افزایش ظرفیت باربری ستون بتنی

بتن جزئی از مصالح پرکاربرد ساخت و ساز می‌باشد که مزیت‌های زیادی از جمله قیمت ارزان و مقاومت در برابر آتش سوزی دارد. و ستون‌ها اعضایی هستند که تحت تاثیر نیروهای محوری قرار دارند و ستون در انتقال بارهای فشاری به فونداسیون اثر زیادی دارد.
ستون‌های بتنی به دلایل اشتباهات طراحی و محاسبات، عدم اجرای مناسب، تغییرکاربری بعد از ساخت، آسیب دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی، تغییر آئین نامه‌های ساختمانی که باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می‌شود، آسیب دیدگی سازه‌ها ناشی از حوادث ضربه و آتش سوزی و باد و … ممکن است نیاز به مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری داشته باشند. از این‌رو در این بخش مراحل مقاوم‌سازی و افزایش ظرفیت باربری ستون با سیستم‌های مقاوم‌سازی ™FibraOne و سیستم ژاکت فولادی™Stela و سیستم ژاکت بتنی ™Strata شرح داده می‌شود.

هنگامی که به سازه آسیبی وارد می‌شود و خطر کاهش سرویس دهی سازه رخ می‌دهد بحث گسترده مقاوم‌سازی به میان می‌آید. برای شروع کار مقاوم‌سازی باید روش مناسب و درخور انتخاب شده و به موقع برای اجرای آن اقدام شود تا ایمنی سازه تضمین شده و سرویس دهی خود را حفظ کند. در ادامه این مطلب، درباره این می‌خوانیم که ستون باربر چیست و چگونه کارایی و سرویس دهی خود را از دست می‌دهد و برای بازسازی و ترمیم آن چه راهکاری باید در پیش گرفت پس با ما همراه باشید!
ستون های بتنی به عنوان اصلی ترین المان باربر در ساختمان ها یکی از اجزای اصلی در ساختمان های مختلف می باشند. به مرور زمان و طولانی شدن عمر خدمت رسانی سازه ممکن است شاهد کاهش قابلیت خدمت‌رسانی سازه باشیم. چون بارگذاری‌ها در سازه افزایش می‌یابد و شرایط محیطی با گذر زمان تغییر می‌کند، اغلب مواردی پیش می آید که دوام ستون کاهش یافته و استحکام و صلبیت ناکافی باشد. تخریب ستون بتنی ناگهانی بوده و به راحتی منجر به حوادث می شود. بنابراین توجه به وضعیت ستون بتنی و تقویت ستون معیوب فوق العاده ضروری است. در ادامه روش های تقویت ستون را بطور جداگانه بررسی می‌کنیم؟ معیارهایی که برای انتخاب روش مقاوم‌سازی باید به آن توجه کرد شامل نوع ستون، شکل مقطع، محل و میزان تنش وارده به مقطع است.

1. ستون مقاوم‌سازی شده با پلیمر الیاف کربنی

روش تقویت پلیمری تقویت شده با فیبر کربن برای تقویت ظرفیت تراکم محور ستون، ظرفیت مقطع مورب و شکل پذیری جابجایی مناسب است.
هنگامی که ظرفیت باربری مقطع ستون فشاری محوری کافی نباشد، می توان از ورق الیاف کربن استفاده کرد روش کار بدین صورت است که نوار و یا ورق الیاف کربن را دورتادور ستون (خواه ستون با مقطع دایره باشد خواه مقطع مستطیل) می پیچند و با رزین‌های اپوکسی مخصوص روی سطح ستون می‌چسبانند. در این روش ستون بوسیله الیاف کربن محاط شده و از آنجا که جهت بافت الیاف عمود بر راستای تنش فشاری ستون است در برابر نیروهای برشی (بار جانبی) که به سازه وارد می‌شود هم دوام و مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد.
هنگامی که ستون به دلیل شکل‌پذیری ناکافی از نظر لرزه‌ای تقویت می‌شود، بخشی از ستون که با پوشش فیبر کربن احاطه شده است می‌تواند به عنوان یک تسمه و ورق سخت کننده که برای ستون های مقطع فولادی نصب می‌شود عمل کند. هنگامی که ستون‌های بتن مسلح با مقاطع معمولی تقویت می‌شوند یا با استفاده از تیرهای حلقه‌ای الیاف کربنی با آرماتور لرزه‌ای شکل‌پذیر تقویت می‌شوند، ورق الیاف کربن باید به تعداد طراحی شده که توسط مهندس مشاور مقاوم‌سازی مشخص می‌شود نصب شوند. برای مقطع دایره ای نباید کمتر از دو لایه و برای ستون های مقطع مربع و مستطیل کمتر از سه لایه باشد. عرض همپوشانی بین لایه‌های بالایی و پایینی حلقه نباید کمتر از 50 میلی‌متر باشد، طول امتداد حلقه پارچه الیافی تا نقطه برش نباید کمتر از 200 میلی‌متر باشد و موقعیت‌های همپوشانی نوارها باید از هرکدام به صورت پلکانی باشد.

2. روش تقویت به کمک ورق‌های فولادی

به کمک روش تقویت با ورق‌های فولادی می‌توان بهبود قابل توجه ظرفیت باربری بخش آسیب‌دیده ستون و مقاومت لرزه ای را بدست آورد.
زاویه تنش طولی ستون باید با محاسبه تعیین شود، اما نباید از L75*5 کمتر باشد. فولاد نبشی باید در سرتاسر طبقات تقویت شده چیده شود. فولاد نبشی در امتداد طولی باید برای بیشینه لنگر خمشی طراحی شود، انتهای پایینی فولاد نبشی باید به فونداسیون متصل شود، در امتداد میانی باید از هر دال طبقه عبور کند، و انتهای بالایی باید تا پایین طبقه بالایی لایه تقویت شده گسترش یابد یا برای لنگر منفی طراحی شود. در جهت محور ستون باید از یک صفحه فولادی مسطح برای ساختن صفحه حلقه یا یک ورق گاست و فولاد زاویه دار برای جوشکاری استفاده شود. سطح مقطع و فاصله صفحه حلقه و فاصله اتصالات فولادی نبشی با آرماتور تیر مطابقت دارد.

3. روش افزایش سطح مقطع

برای افزایش ظرفیت فشاری ستون از روش افزایش سطح مقطع استفاده می شود.
میلگردهای فولادی با تنش طولی جدید اضافه شده باید با محاسبه تعیین شوند، اما قطر آن نباید کمتر از 14 میلی متر باشد. میله های فولادی تقویت کننده باید در سرتاسر طبقات تقویت شده چیده شوند. آرایش میلگردهای طولی نباید با تیر تلاقی داشته باشد. در صورت تلاقی، باید با استفاده از تکنیک کاشت آرماتور در تیر لنگر انداخته شوند و شرایط مربوط به کاشت آرماتور را داشته باشند. هر دو انتهای بالایی و پایینی میلگردهای فولادی تحت فشار طولی باید به طور قابل اعتمادی لنگر انداخته شوند. انتهای پایینی میله طولی باید تا فونداسیون گسترش یابد تا الزامات لنگر را برآورده کند. انتهای بالایی باید از طریق دال کف به ستون فوقانی متصل شود یا درپوش و روی دال سقف مهار شود. تسمه‌های تقویتی تازه اضافه شده باید قطعات جدید و قدیمی را به هم متصل کند و به یکپارچگی سازه کمک کند. قطر رکاب باید به اندازه رکاب اصلی باشد و کمتر از 8 میلی متر نباشد. رکاب ها باید در محدوده تعیین شده نام‌گذاری شوند و فاصله و ناحیه شماره‌گذاری شده باید مشخصات مربوطه را داشته باشد. سطح مقاومت بتن تازه اضافه شده باید یک سطح بالاتر از ستون اصلی باشد و نباید کمتر از C25 باشد.

4. روش مقاوم‌سازی به کمک سیم‌پیچ‌‌‍

روش تقویت سیم پیچی برای تقویت شکل پذیری جابجایی ستون های بتن آرمه مناسب است.
سیم مورد استفاده برای سیم پیچی دور ستون‌ها باید دارای قطر 4 میلی‌متر باشد و به روش سیم سرد کشیده شود، اما باید پس از عملیات گرمادهی بلافاصله استفاده شود. مقاوم سازی با این روش مستلزم آن است که مقاومت بتن سازه‌ای اصلی بیشتر از C10 و کمتر از C50 باشد. هنگامی که ستون مستطیل شکل است، نسبت بعد ضلع بلند به بعد ضلع کوتاه نباید کمتر از 1.5 باشد و چهار لایه محافظ ستون باید اسکنه شده و به صورت گوشه های گرد با شعاع کمینه 30 میلی متر فاصله بین سیم پیچ ها باید به طور مساوی توزیع شود. برای اجزای مهم، نباید بیش از 15 میلی متر باشد و سیم باید به طور قابل اعتماد در انتهای آن لنگر باشد. برای تقویت سیم پیچی باید از بتن با سنگدانه ریز استفاده شود و مقاومت بتن باید کمینه c30 را داشته باشد.