تفاوت مقاوم سازی، ترمیم و بهسازی لرزه ای چیست؟

مقاوم سازی، ترمیم و بهسازی لرزه ای به اقداماتی متفاوت اشاره دارند، هرچند ممکن است در یک پروژه هم‌زمان انجام شوند.

برای نمونه، اگر میلگردهای ستون دچار خوردگی و بتن پوششی آن آسیب دیده باشد، ستون به ترمیم نیاز دارد. اگر ارزیابی نشان دهد ظرفیت ستون برای تحمل نیروهای موردنیاز کافی نیست، تقویت آن نیز لازم می‌شود. اگر هدف اصلی کاهش آسیب‌پذیری ساختمان در برابر زلزله باشد، پروژه در حوزه بهسازی لرزه‌ای قرار می‌گیرد.

استاندارد ASCE/SEI 41 چارچوبی برای ارزیابی لرزه‌ای و بهسازی ساختمان‌های موجود ارائه می‌کند و در آن، هدف عملکردی و سطح خطر لرزه‌ای در نظر گرفته می‌شود. در ایران نیز «دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود» یا نشریه ۳۶۰، چارچوبی برای ارزیابی و بهسازی این ساختمان‌ها فراهم می‌کند.

1- مقاوم‌سازی چیست؟

مقاوم‌سازی مجموعه اقداماتی است که عملکرد سازه موجود را بهبود می‌دهد؛ برای مثال، با افزایش ظرفیت باربری، مقاومت، سختی، شکل‌پذیری یا پایداری سازه.

به زبان ساده، مقاوم‌سازی یعنی تقویت سازه تا نیازهای سازه‌ای موردنظر را بهتر و ایمن‌تر تحمل کند. این نیاز ممکن است از عوامل زیر ناشی شود:

• افزایش بارهای وارد بر ساختمان یا تغییر کاربری
• افزودن طبقه یا تغییر شرایط بهره‌برداری
• ضعف در طراحی یا اجرای اولیه و نقص در سیستم باربر ساختمان
• تغییر ضوابط و الزامات طراحی
• آسیب ناشی از زلزله
• خوردگی میلگردها و کاهش سطح مقطع آن‌ها
• ضعف اعضای سازه‌ای
• نیاز به افزایش عمر مفید سازه

مقاوم‌سازی همیشه با هدف مقابله با زلزله انجام نمی‌شود. برای مثال، تغییر کاربری یک ساختمان اداری و افزایش بارهای وارد بر آن ممکن است تقویت تیرها، ستون‌ها یا دال‌ها را ضروری کند؛ حتی اگر هدف پروژه بهسازی لرزه‌ای نباشد.

2- ترمیم چیست؟

ترمیم، آسیب یا خرابی موضعی را برطرف می‌کند تا عضو سازه‌ای به وضعیت قابل‌قبول بازگردد.

در ترمیم می‌پرسیم: «چه چیزی آسیب دیده و چگونه باید اصلاح شود؟» برای نمونه، بتن ممکن است کرمو یا پوسته‌پوسته شده باشد، پوشش بتن از روی میلگرد جدا شده باشد یا عضو بر اثر ترک، خوردگی یا ضربه آسیب دیده باشد.

روش اجرا به نوع و گستره آسیب بستگی دارد و می‌تواند شامل برداشتن بتن سست، تمیزکردن و در صورت نیاز محافظت از میلگردها و اجرای ملات ترمیمی، گروت یا مواد مناسب دیگر باشد.

ترمیم لزوماً مقاوم‌سازی نیست. ممکن است آسیب برطرف شود، اما ظرفیت عضو برای بارها یا نیازهای جدید کافی نباشد.

ACI 562 الزامات ارزیابی، تعمیر و بهسازی سازه‌های بتنی موجود را پوشش می‌دهد. بنابراین، پیش از انتخاب روش ترمیم باید وضعیت سازه بررسی شود.

3- بهسازی لرزه‌ای چیست؟

بهسازی لرزه‌ای، مجموعه اقدام‌های مهندسی برای بهبود عملکرد سازه موجود در برابر زلزله و کاهش آسیب‌پذیری آن است.

در این فرایند می‌پرسیم: «سازه در برابر زلزله چگونه رفتار می‌کند و برای رسیدن به عملکرد هدف چه اصلاحاتی لازم است؟»

بسته به ارزیابی سازه، اقدام‌ها ممکن است شامل تقویت ستون‌ها، تیرها، اتصالات یا دیوارهای برشی؛ افزودن دیوار برشی یا مهاربند؛ تقویت فونداسیون و اصلاح مسیر انتقال نیرو باشد. در پروژه‌های متناسب، می‌توان از سیستم‌های اتلاف انرژی یا جداسازهای لرزه‌ای نیز استفاده کرد.

برای تقویت اعضای واجد شرایط ممکن است از الیاف پلیمری مسلح‌شده (FRP)، ژاکت بتنی یا ژاکت فولادی استفاده شود؛ انتخاب روش به وضعیت سازه و هدف بهسازی بستگی دارد.

ASCE/SEI 41 چارچوبی مبتنی بر عملکرد برای ارزیابی لرزه‌ای و بهسازی ساختمان‌های موجود ارائه می‌کند؛ یعنی خطر لرزه‌ای را با عملکرد هدف ساختمان مرتبط می‌سازد.

تفاوت ترمیم، مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای در یک نگاه

آیا ترمیم می‌تواند بخشی از مقاوم‌سازی باشد؟

بله. ترمیم ممکن است برای آماده‌سازی یا اصلاح عضو آسیب‌دیده، بخشی از پروژه مقاوم‌سازی باشد.

برای نمونه، اگر رطوبت باعث خوردگی میلگردهای ستون شده باشد، ابتدا بتن سست برداشته می‌شود، میلگردها پاک‌سازی و وضعیتشان بررسی می‌شود و سپس بخش آسیب‌دیده با مصالح مناسب ترمیم می‌شود. این اقدامات، ترمیم هستند.

اگر ارزیابی نشان دهد ظرفیت ستون برای تحمل نیروهای موردنیاز کافی نیست، ممکن است تقویت آن با ژاکت بتنی یا فولادی، FRP (پلیمر مسلح به الیاف) یا افزایش سطح مقطع هم لازم باشد. در این حالت، پروژه هم ترمیم دارد و هم مقاوم‌سازی.

آیا مقاوم‌سازی همیشه به معنی بهسازی لرزه‌ای است؟

خیر. مقاوم‌سازی می‌تواند برای افزایش ظرفیت سازه در برابر بارهای مختلف انجام شود؛ بهسازی لرزه‌ای مشخصاً بر بهبود عملکرد سازه در برابر زلزله تمرکز دارد.

برای مثال، اگر افزایش بار مرده یا زنده، ظرفیت خمشی یا برشی تیر را ناکافی کند، ممکن است تیر تقویت شود؛ این اقدام لزوماً بهسازی لرزه‌ای نیست.

اما اگر هدف پروژه بهبود عملکرد کل ساختمان در برابر زلزله باشد، اقدام‌ها در چارچوب بهسازی لرزه‌ای قرار می‌گیرند.

رابطه بین ترمیم، مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای

انتخاب روش معمولاً با ارزیابی سازه آغاز می‌شود: ابتدا مشکل و علت آن مشخص می‌شود، سپس هدف پروژه تعیین و راهکار طراحی و اجرا می‌شود. در پایان نیز کیفیت اجرا کنترل می‌شود.

1. ارزیابی سازه
2. تشخیص مشکل و علت آن
3. تعیین هدف
4. انتخاب و طراحی روش
5. اجرا و کنترل کیفیت

بر اساس نتیجه ارزیابی، یکی از این چهار حالت ممکن است مطرح باشد:

حالت اول: فقط ترمیم لازم است

اگر آسیب به سطح بتن محدود باشد و ظرفیت سازه‌ای عضو کافی بماند، ممکن است ترمیم به‌تنهایی پاسخ‌گو باشد.

حالت دوم: فقط مقاوم‌سازی لازم است

گاهی عضو آسیب ظاهری جدی ندارد، اما ظرفیت آن برای تحمل بارهای جدید کافی نیست. در این حالت، ممکن است به تقویت عضو نیاز باشد.

حالت سوم: ترمیم و مقاوم‌سازی هم‌زمان لازم است

یک ستون ممکن است هم بتن آسیب‌دیده و آرماتور خورده‌شده داشته باشد و هم برای رسیدن به ظرفیت موردنیاز به تقویت نیاز پیدا کند.

در این شرایط، روش و ترتیب اجرای ترمیم و تقویت باید بر اساس وضعیت عضو و طرح فنی تعیین شود.

حالت چهارم: بهسازی لرزه‌ای جامع لازم است

اگر ضعف به یک عضو محدود نباشد و عملکرد کل ساختمان در برابر زلزله نیاز به بهبود داشته باشد، ممکن است اصلاح بخش‌های مختلف سازه و مسیر انتقال نیرو لازم شود؛ برای مثال:

• اصلاح سیستم باربر جانبی؛ یعنی اجزایی که نیروهای جانبی مانند نیروی زلزله را تحمل می‌کنند
• افزودن دیوار برشی یا مهاربند
• تقویت اتصالات
• تقویت تیرها و ستون‌های بحرانی
• بررسی فونداسیون و تقویت آن در صورت نیاز
• اصلاح مسیر انتقال نیرو در ساختمان

این اقدامات در چارچوب یک پروژه بهسازی لرزه‌ای ارزیابی و طراحی می‌شوند.

چرا تشخیص تفاوت این سه موضوع مهم است؟

شناخت تفاوت ترمیم، مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای کمک می‌کند راهکار متناسب با مشکل انتخاب شود؛ مداخله نامناسب ممکن است هزینه ایجاد کند، بی‌آنکه ضعف اصلی سازه برطرف شود.

برای مثال، پوشاندن بتن تخریب‌شده یک ستون با ملات ترمیمی، ظاهر آن را اصلاح می‌کند؛ اما اگر ستون از نظر سازه‌ای ضعیف باشد، به‌تنهایی کافی نیست. از سوی دیگر، اجرای تقویت گران‌قیمت بدون شناسایی علت آسیب ممکن است ضعف را پنهان کند، نه اینکه برطرفش کند.

بنابراین، ابتدا باید وضعیت و علت آسیب بررسی شود و سپس روش مداخله را انتخاب کرد.

اولین مرحله؛ ارزیابی سازه موجود

پیش از انتخاب روش ترمیم یا مقاوم‌سازی، باید وضعیت سازه و هدف مداخله مشخص شود. ارزیابی می‌تواند شامل این موارد باشد:

• بررسی نقشه‌ها و سوابق ساخت و تغییرات ساختمان
• بازدید چشمی و ثبت ترک‌ها و آسیب‌های قابل مشاهده
• بررسی کیفیت بتن، خوردگی و وضعیت میلگردها
• بررسی ابعاد اعضا، سیستم سازه‌ای، بارهای فعلی و تغییر کاربری
• انجام آزمایش‌های غیرمخرب و در صورت نیاز، آزمایش‌های مخرب
• مدل‌سازی و تحلیل سازه

ACI 562 نیز چارچوبی برای ارزیابی و طراحی تعمیر و بهسازی سازه‌های بتنی موجود ارائه می‌کند.

چه زمانی ترمیم انتخاب می‌شود؟

ترمیم معمولاً زمانی انتخاب می‌شود که هدف، اصلاح خرابی یا آسیب مصالح و اجزای سازه‌ای باشد. ترمیم باید متناسب با نوع و گستره آسیب انجام شود؛ نمونه‌های رایج عبارت‌اند از:

بتن کرمو

برای ترمیم بتن کرمو، ابتدا عمق و گستره خرابی بررسی می‌شود؛ سپس روش مناسب انتخاب می‌شود.

خوردگی میلگرد

پوشاندن سطح بتن به‌تنهایی خوردگی میلگرد را برطرف نمی‌کند. باید علت خرابی و وضعیت میلگرد بررسی شود تا روش ترمیم مناسب انتخاب شود.

ترک‌های بتن

هر ترکی نشانه ضعف سازه‌ای نیست. برای تشخیص علت و روش برخورد، نوع، عرض، عمق و الگوی ترک بررسی می‌شود.

آسیب‌های موضعی

آسیب‌های ناشی از ضربه، حریق، عوامل محیطی یا خطای اجرا ممکن است به ترمیم نیاز داشته باشند.

چه زمانی مقاوم‌سازی لازم است؟

مقاوم‌سازی زمانی مطرح می‌شود که ظرفیت یا عملکرد سازه برای نیاز پروژه کافی نباشد؛ برای مثال:

افزایش بار ساختمان

تغییر کاربری ممکن است بارهای وارد بر سازه را افزایش دهد.

اضافه‌کردن طبقه

افزودن طبقه می‌تواند نیروهای ثقلی و لرزه‌ای وارد بر اعضا و فونداسیون را بیشتر کند.

ضعف طراحی یا اجرا

ارزیابی ممکن است نشان دهد ظرفیت بعضی اعضا برای تأمین نیاز پروژه کافی نیست.

آسیب‌های شدید

زلزله، آتش‌سوزی، خوردگی یا عوامل دیگر ممکن است ظرفیت عضو را کاهش دهند.

تغییر الزامات عملکردی

مالک یا بهره‌بردار ممکن است به سطح عملکرد بالاتری نیاز داشته باشد.

چه زمانی بهسازی لرزه‌ای مطرح می‌شود؟

بهسازی لرزه‌ای زمانی مطرح می‌شود که هدف پروژه، بهبود عملکرد ساختمان در برابر زلزله باشد. این موضوع ممکن است در شرایط زیر بررسی شود:

• ساختمان در منطقه‌ای لرزه‌خیز قرار دارد.
• ساختمان قدیمی است یا با ضوابط لرزه‌ای موردنیاز پروژه سازگار نیست.
• تغییرات سازه‌ای در ساختمان انجام شده است.
• ساختمان ضعف لرزه‌ای مشخصی دارد.
• ساختمان اهمیت زیادی دارد یا باید پس از زلزله به فعالیت ادامه دهد.
• ارزیابی لرزه‌ای، نیاز به اصلاح بعضی اعضا یا سیستم کلی سازه را نشان می‌دهد.

استاندارد ASCE 41 چارچوبی برای ارزیابی و بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود ارائه می‌کند که شامل سطوح ارزیابی و اهداف عملکردی است.

در ایران، نشریه ۳۶۰ نیز مبانی و مراحل ارزیابی و بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود را ارائه می‌کند.

یک مثال ساده برای درک تفاوت‌ها

فرض کنید در ساختمانی بتنی، یکی از ستون‌ها بتن کرمو دارد و میلگردهایش دچار خوردگی شده‌اند.

مرحله اول: ترمیم

ابتدا بتن آسیب‌دیده برداشته و میلگردها بررسی می‌شوند؛ سپس بخش آسیب‌دیده با مصالح و روش مناسب ترمیم می‌شود. این مرحله، ترمیم است.

اگر بررسی مهندسی نشان دهد ظرفیت ستون برای نیازهای سازه کافی نیست، ترمیم به‌تنهایی پاسخ‌گو نخواهد بود.

مرحله دوم: مقاوم‌سازی

بر اساس طراحی، ممکن است ستون با ژاکت فولادی، ژاکت بتنی یا الیاف FRP تقویت شود. این اقدام، مقاوم‌سازی است.

اگر ارزیابی کل ساختمان نیز ضعف آن را در برابر زلزله نشان دهد، بررسی سیستم باربر جانبی و تقویت بخش‌های لازم مطرح می‌شود.

مرحله سوم: بهسازی لرزه‌ای

در بهسازی لرزه‌ای، بسته به نتایج ارزیابی، ممکن است اعضا، اتصالات، دیوارهای برشی یا بخش‌های دیگری از سیستم باربر جانبی تقویت شوند.

پس یک پروژه می‌تواند هم‌زمان شامل ترمیم، مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای باشد؛ انتخاب اقدامات به نتایج ارزیابی و هدف پروژه بستگی دارد.

نتیجه‌گیری

ترمیم، مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای هدف‌های متفاوتی دارند، هرچند ممکن است در یک پروژه با هم انجام شوند.

ترمیم آسیب‌های موجود را برطرف می‌کند. مقاوم‌سازی ظرفیت، مقاومت، سختی یا شکل‌پذیری سازه را برای پاسخ‌گویی به نیازهای مشخص افزایش می‌دهد. بهسازی لرزه‌ای نیز با هدف کاهش آسیب‌پذیری و بهبود عملکرد سازه در برابر زلزله انجام می‌شود.

در یک پروژه، ممکن است ابتدا بخش‌های آسیب‌دیده ترمیم شوند، سپس اعضای لازم تقویت شوند و در صورت نیاز، اقداماتی برای رسیدن به عملکرد لرزه‌ای موردنظر انجام گیرد.

پیش از انتخاب روش اجرا باید وضعیت سازه و علت آسیب یا ضعف آن ارزیابی شود. سپس مهندس با توجه به نتایج بررسی و هدف پروژه، راهکار مناسب را تعیین می‌کند؛ از ترمیم موضعی تا تقویت اعضا یا بهسازی لرزه‌ای جامع.

استاندارد ACI 562 به ارزیابی و ترمیم سازه‌های بتنی موجود می‌پردازد و ASCE 41 راهنمای ارزیابی و بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود است. هر دو بر ارزیابی سازه و انتخاب راهکار متناسب با وضعیت آن تأکید دارند.