مقاوم سازی ساختمان
امروزه یافتن روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان و ترمیم و تقویت سازه‌های صنعتی، نفت و گاز، دریایی و… با توجه به اینکه جایگزین نمودن سازه‌های موجود با سازه‌های جدید در اغلب موارد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست و هم چنین امکان توقف فعالیت بسیاری از این سازه ها که جزئی از سازه های حیاتی محسوب میشوند وجود ندارد، اهمیت شایانی پیدا کرده است. انتخاب غلط یک شیوه نامناسب مقاوم‌سازی ساختمان حتی می‌تواند عملکرد سازه را بدتر هم بکند. هم چنین در مقایسه با ساختن یک سازه جدید، تقویت سازه موجود و مقاوم سازی ساختمان ها حتی می‌تواند پیچیده‌تر باشد؛ زیرا شرایط سازه‌ای از قبل ثابت شده است و علاوه بر این همواره دسترسی به نواحی که نیاز به تقویت در سازه ها و ساختمان ها دارند به سادگی و به راحتی ممکن نیست.
زلزله‌ها یکی از بزرگ‌ترین تهدیدات طبیعی برای ساختمانها و ساکنان آن‌ها هستند. ایران به دلیل قرار گرفتن در کمربند زلزله‌خیز جهانی، همواره با خطرات زلزله‌های بزرگ و مخرب مواجه بوده است. از این رو، مقاوم‌سازی ساختمانها در برابر زلزله به یک ضرورت حیاتی تبدیل شده است. هدف اصلی مقاوم‌سازی، افزایش ایمنی ساختمانها و کاهش خطرات جانی و مالی در هنگام وقوع زلزله است.
اولین و مهم‌ترین دلیل اهمیت مقاوم‌سازی ساختمانها، حفظ جان انسان‌هاست. بسیاری از ساختمان‌های قدیمی و حتی برخی از ساختمان‌های جدید، به دلیل عدم رعایت استانداردهای مناسب، توانایی مقاومت در برابر زلزله را ندارند. در صورت وقوع یک زلزله شدید، این ساختمانها ممکن است به سرعت فرو بریزند و جان ساکنان خود را به خطر بیندازند. مقاوم‌سازی این ساختمانها می‌تواند از وقوع فجایع انسانی جلوگیری کند.
دومین دلیل، کاهش خسارات مالی است. زلزله‌ها می‌توانند خسارات مالی بسیار سنگینی به دنبال داشته باشند. تخریب ساختمانها، نابودی زیرساخت‌ها، و خرابی تجهیزات از جمله پیامدهای معمول زلزله هستند که هزینه‌های بسیاری را به دنبال دارد. با مقاوم‌سازی مناسب، ساختمانها می‌توانند در برابر زلزله‌های قوی‌تر مقاومت کنند و از بروز خسارات سنگین جلوگیری کنند.
علاوه بر این، مقاوم‌سازی ساختمانها از اهمیت اجتماعی و اقتصادی نیز برخوردار است. ساختمان‌هایی که مقاوم‌سازی نشده‌اند، در مواقع بحران به نقاطی با ریسک بالا تبدیل میشوند که می‌تواند تلاش‌های امدادی را به شدت مختل کند. همچنین، پس از زلزله، بازسازی و تعمیر ساختمان‌های آسیب‌دیده هزینه‌های زیادی را به جامعه و اقتصاد تحمیل میکند. مقاوم‌سازی پیشگیرانه می‌تواند به عنوان یک سرمایه‌گذاری بلندمدت در کاهش این هزینه‌ها تلقی شود.
در نهایت، با توجه به زلزله‌خیز بودن ایران، مقاوم‌سازی ساختمانها در برابر زلزله نه تنها یک انتخاب بلکه یک الزام است. اقدامات پیشگیرانه می‌توانند جان انسان‌ها را نجات دهند و از بروز خسارات غیرقابل جبران جلوگیری کنند.
روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان
جزو کدام گروه هستید؟
کارفرمایان و مالکان ساختمان
- ضعف‌ها و اشکالات در اجرا
- بهسازی ساختمان‌های قدیمی و فرسوده
- تغییر در کاربری ساختمان
- نصب تجهیزات در ساختمان
مهندسین ناظر و مشاور
- خطا در اجرای سازه
- ضعف در طراحی سازه
- الزامات آیین نامه های جدید
- تغییر در سیستم سازه ای و افزایش بار وارد بر ساختمان
کارفرمایان و مالکان ساختمان
ضعف‌ها و اشکالات در اجرا
برخی از کارفرمایان و پیمانکارن بهنگام ساخت ساختمان بتنی و فلزی دچار اشتباهات اجرایی میشوند که باعث کاهش استقامت ساختمان در مواجهه با عواملی همچون زلزله شده و در نتیجه می بایست با ارائه طرح مقاوم سازی و انتخاب روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان مناسب ساختمان مذکور را تقویت نمود. برخی از اشتباهات اجرایی رایج در انواع ساختمان ها عبارتند از:
- تخریب تیرها جهت عبور تاسیسات
- آب بند نبودن قالب بندی و در نتیجه خارج شدن شیره بتن
- عدم رعایت اندازه تیرها مطابق نقشه ها و همچنین رعایت نکردن ضخامت پوشش بتنی تیرها
- هم راستا نبودن ستون های بتنی اجرا شده
- جابجا شدن قالب ها در زمان بتن ریزی
- کرموشدگی بتن بعد از باز کردن قالب ها
- اشتباه در تعداد و قطر آرماتور مصرفی و فاصله آن ها از یکدیگر
- جابجایی صفحه ستون‌هادر حین بتن ریزی فونداسیون
- عدم اجرا طول جوش مطابق با نقشه های اجرایی
- کافی نبودن ابعاد و جوش ورقهای وصله ستون
- کافی نبود نبشی‌های نشیمن زیر تیرها
- اتصال نامناسب تیرچه یا شمشیری پله به تیر اصلی
- اتصال نامناسب اعضای بادبند در ساختمان فلزی
- استفاده از پروفیل‌های I شکل قدیمی‌به جای اعضای بادبند در ساختمان فلزی
- اتصال نادرست تیر پاگرد پله به تیر اصلی
بهسازی ساختمان‌های قدیمی و فرسوده
یکی دیگر از عواملی که ما را ملزم به ارائه طرح مقاوم سازی با استفاده از روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان می کند فرسودگی و آسیب های ایجاد شده در تیرها، ستون ها و سقف ها در طول مدت بهره برداری از ساختمان می باشد.
خرابی های رایج در ساختمان های فولادی عبارتند از:
- خوردگی
- از بین رفتن و اکسید شدن جوش ها
- کمانش در اعضای فشاری
- عوارض ناشی از خستگی
- و…
هم چنین خرابی های رایج در ساختمان های بتنی عبارتند از:
- به وجود آمدن ترک در تیرها و ستون ها
- خوردگی و اکسید شدن میلگردها
- از بین رفتن پوشش بتن
وجود خرابی در ساختمان ها باعث می شود که اعضا قادر به انجام وظایفی که مهندس طراح و محاسب برای آن ها پیش بینی کرده، نبوده و ادامه بهره برداری از آن ها بدون انجام مقاوم سازی و بهسازی می تواند باعث به وجود آمدن خطرات و خسارت های جانی و مالی فراوانی به هنگام پدیده هایی همچون زلزله گردد.
تغییر در کاربری ساختمان
هر ساختمانی به منظور کاربری مشخصی طراحی شده و می بایست الزامات آیین نامه های مرتبط را برای حصول سطح ایمنی و پایداری مورد انتظار تامین نماید. با این وجود و در طول عمر سرویس دهی یک ساختمان ممکن است مالکان تمایل به تغییر در کاربری آن داشته باشند. به عنوان مثال یک ساختمان با کاربری مسکونی تبدیل به یک انبار نگهداری شود. هر گونه تغییر در کاربری یک ساختمان می تواند موجب به وجود آمدن بارهای بیشتر در ساختمان گردیده به طوری که ساختمان با همان وضعیت قبلی قادر به مقاومت در برابر بار وارده نبوده و اعضای باربر ثقلی و جانبی مختلف دچار گسیختگی شود. به همین علت و قبل از اجرای هر گونه تغییر در کاربری ساختمان لازم است تا مطالعات و بررسی های لازم صورت گرفته و در صورت لزوم روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان متناسب معرفی گردد.
نصب تجهیزات در ساختمان
در طول مدت بهره برداری از ساختمان ممکن است نیاز به نصب تجهیزات مکانیکی سنگین در بخشی از ساختمان گردد. نصب تجهیزات مکانیکی سنگین در هر بخش از ساختمان منجر به افزایش بار وارد بر ساختمان شده، در نتیجه ساختمان نیازمند مقام سازی جهت افزایش ظرفیت باربری آن می گردد.
مهندسین ناظر و مشاور
خطا در اجرای سازه
یکی از مسائلی که منجر به بروز ضعف سازه ای در ساخت و احداث پروژه های ساختمانی می گردد، خطاهای اجرایی می باشد. از جمله خطاهای رایج در ساختمان ها که مهندسین را مجاب به ارائه طرح تقویت با استفاده از روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان جهت رفع آن ها می کنند عبارتند از:
- کیفیت و اجرای نامناسب بتن ریزی
- خطا در آرماتوربندی
- استفاده از مصالح با کیفیت پایین
- رعایت نکردن خیز منفی در وسط دهانه تیر و تیرچه های بلند
- جوشکاری نامناسب و غیر قابل قبول در سازه های فولادی
- اشکال در قالب بندی
- ضعف پیچ ها به کار رفته در اسکلت های فلزی
- گسیختگی صفحات اتصال در ساختمان های فولادی
- عدم رعایت رواداری مجاز در انتهای تیر و در محل اتصال به ستون فلزی
- رعایت نکردن ضوابط و مقررات در اجرای اجزای غیر سازه ای مانند دیوار ها و تیغه ها
- اتصال ستون های افقی در قسمت درز انقطاع دو ساختمان مجاور
این مشکلات در هنگام وقوع زلزله بیشتر خود را نشان می دهند و در بسیاری از موارد باعث فرو ریختن و تخریب کلی ساختمان ها بعلت مسائلی همچون تشکیل طبقه نرم می شوند.
خطا در طراحی سازه
عوامل مؤثر در بروز خطاهای طراحی که منجر به ارائه طرح و روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان می گردند می تواند بسیار متنوع بوده که از آنجمله عبارتند از:
- طراحی خیلی قوی مهاربندها و خیلی ضعیف ستون ها در قاب ساده مفصلی
- عدم محاسبه ظرفیت خمشی برای طراحی برشی
- مقدار آرماتور به کار رفته از حداقل مجاز توصیه شده در آیین نامه می باشد
- مقدار آرماتور مورد نیاز ناحیه ای از ستون از حد مجاز توصیه شده در آیین نامه بیشتر است
- عدم تعریف صحیح ویژگی های مصالح فولاد، بتن و میلگرد در محیط نرم افزار محاسبات
- خطا در تهیه نقشه های اجرایی
الزامات آیین نامه های جدید
بسیاری از ساختمان هایی که چندین سال از ساخت آن ها میگذرد بر اساس آیین نامه ها و روش هایی طراحی و ساخته شده اند، که امروزه از درجه اعتبار ساقط گشته و برای عملکرد مناسب نیاز به مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای دارند. به عنوان مثال بسیاری از سازه هایی که تا سال ۱۹۸۰ در در دنیا ساخته شده اند با وجود اهمیت های زیادی که دارند در مقابل زلزله مقاوم نیستند. علت این امر هم فقدان دانش و شناخت کافی از زلزله در زمان ساخت آن سازه ها است.
نکته حائز اهمیت دیگری که امروزه توجه بسیاری باید به آن نمود مطالعه و بررسی زلزله های گذشته است. این اقدام برای ما که در منطقه لرزه خیزی مثل ایران زندگی می کنیم اهمیتی چندین برابر دارد و کمک شایانی به ارائه طرح مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای مناسب تر میکند.
تغییر در سیستم سازه ای و افزایش بار وارد بر ساختمان
در برخی از ساختمان ها با درخواست مالک ساختمان، نیاز به تغییر کاربری ساختمان و یا افزایش طبقات آن می باشد. هرگونه تغییر در سیستم سازه ای یک ساختمان می تواند منجر به افزایش بار مرده و زنده، ضریب اهمیت ساختمان و همچنین سطح عملکرد ساختمان گردد. در نتیجه نیاز به طراحی مجدد سازه و تعیین سطح عملکرد و در صورت نیاز استفاده از روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان می باشد.
مراحل مقاوم سازی ساختمان در افزیر
انجام تست های تخصصی
در این مرحله با انجام تست های مورد نیاز (تست های مخرب و غیر مخرب) مقاومت مصالح به کار رفته در ساختمان تعیین می گردد. از نتایج بدست آمده از این بخش در تحلیل و مدل سازی ساختمان استفاده می گردد.
مدلسازی و طراحی
به منظور ارزیابی رفتار لرزه‌ای و ثقلی و برآورد نیروهای داخلی و تغییرشکل‌های المان های ساختمان نظیر تیر، ستون، دال و…، سازه ساختمان با استفاده از روش های خطی و غیر خطی مدل سازی و تحلیل می گردد.
ارائه راهکارهای مقاوم سازی
پس از تحلیل رفتار ساختمان در برابر بار وارده روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان با در نظر گرفتن پارامترهای همچون اقتصادی بودن، سرعت عمل در اجرا و ایجاد حداقل تغییر در پیکربتدی ساختمان پیشنهاد می گردد.
تامین مصالح و اجرای پروژه
پس از تعیین راهکار مقاوم سازی و جزییات آن، مصالح مورد نیاز مطابق استانداردهای ملی و بین المللی و بالاترین کیفیت تامین شده و طرح مقاوم سازی توسط اکیپ اجرایی مهندسی و با تجربه افزیر اجرا می گردد.
روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان: ژاکت بتنی و فولادی
مقاوم سازی ساختمان با ژاکت بتنی یکی از مؤثرترین روش‌ها برای تقویت سازه‌ها، به ویژه ساختمان‌های بتنی و فولادی، محسوب میشود. در این روش، با افزودن لایه‌ای از بتن مسلح به اعضای سازه‌ای مانند ستون‌ها، تیرها و اتصالات تیر-ستون، ظرفیت باربری و مقاومت سازه در برابر نیروهای مختلف از جمله زلزله افزایش می‌یابد. ژاکت بتنی به دلیل توانایی بالا در بهبود عملکرد سازه‌های موجود، به ویژه در ساختمان‌هایی که نیاز به تقویت دارند یا با نقص‌های سازه‌ای مواجه هستند، کاربرد فراوانی دارد. برای مثال ژاکت بتني مقاومت خمشي و برشي ستون در یک ساختمان را افزايش مي دهد و افزايش شكل پذيري ستون در اين حالت كاملاً مشهود است. همچنین می توان از ژاکت بتنی در سه و يا چهار وجه تير ساختمان براي بهسازي و افزايش مقاومت آن استفاده نمود . در این حالت میتوان ناحيه كششي و فشاري تير بنی ساختمان را با بتن جديد مقاوم سازی نمود.- این روش بايد به گونه اي اجرا گردد كه كليه اعضاي اتصال به صورت يكپارچه عمل نمايد.
- عموماً روکش بتنی زمانی بكار ميرود كه هم تير و هم ستون اتصال مستعد ترك خوردگي باشند.
- برای ایجاد اتصال مناسب بین بتن قدیمی و جدید و همچنین برای اتصال میلگردهای جدید به میلگردهای موجود، لازم است که پوشش بتنی اطراف میلگردها تخریب شود تا اتصال جوشی به‌طور مؤثر انجام گیرد.
- ضخامت مناسبی برای پوشش بتنی باید در نظر گرفته شود تا تمامی میلگردهای طولی تیر و ستون، به‌همراه خاموت‌ها، به‌طور کامل در بر گرفته شوند
- روکش بتنی باید تمام سطوح تیرها و ستون‌های مرتبط با اتصال را پوشش دهد.
مزایای مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی و فولادی
- افزایش ظرفیت برشی و خمشی و محوری المان ها
- روشی ارزان قیمت در مقایسه با سایر روش ها
- امکان به کار گیری در هر بخش و المان ساختمان
معایب مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی و فولادی
- زمان بر بودن این روش در مقایسه با سایر روش ها (خصوصا ژاکت بتنی)
- نیاز به استفاده از پوشش های ضد حریق در روش استفاده از ژاکت فولادی
- تغییر در ابعاد المان ها و فضاهای معماری ساختمان
روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان: افزودن مهاربندهای فولادی و دیوارهای برشی
عمده ترین وظیفه مهاربندها و دیوارهای برشی مستهلک کردن نیروی زلزله وارد بر ساختمان می باشد. یکی از روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان استفاده از مهاربند های فولادی هستند که از مزایای آن می توان کاهش دریفت سازه، عدم ایجاد محدودیت معماری هم چون دیوار های برشی بتنی و… اشاره کرد. البته لازم به ذکر است که استفاده از مهاربند فولادی هم چون همه روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان معایبی هم چون پیچیده بود جزییات اتصالات را دارد ولی در کل روشی بسیار مفید و کاربردی است. طراحان مقاوم سازی ساختمان که افزودن مهاربند فولادی را جهت افزایش ظرفیت باربری جانبی ساختمان بتنی انتخاب کرده اند، باید به این نکته توجه داشته باشند نحوه اتصال مهاربند فولادي به قاب بتني یکی از موارد مهم و اساس در این روش مقاوم سازی می باشد. مطابق نشریه 524 و به منظور مقاوم سازی ساختمان مي توان از انواع مهاربندهاي متداول و جديد شامل مهاربندهاي فولادي همگرا (CBF)، مهار بند فولادی واگرا (EBF)، مهاربندهاي ضد كمانش (BRBF) و انواع ميراگرهاي مهاربندي استفاده نمود. طراحان مقاوم سازی به این نکته باید توجه داشته باشند، در طرح های مقاوم سازی که از مهار بند ها استفاده می شود، سطح كمتري از سختي و مقاومت را مي توان در مقایسه با دیوار برشی به ساختمان اضافه نمود، ولي نبايدازز كم بودن وزن مهاربندها و همچنين استفاده بهينه در فضاسازي معماري، چشم پوشي كرد.
يكي دیگر از روش هاي معمول و رايج در مقاوم سازی ساختمان ها و افزايش ظرفيت لرزه اي ساختمان و كاهش تغيير مكان جانبي، استفاده ازديوارهاي برشي بتني، پانل هاي پيش ساخته بتني و ديوارهاي برشي فلزي می باشد. طراحان مقاوم سازی می بایست به این نکته توجه کنند که جانمایی دیوار برشی در ساختمان به دلیل امکان پیدایش پیچش از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. به همین منظور پیشنهاد می گردد دیوارهای برشی (بتنی و یا فلزی) حتي المقدور ر ارتفاع و در پلان بصورت منظم و متقارن اجرا گردند. همچنین دبه دلیل وزن بالای این نوع دیوارها از استفاده پیش از حد از آن ها جلوگیری شده و می بایست به تقویت فونداسیون نیز توجه گردد. به همین دلیل پیشنهاد می گردد از روش مقاوم سازی با دیوار برشی تنها در قاب هايي كه ظرفيت برشي ضعيفي دارند استفاده گردد. همچنین با توجه به مقاومت بالای دیوارهای برشی بتنی، اجرای آن در ساختمان های بتنی بلند مرتبه صرفه اقتصادی داتشته ولی در ساختمان های با ارتفاع کم و متوسط، چالش هایی همچون تقويت اجزاي سازه اي مجاور به آن، تاثير زيادي بر جنبه هاي اجرايي و اقتصادي طرح مقاوم سازی می گذارد. به طور کلی و خلاصه در طراحی روش مقاوم سازی با دیوار برشی طراحیان می بایست موارد زیر را مد نظر قرار دهند:- افزايش وزن سازه
- تقارن در سيستم باربر جانبي جديد
- افزايش نيروهاي واژگوني و تقويت فونداسيون
مزایای مقاوم سازی به روش افزودن مهاربند فولادی و دیوار برشی
- افزایش مقاومت و شکل پذیری سازه
- افزایش سختی سازه
- افزایش باربری سازه (ثقلی و جانبی)
- امكان استفاده از بازشو و پنجره در قاب مهاربندي شده
- امكان استفاده موثر در طراحي معماري در صورت اضافه شدن مهاربند در نما
معایب مقاوم سازی به روش افزودن مهاربند فولادی و دیوار برشی
- افزایش محدودیت های معماری در ساختمان (دیوار برشی بتنی)
- افزایش وزن ساختمان
- دیوار های برشی بتنی اغلب دارای جزییات آرماتوربندی پیچیده هستند
- جا به جا کردن مرکز سختی ساختمان
- مهاربندهای فولادی اغلب دارای جزییات اتصالات پیچیده می باشند
مقاوم سازی دیوارها با استفاده از کامپوزیت FRCM
مزایای مقاوم سازی به روش شاتکریت بتنی دیوارها
- ایجاد انسجام در دیوارها
- افزایش مقاومت دیوارها
- افزایش شکل پذیری دیوارها
- بهسازی عملکرد لرزه ای دیوار ها
معایب مقاوم سازی به روش شاتکریت مرسوم در مقایسه با FRCM
- نیاز به نیروی کار ماهرتر
- افزایش زمان مورد نیاز جهت مقاوم سازی
- افزایش وزن ساختمان
- افزایش ضخامت دیوار
روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان: پس کشیدگی و پیش تنیدگی سازه
یکی از روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده از سیستم پس کشیدگی و یا همان پیش تنیدگی است. مفهوم پیش تنیدگی وارد کردن تنش هایی به المان باربر قبل از اعمال بارهایی است که قرار است المان در طول مدت عمر خود آن ها را تحمل کند. عموما بارهایی که المان های باربر در ساختمان در طول عمر خود آن ها را تحمل می کنند عبارتند از بارهای ثقلی مرده و زنده و بارهای جانبی مثل زلزله و باد.
در روش پیش تنیدگی ابتدا با کابل های مخصوص پیش تنیدگی تنش هایی را به وجود می آورند که اعمال بارهای مرده و زنده به المان باربر باعث خنثی شدن این تنش های اولیه شده و اصطلاحا عضو مورد نظر را پیش تنیده می نامند.
همان طور که می دانیم بتن به تنهایی قادر به تحمل تنش های کششی نمی باشد و خیلی زود دچار ترک خوردگی می گردد. به همین علت از میلگردهای فولادی در بتن استفاده می شود که پس از ترک خوردن بتن ناحیه کششی وظیفه تحمل نیروهای کششی را برعهده میگیرد. استفاده از اعضای پیش تنیدگی مثل کابل در ناحیه کششی بتن انجام می پذیرد و یک نیروی فشاری به کابل ها وارد می شود که باعث می شود تا در هنگام اعمال بارهای سازه تنش های کششی ایجاد شده صرف خنثی کردن تنش های فشاری اولیه شود و بتن ناحیه کششی ترک نخورد.
مزایای مقاوم سازی به روش پیش تنیدگی
- افزایش دوام بتن
- به حداقل رساندن تاثیرات ترک در سازه های بتن آرمه
- کاهش وزن سازه به دلیل استفاده از مقاطع کوچکتر
- انعطاف پذیری در معماری
معایب مقاوم سازی به روش پیش تنیدگی
- نیاز به دقت بسیار بالا
- نیاز به نیروی متخصص و ماهر
- نیاز به وسایل و ماشین آلات مخصوص
- طراحی به نسبت پیچیده تر
مقاوم سازی با استفاده از جداسازهای لرزه‌ای و میراگرها
مزایای استفاده از میراگرها و جداسازهای لرزه ای:
- کاهش تغییر مکان جانبی ساختمان
- کاهش دریفت سازه
- کاهش خسارت وارده به اجزای سازه ای و غیر سازه ای ساختمان
- استفاده از مقاطع سبک تر به دلیل کاهش نیروی وارده ناشی از زلزله به آن ها و در نتیجه هزینه کم تر
- کاهش وزن ساختمان
انواع میراگرها و انواع جداسازهای لرزه ای عبارتند از:
- میراگر جرمی
- میراگر سیال ویسکوز
- میراگر اصطکاکی
- میراگر فلزی و میراگر آلیاژی
- جداساز لغزشی
- جداساز الاستومتریک
- جداساز لاستیکی
مقاوم سازی ساختمان با استفاده از کامپوزیت FRP
FRP یاهمانFiber Reinforced Polymer فیبرهای پلیمری هستند که در سالیان اخیر استفاده های بسیاری از آن درصنعت ساختمان می شود. این مصالح از دو جز تشکیل شده اند که شامل الیاف FRP و ماتریس (ماده در برگیرنده) می شود. وظیفه اصلی الیاف مقاومت در برابر بارگذاری ها بوده در حالی که ماتریس ها وظیفه ی باربری نداشته و عمده وظیفه آن ها در کنار هم نگه داشتن الیاف و جلوگیری از هرگونه حرکت و اعوجاج الیاف می باشد. هم چنین وظیفه مهم دیگری که ماتریس ها بر عهده دارند جلوگیری از خوردگی الیاف در برابر عوامل محیطی است.
- الیاف کربن (فیبر کربن) CFRP
- الیاف شیشه GFRP
- الیاف چاپد FRP –بتن الیافی
- الیاف آرامید AFRP
- الیاف کربن تک جهته
- الیاف کربن دو جهته
- الیاف شیشه تک جهته
- الیاف شیشه دو جهته
- لمینت FRP
- میلگرد های FRP
- اسپایک و انکر FRP
الیاف کربن (فیبرکربن) CFRP
همان طور که از نامشان پیدا است ماده اصلی تشکیل دهنده آن ها کربن می باشد.این نوع از کامپوزیت های FRP از حرارت دادن مواد آلی که بخش عمده ی آن را کربن تشکیل می دهد به دست می آیند. الیاف کربن مشکی رنگ، غیر حلال در آب و بدون بوهستند که مقاومت کششی بسیار بالایی هم دارند. الیاف کربن که هم به صورت تک جهته و هم به صورت دو جهته موجود می باشند در مقاوم سازی و بهسازی ساختمانها کاربردهای بسیار زیاد و فراوانی دارند. مهم ترین مزیت الیاف کربن مقاومت کششی بسیار بالای این الیاف است. علاوه بر مقاومت کششی بالا، الیاف کربن یا همان CFRP ها ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی دارند که باعث می شود با تغییر در جه حرارت محیط کم ترین میزان تغییر شکل را داشته باشند.الیاف شیشه GFRP
همان طور که از نام این دسته از الیاف هم مشخص است ماده اصلی تشکیل دهنده آن شیشه است. الیاف شیشه یا همان GFRP ها پر مصرف ترین دسته از الیاف FRP برای مقاوم سازی ساختمان هستند. علت این امرهم قیمت پایین تر این الیاف نسبت به سایر الیاف های FRP می باشد.مزایای الیاف شیشه GFRP
- وزن کم
- مقاومت کششی بالا
- قیمت کمتر نسبت به سایر الیاف
- ضریب انبساط حرارتی کم
- و…
معایب الیاف شیشه GFRP
- مقاومت کششی کم تر نسبت به الیاف کربن CFRP
- شکننده و ترد بودن
الیاف چاپد FRP – بتن الیافی
همان طور که از نام این دسته از الیاف پیداست الیاف چاپد، الیاف قطعه قطعه شده و ریزی هستند که دارای انواع مختلف الیاف چاپد کربن، الیاف چاپد فولادی،الیاف چاپد شیشه و الیاف چاپد پلی پروپیلن (PP) هستند. کاربرد اصلی این نوع از الیاف در تولید بتن الیافی است. بتن الیافی بتنی است که در آن علاوه بر مصالح اصلی ساخت بتن مانند مصالح سنگی ریز دانه و درشت دانه، سیمان، آب و … دارای الیاف و قطعات ریزی است که به طورتقریبا یکسان در کل حجم بتن پراکنده شده است. بنا بر تعریف مبحث 9 مقررات ملی ساختمان الیاف در بتن الیافی نقش کنترل ترک ها را دارد که بر مبنای آن مقاومت در برابر ضربه، مقاومت کششی، خمشی و برشی و خستگی ظرفیت جذب انرژی در بتن را افزایش می دهد. تاثیر گذاری الیاف در بتن الیافی بستگی به نوع و مقدار الیاف استفاده شده، شکل، مقاومت کششی و … دارد.الیاف آرامید AFRP
الیاف آرامید حدود 50 سالی است که معرفی شده اند. این دسته از الیاف آلی متشکل از کربن، هیدروژن، اکسیژن ونیتروژن هستند. از ویژگی های بارز این دسته از الیاف مقاومت کششی بالای این الیاف می باشند. یکی از مهم ترین و معروف ترین محصولات الیاف آرامید AFRP جلیقه ضد گلوله می باشد. الیاف آرامید دارای دو دسته بندی راست زنجیر یا کولار و خمیده هستند. از دیگر ویژگی های بارز این دسته ازالیاف می توان به وزن کم و مقاومت بالا در برابر حرارت اشاره کرد.لمینیت FRP
از به هم پیوستن و قرار دادن چند لایه الیاف بر روی همدیگر و چسباندن آن ها به هم با استفاده از رزین اپوکسی و فشردن آن ها به هم دیگر ورقه های نازکی موسوم به لمینیتFRP تشکیل می شود که ضخامت آن ها در حدود چند میلی متر می باشد. این دسته از کامپوزیت های FRP دارای مقاومت بالایی بوده که هم به صورت دو جهته و تک جهته عمل می کنند. بارز ترین و مهم ترین کاربرد لمینت FRP درمقاوم سازی و افزایش مقاومت و ظرفیت باربری در ساختمان ها و سازه های بتنی خصوصا بتنی پیش تنیده و بتنی پیش ساخته و مقاوم سازی لوله ها، مخازن و کالورت ها می باشد. جنس لمینیت های FRP بسته به نوع کاربرد آن می تواند به صورت صفحات کربن، شیشه و آرامید باشد که نوع کربنی آنبه دلیل مقاومت کششی زیاد آن دارای کاربرد بیشتری است. لمینیت های FRP به وسیله ی رزین اپوکسی به سطوح مورد نظر چسبیده می شوند.میلگرد های FRP
یکی از مهم ترین مشکلات به کارگیری میلگردهای فولادی در ساختمان های بتنی خوردگی این میلگرد ها می باشند. ازآن جایی که بتن مقاومت کششی بسیار ضعیفی دارد و فولادها وظیفه تحمل و مقاومت در برابر نیروهای کششی اعضا رادارند، در صورت خوردگی میلگردها مقاومت کششی اعضا و المان های بتنی تقریبا از بین می رود و با کوچک ترین نیروی کششی و یا لنگر خمشی مقطع دچار ترک خوردگی و در نهایت گسیختگی می شود. یکی دیگر از محصولات کامپوزیت FRP میلگردهای FRP می باشند که در مقایسه با میلگردهای فولادی معمولی دارای مقاومت کششی بالاتر، مدول الاستیسیته و هم چنین قیمت کمتری هستند. منحنی تنش-کرنش این دسته از کامپوزیت هایFRP خطی بوده و شکست آن ها ترد خواهد بود. یکی از نقاط ضعف میلگردهای FRP کارخانه ای بودن قطع و خم آن هااست که باعث سختی کار در کارگاه می شود. میلگرد های FRP مشابه سایر محصولات کامپوزیت FRP برحسب نوع ماده تشکیل دهنده به سه دسته زیر تقسیم بندی میشوند:- میلگرد FRP کربن
- میلگرد FRP شیشه
- میلگرد FRP آرامید
اسپایک و انکر FRP
تحقیقات زیادی نشان می دهد که مقاوم سازی اعضای بتنی با استفاده از ورق ها و تسمه های الیاف شیشه و یا کربنبه صورت دورپیچ خارجی بر روی سطح بتن برای بهبود درظرفیت برشی، خمشی، پیچشی عضو بتنی مناسب است. این مقاله ها نشان می دهد که که عضو مقاوم شده با FRP در مقایسه با عضو بدون تقویت، ظرفیت باربری بسیار بیشتری دارد. با این حال، به علت بالا بودن برش سطح و تنش در سطح مشترک بتن و الیاف FRP، حالت های مختلف خرابی ناشی ازجدایش مانند جدایش انتهای ورق، جدایی پوشش بتن، در پروژه های بهسازی و مقاوم سازی ساختمان های بتنی گزارششده است. با استفاده از مواد پلیمری FRP می توان مقاومت خمشی، برشی و محوری المان های مختلفی مثل تیر ها، ستون ها ودال ها را تقویت و بهسازی نمود. مقدار این تقویت به پارامتر جدایش از سطح که در کرنش های پایین تری از حدنهایی کرنش الیاف اتفاق می افتد، بستگی دارد. جدایش از سطح نشان می دهد که آماده سازی سطح یک عامل بسیار مهم بوده که بر روی حالت خرابی و استحکام کلی FRP تاثیر می گذارد. این نوع از شکست بیشتر به علت درگیری در بستررخ می دهد. روش های مختلفی برای به تاخیر انداختن جدایش از سطح FRP ها مورد ارزیابی قرار گرفته است که نشان داده استفادهاز انکر های یک طرفه و دو طرفه به دلیل انتقال برش به الیاف باعث می شود عملکرد سطوح و FRP ها بهبود یابد وپیوند میان آن ها مستحکم تر شود. رفتار لغزشی صفحات FRP به طور قابل ملاحضه ای تحت تاثیر شکل و تعداد انکرهای FRP می باشد. تحقیقات و آزمایش های مختلفی نشان داده است که انکر های با راستای طولی، باعث ایجاد حداکثر کرنش بیشتری را نسبت به انکر ها در راستا عرضی می شود. انکر ها انواع مخلفی دارند که از میان آن ها انکر های کربن و انکر های شیشه کاربرد بیشتری نسبت به سایر انکرها دارد.
ویژگی های Spike و انکر کربن:
- وزن سبک
- مقاوم در برابر نیروی الکتریسیته
- دوره بهره برداری طولانی مدت
- نصب و اجرای آسان
- مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا
- مقاومت مناسب در دمای بالا و پایین
- دارای ویژگی خود عمل آوری
- دوام عالی
مزایای استفاده از FRP در مقاوم سازی ساختمان
- عدم تغییر در ابعاد المان ها و به وجود نیاوردن محدودیت های معماری
- مناسب برای مقاوم سازی ساختمان بتنی با مقاومت پایین
- اجرای ساده تر در مقایسه با سایر روش های مقاوم سازی ساختمان
معایب استفاده از FRP در مقاوم سازی ساختمان
- عدم مقاومت در برابر خستگی
- حساس به سایش
- ایجاد پدیده ترد شکنی
- ضعف نسبی در برابر حریق و آتش سوزی
ترمیم بتن کرمو و شن نما
هنگامی که سطح بتن ظاهری خشن، حفره دار و پوسته پوسته پیدا میکند، به این پدیده کرمو شدن بتن می‌گویند. با مشاهده نشانه‌های کرمو شدن لازم است در اسرع وقت نسبت به ترمیم آن اقدام نمود. برای رفع این مشکل باید عملیات ترمیم بتن های کرمو انجام شود که اغلب پس از تخریب بتن کرمو از ملات ریزی مجدد استفاده میشود.دلیل به وجود آمدن کرمو شدگی و حفره‌ها را میتوان علل زیر دانست:
- بتن سفت یا بی استفاده
- ارتعاش بیش از اندازه
- استفاده از آب زیاد
- شیوه بتن‌ریزی نامناسب
- کامل پر نشدن ملات‌بتن در قالب
- خارج شدن گروت یا دوغاب از حفره‌های ریز یا حفره‌های پایین قالب
انوع روشهای مختلف ترمیم بتن کرموشده عبارتند از:
- ترمیم بتن کرمو شده با استفاده از نوارهای FRP
- روش قالب گیری و ریختن مواد
- روش ماله زدن
- روش پک خشک
محصولات مرتبط
ترمیم بتن ترک خورده
به طورکلی، شکل گیری ترک بتن علل زیادی دارند. ترک‌ها ممکن است فقط ظاهری باشند یا نشانه‌ای از یک تنش سازه‌ای مهم و یا فقدان مقاومت و دوام ساختمان. ترک‌ها ممکن است وسعت خرابی رانشان دهند یا نشانه حجم بیشتری از مشکلات باشند.ترک‌ها ممکن است در بتن نرم و خمیری روی دهد و یا در بتن سخت. ترک‌های بتن نرم به دلیل افت بتن و ترک‌های ناشی از نشست رخ می‌دهد و بعد از سخت شدن ترک‌های جمع شدگی بتن خشک روی می دهد. به همین علت تعمیر مناسب ترک‌ها بستگی به دانستن علت ترک‌ها و انتخاب مراحل تعمیر متناسب با این علت‌ها دارد و گرنه ترک‌ها ممکن است موقت و زودگذر باشند.انواع ترک در بتن عبارتند از:
- ترک خمشی
- ترک برشی
- ترک پیچشی
- ترک های جمع شدگی
- ترک در اثر نشست پی
روشهای رایج تعمیر و اصلاح ترک های اعضا بتنی در ساختمان عبارتند از:
- تزریق رزین اپوکسی
- مسیر یابی و آب بندی ترک
- دوخت ترک
- افزدون میلگرد محاسباتی
- خورانش ثقلی
- پر کردن با گروت
محصولات مرتبط
مقاوم سازی به روش تزریق اپوکسی به اعضای بتنی
یکی از روش های تقویت و مقاوم سازی اعضایی که مطابق معیار های طراحی شده اجرا نشده اند یا آزمایشات و تست بتن انجام شده نشان دهنده ضعف مقاومت در آن ها می باشند، پکر گذاری و تزریق اپوکسی به داخل آن ها است. رزین اپوکسی ماده ای شیمیایی است که دارای دو جزء رزین و هاردنر (ماده سخت کننده) بوده که باید به نسبت های مشخصی با هم ترکیب شوند. نحوه ی انجام مقاوم سازی با تزریق رزین اپوکسی دارای مراحل زیر است که به ترتیب باید انجام شود:- مشخص کردن محلی که نیاز به ترمیم و مقاوم سازی دارد
- سوراخ کاری
- نصب نیپل و پکر
- نصب الیاف FRP
- انجام عملیات تزریق رزین اپوکسی
مزایای مقاوم سازی به روش تزریق اپوکسی به اعضای بتنی
- پیوند ایجاد شده بعلت تزریق محکم تر از بتن می باشد
- کارایی بسیار مناسب در سطوح خشک
- امکان تزریق در بسیاری از سطح داخلی و خارجی وجود دارد
معایب مقاوم سازی به روش تزریق اپوکسی به اعضای بتنی
- کارایی کمتر در سطوح مرطوب. در این حالت پیوند ایجاد شده در اثر تزریق ضعیف تر می باشد.
- در فونداسیون های که امکان جابجایی وجود دارد، در سطح بتن و اپوکسی امان تشکیل مجدد ترک وجود دارد.
محصولات مرتبط
ترمیم دیوارهای شکم داده
دیوارهای ساختمان به دلایل مختلف می توانند خم شوند. این می تواند به دلیل سن ساختار، ساخت و ساز ضعیف یا فشار آب رخ دهد. دیوارهای خم شده معمولا در خانه های قدیمی تر دیده می شود، به علت سال های چرخه تثبیت و انجماد و حل و فصل خاک. گاهی اوقات ریشه های بزرگ و درختان فشار بیشتری بر روی دیواره های فونداسیون ایجاد می کنند. گاهی اوقات دیوار خم شده توسط ساخت و ساز ضعیف ایجاد می شود. هنگامی که یک خانه در شرایط نامناسب ساخته می شود، از جمله فقدان میلگرد، سیستم زهکشی نامناسب، عقب نشینی نامناسب و غیره، موجب خم شدن دیوار فونداسیون می شود. فشار هیدرواستاتیک (آب) در خاك در خارج از خانه، شایع ترین علت ایجاد دیوار بنا است. یخ زدگی، فشار آب را در خاک گسترش می دهد. این باعث هل دادن خاک در برابر دیواره فونداسیون می شود. وال پست های CFRP راه حلی مناسب برای دیوارهای خم شده می باشد . این سیستم ابداعی قوی ترین سیستم موجود در بازار است زیرا به فونداسیون کف و دیوارها مقید می شود. الیاف کربنی با یک براکت گالوانیزه به صفحۀ و به وسیله یک پین به فونداسیون متصل می شوند. به دلیل اتصال سیستم الیاف کربنی به فونداسیون و توزیع یکنواخت تنش بیرونی ، خرابی رخ نمی دهد. الیاف کربنی بر روی هر دو بتن فونداسیون و بلوک ها تاثیر میگذارد تا نه تنها دیوار خم شده را بهسازی کند بلکه از انواع ترک های فونداسیون نیز جلوگیری کنند.مراحل اجرای وال پست CFRP
- علامت گذاری و سابیدن
- ترمیم ترک های ایجاد شده در سطح دیوار
- آماده سازی محل نصب وال پست CFRP
- سوراخ کردن کف
- نصب صفحه اتصال وال پست CFRP در بالای دیوار
- نصب وال پست CFRP بر روی دیوار
- اتصال وال پست CFRP به پایین دیوار
مزایای وال پست CFRP
- نصب وال پست CFRP سریع و آسان بوده و نیاز به هیچگونه حفاری در حیاط وجود ندارد.
- یکنواختی و ایجاد سطح صاف در انتها که قابل رنگ آمیزی یا اجرای پنل های دیواری باشد.
- سرعت نصب بالا
- طول عمر بهره برداری بالا
محصولات مرتبط
تسطیح و ترمیم بتن کف
بتن از مصالح کاربردی ساختمانی میباشد که با هزینه مناسبی ساخته شده، دارای دوام و استحکام مناسبی بوده و شکل قالبی را که در آن ساخته میشود، به خود میگیرد. اغلب کف های بتنی در محل و در موقعیت نهایی خود اجرا و ساخته میشوند. کف های بتنی در طول فرآیند بهره‌برداری و ساخت دچار آسیب و تخریب میشوند که تعمیر و مرمت بتن را ایجاب میکند. برای ترمیم و تعمیر بتن در قسمت هایی از کف که دچار آسیب و ضعف شده است ملات تعمیراتی بتن مورد استفاده قرار میگیرد. ملات تعمیراتی بتن، ملاتی با مقاومتی برابر یا بیشتر از مقاومت بتن پایه و دارای خاصیت گیرش سریع و چسبندگی مناسب با سطح بتن است. ملات مورد استفاده جهت تعمیر و ترمیم انواع سطوح و المان های بتنی و مقاوم سازی ساختمان ها در دو نوع پایه سیمانی و پایه اپوکسی موجود می باشد. ملات تعمیراتی بتن پایه سیمانی ملاتی یک جزئی است که پس از اجرا نیاز به عمل آوری دارد و ملات تعمیراتی بتن پایه اپوکسی ملاتی یک یا دو جزئی است که اجرای آن نیاز به عمل آوری نداشته و گیرش آن سریع تر از ملات تعمیراتی بتن پایه سیمانی است.ویژگی های ملات تعمیراتی بتن به شرح زیر است:
- گیرش سریع و چسبندگی مناسب با سطح بستر
- مقاومت فشاری و خمشی بالا
- ملاتی بدون انقباض به دلیل جلوگیری از ایجاد ترک های سطحی
- اسلامپ مناسب با روش اجرا
- دارا بودن ضریب انبساط حرارتی نزدیک به بتن جهت جلوگیری از جدا شدن ملات ترمیمی از بتن بستر به دلیل انبساط ناشی از تغییر حرارت
- سازگاری کامل با انواع بتن
مراحل ترمیم بتن با استفاده از ملات ترمیمی بتن:
- از بین بردن بتن آسیب دیده جهت اجرای ملات ترمیمی
- از بین بردن گرد و غبار با استفاده از فشار هوا و یا شستن سطح با آب، جهت درگیری بهتر ملات ترمیمی بتن با بتن قدیمی
- اجرای ملات ترمیمی بتن بر روی سطح با استفاده از روش مناسب
- عمل آوری ملات ترمیمی بتن
محصولات مرتبط
سوالات متداول
مقاوم سازی ساختمان چیست؟
مقاوم سازی ساختمان در علم مهندسی عمران به مفهوم بالا بردن مقاومت یک سازه در برابر نیروهای وارده است.
هدف از بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان ها چیست؟
هدف از بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان ها بهبود عملکرد اجزاء سازه هنگام زلزله احتمالی است.
چرا بجای نوسازی از یهسازی و مقاوم سازی استفاده می کنیم؟
نوسازی سازه ها علاوه بر هزینه هنگفتی که دربر دارد مدت زمان زیادی تا بهره برداری صرف می کند اما در بهسازی و مقاوم سازی با صرف هزینه بسیار پایین تر ، زمان کمتری نیز صرف بهره برداری مجدد از سازه صرف میکند. امروزه دنیا بعلت کم شدن منابع و صرفه اقتصادی بسمت مقاوم-سازی پیش می رود.
انواع روشهای مقاوم سازی چیست؟
بطور کلی مقاوم سازی به دو روش سنتی و نوین تقسیم بندی می شود که روشهای نوین در حال گسترش هستند. زیرا دو روش های قدیمی تر مانند افزودن زاکت بتنی و یا افزودن دیوار برشی سازه علاوه بر سنگین شدن هزینه بیشتری نسبت به روشهای نوین تر صرف می کرد. در روش های جدید مانند استفاده از الیاف FRP وزن سازه افزایش چشمگیری نداشته و امروزه با افزایش تولیدات الیاف FRP شاهد کاهش قیمت این الیاف در بازار هستیم.
پرسش و پاسخ:
سلام
بتن الیافی موجود در بازار ایران با استفاده از چه الیافی مسلح شده اند ؟
با سلام و احترام
در ساخت بتن الیافی از کامپوزیت‌ها به عنوان یک فناوری نوین در صنعت ساخت و ساز استفاده میشود که الیاف تقویت شامل الیاف شیشه، الیاف آرامید، الیاف کربن و الیاف فولادی و الیاف پلی پروپیلن بوده که هر کدوم از این الیاف دارای ویژگی خاص بوده و عموما در ساخت بتن الیافی از الیاف شیشه استفاده می گردد.
در طرح تقویت ستون با ژاکت بتنی ایا بین لایه اول و دوم بتن چسبندگی لازم برقرار خواهد شد یا خیر؟
با سلام
این اتفاق باید رخ دهد چرا که در صورت عدم چسبندگی بین بتن قدیم و بتن جدید عملا افزایش ظرفیت باربری نخواهیم داشت. این اتفاق با استفاده از چسب های شیمیایی و یا کاشت میخچه و میلگرد اتفاق می افتد. برای اطلاعات بیشتر به مقاوم سازی با ژاکت بتنی مراجعه کنید.
در اجرای frp روی سطح دال آیا هرچندلایه روی هم بیشتر باشید می توان گفت مقاوم سازی آن نسبت به اجرای یک لایه بیشتر است؟
با سلام و احترام
تعداد لایه های بیشتر برابر است با مقاومت کششی بیشتر. توجه داریم که طبق آیین نامه استفاده از الیاف FRP به جهت افزایش ظرفیت فشاری ممنوع است.
سلام.
در طرح تقویت ستون بتنی با frp چه زمانی یک لایه و چه زمانی ۲ لایه روی هم اجرا می شود؟
با سلام و احترام
با توجه به مقاومت موجود ستون و مقاومت مورد نیاز طراحی تعداد لایه ها تعیین میشود. برای اطلاعات بیشتر به مقاوم سازی با FRP مراجعه نمایید.
با سلام
مقاوم سازی با استفاده از روش مرسوم ژاکت بتنی سریعتر انجام میشود یا استفاده از الیاف FRP؟
با سلام و احترام
مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP نسبت به سایر روش ها بسیار سریعتر بوده و در خدمت رسانی سازه هم وقفه ایجاد نمیکند.
برای اطلاعات بیشتر به مقاوم سازی با FRP و الیاف کربن تک جهته مراجعه کنید.