از صفر تا صد طراحی و اجرای ژاکت بتنی

ژاکت بتنی یکی از روش های مرسوم مقاوم سازی انواع سازه می باشد. اجرای ژاکت بتنی به دو طریق (1) _ بتن ریزی در محل یا (2) _ اغلب با شاتکریت (بتن پاششی) صورت می گیرد. روش ژاکت بتنی شامل افزودن یک لایه بتن تازه به شکل ژاکت به همراه آرماتور بندی جدید مدفون داخل بتن است و همچنین اتصالات فولادی عرضی در خارج از محیط عضو موجود قرار گرفته است (شکل 1).

شکل 1-الف) ستون با ژاکت بتنی آرماتوربندی شده آماده بتن ریزی

شکل 1-ب) ستون با ژاکت بتنی اجرا شده پس از بتن ریزی

 اجرای ژاکت بتنی چگون است؟

به منظور اجرای ژاکت بتنی در روش اول که به وسیله قالب بندی و آرماتوربندی با چسب کاشت میلگرد در محل کارگاه یا پروژه صورت می‌گیرد‌، مستلزم نصب قالب در اطراف ستون موجود است که داخل آن بتن ریخته می شود. قالب بندی ستون به این دلیل انجام می شود تا بتن آرایش میلگردها را در داخل خود حفظ کند. ضخامت ژاکت بتنی در روش اجرای کارگاهی معمولاً بیش از 10 سانتی متر است تا امکان بتن ریزی بدون حفرات هوا فراهم شود. برعکس، در روش شاتکریت این امکان وجود دارد تا پوشش‌های ژاکت‌ بتنی با ضخامت کمتر از 5 سانتی‌متر اجرا شود. (اما ژاکت بتنی معمولاً 7،5 سانتی‌متر یا بیشتر ضخامت دارد تا پوششی با ضخامت کافی بر روی آرماتورهای طولی و عرضی، و مقداری فاصله بین میلگردهای جدید و عضو موجود را تامین کند.)
آماده سازی بستر کار به منظور اجرای ژاکت بسیار مهم است. برای دستیابی به شرایط اتصال خوب با ژاکت بتنی، ضروری است که عضو موجود دارای بتن زیر اساس تمیز و سالم باشد. اتصال بتن جدید و بتن زیر اساس با ایجاد مضرس کاری سطح و نصب رولپلاک های از جنس میلگرد فولادی بیشتر شود (شکل 2).

شکل 2_الف) روش مضرس کردن به منظور اتصال بهتر بتن قدیم و جدید

شکل 2- ب) نصب رولپلاک از جنس آرماتور جهت اتصال بهتر

سپس میلگردها و خاموت‌های فولادی عمودی جدید با توجه به ابعاد و قطرهای طراحی‌ شده نصب می‌شوند، باید توجه ویژه‌ای به آرماتوربندی و اتصال خوب میلگردها به یکدیگر در نظر گرفته شود. از آنجایی که بسیاری از اوقات نمی توان میلگردها را با زاویه‌ی 135 درجه خم کرد،(به دلیل وجود مقطع قبلی و ضخامت کم ژاکت) اغلب نیاز به جوشکاری مانند (شکل 3) است.

شکل 3) مهار خاموت‌ها به وسیله جوش میلگرد

در نواحی اتصال تیر به ستون، جایی که ژاکت ها عموما تحت تنش واقع می شوند و منطقه بحرانی در نظر گرفته می‌شود، می بایست توجه ویژه‌ای معطوف شود. به منظور اتصال میلگردهای طولی بین طبقات مجاور، به طور معمول ایجاد سوراخ های کوچک در دال بتنی مورد نیاز است، چه با یک چکش تخریب کوچک و یا یک مته الکتریکی قابل حمل می‌توان این سوراخ‌ها را ایجاد کرد. همچنین باید سوراخ های عمودی در تیرهای مجاور ایجاد شود که فقط با مته برقی قابل انجام است تا آسیب جدی به تیر وارد نشود. برای نصب 4 یا 5 خاموت در سطح تیر باید دقت ویژه ای داشت، زیرا برای عبور از قسمت های هر خاموت باید یک سری سوراخ ایجاد کرد و درنهایت قسمت‌های مختلف از طریق جوشکاری به هم متصل می شوند (شکل 4).

شکل 4) اتصال میلگردها در انتهای ژاکت بین طبقات و آرایش آرماتور در اتصال تیر و ستون

گاهی اوقات میلگردهای جدید و موجود با جوشکاری با اتصالات فولادی U شکل یا صفحات فولادی (شکل 5) به هم متصل می شوند و این روش می تواند جایگزینی برای رولپلاک های فولادی باشد. با این حال، امروزه استفاده از رولپلاک های فولادی روش بهتری در نظر گرفته می شوند، زیرا جوشکاری آرماتورهای موجود که اغلب دچار زنگ زدگی یا خوردگی هستند غیرممکن است.

شکل5) استفاده از صفحه فولادی به منظور اتصال آرماتور جدید و قدیم

به دلیل افزایش قابل توجه سختی عضو جدید نسبت به عضو موجود و برای جلوگیری از تداخل سختی عضو جدید و قدیم، ژاکت بتنی باید تمام طول عضو را بپوشانند. این بدان معنی است که در طبقه همکف، اجرای ژاکت بتنی برای ستون نباید در سطح همکف متوقف شود، بلکه باید تا سطح بالایی ستون، جایی که میلگردهای طولی در داخل ستون قبلی با چسب کاشت بولت پایه اپوکسی مهار می شوند، کشیده شوند (شکل 6). در چنین مواردی ممکن است حفاری‌های در مقیاس بزرگ لازم باشد، به ویژه در ساختمان هایی که در سطح همکف چندین ستون ضعیف دارند که نزدیک به هم قرار دارند.

شکل 6) پیوستگی ژاکت بتنی تا پی موجود

در روش های مختلف اجرا و به خصوص زمانی که فقط مقاومت برشی و ظرفیت تغییر شکل عضو مورد توجه است، ممکن است طرح اجرایی جدیدی اعمال شود که به موجب آن ژاکت (هم بتن و هم آرماتور) می تواند بدون مهار مکانیکی در تیرها متصل شود بدون اینکه فضایی را در فاصله 1 تا 2 سانتی متری از کف اشغال کند. با این حال، این روش، اگرچه موثر است، اما با توجه به جایگزین های مشابه یعنی مانند مقاوم سازی با FRP دست و پا گیرتر و گران تر است و در کاربردهای عملی چندان رایج نیست.

شکل 7) بستن خاموت‌های عرضی داخل عضو بتنی موجود

لازم به ذکر است که در هنگام مقاوم سازی ساختمان با ژاکت بتنی، کناره های عضو موجود که در آن ژاکت اعمال می شود، برای عبور آرماتور و ساخت ژاکت باید کاملاً باز شود. این امر مستلزم تخریب و بازسازی چندین بخش غیرسازه ای ساختمان از قبیل کف، کاشی، سقف کاذب، در یا پنجره است و می تواند باعث افزایش هزینه ها، اختلال در عملکرد ساختمان و مشکلات معماری شود. هنگام تصمیم گیری برای مقاوم سازی یک ساختمان با ژاکت، به ویژه زمانی که ساختمان در حال بهره برداری است، باید همه این عوامل را در نظر گرفت.

مقایسه برتری و معایب روش ژاکت بتنی

با روش ژاکت بتن مسلح افزایش قابل توجهی در مقاومت خمشی، برشی، و فشاری عضو حاصل می شود. علاوه بر این، از طریق محصور شدن و عملکرد ضد کمانش خاموت های جدید، افزایش قابل توجهی در شکل پذیری و ظرفیت تغییر شکل عضو به وجود خواهد آمد. ظرفیت باربری و مقاومت خمشی عضو به دلیل تقویت طولی اضافی افزایش می یابد، در حالی که بهبود مقاومت برشی و شکل پذیری از طریق تقویت عرضی اضافی حاصل می شود.
افزایش قابل توجه استحکام عضو با روش ژاکت بتنی را می توان با استفاده از یک مثال ساده که از یک عضو بتنی به همراه بخش ژاکت بتنی مربوطه مشاهده کرد. اندازه و ابعاد ستون موجود 25 در 25 است که می‌بایست با ژاکت بتنی مقاوم شود. این ستون دارای 4 میلگرد در مقطع با قطر 18 و خاموت با قطر 8 میلی متر در هر 30 سانتی متر از طول ستون است. این ستون به وسیله یک ژاکت بتنی با ضخامت بتن 10 سانتی متر به همراه 8 میلگرد در مقطع با قطر 20 میلیمتر و خاموت 10 که هر 10 سانتی متر تکرار می شود مقاوم سازی شده است. بدین شکل مقاومت خمشی ستون از 25 کیلونیوتن به 320 کیلونیوتن افزایش می‌یابد و مقاومت برشی آن از 20 کیلونیوتن به 235 کیلونیوتن افزایش می‌یابد.
علاوه بر این، به دلیل افزایش ابعاد مقطع، افزایش سختی عضو نیز حاصل می شود. به عنوان مثال، در شکل 9، سختی بخش الاستیک ده برابر شده است. معمولا این افزایش در سختی اعضای تقویت شده یک ساختمان موجود توانایی اعضا را در تحمل بار مقداری افزایش می دهد. با این حال، این مقدار در موارد معمول بسیار کوچک است و اعضای دیگر ساختمان باید به صورت جداگانه بررسی شوند و اگر لازم بود برای آنها نیز روش ژاکت بتنی پیاده شود. در نتیجه، زمانی که پوشش ژاکت بتنی به عنوان روش اصلی مقاوم‌سازی سازه انتخاب می‌شود، معمولاً مستلزم تقویت بیشتر یا تمام اعضای باربر ساختمان است (این مسئله در طبقات پایین‌تر، جایی که تنش برشی روی ستون‌ها بیشتر است و نیاز به مقاوم سازی تمام قسمت ها وجود دارد باید اجرا گردد) در نتیجه، استفاده از ژاکت در ساختمان هایی که تحت بازسازی اساسی قرار می گیرند، زمانی که هزینه آسیب به عناصر غیرسازه ای ناشی از قسمت‌های تقویتی نسبتاً کم است، به صرفه تر است.

شکل 9) مقایسه ظرفیت برشی ستون تیپ طبقات با مقطع 25 در 25 با مقطع بتن به همراه ژاکت اجرا شده

در ساختمان‌های در حال بهره‌برداری، معایب استفاده از ژاکت‌بندی اعضای سازه‌ای بسیار قابل توجه است به خاطر اینکه: (1)- به طور کلی یک روش با تخریب بسیار زیاد است (شکل10)، (2)- هزینه‌ها برای جبران آسیب‌های غیر سازه ای وارد شده به بخش‌های مختلف ساختمان مانند ستون، تیر، دیوارها، گچ، سقف ها، کاشی ها و مشکلات معماری که ژاکت ها می توانند به بار بیاورند بسیار زیاد است.

شکل 10) ژاکت بندی، به خصوص زمانی که از روش بتن پاششی یا شاتکریت استفاده شود روشی با میزان تخریب و آلودگی بالاست

یکی از معایب ژاکت بتنی که نمی توان نادیده گرفت، افزایش هزینه ساخت آن نسبت به پرکاربردترین روش جایگزین یعنی مقاوم سازی ساختمان با الیاف FRP است. با این حال، باید توجه داشت که ژاکت‌های بتنی دارای مزایای قابل توجهی نسبت به کامپوزیت FRP ‌هستند مثلا استحکام و سختی بیشتری را هم در خمش و هم در برش ایجاد می‌کنند، که الیاف FRP چنین مزیتی نداشته و تنها شکل پذیری را کنترل می‌کند.

طراحی ژاکت فولادی؛ مدل سازی، تحلیل و کنترل

مدل‌سازی و بررسی مقاطع ژاکت بتنی (غیر یکنواخت) در یک مدل سازه‌ای، تحت فرضیات ساده‌سازی زیر به راحتی صورت می‌گیرد:
1-عضو ژاکت بتنی رفتاری یکپارچه با عملکرد ترکیبی کامل بین بتن قدیمی و جدید دارد. از این رو، فرضیه اویلر- برنولی مبنی بر اینکه مقاطع صفحه صاف و نرمال با محور عضو باقی می مانند، برای بخش مرکب (بتن + ژاکت موجود) نیز معتبر است.
2- از اینکه بار محوری به تنهایی بر ستون قدیمی اعمال می شود چشم پوشی شده و فرض می شود که بار محوری کامل هم بر روی قسمت موجود و هم بر روی قسمت ژاکت شده اثر می‌گذارد.
3-اگر دو قسمت بتن قدیم و جدید را نتوان با معیارهای تحلیل سازه توضیح داد، فرض بر این است که خواص بتن بر روی قسمت کامل عنصر اعمال می شود.
سپس ظرفیت خمشی و برشی اعضا با برخی ضرایب اصلاحی ضرب می‌شود که برهمکنش بین سطوح بتن جدید و موجود را کنترل می‌کند و ظرفیت کل (مقطع پوششی)+ (بخش موجود) عضو را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، طبق EC8 کاهش مقاومت برشی کل 10% است (VR* = 0.9V).
یکی از مسائل کلیدی نهایی پیرامون ژاکت بتنی، توانایی انتقال نیرو بین بتن جدید و قدیمی، از طریق اتصال بین دو بتن می باشد. از آنجایی که به طور کلی باید از جوشکاری در صورت وجود خوردگی آرماتور موجود اجتناب شود، یک استراتژی خوب برای این منظور طراحی رولپلاک‌ها بین بتن جدید و موجود برای حمل کل نیروی برشی در سطح مشترک است.
منبع: وبسایت seismosoft