسی شود.
یکی از روشهای مدرن و پرکاربرد در مقاومسازی سازههای بتنی، استفاده از FRP یا پلیمرهای مسلحشده با الیاف است.
در این روش از الیافی مانند:
الیاف کربن CFRP
الیاف شیشه GFRP
الیاف آرامید AFRP
به همراه رزین یا سیستم چسب مناسب استفاده میشود.
الیاف FRP میتوانند به صورت ورق، پارچه، لمینیت یا سایر سیستمهای تقویتی مورد استفاده قرار گیرند.
مراجع تخصصی fib نیز استفاده از FRP خارجی را برای تقویت اعضای بتنآرمه در زمینههایی مانند تقویت خمشی، برشی و محصورشدگی بررسی کردهاند.
FRP میتواند برای:
تقویت خمشی تیر
تقویت برشی تیر
محصور کردن ستون
افزایش شکلپذیری ستون
تقویت دال
تقویت دیوارهای بتنآرمه
تقویت برخی سازههای آسیبدیده
استفاده شود.
از مزایای مهم FRP میتوان به وزن کم، نسبت بالای مقاومت به وزن، ضخامت کم و سرعت اجرای مناسب اشاره کرد. در مقابل، آمادهسازی سطح، کیفیت اجرای چسب و رزین، شرایط محیطی و حفاظت در برابر حرارت باید بهطور جدی کنترل شوند.
۴. مقاومسازی با شاتکریت
شاتکریت یا بتن پاششی یکی دیگر از روشهای مهم در تعمیر و مقاومسازی است.
در این روش بتن یا ملات با فشار و سرعت مناسب روی سطح مورد نظر پاشیده میشود.
شاتکریت میتواند در:
تقویت دیوارها
تقویت دیوارهای بنایی
تقویت برخی اعضای بتنی
اجرای لایه تقویتی
پایدارسازی برخی سطوح و سازهها
استفاده شود.
کیفیت سطح زیرکار، طرح اختلاط، آرماتورگذاری، ضخامت لایه و نحوه اجرای شاتکریت در عملکرد نهایی اهمیت زیادی دارد.
۵. مقاومسازی با اضافه کردن دیوار برشی
در بعضی ساختمانها مشکل اصلی، ضعف سیستم باربر جانبی در برابر نیروهای زلزله است.
یکی از راهکارهای مهم، اضافه کردن دیوار برشی بتنآرمه است.
دیوار برشی میتواند سختی و ظرفیت جانبی ساختمان را افزایش داده و تغییرمکانهای جانبی را کنترل کند.
اما اجرای آن تنها به ساخت یک دیوار جدید محدود نمیشود. باید مسیر انتقال نیرو از سقف و دیافراگمها تا دیوار، سپس فونداسیون و خاک بهطور کامل بررسی شود.
FEMA نیز دیوارهای برشی را بهعنوان یکی از اجزای مهم سیستم مقاومت در برابر نیروهای جانبی و زلزله مورد بررسی قرار میدهد.
۶. مقاومسازی با مهاربند فولادی
مهاربندهای فولادی یکی دیگر از روشهای رایج برای بهبود رفتار لرزهای ساختمانها هستند.
انواع مختلفی از مهاربندها وجود دارد، از جمله:
مهاربند ضربدری
مهاربند همگرا
مهاربند واگرا
مهاربند کمانشتاب یا BRB
مهاربند میتواند سختی و ظرفیت جانبی سیستم را افزایش دهد.
یکی از مزایای این روش، امکان اجرای آن در بسیاری از ساختمانهای موجود بدون افزایش قابل توجه ابعاد اعضای بتنی است.
انتخاب نوع مهاربند باید بر اساس سیستم سازهای موجود، معماری، مسیر انتقال نیرو و اهداف مقاومسازی انجام شود. مطالعات مربوط به مقاومسازی ساختمانهای موجود نیز مهاربند فولادی و دیوار برشی را از راهکارهای اصلی بهبود عملکرد کلی سیستم میدانند.
۷. مقاومسازی اتصالات تیر و ستون
گاهی اوقات مشکل اصلی ساختمان در خود تیر یا ستون نیست، بلکه اتصال بین اعضا است.
اتصالات نامناسب میتوانند در برابر بارهای جانبی و زلزله عملکرد ضعیفی داشته باشند.
روشهای مقاومسازی اتصال میتواند شامل مواردی مانند:
ژاکت بتنی
ژاکت فولادی
ورقهای فولادی
FRP
کاشت میلگرد
بهبود جزئیات انتقال نیرو
باشد.
در ساختمانهای قدیمی، بررسی اتصالات یکی از بخشهای مهم ارزیابی سازهای است.
۸. کاشت میلگرد و انکرهای شیمیایی
کاشت میلگرد به خودی خود همیشه یک روش مستقل برای مقاومسازی کل سازه نیست؛ بلکه یکی از تکنیکهای بسیار مهم برای ایجاد اتصال بین قسمت جدید و سازه موجود است.
برای مثال میتوان از کاشت میلگرد در:
اتصال دیوار جدید به سازه موجود
ژاکت بتنی
توسعه فونداسیون
اتصال اعضای جدید
اجرای دیوار برشی
تقویت برخی اعضای بتنی
استفاده کرد.
انتخاب چسب، قطر و عمق کاشت، فاصله میلگردها، شرایط بتن، فاصله از لبه، نحوه سوراخکاری و تمیزکاری سوراخ و همچنین جزئیات طراحی باید توسط فرد متخصص تعیین شود.
۹. مقاومسازی فونداسیون
گاهی اوقات مشکل اصلی در قسمت بالایی سازه نیست و ظرفیت یا عملکرد فونداسیون باید بررسی شود.
روشهای احتمالی عبارتاند از:
افزایش ابعاد فونداسیون
اجرای ژاکت بتنی فونداسیون
اضافه کردن آرماتور
ایجاد فونداسیون جدید
اتصال فونداسیونهای موجود
استفاده از شمع
تقویت خاک یا بهبود شرایط بستر
اجرای سیستمهای انتقال بار جدید
انتخاب روش به وضعیت خاک، نوع فونداسیون، مقدار بار، نشست و شرایط سازه بستگی دارد.
۱۰. مقاومسازی سازههای فولادی
در ساختمانهای فولادی نیز ممکن است اعضا یا اتصالات نیاز به تقویت داشته باشند.
روشهای متداول شامل:
تقویت تیرهای فولادی
با استفاده از:
ورق فولادی
سختکننده
افزایش مقطع
تقویت بال یا جان
تغییر نحوه انتقال بار
تقویت ستون فولادی
با استفاده از:
ورق
نبشی
پروفیلهای فولادی
افزایش سطح مقطع
تقویت اتصالات
با استفاده از:
ورقهای تقویتی
سختکنندهها
پیچهای پرمقاومت
جوشکاری مهندسیشده
در این روشها کنترل کیفیت جوش، پیچ، مصالح و جزئیات اتصال اهمیت بسیار زیادی دارد.
۱۱. مقاومسازی ساختمانهای بنایی
ساختمانهای بنایی در برابر زلزله میتوانند آسیبپذیری بالایی داشته باشند، بهخصوص اگر دیوارها بهخوبی به کف و سقف متصل نشده باشند.
برخی روشهای مقاومسازی این ساختمانها عبارتاند از:
اجرای کلافهای افقی و قائم
اتصال مناسب دیوارها
استفاده از میلگرد و انکر
اجرای شاتکریت
استفاده از FRP
استفاده از ملاتهای مسلحشده
تقویت بازشوها
اتصال بهتر دیوار به سقف
هدف اصلی این اقدامات، ایجاد یک سیستم منسجمتر و جلوگیری از شکستهای ترد و خارج از صفحه دیوارها است. مطالعات مربوط به مقاومسازی ساختمانهای بنایی نیز بر اهمیت جلوگیری از ناپایداری خارج از صفحه و ایجاد پیوستگی مناسب بین اجزای ساختمان تأکید دارند.
۱۲. جداسازی لرزهای ساختمان
سیستم جداسازی لرزهای یا Base Isolation یکی از روشهای پیشرفته مقاومسازی است.
در این روش تلاش میشود انتقال حرکت شدید زمین به سازه کاهش پیدا کند.
جداسازها معمولاً در قسمتهایی از مسیر انتقال نیرو بین ساختمان و فونداسیون قرار میگیرند و با افزایش انعطافپذیری مؤثر سیستم، میتوانند نیروهای منتقلشده به سازه را کاهش دهند.
این روش بهخصوص در ساختمانهای مهم مانند برخی بیمارستانها، مراکز حیاتی و سازههایی که ادامه فعالیت آنها پس از زلزله اهمیت زیادی دارد، مورد توجه قرار گرفته است.
۱۳. استفاده از میراگرها و سیستمهای اتلاف انرژی
در بعضی پروژهها به جای اینکه تمام نیروهای زلزله را با افزایش مقاومت اعضای سازهای تحمل کنیم، میتوان از سیستمهایی استفاده کرد که بخشی از انرژی واردشده به سازه را مستهلک کنند.
از جمله:
میراگرهای ویسکوز
میراگرهای هیسترزیس
میراگرهای اصطکاکی
برخی سیستمهای کنترل ارتعاش
هستند.
FEMA نیز سیستمهای مختلف اتلاف انرژی را بهعنوان بخشی از راهکارهای کنترل پاسخ سازه در برابر زلزله معرفی میکند.
آیا همیشه یک روش برای مقاومسازی کافی است؟
خیر.
در بسیاری از پروژهها ترکیبی از روشها مورد نیاز است.
برای مثال ممکن است در یک ساختمان:
ستونها با ژاکت بتنی + تیرها با FRP + سیستم جانبی با مهاربند فولادی + اتصالات با کاشت میلگرد و انکر تقویت شوند.
یا در یک پروژه دیگر، ترکیبی از ترمیم بتن، ژاکت فولادی و FRP بهترین راهکار باشد.
به همین دلیل انتخاب روش مقاومسازی باید بر اساس تحلیل و ارزیابی واقعی سازه انجام شود.
جمعبندی
مقاومسازی سازه یک فرآیند مهندسی است که با شناخت وضعیت موجود، شناسایی نقاط ضعف، تعیین هدف عملکردی، طراحی و اجرای روش مناسب انجام میشود.
از مهمترین روشهای مقاومسازی میتوان به ژاکت بتنی، ژاکت فولادی، FRP، شاتکریت، دیوار برشی، مهاربند فولادی، تقویت اتصالات، کاشت میلگرد، تقویت فونداسیون، میراگرها و جداسازهای لرزهای اشاره کرد.
همچنین روش مناسب برای ساختمان با روش مناسب برای پل، دکل، سازه دریایی یا سایر سازههای خاص یکسان نیست.
بنابراین مقاومسازی موفق تنها به انتخاب یک ماده یا تکنیک خاص محدود نمیشود؛ بلکه نتیجه ارزیابی صحیح، طراحی مهندسی، انتخاب روش مناسب و اجرای دقیق و کنترلشده است.
برای مثال، در مقاومسازی بتنآرمه استفاده از FRP میتواند در شرایط خاص راهکار مناسبی باشد، اما جزئیات طراحی، آمادهسازی سطح، نحوه انتقال نیرو و کیفیت اجرا نقش تعیینکنندهای در عملکرد سیستم دارند. راهنماهای fib نیز موضوعاتی مانند طراحی، تقویت خمشی و برشی، محصورشدگی، جزئیات اجرایی، کنترل کیفیت و اثرات محیطی FRP را بهصورت تخصصی بررسی کردهاند.
در نهایت، هیچ روش مقاومسازی را نمیتوان بدون بررسی شرایط واقعی سازه بهعنوان بهترین روش معرفی کرد. انتخاب روش باید بر اساس محاسبات، شرایط موجود، هدف پروژه و ضوابط فنی انجام شود.
نظرات (۰)
هنوز نظری ثبت نشده است.