روش های مقاوم سازی سازه های بتنی

روش های مقاوم سازی سازه های بتنی در صنعت ساختمان

روش های مقاوم سازی و همچنین ترمیم و مرمت سازه ها، از جمله موارد و موضوعاتی است که در محافل علمی و عملی به طور گسترده، در حال بررسی و پیشرفت می باشد و تلاش های فراوانی در راستای شناخت عوامل مخرب بر سازه ها که باعث بروز خسارت های جانی و مالی شدیدی می گردند، به عمل آمده است. همچنین تحقیقات جامعی نیز برای شناسایی روش های مناسب مقاوم سازی، ترمیم و مرمت و بهسازی سازه ها در جهت جلوگیری از این خسارات از یک طرف و برطرف نمودن ضعف های آیین نامه ها و دستورالعمل های اجرایی از طرف دیگر، در حال تدوین و تکمیل می باشد.
گرچه مقاوم سازی در سازه های بتنی و سازه های فولادی، با توجه به خصوصیات سازه ای و مصالح بکار رفته در هر کدام، متفاوت می باشد، در این نوشتار، به روش های مقاوم سازی که برای هر دو نوع سازه قابل استفاده می باشند، پرداخته شده است. تخریب وسیع سازه ها، به ویژه در محیط هایی که عوامل مخرب محیطی بیشتر حضور دارند و هزینه های بسیاری که برای ترمیم و مرمت و یا تخریب و بازسازی آن ها، تحمیل می شود، باعث شده است تا در خصوص پیشگیری، ایمن سازی و ابداع روش های ترمیم و مقاوم سازی سازه های بتنی تحقیقات وسیعی صورت گیرد.

مقاوم سازی در صنعت ساختمان

اهمیت و ضرورت مقاوم سازی سازه های بتنی 

امروزه موضوع ترمیم و مرمت، بهسازی و مقاوم سازی سازه ها و همچنین انطباق این عملیات با استاندارد های مربوطه، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. گرچه طراحی و محاسبات دقیق، تهیه جزئیات اجرایی و نحوه صحیح اجرای پروژه ها و از همه مهم تر نگهداری سازه ها از امور ضروری و اولیه در احداث سازه ها خواهد بود، لیکن با توجه به وجود کاستی های فراوانی که احتمال آن در مرحله اجرای سازه ها به وقوع می پیوندند، نیاز به بهسازی، ترمیم و مرمت و مقاوم سازی سازه ها را، بیش از پیش مطرح می نماید. از طرف دیگر با توجه به هزینه های زیادی که تخریب و تجدید بنا تحمیل می نماید، در پاره ای مواقع همچون سازه های با ارزش و تاریخی، اصولاً خراب نمودن سازه غیر ممکن است، لذا مقاوم سازی این سازه ها از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخوردار خواهد بود.
بدیهی است عمر مفید سازه ها بستگی به عوامل متعددی از جمله کیفیت مصالح، کیفیت اجرا و شرایط محیطی دارد. از این رو برای جلوگیری از فروپاشی ساختمان ها و افزایش عمر مفید آنها، روش های گوناگونی برای بهسازی، ترمیم و مرمت و مقاوم سازی آنها ابداع و در حال تکمیل می باشد.
مقاوم سازی در صنعت ساختمان را به معنای احیاء یا افزودن قابلیت بهره برداری ساختمان و افزایش طول عمر مفید آنها تعبیر نموده اند. در حقیقت مجموعه عملیاتی که در راستای توانبخشی سازه های موجود انجام می گیرد تا از آسیب دیدگی و فروپاشی سازه ها در مقابل بارهای اضافی و یا عوامل مخرب محیطی و زلزله، محفوظ گردند را، مقاوم سازی نامیده اند. مقاوم سازی ضرورتی است برای مقابله با عوامل فرسایشگر که در طول عمر مفید سازه باعث فروپاشی و بلا استفاده نمودن آنها می گردد. گرچه نمی توان از تخریب سازه ها جلوگیری نمود، لیکن می توان دامنه آن را با روش های ترمیم و مرمت و مقاوم سازی کاهش داد.
از طرف دیگر مقاوم سازی، ضرورتی برای مقابله با اثرات تخریبی سوانح و حوادثی همچون زلزله، سیل، آتش سوزی و دیگر حوادث طبیعی است. همچنین می توان در راستای حفظ محیط زیست، مقاوم سازی را ضرورتی غیر قابل انکار دانست که از تخریب بی مرد ساختمان ها و بالطبع از بین رفتن مصالح و منابع، جلوگیری می نماید. بدیهی است از نقطه نظر مسائل اقتصادی نیز مقاوم سازی از جایگاه خاصی برخوردار بوده و بخش عمده ای از ثروت ملی کشورها را بخود اختصاص داده است.
از طرف دیگر تعداد و تنوع سازه ها و همچنین عمر متوسط آنها در دنیا، در حال افزایش است، بنابراین ترمیم، محافظت و مقاوم سازی از سازه ها، امری اجتناب ناپذیر است، چرا که جایگزینی کلی سازه نیز مستلزم تحمل بار مالی شدید خواهد بود. لذا پرداختن به مسئله مقاوم سازی ضرورتی حیاتی و از موضوعات روز در محافل علمی و عملی بین المللی است.

مقاله مقاوم سازی سازه های بتنی

نحوه مقاوم سازی سازه های بتنی

مقوله مقاوم سازی ساختمان ها اگر چه در زمان های گذشته انجام می شده و روش های مختلف مقاوم سازی ساختمان و مقاوم سازی اجزای ساختمان در برخی سازه های قدیمی مشاهده شده ولی متداول شدن روش های بهسازی سازه های بتنی در سال های اخیر در ایران بیشتر مدیون توجه مردم و مسئولین به مقاوم سازی سازه های بتنی پس از زلزله های منجیل و بم بوده است.
تیرها، عرشه ها، ستون ها و دیوارها می توانند با قرار دادن میلگردهای مسلح کننده طولی و رکاب ها یا بستن دور اعضاء و سپس پوشاندن عضو به وسیله بتن پاشی یا بتن ریزی درجا در محل مقاوم سازی شوند. بتن چسبندگی بین میلگرد های جدید و عضو موجود را میسر می کند، بتن پاشی اضافه شده اندازه عضو را افزایش می دهد. اضافه شدن بار عضو ناشی از این قبیل موارد باید کنترل شود.
دیوارهای بتنی مسلح و بنایی با اضافه کردن لایه های سطحی میلگردهای مسلح کننده یا الیاف سیمی جوش داده شده و اعمال بتن پاشی، مقاوم سازی می شوند. بتن پاشی اتصال (چسبندگی) بین مسلح کننده های جدید و دیوار را نیز مهیا می کند. اغلب داول ها در سوراخ های دریل شده محیط (پیرامون) ستون ها و تیرها برای اتصال بین اعضای قاب و مقاوم سازی دیوار بتن پاشی شده قرار می گیرند.
تیرها، ستون ها و مقاطع دیوارها اخیراً با الیاف کربنی، GFRP، الیاف شیشه ای، GFRP یا مواد مرکب مشابه که چسباننده های رزینی اجرا می شود، مقاوم سازی می شوند. آزمایشات آزمایشگاهی به وسیله کارخانه های تولیدی انجام می شود که معیارهای طراحی را برای استفاده سیستم های مواد خود مهیا می کنند. ارزیابی مقاومت دراز مدت در شرایط کارگاهی موارد اشاره شده هنوز در آمریکا مدون نشده است، اما این روش چندین سال است که در اروپا استفاده می شود. چسباندن و مقاوم سازی با کربن یا ورقه های شیشه ای و یا ورقه های باریک و مواد مرکب مشابه روش های مقاوم سازی سازه های بتنی کم هزینه ای است که برای ارتقای اعضای سازه ای که به طراحی با آیین نامه های لرزه ای به روز شده ای نیاز دارند، استفاده می شود. این روش برای استفاده در جایی که بارها در طول بهره برداری افزایش می یابد و شکل پذیری دراز مدت مدنظر است با تدارک صحیح برای ضد آتش و ضد آب کردن آن، مناسب است.

محدودیت های ترمیم و مقاوم سازی سازه های بتنی

زمانی که از صفحه های بتنی استفاده می شود، سختی در اکثر اعضای ترمیم شده افزایش می یابد، بنابراین توزیع بار در سازه تغییر می یابد و باید تحلیل شود. تنش های زیادی ممکن است ناشی از انتقال بین مقاطع مقاوم سازی شده و غیر مقاوم سازی شده ایجاد شود. اعضای مقاوم سازی شده و ترمیم شده شامل فونداسیون، باید برای شرایط با بهره برداری بررسی شوند. مقاوم سازی با مواد مرکب ممکن است برای مقاوم کردن ضروری باشد، اما به علت رفتار کشسان FRP ها، رفتار نهایی مسلح کننده های FRP باید به دقت ارزیابی شود.
مسلح کننده های بیرونی همواره فضاهایی که قبل از ترمیم برای دیگر استفاده ها موجود است را اشغال می کنند.
اگر چسبندگی برای عمل مرکب مورد نظر باشد، آماده سازی سطح فولاد و بتن بسیار بحرانی است. در فصل سوم روش های تخصصی آماده سازی سطح تشریح شد.
زمانی که از چسبنده های سازه ای، به ویژه اپوکسی، استفاده می شود باید دقت کافی بشود، زیرا نرم شدگی و کاهش مقاومت بر اثر افزایش دما در نزدیک و بالای دما انتقال شیشه است که می تواند در حدود 50 درجه سانتی گراد باشد. زمانی که در برابر آتش مهیا شود محافظت ویژه ای نیاز است. جزئیات صحیح و محافظت ویژه وقتی مواد مرکب برای مقاوم سازی استفاده می شود بحرانی و تعیین کننده است، زیرا آنها به طور کلی تابع لایه های زیرین با اپوکسی ها هستند. اغلب چسبنده های حساس به آب وقتی به سطوح مرکب و نمناک اعمال می شوند، چسبندگی مناسبی نخواهند داشت.

مکانیزم های خرابی در مقاوم سازی سازه های بتنی

دوام و عمر مفید سازه ها در اثر عوامل متعددی کاهش می یابد. این عوامل به سه بخش تقسیم می گردند:

• الف: اشتباهات طراحی، که در اثر به کارگیری استانداردهای نامناسب و یا مشخصات فنی غلط باعث خرابی سازه ها می گردند.
  
• ب: اشتباهات اجرایی: نقص هایی که در هنگام اجرا، در حین انجام پروژه صورت می گیرد و می تواند آسیب های جدی را به سازه وارد نماید و از دوام و عمر مفید سازه ها بکاهد.
  
• ج: عوامل مخرب محیطی و شیمیایی، همچون رطوبت، فرسایش، حریق و آتش سوزی، و در مورد سازه های بتن آرمه، نفوذ نمک ها، حملات کلریدی، حملات سولفات ها، سیکل های یخ زدن و ذوب شدن متوالی، واکنش قلیایی سیلیسی سنگدانه ها، کربناتاسیون، و از همه مهم تر خوردگی.)

مراحل ارزیابی تشخیص و انتخاب شیوه های مقاوم سازی سازه های بتنی

برای ترمیم و مرمت و همچنین مقاوم سازی سازه ها در اولین مرحله می بایست، ارزیابی دقیقی از سازه مورد نظر بعمل آید. در این مرحله به منظور تعیین وضعیت کیفی سازه اطلاعات موجود بررسی و با بازدید از سازه نقاط قوت و ضعف آن توسط آزمایشات متعدد فیزیکی و شیمیایی مورد ارزیابی و کنترل قرار می گیرد.
در مرحله دوم که مرحله تشخیص نامیده می شود، رفتار فعلی و آتی سازه مورد بررسی قرار گرفته و تشخیص داده می شود که آیا سازه در مخاطره است؟ و آیا رفتار سازه در آینده در اثر عوامل اصلی بروز خطر متاثر گشته و دچار آسیب و یا خرابی خواهد شد؟
در سومین مرحله نیازهای مقاومتی سازه ارزیابی و مشخص می گردند. بدیهی است پیشنهادات عملی، راهکارها و شیوه های مقاوم سازی ارائه شده، می بایست کمترین اختلال را در سرویس دهی سازه مورد نظر و در حین اجرای عملیات مرمتی یا مقاوم سازی، ایجاد نماید و علاوه بر ارضاء کلیه الزامات ایمنی، از لحاظ اقتصادی نیز پاسخگو باشد.

عوامل موثر در تعیین روش مقاوم سازی

هدف از ترمیم و مقاوم سازی سازه ها، ارتقاء ظرفیت باربری برای تحمل بارگذاری های جدید نقلی و جانبی و افزایش عمر مفید آنها می باشد. در این رابطه ترمیمی و تقویت اعضاء برای پیشگیری از آسیب دیدگی، افزایش شکل پذیری اعضاء سازه و همچنین جبران خطاهای طراحی و اشتباهات صورت گرفته در هنگام ساخت از جمله اهداف اصلی مقاوم سازی محسوب می شوند.

تکنیک های مقاوم سازی موثر در صنعت ساختمانی

1. ارزش سازه
   
2. لرزه خیزی منطقه
   
3. نیروی انسانی
   
4. طول مدت اجرا
   
5. تکمیل و تقویت براساس نظر کارفرما
   
6. توجه به تناسب زیباشناسی (معماری) و نقش سازه ای
   
7. اهمیت تاریخی و سیاسی سازه
   
8. سازگاری روش مقاوم سازی با سیستم سازه های موجود
   
9. کنترل آسیب وارده به اجزای غیر سازه ای
   
10. ظرفیت مناسب باربری سیستم فونداسیون
    
11. مواد ترمیمی و روش های موجود مقاوم سازی
    

از بین عوامل موثر چهار مقوله قیمت، کاربری، زیبایی و لرزه خیزی منطقه، در انتخاب روش مناسب مرمت و مقاوم سازی اهمیت بیشتری خواهند داشت.

روش های مرمت و مقاوم سازی سازه های بتنی

در پایان مرحله ارزیابی از مقاومت و عملکرد یک سازه، در صورتی که به این نتیجه دست یابیم که سازه مورد نظر احتیاج به ترمیم و تقویت دارد، می بایست با انتخاب اجرایی ترین و در عین حال اقتصادی ترین روش، عملیات مقاوم سازی انجام گیرد. البته در پاره ای از مواقع، ترکیب چند روش مقاوم سازی به صورت توامان، پاسخ مسئله خواهد بود و با تلفیق پند روش، این مهم صورت می گیرد.
گرچه روش های ترمیم و مرمت و مقاوم سازی برای سازه هایی که در خشکی قرار گرفته اند با سازه های که در محیط های دریایی واقع هستند، کاملا متفاوت خواهد بود، لیکن اصول و معیارهای حاکم و همچنین راهکارهای کلی ترمیم و تقویت برای هر دو نوع، می تواند دارای مشترکاتی نیز باشد. 

مثال های مقاوم سازی سازه های بتنی

مقاومت برشی تیرهای بتنی مسلح با اجرای بست های فولادی در اطراف تیرها افزایش یافت. بست های مشابهی با عرض mm50 و ضخامت mm3/1 استفاده شد. گوشه های تیر با صفحه های فولادی خم شده ای به ضخامت mm5/1 محافظت شد. مقاومت برشی تیرهای بتنی سقف و عرشه پارکینگ با استفاده از اضافه کردن رکاب های پوشانده شده با بتن پاشی افزایش یافت. روند ترمیم مطابق زیر صورت گرفته شود:

• کناره ها و پایین تیرها برای به دست آمدن سطوحی تمیز، ماسه پاشی شد.
  
• جفت های رکاب های جدید و U شکل با هم پوشانی در دور تیر قرار داده شد. در مقطع های افقی میله های U شکلی نیز در حفره ها و شیارهای بریده شده در بالای تیرها قرار گرفت.
  
• این رکاب ها و صفحات با بتن پاششی پوشیده شدند.
  
• بتن پاششی فشارهایی که نچسبیده را پوشاند. در بعضی موارد بخش هایی که هنوز نچسبیده بودن برداشته و مجدداً بتن پاشی شد.

پوشش ها و بست های مقاوم سازی سازه های بتنی

پوشش دهی (Jacketing) روندی است که مقطع عضو سازه ای موجود به مقدار ابعاد اصلی برگردد، یا با توجه به پوشش دادن به وسیله مواد و مصالح مختلف (متفاوت) افزایش یابد. شبکه مسلح کننده فولادی یا پوشاندن با مواد مرکب می تواند در حول مقاطع آسیب دیده اجرا شود و بر روی آنها با بتن پاشی یا بتن ریزی درجا در محل پوشش داده شود. بست ها و ژاکت ها پوشش هایی هستند که برخلاف روش پیش تنیده کردن بیرونی تنها بخشی از ستون یا پایه را احاطه می کنند و معمولاً به منظور افزایش حمایت دال یا تیر در قسمت بالای ستون استفاده می شود.
شکل پوشش معمولاً موقتی یا دائمی و شامل چوب، فلز جمع شده، بتن پیش ساخته، لاستیک، پشم شیشه یا الیاف مخصوص است و نسبت به هدف و شرایط محیطی از آنها استفاده می شود. این نوع پوشش در دور مقطعی که احتیاج به ترمیم دارد قرار می گیرد و فضای حلقه مانند خالی بین پوشش و سطح عضو موجود ایجاد می کند. پوشش باید با جدا کننده هایی، برای اطمینان از تراز و یکسان بودن بین پوشش و عضو، آماده شود.
معمولا از مواد مختلفی از جمله بتن معمولی و ملات، ملات اپوکسی، گروت و ملات و بتن لاتکسی اصلاح شده به عنوان مواد اندود و پوششی استفاده می شود. روش های پر کردن فضاهای خالی شامل پمپ کردن، لوله ترمی یا بتن با سنگدانه های پیش آکنده است. 

پوشش ها و تشریحات مقاوم سازی سازه های بتنی

مزایا و موارد مقاوم سازی سازه های بتنی

این نوع پوشش بخصوص در ترمیم خرابی ستون ها، پایه و تیرکوبی یا پایه های تیر، در جایی که نیاز است همه یا بخشی از مقطع زیر آب باشد، کاربرد دارد. این روش برای حفاظت از بتن، فولاد و مقاطع چوبی در برابر خرابی های بیشتر و برای مقاوم سازی کردن آنها اعمال می شود. پوشش های دائمی در محیط های دریایی و برای اضافه شدن محافظت در برابر فرسایش، سایش و آلودگی های شیمیایی دارای مزیت و مورد نظر هستند. بست ها در تهیه سرستون های جدید روی ستون های موجود برای حمایت از دال کف ها موثر هستند. بست ها ظرفیت برشی دال ها را افزایش و طول موثر ستون را کاهش می دهد. بست ها ممکن است کمک مفیدی برای زیبایی و معماری بهتر باشد.

محدودیت های مقاوم سازی سازه های بتنی

در ژاکت ها و بست ها ضروری است که کل بتن خراب شده برداشته، ترک ها ترمیم و مسلح کننده های موجود تمیز و سطوح آماده سازی شود. در این آماده سازی مواد جایدهی شده جدید باید به سازه موجود بچسبد. به علت اینکه آماده سازی ژاکت ها اغلب در زیر آب صورت می گ��رد، بنابراین گران و مشکل است. با این همه، در موارد خاص ژاکت ها و بست ها به طور گسترده و با هزینه مناسب، به عنوان راهکاری برای حمایت سازه ای عضو خراب شده به کار می روند. در شرایط زیر آب صفحات پلاستیکی اعمال می شود تا به حداقل کردن سایش کمک کند. ژاکت ها و بست ها فضاهایی را که برای استفاده های دیگر قبل از ترمیم موجود بوده است، اشغال می کنند.

جزئیات اجرا (نصب) مقاوم سازی سازه های بتنی

روش های قالب بندی و تصمیم گیری برای استفاده از قالب های موقتی یا دائمی از جزئیات مهم در ژاکت کردن است. قالب های چوبی یا مقوایی می تواند به عنوان قالب های موقتی یا حتی دائمی استفاده شود. سوار کردن قالب های فلزی جمع شده، آسان است و قاب های موقت یا دائم قابل قبولی هستند. قالب های دائمی پشم شیشه (فایبرگلاس)، پلاستیکی و الیافی (پارچه ای) تا حد زیادی پذیرفته شده اند و مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از آنها حتی بعد از کامل شدن ترمیم، مقاومت در برابر حمله شیمیایی نشان می دهند.

کالورت های بتنی

اعضای تکمیلی (مکمل) در مقاوم سازی سازه های بتنی

اعضای مکمل ستون ها، تیرها، شمع (گیره)‌ یا دیوارهای پر شده جدیدی هستند که برای حمایت اعضای سازه ای آسیب دیده اجرا شده اند. این مورد در  تشریح شده است. اعضای مکمل معمولا در زیر نواحی گسیخته شده یا تغییر شکل یافته برای پایداری قاب سازه ای قرار می گیرند.

مزایا و موارد استفاده در ترمیم سازه های بتنی

این روش ترمیم در حالتی که هیچ کدام از روش های تخصصی مقاوم سازی مناسب نباشد مورد استفاده قرار می گیرد و اگر پیکربندی سازه ای از دیگر روش های تخصصی جلوگیری می کند به کار می رود. اعضای مکمل سریع نصب می شوند و بنابراین راه حل های ترمیم اضطراری موقت مناسبی محسوب می شوند. معمولا اعضای جدید برای حمایت جدی از ترک خوردگی و منحرف شدن مارپیچ اعضا نصب می شوند. معمولا استفاده از اعضای مکمل مقرون به صرفه است.
ایجاد ستون یا تیرهای جدید فضای داخل ستون ترمیم شده را محدود می کند. ستون های جدید عبور را مسدود می کند. تیرهای جدید ارتفاع اتاق را کاهش می دهد. از نظر زیبایی، تیر یا ستون های جدید بازدارنده اند. پشت بندهای ضربدری، دیوارهای پر شده یا دیگر مواردی که مقاومت در برابر بارهای بیرونی را مهیا می کنند، اگر سازه اصلی نتواند مقاومت مورد نظر را مهیا کند، ضروری است. علاوه بر این پشت بندها فضاهای بهره برداری داخلی بیشتری محصور می کنند. بارها و تنش ها در سازه موجود ممکن است تحمل نشوند، مگر اینکه روند ویژه ای مد نظر باشد. اعضای مکمل ممکن است باعث تقسیم بارها و نیروهایی بالاتر از تنش طراحی شده در عضو مجاور، فونداسیون یا هر دو آنها شوند.

جزئیات اجرای مقاوم سازی سازه های بتنی

اعضای مکمل جدید ممکن است، چوب، فولاد، بتن یا مصالح بنایی باشد. اعضای جدید در محل باید محکم، جوش یا انکر شوند که بتوانند بارها را به عضوهای جدید انتقال دهند. لازم است که از بلند شدگی اعضای سازه ای موجود، به دلیل توزیع بار و تنش های بالاتر از میزان طراحی تیرها یا اعضاء حمایت کننده مجاور، جلوگیری شود.
(الف) حمایت کننده های جدید به کمک تیرهای با ظرفیت خمشی ضعیف آمده است. عضو جدید به فونداسیون کافی نیاز دارد. یک دهانه با بخش های خمشی منفی و مثبت که ممکن است بخش های مثبت و منفی آن معکوس شود در نظر گرفته می شود. اگر ترک خوردگی اتفاق بیفتد در ناحیه لنگر منفی جدید، موارد قابل قبول باید کنترل شود.
(ب) تشریح می کند که چگونه ستون اضافه شده مقاومت برشی را اصلاح می کند و دهانه موثر تیر موجود کاهش می یابد. معمولا چنین ستون های اضافه شده ای در مجاورت ستون موجود نسبت به بست ها اقتصادی تر است. ستون ها ممکن است در جای غیر معمولی بر روی فونداسیون موجودی که در تحلیل شده است به منظور افزایش اندازه یا مقاومت مورد نیاز انتخاب شوند.
در اجرا و جایدهی ستون، ممکن است به جک های دائمی و گوه ها نیاز باشد. مشاور باید موثر بودن جک زدن در توزیع بارهای مرده را مورد توجه قرار دهد.
(ج) قرار گیری تیرهای مکمل پایین دال تغییر شکل داده موجود را، تشریح می کند. فضای میان تیر جدید و سازه موجود باید گوه کاری سازه یا بسته شود. مهیا کردن پایداری بیرونی عضو مکمل نیاز است. انکر مکانیکی برای اتصال دال های موجود و ستون ها به کار می رود. اگر دال های موجود برای تیرها حمایت می شوند، تیر جدید می تواند با ستون های جدید به جای تیرهای موجود باشند.
 مثال بتن های مسلح چندین طبقه، برش شدید و تیرها طبقه دوم ترک خوردگی خمشی را تحمل می کنند. تیرهای اصلی حمایت کننده در ناحیه لابی(همکف) بیشتر از تراز پارکینگ اجرا می شوند تا موجب دسترسی نیافتن پارکینگ نشوند. ستون های فولادی گوه شده در زیر بسیاری از تیرهای اصلی قرار می گیرد. پی های پهن شده با بتن های مسلح کوچک در زیر ستون های جدید مشخص می شود.
واژه مقاوم سازی بیش از آنکه واژه ای علمی باشد بیشتر واژه ای متداول می باشد. واژه صحیح آن در واقع کلمه ” بهسازی ” معادل کلمه Rehabilitation  می باشد.
با توجه به اینکه واژه ” مقاوم سازی ” و ” مقاوم سازی ساختمان ” در بین کارشناسان بسیار مرسوم شده بنابراین در این مقاله هرجا واژه ” مقاوم سازی ” و ” مقاوم سازی ساختمان ” استفاده می شود منظور همان واژه بهسازی می باشد.

روش های بهسازی سازه های بتنی 

• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از ورق های پوششی یا غلاف FRP  
• مقاوم سازی سازه ها با اضافه نمودن دیوار برشی و یا مقاوم سازی سازه ها با اضافه نمودن بادبند فلزی
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از میراگر یا دمپر
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از جرم های متمرکز پاندولی
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از از ژاکت های فلزی و بتنی
• مقاوم سازی  سازه ها با استفاده از بادبند های کمانش تاب
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از جداگرهای لرزه ای
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از بادبند های هم محور یا برون محور 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از ورق های فولادی 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از پیش تنیدگی خارجی 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از میان قاب با مصالح بنایی 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از لایه پوشش بتنی با ملات مسلح (جکت بتنی) 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از ملات مسلح (جکت فروسمنتی) 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از ورق های پوششی HPFRCC 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از برش ستون ها و ساخت شالوده جدید (استفاده از جدایشگرهای پایه) 
• مقاوم سازی سازه ها با استفاده از روش های ترکیبی 

روش های مقاوم سازی ساختمان

روش مقاوم سازی سازه ها با استفاده از ورق های FRP 

FRP یک کامپوزیت است که برای افزایش چسبندگی الیاف یا فیبر تقویتی با ماتریس رین معمولا از اصلاح سطحی استفاده می شود. سیستم های پلیمر مسلح شده با الیاف REINFORSED POLIMER) FIBER) با نام اختصاری FRP در دنیا معرفی شدند که به دلیل داشتن دو جزء اصلی شامل الیاف و ماده چسباننده آنها به یکدیگر به عنوان نوعی ماده مرکب یا کامپوزیت به شمار می روند. به طور کلی روش های بهسازی سازه های بتنی موجود برای تقویت آنها به منظور تحمل بار های وارده ، بهبود نارسایی های ناشی از فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه یا سایر موارد با استفاده از مصالح مناسب و شیوه های اجرایی صحیح انجام میگردد. استفاده از مواد مرکب ساخته شده از الیاف در محیط رزین پلیمری به عنوان پلیمرهای مسلح شده با الیاف که به اختصار FRP نامیده می شوند Fiber Reinforced Polymers  به عنوان یک ضرورت در جایگزینی مصالح سنتی و شیوه های موجود شناخته میشوند. سیستم اف آر پی FRP بدین صورت تعریف می شود که الیاف و رزین ها برای ساخت چند لایه مرکب مورد استفاده قرار می گیرند، به نحوی که رزین های مصرفی (رزین اپوکسی) به منظور چسباندن چند لایه مرکب به سطح بتن زیرین و پوشش ها به منظور محافظت مصالح ترکیب شده استفاده می شوند. استفاده از FRP به دلیل وزن کم‏‏، سرعت اجرای بالا‏، مقاومت بالا و عدم ایجاد محدودیت معماری به خصوص در ساختمان های بتنی بسیار مورد توجه می باشد.

مقاوم سازی با اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند

استفاده از دیوار برشی بتنی در ساختمان ‌ها یکی دیگر از روش های بهسازی سازه های بتنی می‌باشد. به علت سختی بیشتر دیوار برشی نسبت به بادبند، تعداد دهانه‌ های لازم برای تعبیه دیوار برشی کمتر از دهانه‌ های لازم برای بادبند است که در نتیجه طرح مقاوم سازی مشکلات کمتری در زمینه معماری بوجود می‌آورد. برای اتصال دیوار به ستون باید از خاموت های دورپیچ ستون یا بولت به عنوان برشگیر در ارتفاع ستون استفاده کرد. همچنین برای اتصال دیوار به سقف هم باید تمهیداتی اندیشید. نکته مهم دیگری هم که در مورد استفاده از دیوار برشی باید به آن توجه کرد این است که به علت نیروی زیادی که در پی دیوار برشی به وجود می ‌آید، احتمالا نیاز به شمع دارد تا بتواند نیرو‌ها را به زمین منتقل کند.

مقاوم سازی با استفاده از جداگرهای لرزه ای

نصب جداسازهای لرزه ای در تراز پایه ساختمان، با هدف جداسازی حرکتی بین سازه و زمین صورت می گیرد. جداسازهای لرزه ای، المان هایی هستند که سختی جانبی آنها نسبت به سختی محوری شان بسیار کمتر می باشد، لذا با وقوع زلزله، این المان ها می بایستی مانع انتقال نیرو به سازه ی اصلی شوند و سازه ی اصلی یک حرکت صلب را در حین وقوع لرزش های زمین تجربه نماید. عملکرد جداگرها فقط در محدوده خاصی از جرم و ارتفاع ساختمان مطلوب است و به همین دلیل این روش به صورت خیلی محدود و فقط برای ساختمان های دارای وزن و ارتفاع مناسب مؤثر بوده و به همین دلیل کمتر از سایر روش ها در جهان مورد استقبال کارشناسان قرار گرفته است.

مقاوم سازی با استفاده از سیستم های جاذب انرژی (دمپر)

در روش های کنترل غیرفعال سازه نظیر استفاده از مستهلک کننده های ویسکوز و ویسکوالاستیک، جذب انرژی حاصل از حرکات نیرومند زمین توسط مستهلک کننده ها صورت گرفته و به سیستم سازه اجازه داده نمی شود که وارد ناحیه غیر خطی گردد. این امر موجب میشود که مقاومت سازه در برابر زلزله های با دوره بازگشت طولانی تر (که طبیعتا شدید تر نیز می باشند) بیشتر گردد یا به تعبیر دیگر احتمال فرو ریزش سازه در برابر این زلزله ها کاهش می یابد. سیستم های جاذب یا مستهلک کننده انرژی (Dampers) بر پایه افزایش ضریب میرایی ساختمان بنا شده اند.
مهم ترین تاثیر میرایی، کاهش دامنه نوسان و پاسخ ساختمان نسبت به نیروهای وارده می باشد و بدین وسیله قسمت عمده ای از انرژی ارتعاشی را قبل از رسیدن پاسخ سازه به حد نهایی به هدر می دهند. اتلاف کننده های انرژی ممکن است در مهاربندی ها، اتصالات و اجزای غیر سازه ای و یا دیگر مکان های مناسب در ساختمان های موجود قرار داده شوند، لیکن ساده ترین و پرکاربرد ترین آنها استفاده از میراگر در مهاربندها می باشد که می توان از آنها در تمامی طبقات ساختمان سود جست. در برخی از انواع میراگرها ملاحظات زیبایی نیز مد نظر قرار گرفته شده است تا چنانچه به صورت نمایان به کار برده شوند مشکلی از لحاظ معماری ایجاد ننمایند.

روش تقویت با استفاده از ورق های فولادی

از رایج ترین روش های تقویت اعضاء، استفاده از ورق های فولادی می باشند که یا با چسب و یا توسط پیچ و میل مهار به عضو متصل می گردند. تقویت با ورق های فولادی روشی سریع با حداقل افزایش مقطع عضو می باشد. در دسترس بودن ضخامت های مختلف ورق های فولادی از مزایای این روش است. با استفاده از ورق های فولادی می توان عضو را تا حد مورد نظر تقویت نموده و سختی یا شکل پذیری آن را افزایش داد. 

روش تقویت با استفاده از ورق های HPFRCC

ماده بتنی ویژه با مقاومت بالا و مسلح به الیاف فولادی ریز بنام:
(HIGH PERFORMANC FIBER) REINFORCED CEMENTIYUOS COMPOSITE 
 به منظور استفاده در موارد مقاوم سازی محلی اعضای بتن آرمه مورد استفاده قرار گرفته است. این ماده قابلیت اعمال در ضخامت های مختلف به سطوح اعضای بتنی مورد نظر بصورت یک مخلوط تر را دارا می باشد. همچنین می توان ماده را بصورت ورق ها و نوارهای از پیش تولید شده ی خشک توسط چسب های قوی اپوکسی به سطح عضو چسباند. از مزایای ماده جدید HPFRCC این است که برخلاف ورق های فولادی و یا FRP مقاومت کششی، سختی و ضریب انبساط حرارت آن با بتن عضو مورد تقویت سازگار می باشد. این ماده دارای مقاومت کششی و خمشی بالا و قابلیت شکل پذیری بسیار می باشد.

روش های مقاوم سازی با بهره گیری از فروسمنت

فروسمنت فرم دیگری از بتن مسلح است که تسلیحات فولادی آن را شبکه های فلزی یا مفتول هایی با قطر کوچک تشکیل می دهند. ملات بتن می تواند در آن نفوذ کرده و آن را در برگیرد متداول ترین انواع تسلیحات برای سازه های فروسمنتی را شبکه های فلزی تشکیل می دهند. کاربردهای فروسمنت به ویژه در سازه ها و یا عناصر سازنده ساختمانی که برای آن مهارت ویژه ای مورد نیاز است، بسیار متاثر است. علاوه بر ساخت قایق ها، لوله های آب، کانال های آبیاری، پانل های فروسمنتی، از این ماده برای واحدهای مسکونی، تانک های ذخیره آب، سیلوهای نگهدارنده دانه ها، گنبدهای فروسمنتی و مانند آن استفاده می گردد.
آموزه از این ماده برای ترمیم و مرمت و مقاوم سازی اعضاء آسیب دیده و یا افزایش ظرفیت باربری سازه های بتن آرمه و همچنین سازه های فولادی به عنوان جکت تقویت کننده، استفاده شده و نتایج بسیار مطلوبی را بدست داده است. تحقیقات بعمل آمده بر روی ستون های بتن آرمه که تحت بارگذاری آسیب دیده و سپس با فروسمنت ترمیم و تقویت شده اند، مبین آنست که استفاده از این ماده توانسته است ظرفیت باربری ستون ها را تا دو برابر ظرفیت اولیه آنها افزایش داده و رفتار آنها را بهبود بخشد.

مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از روش برش ستون ها و ساخت شالوده جدید

این روش برای سازه های بتنی و همچنین فولادی موجود، که از نظر تاریخی، فرهنگی، سازه ای و یا موارد دیگر، از اهمیت ویژه ای برخوردارند و اصولا تخریب آنها غیر ممکن می باشد، مورد استفاده قرار می گیرد. بهتر است قبل از ورود به جزئیات روش های بهسازی سازه های بتنی را به دو بخش زیر تقسیم کنیم:

1. مقاوم سازی ساختمان ها
   
2. مقاوم سازی سازه ها

منظور از مقاوم سازی ساختمان ها بررسی و اجرای عملیات مقاوم سازی در ساختمان های مسکونی، اداری و مانند آن است که شامل مقاوم سازی تیرها، مقاوم سازی ستون ها، مقاوم سازی دال سقف، مقاوم سازی تیرچه ها، مقاوم سازی فونداسیون، مقاوم سازی دیوارها، مقاوم سازی اتصالات تیرها و ستون ها، مقاوم سازی اتصالات دیوارها به سقف، مقاوم سازی اتصالات دیوارها به کف، مقاوم سازی اتصالات دیوار به فونداسیون، مقاوم سازی دیوارهای برشی و به طور کلی مقاوم سازی اجزای ساختمان بصورت جداگانه و مقاوم سازی اتصالات اجزای ساختمان به منظور مقاوم سازی کلی ساختمان برای بهبود عملکرد آن می باشد. منظور از مقاوم سازی سازه ها، روش های بهسازی سازه های بتنی در سایر سازه ها مانند پل ها، اسکله ها و غیره می باشد.
مقاوم سازی سازه ها به معنی مقاوم سازی سازه های غیر ساختمانی شامل مقاوم سازی پل ها، مقاوم سازی اسکله ها، مقاوم سازی برج ها، مقاوم سازی دکل های بلند، مقاوم سازی سدها، مقاوم سازی سازه های آبی و هیدرولیکی، مقاوم سازی سالن ها، مقاوم سازی آشیانه های هواپیما، مقاوم سازی سازه های فرودگاهی و مقاوم سازی برج مراقبت، مقاوم سازی مخازن، مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار سوخت، مقاوم سازی سیلوها، مقاوم سازی سازه های صنعتی، مقاوم سازی کوره ها، مقاوم سازی دودکش ها و مقاوم سازی سایر سازه های صنعتی و غیر ساختمانی می باشد. منظور از مقاوم سازی این گونه سازه ها در واقع مقاوم سازی المان های سازه ای آنها از قبیل مقاوم سازی پایه پل ها، مقاوم سازی عرشه پل ها، مقاوم سازی تکیه گاه ها، مقاوم سازی کوله پل ها، مقاوم سازی جداره مخازن، مقاوم سازی سقف مخازن می باشد. 

مقاوم سازی ستون بتنی

مراحل مختلف عملیات مقاوم سازی سازه های بتنی

مراحل انجام مقاوم سازی سازه های بتنی در این روش عبارتند از:
الف- گود برداری و تخلیه خاک و یا مصالح اطراف شالوده سازه مورد نظر. شکل (1)
ب- ایجاد یک بستر و شالوده گسترده از بتن مسلح در زیر کف سازه، تا بستر مقاومی آماده گردد. شکل (2)
ج- پس از بعمل آوری و کسب مقاومت لازم در بتن مسلح کف، قسمت بالای هر ستون تا سقف، قالب بندی و با نصب فولادهایی در اطراف آن، بتن ریزی صورت می گیرد.
د- سپس با نصب جک های قوی در اطراف ستون، قسمت ابتدای ستون با کف بریده شده و آن را از محل خود خارج می نمایند. شکل (4 و 3)
ه- با قرار دادن یک جدا کننده به اندازه ابعاد جدید ستون، در حقیقت این بخش از ستون نیز تا قسمت بالای آن (که قبلا تقویت و ابعاد آن افزایش یافته است) همسان گشته و می تواند با خارج شدن جک ها، بر روی شالوده تقویت شده، قرار گیرد.
و- با خارج کردن جکها، اکنون ستون جدید (با ابعاد بزرگتر و مقاوم سازی شده) بر روی شالوده ای که قبلا تقویت شده و برای این امر مهیا شده است، قرار می گیرد.
ز- با اتصال بادبند های فلزی که بر روی قطعات بتنی ستونها از پیش تعبیه شده است، کلاف بندی و یکپارچگی سازه با این اتصالات تکمیل خواهد شد. شکل (5 و6)

اتصال بادبندهای فلزی

نتیجه گیری انواع روش های مقاوم سازی سازه های بتنی

• باوجود لرزه خیزی بالا در اغلب نقاط پرجمعیت کشور و آسیب پذیری ساختمان های موجود در برابر زلزله، فراگیری، آموزش و پژوهش در زمینه روش های ترمیم و مرمت، بهسازی و مقاوم سازی سازه ها، از اهمیت ویژه ای برخوردار است و می بایست در محافل علمی و عملی مورد توجه ویژه قرار گیرد.
• از آنجا که مکانیزم های خرابی و کاهش عمر مفید سازه ها عمدتا معلول الف: اشتباهات طراحی ب: اشتباهات و نقص های اجرایی می باشد. لذا می بایست سیستم صحیحی جهت اعمال دستورالعمل ها و آیین نامه های استاندارد و کنترل در نظارت بر حسن اجرا در ساخت و سازها، پایه ریزی گردد.
• نظر به اینکه عمر مفید سازه ها بستگی به عوامل متعددی از جمله کیفیت مصالح، کیفیت اجرا و شرایط محیطی دارد، لازم است از روش های نوین و پیشرفته کنونی بهره مند گردد تا علاوه بر جلوگیری از تخریب سازه ها، ایمن سازی و ارتقاء ظرفیت و عمر مفید آنها را افزایش داد.
•  نتایج تحقیقات و پژوهش های اخیر، مبین آنست که، همواره روش های تلفیقی که ترکیبی از شیوه های مقاوم سازی را شامل می شود، می تواند بیشتر پاسخگوی نیازهای فنی باشد و در عمل نتایج بهتری را بدست داده است.
•  فروسمنت به عنوان گونه ای از بتن مسلح در ترمیم و مرمت هر دو نوع سازه فولادی و بتنی و به ویژه در محیط های فرساینده دریایی از کارایی خوبی برخوردار است و استفاده از آن توصیه می گردد.
•  روش برش ستون ها و ساخت شالوده جدید با بهره گیری از سیستم جک زدن و جدایش گرها، برای ساختمان هایی که از نظر تاریخی، فرهنگی و... دارای اهمیت هستند، روشی مناسب و کارا می باشد.

آموزش مقاوم سازی ساختمان

شما می توانید برای دریافت اطلاعات بیشتر از دیگر مقالات ما بازدید نمایید:

• ترمیم و مقاوم سازی تیرها به روش FRP
  
• جدول عیار بتن چیست؟
  
• بتن چیست و انواع آن کدام است؟