بررسی کامل روش‌های مقاوم سازی ساختمان‌ها

مقدمه

آیا تا به حالش به این موضوع فکر کرده‌اید که چه ساختمان‌هایی نیاز به مقاوم‌سازی دارند؟ بهترین روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان بتنی و فولادی کدام است؟ هدف از بهسازی و مقاوم‌سازی ساختمان‌ها کدام است؟ مقاوم‌سازی ساختمان در علم مهندسی عمران به مفهوم بالابردن مقاومت یک سازه در برابر نیروهای وارده است. در ایران، ساختمان‌های قدیمی، بناهای فرسوده، پل‌های قدیمی، خانه‌های خشتی، سازه‌های تاریخی و… زیادی وجود دارد که مدت‌ها از عمر مفید آن‌ها می‌گذرد. تخریب و ساخت مجدد برخی از این بناها، به علت ارزش تاریخی امکان‌پذیر نمی‌باشد؛ بنابراین باید ترمیم و مرمت شوند درصورتی‌که به فکر این هستید که ساختمان خود را مقاوم‌سازی کنید پیشنهاد می‌کنم تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

1. مقاوم‌سازی ساختمان

1.1. انواع راهکارها و روش‌ها

نیاز گسترده و روزافزون جامعه به ساختمان و مسکن، ضرورت استفاده از روش‌ها و مصالح جدید به‌منظور افزایش سرعت ساخت، سبک‌سازی، افزایش عمر مفید و نیز مقاوم‌سازی ساختمان‌ها بتنی و فولادی در برابر زلزله را بیش‌ازپیش مطرح کرده است، این امر سبب شده است که تعداد زیادی شرکت مقاوم‌سازی امروزه در امر بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها و مقاوم‌سازی بناهای فرسوده در برابر زلزله فعالیت ‌کنند.

هدف از بهسازی و مقاوم‌سازی لرزه‌ای ساختمان‌ها بهبود عملکرد اجزاء سازه است. مقاوم‌سازی به مجموعه تمهیداتی گفته می‌شود که قابلیت انجام‌وظیفه یا وظایفی در سازه ایجاد می‌کنند که سازه قبل از انجام مقاوم‌سازی قادر به انجام آن‌ها به طور کامل نبوده است.

امروزه از این اصطلاح بیشتر در مورد نیروی زلزله استفاده می‌شود. از دیدگاه علمی، مقاوم‌سازی واژه کاملاً درستی برای این منظور نیست. چرا که منظور از اصطلاح «مقاوم‌سازی» به‌طورقطع بالابردن مقاومت در برابر نیروی زلزله نیست؛ بلکه منظور بهبود عملکرد اجزاء در برابر نیروی زلزله است. به همین دلیل اصطلاح «بهسازی» و در حالت خاص برای نیروی زلزله، «بهسازی لرزه‌ای» اصطلاح درست‌تری است. به‌طورکلی مقاوم‌سازی زیر مجموعه بهسازی لرزه‌ای و یکی از روش‌های آن می‌باشد.

مقاوم‌سازی وظیفه کیست؟ چه ساختمان‌هایی نیاز به مقاوم‌سازی دارند؟ روش انجام مقاوم‌سازی چیست؟ هزینه انجام مقاوم‌سازی چقدر است؟ نتایج مقاوم‌سازی تا چه حد قابل‌اطمینان است؟ آیین‌نامه‌های طراحی مقاوم‌سازی کدام است؟ طرح‌های مقاوم‌سازی چه نتایجی در بر دارد؟ و …، این‌ها همه سؤالاتی هستند که به ذهن هر کسی خطور می‌کند و این نوشته سعی می‌کند به‌تمامی سؤالات شما در مورد مقاوم‌سازی پاسخ دهد.

در مقایسه با ساختن یک سازه‌ جدید، تقویت سازه موجود حتی می‌تواند پیچیده‌تر باشد؛ زیرا شرایط سازه‌ای از قبل ثابت شده است. علاوه بر این همواره دسترسی به نواحی که نیاز به تقویت سازه دارند ساده نیست.

روش‌های مرسوم استفاده شده به‌عنوان تکنیک‌های تقویت ساختمان در برابر زلزله و بارهای ثقلی مرده و زنده، نظیر انواع مختلف پوشش‌های مسلح (نظیر مقاوم‌سازی با ژاکت فولادی و مقاوم‌سازی با ژاکت بتنی)، شات‌کریت، کابل‌های پس تنیدگی قرار گرفته در خارج از سازه و استفاده از صفحات و ورق‌های فولادی مقید شده به سازه، معمولاً نیاز به فضای زیادی دارند و اغلب در برابر شرایط محیطی نیز آسیب‌پذیر  هستند.

حرکت استمراری علم در عرصه مهندسی سازه و مهندسی زلزله موجب شده است تا برای بهسازی و مقاوم‌سازی ساختمان و سازه در سال‌های اخیر از روش‌های نوین و مصالح جدیدی بهره گرفته شود که در میان این فناوری‌ها، روش مقاوم‌سازی با FRP (مصالح کامپوزیتی پلیمری تقویت شده با الیاف) از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است تا آنجا که به نظر برخی از متخصصان، پلیمرهای تقویت شده با الیاف یا همان FRP را باید مصالح هزاره سوم نامید که در جدیدی را در پیشروی مهندسان سازه و ساختمان و نیز شرکت‌های مقاوم‌سازی گشوده است. البته استفاده از روش مقاوم‌سازی FRP، همچون دیگر راهکارها محدودیت‌هایی دارد.

مطالعات موردنیاز در این زمینه، علی‌الخصوص برآورد و تخمین آسیب‌پذیری سازه‌ها و ارائه راهکار برای مقاوم‌سازی و تقویت سازه‌ها جهت برآورده‌ساختن ضوابط موجود در آیین‌نامه‌های بارگذاری و زلزله کنونی که ساختمان موجود، مقاومت کافی در برابر نیروهای وارده ثقلی و زلزله را ندارد..

برای مقاوم‌سازی ساختمان‌هایی که قرار است تغییر کاربری بدهند یا طبقات سازه‌ای آن قرار است افزایش پیدا کند؛ باید توجه داشت که بارهای زنده، ضریب اهمیت ساختمان و همچنین سطح عملکرد ساختمان تغییر پیدا می‌کند در نتیجه نیاز به طراحی مجدد سازه و تعیین سطح عملکرد آن توسط شرکت مقاوم‌سازی می‌باشد.

در ایران، ساختمان‌های قدیمی، بناهای فرسوده، پل‌های قدیمی، خانه‌های خشتی، سازه‌های تاریخی و… زیادی وجود دارد که مدت‌ها از عمر مفید آن‌ها می‌گذرد. تخریب و ساخت مجدد برخی از این بناها، به علت ارزش تاریخی امکان‌پذیر نمی‌باشد؛ بنابراین باید ترمیم و مرمت شوند. تخریب و ساخت مجدد دیگر بناهای موجود، نسبت به مقاوم‌سازی آنها، به هزینه زیادتر و زمان بیشتری نیاز دارد؛ بنابراین می‌توان با هزینه‌ کمتر و همچنین در مدت‌زمان کوتاه‌تر عمر مفید و ظرفیت عملکرد آن‌ها را با روش‌های مختلف مقاوم‌سازی، تقویت نمود. برای مثال، مدارس بسیار زیادی در ایران وجود دارد که سال‌ها از عمر مفیدشان می‌گذرد و ادامه فعالیت آن‌ها ممکن است خطرآفرین باشد.

از طرفی تخریب و ساخت مجدد تمامی این مدارس، موجب مصرف‌شدن سهم زیادی از بودجه کشور می‌شود. علاوه بر این، نمی‌توان به طور هم‌زمان همه مدارس فرسوده را تخریب کرد و دوباره از نو ساخت. زیرا این فرایند، به روند آموزشی کشور آسیب جبران‌ناپذیری اعمال می‌کند. از طرفی می‌توان با آنالیز و متره و برآورد هزینه تخریب و ساخت و همچنین هزینه مقاوم‌سازی مدارس و مقایسه نتایج آنها، به‌صرف اقتصادی و زمانی مقاوم‌سازی مدارس در مقایسه با تخریب و ساخت مجدد آن نیز پی برد. نتایج مثبت مقاوم‌سازی، با طراحی و  اجرای اصولی آن حاصل می‌شود. در غیر این صورت، ممکن است مقاوم‌سازی نه‌تنها موجب بهبود عملکرد سازه نشود، بلکه باعث افزایش آسیب سازه نیز شود. به‌طورکلی طراحی‌ و اجرای مقاوم‌سازی بر اساس ایمن‌سازی ساختمان در برابر زلزله انجام می‌شود.

همچنین  مقاوم‌سازی ساختمان‌هایی که اعضای سازه‌ای آن شبیه تیرها، ستون‌ها و سقف‌ها دچار خوردگی و پوسیدگی شده باشند؛ یا ساختمان‌هایی که در اثر ضعف سازه‌ای، ترک‌هایی در سازه‌های بتنی و یا ترک‌ها و اعوجاج و لهیدگی در المان‌ها و جوش سازه‌های فولادی مشاهده می‌گردد.

ساختمان‌هایی که در حین ساخت خطاهای اجرایی باعث بروز ضعف سازه‌ای در آن‌ها شده است، نظیر کیفیت و اجرای نامناسب بتن‌ریزی، عدم کارگذاری دقیق میل‌گرد در اجزای سازه‌ای در ساختمان‌های بتنی، مقاومت پایین بتن و استفاده از مصالح نامرغوب در سازه‌های بتن‌آرمه و عدم جوشکاری نامناسب و غیرقابل‌قبول در سازه‌های فولادی را نیز  می‌توان با روش‌های مختلف مقاوم‌سازی کرد.

2. انواع ساختمان‌ها جهت مقاوم‌سازی

• مقاوم‌سازی اسکلت فلزی و بتنی: سازه‌های نسبتاً جدید از مجموعه تیرها، ستون‌ها، سقف‌ها و دیوارها ساخته می‌شوند که همه این المان‌ها به‌گونه‌ای به هم متصل می‌شوند و درنهایت اسکلت یک سازه را بنا می‌کنند. این ساختمان‌ها بر اساس نوع کاربری و ظرفیت بار مناسب آن طراحی  و ساخته می‌شوند. گاهی به دلیل تغییر کاربری سازه ممکن است بار اضافی به سازه اعمال شود و یا ممکن است به علت عدم رعایت ضوابط، طراحی و اجرا به طور صحیح انجام نگردد. در چنین شرایطی سازه باید تقویت شود. مقاوم‌سازی اسکلت فلزی و همچنین مقاوم‌سازی اسکلت بتنی باید با استفاده از مصالح سازگار و همچنین با آنالیز و تحلیل رفتار هر المان انجام گردد. راهکار مقاوم‌سازی در چنین سازه‌هایی باید با درنظرگرفتن رفتار لرزه‌ای سازه قبل و بعد از مقاوم‌سازی  ارائه گردد.
• مقاوم‌سازی ساختمان‌های بنایی: ساختمان‌هایی بنایی به ساختمان‌هایی گفته می‌شود که به‌جای تیر و ستون، دیوارها وظیفه تحمل بار و همچنین انتقال آن‌ها بر زمین را بر عهده دارند. این نوع از سازه‌ها در قدیم بسیار مورد استقبال بوده است. بدین منظور ساختمان‌های مصالح بنایی ساخته شده از قدیم تا کنون مورد تهاجم‌های محیطی بسیار زیادی بوده‌اند؛ بنابراین این ساختمان‌ها برای ادامه حیات نیاز به مقاوم‌سازی دارند. راهکارهای زیادی برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های بنایی موجود است. بنا بر نوع المان و شرایط موجود می‌توان راهکار موردنظر را آنالیز و در صورت تأیید اجرا نمود.
• مقاوم‌سازی ساختمان ترک‌خو:ه : ترک در ساختمان‌ها، در دسته اولین نشانه‌های وجود مشکل و خرابی در ساختمان ظاهر می‌شود. ترک‌ها متفاوت هستند. ترک می‌تواند سازه‌ایی باشد و هم می‌تواند غیر سازه‌ایی باشد. ترک غیر سازه‌ای را می‌توان به طور ساده برطرف نمود. اما ترک سازه‌ایی که گاهی از نشست ساختمان و یا مقاومت کششی، خمشی، برشی ضعیف المان‌ها و… ظاهر می‌شود، حتما باید آنالیز و سپس راهکاری مناسب اندیشید. راهکار مقاوم‌سازی ساختمان ترک خورده باید با بازرسی چشمی و تحلیل علت وقوع ترک انتخاب شود.
• مقاوم‌سازی خانه‌های خشتی: این نوع از خانه‌ها که بیشتر در روستاها و یا مکان‌هایی با بافت فرسوده قرار دارند، ابتدا باید حداقل شرط‌های مقاوم‌سازی را ارضا کنند و سپس راهکاری طبق شرایط موجود ارائه گردد. برخی از خانه‌های خشتی، به علت قدمت طولانی ارزشی تاریخی و توریستی دارند؛ بنابراین در چنین شرایطی، مقاوم‌سازی خانه‌های خشتی باید با حساسیت و تحلیل بیشتری انجام‌ بگیرد.

3. راهکارهای مقاوم‌سازی تیرها

تیرها را می‌توان به روش‌های گوناگونی مقاوم‌سازی کرد، روش ژاکت بتنی، پیش تنیدگی، الیاف frp و … اشاره کرد.

1.3. مقاوم‌سازی تیر به روش ژاکت بتنی

یکی از تکنیک‌های مرسوم افزایش ظرفیت باربری ثقلی تیرها (بتنی و یا فولادی) در مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی و یا مقاوم‌سازی ساختمان‌های فولادی، اجرای ژاکت بتنی می‌باشد. در این روش تیرهایی که دارای ضعف باربری بوده و یا دچار آسیب‌دیدگی هستند با اضافه‌کردن آرماتورها و قالب‌بندی و اجرای بتن‌ریزی (معمولاً بتن خود تراکم) مجدد مقاوم‌سازی می‌گردند. در مواقعی که ژاکت بتنی ضخامت کمی داشته باشد می‌توان از شات‌کریت بتنی جهت اجرای بتن استفاده نمود. جهت آشنایی بیشتر با این روش صفحه مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با ژاکت بتنی را مطالعه نمایید.

از جمله راه‌های مقاوم‌سازی تیرها در ساختمان، استفاده از ژاکت فولادی می‌باشد. در این روش مقطع تیر با استفاده از ورق‌های فولادی بر حسب مورد به‌صورت دور پیچ، نواری v و یا موضعی تقویت می‌گردد. ژاکت فولادی، در مقاوم‌سازی تیرهای موجود در اسکلت بتنی و یا اسکلت فلزی مورداستفاده قرار می‌گیرد. بدون افزایش قابل‌توجه در وزن ساختمان شکل‌پذیری سازه را بهبود بخشد. روش مرسوم برای اجرای این تکنیک و ایجاد محصورشدگی، اتصال ورق‌های فلزی پیرامونی با بولت به تیر می‌باشد.

2.3. تکنیک پس‌کشیدگی یا پیش تنیدگی در مقاوم‌سازی تیرهای ساختمان

الیاف FRP و انواع محصولات آن، به‌عنوان یکی دیگر از روش‌های مقاوم‌سازی، به طور مؤثر در جهت تقویت تیرها به کار می‌رود. در این روش با استفاده از القای کشش در کابل‌های پیش تنیدگی، نیروهای داخلی باز توزیع گشته، ظرفیت باربری فعال عضو بلافاصله بالا رفته و در نتیجه تیر حاضر تقویت می‌گردد.

3.3. اضافه نمودن ورق‌های فولادی به تیر

با استفاده از اتصال ورق‌های فولادی به وجه کششی در تیرهای بتنی می‌توان ظرفیت باربری خمشی تیر را افزایش داد. در این روش ورق‌های فولادی به ضخامت حداکثر ۳ سانتی متر با استفاده از رزین اپوکسی به تیر بتنی چسبانده می‌شود. همچنین با اضافه نمودن ورق‌های موازی با جان تیر فولادی می‌توان مقاومت برشی آن را افزایش داد.

4.3. مقاوم‌سازی تیر با کامپوزیت‌های FRP

مقاوم‌سازی تیر بتنی با مصالح FRP در طی 4-3 روز به 3 برابر مقاومت کششی فولاد می‌رسند، از این رو باتوجه‌به اینکه الیاف FRP مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورقه‌های فولادی دارند، اتصال FRP به ناحیه کششی بتن در تیر بتنی سبب افزایش ظرفیت خمشی مقطع خواهد شد.

عوامل متعددی مانند ابعاد مقطع تیر بتنی، مساحت و مشخصات مکانیکی میل‌گردهای موجود و میل‌گرد FRP مورداستفاده و همچنین مقاومت بتن موجود، در میزان افزایش مقاومت خمشی سازه‌های بتنی تقویت شده با استفاده از سیستم‌های FRP دخیل هستند. در ادبیات فنی این افزایش مقاومت از 10 تا 160 درصد گزارش شده است. به‌طورکلی، ویژگی‌ها، مشخصات مکانیکی و فیزیکی الیاف FRP، سبب شده تا سیستم FRP به‌عنوان جایگزین راهکارهای مقاوم‌سازی مرسوم، به‌خوبی در تقویت تیر، ستون، دیوار و…عمل کند.

مزایای روش مقاوم‌سازی تیر بتنی با FRP عبارت‌اند از:

• افزایش مقاومت خمشی تیر

• افزایش مقاوم برشی تیر

• افزایش شکل‌پذیری تیر

• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

• افزایش دوام و عمر

• کنترل عرض ترک

• ضخامت کم ورقه‌های FRP و عدم تغیر قابل‌توجه در ابعاد تیر

• سهولت در اجرا

• هزینه پایین نسبت به روش‌های مرسوم دیگر

• ترمیم ناشی از خوردگی

مزایای روش مقاوم‌سازی تیر فولادی با FRP عبارت‌اند از:

در سازه‌های فولادی که تیرها وظیفه تحمل بارهای وارده از کف سازه و انتقال آن‌ها به ستون‌ها را بر عهده دارند. درصورتی‌که تیر فولادی بنا بر هر علتی ظرفیت خمشی کافی برای تحمل بارها را نداشته باشد نیاز به مقاوم‌سازی پیدا می‌کند.

همانند تقویت تیر بتنی، تیر فولادی را نیز می‌توان با چسباندن FRP به قسمتی از مقطع که تحت کشش قرار می‌گیرد تقویت نمود. بدین ترتیب می‌توان با تقویت بال تحتانی تیر فولادی دو سر مفصل آن را تقویت نمود. همچنین برای تیرهای دوسرگیردار و یا تیرهایی که در قاب‌های چنددهانه استفاده می‌شوند، می‌توان با تقویت بال تحتانی به‌وسیله FRP در میانه طول عضو و نیز بال فوقانی در نواحی نزدیک تکیه‌گاه، اقدام به تقویت خمشی عضو نمود.

مقاله جامع و کاربردی “ بررسی و مقایسه عملکرد تیرهای فولادی تقویت شده به روش RBS و FRP ” اطلاعات مفیدی را دررابطه‌با مکانیزم FRP و مزایای استفاده آن در تقویت تیرهای فولادی، ارائه می‌دهد.

• به حداقل رسیدن مشکلات اجرایی به دلیل وزن بسیار کم الیاف FRP

• انعطاف‌پذیری بالای الیاف FRP

• افزایش ظرفیت خمشی تیرهای فولادی

• به تأخیرانداختن کمانش موضعی بال تیر

• ضخامت کم لمینت FRP و عدم تغیر قابل‌توجه در ابعاد تیر

• هزینه پایین نسبت به روش‌های مرسوم دیگر

4. راهکارهای مقاوم‌سازی ستون‌ها در یک ساختمان

1.4. مقاوم‌سازی ستون به روش ژاکت بتنی

ترمیم و مقاوم‌سازی ستون‌های بتنی و فلزی با استفاده از ژاکت بتنی به‌عنوان راه‌حلی مؤثر توصیه می‌گردد. در این روش ستون‌هایی که دارای ضعف باربری بوده و یا نیاز به ترمیم دارند، با افزودن لایه‌ای از بتن، میل‌گردهای طولی و خاموت‌های بسته تقویت می‌گردد. در مواقعی که آسیب‌های وارده به ستون بتنی زیاد بوده و یا ستون از ظرفیت کافی در برابر نیروهای جانبی برخوردار نباشد استفاده از طرح ژاکت بتنی برای مقاوم‌سازی ستون پیشنهاد می‌گردد. همچنین از این تکنیک مقاوم‌سازی می‌توان برای افزایش سختی برشی در ستون‌های فولادی با مقاطع I و H شکل استفاده نمود. در حالتی که ستون فولادی مقطعی بسته داشته باشد، می‌توان به‌منظور تقویت، ستون را با بتن پر نمود. اجرای تکنیک ژاکت بتنی بهتر است با قالب و بتن خود تراکم صورت گیرد؛ ولی درصورتی‌که لایه بتن اضافه شده ضخامت کمی داشته باشد، استفاده از روش شات‌کریت بهتر از بتن‌ریزی می‌باشد.

2.4. مقاوم‌سازی ستون به روش ژاکت فولادی

تقویت ستون‌ها با استفاده ژاکت فولادی، سبب افزایش مقاومت فشاری، برشی و همچنین تأمین محصورشدگی جهت افزایش شکل‌پذیری آن می‌شود. با این روش مقاوم‌سازی می‌توان ظرفیت برشی، فشاری و محصورشدگی ستون‌ها را تأمین کرد و بدین ترتیب ظرفیت باربری آن‌ها در مقابل بارهای جانبی زلزله و قائم ثقلی نیز افزایش می‌یابد.

3.4. مقاوم‌سازی ستون با کامپوزیت‌های FRP

هنگامی که ستون تحت بارهای لرزه‌ای قرار می‌گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل‌پذیری ستون اهمیت می‌یابد. استفاده از الیاف FRP در تقویت ستون‌های تحت بار، ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مد گسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکل‌پذیری را به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

با افزایش میزان بار وارده بر ستون، بتن تمایل دارد در جهت عمود بر جهت اعمال بار از هم باز شود. محصور کردن عرضی بتن با پوشش FRP (دور پیچ‌کردن) توسط افزودن لایه‌هایی از الیاف شیشه و کربن مقاومت نهایی ستون را تا 2 برابر افزایش می‌دهد و البته تأثیر مهم تر این الیاف در افزایش 5 برابری در ظرفیت تغییر شکل بتن است.

در این روش قرارگیری الیاف در امتداد عمود بر محور طولی عضو به‌صورت دور پیچ کامل، سبب ایجاد محصورشدگی انفعالی (Passive) در عضو می‌گردد. ازاین‌رو FRP تا زمان بارگذاری و رخداد تغییر شکل‌های عرضی در ستون بتنی موجود منفعل بوده و تحت تنش قرار نگرفته و تأثیری در باربری عضو ندارد. بدین سبب، استانداردهای اجرا و نصب سیستم FRP باید رعایت شود. علاوه بر این، اطمینان از چسبندگی کامل بین بتن و FRP در این روش مقاوم‌سازی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. بدین منظور، استفاده از اسپایک و انکر FRP، به‌منظور مهار الیاف FRP، توصیه می‌گردد.
مزایا و خصوصیات مقاوم‌سازی ستون بتنی با FRP عبارت‌اند از:

• افزایش مقاومت خمشی ستون

• افزایش مقاومت برشی ستون

• افزایش مقاومت فشاری ستون

• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

• افزایش دوام و عمر

• کنترل گسترش ترک و عرض ترک

• ضخامت کم ورق‌های FRP و عدم تغیر قابل‌توجه در ابعاد تیر

• سهولت در اجرا

• هزینه پایین نسبت به روش‌های مرسوم دیگر

• افزایش شکل‌پذیری

مزایای مقاوم‌سازی ستون فولادی با FRP عبارت‌اند از:

ستون‌ها اجزایی از ساختمان‌های فولادی هستند که قسمت  اعظم نیروی وارد بر آن‌ها به‌صورت فشاری می‌باشد و اغلب به‌صورت عمود بر سطح زمین هستند. عمده خرابی موجود در ستون‌های فولادی شامل کمانش موضعی، کمانش کلی و گسیختگی در محل درزها و وصله‌ها می‌باشد.

استفاده از روکش FRP در مقاطع بسته همانند مقاوم‌سازی ستون‌های بتنی می‌باشد که در آن الیاف به طور دور پیچ ستون‌های فولادی را محصور می‌کند و باعث افزایش مقاومت فشاری آن‌ها می‌گردد. این امر همچنین باعث افزایش شکل‌پذیری اعضا تحت ترکیب نیرو‌های محوری و خمشی می‌شود.

• قابلیت افزایش مقاومت محوری، برشی و خمشی ستون

• افزایش شکل‌پذیری و قابلیت جابه‌جایی نسبی نهایی بیشتر

• کمترین افزایش در ابعاد پایه در بین روش‌ها مشابه

• سرعت بالای مقاوم‌سازی بدون توقف بهره‌برداری از سازه

4.4. اضافه نمودن ورق‌های فولادی و مقاوم‌سازی ستون فلزی

در ساختمان‌های فولادی با اضافه‌کردن ورق پوششی به بال ستون و یا اضافه نمودن ورق موازی با جان ستون، می‌توان ستون فولادی را مقاوم‌سازی نمود. در حالت اول و با افزایش ضخامت بال از کمانش موضعی بال ستون جلوگیری شده و اضافه نمودن ورق موازی با جان ستون، مقطع را به شکل جعبه‌ای تبدیل کرده، افزایش ممان اینرسی در امتداد موازی با جان را در پی خواهد داشت.

5. راهکارهای مقاوم‌سازی دال بتنی

1.5. افزایش ضخامت دال بتنی

در برخی مواقع و به علت مشکلاتی همچون افزایش بار وارده بر دال بتنی، ضعف در طراحی دال، خوردگی آرماتورهای فولادی و یا وجود ترک در دال بتنی از روش افزایش ضخامت می‌توان برای تقویت دال بتنی استفاده نمود. درصورتی‌که دال بتنی توانایی مقاومت در برابر ممان منفی وارد بر آن را نداشته و مقدار آرماتورهای تحتانی کافی باشد، ضخامت دال را در وجه فوقانی آن افزایش می‌دهیم. در مقابل و درصورتی‌که دال بتنی توانایی مقاومت در برابر ممان مثبت وارد بر آن را نداشته و یا بار مرده وارد بر آن بسیار کمتر از بار زنده باشد، ضخامت دال بتنی در وجه تحتانی آن باید افزایش یابد.
مراحل مقاوم‌سازی دال بتنی به روش افزایش ضخامت دال:

• برداشتن کاور بتن

• تمیزکردن آرماتورهای فولادی با استفاده از برس سیمی و یا روش‌های مرسوم دیگر.

• استفاده از پوشش‌های ضدخوردگی با پایه اپوکسی بر روی میل‌گردها

• درصورتی‌که مقدار خوردگی در آرماتورها بالا باشد، آرماتورهای فولادی جدید متناسب با الزامات آیین‌نامه‌ای باید طراحی و به دال اضافه گردد.

• آرماتورهای فولادی جدید باید با استفاده از روش‌های مناسب در جهت عمود به دال و در جهت افقی به تیرهای پیرامونی مهار گردد.

• با استفاده از لایه‌ای از مواد با پایه اپوکسی بر روی بتن قدیم، از چسبندگی مناسب دال موجود با بتن مسلح جدید اطمینان حاصل گردد.

• قبل از خشک‌شدن اپوکسی، بتن جدید و با ضخامت موردنیاز اجرا گردد. به‌منظور کاهش جمع‌شدگی در بتن می‌توان از مواد افزودنی مناسب استفاده نمود.

2.5. اضافه‌کردن صفحات فولادی به دال

یکی از روش‌های کنترل خیز سازه و افزایش سختی، مقاومت و یکپارچگی کف‌ها و سقف‌های بتنی، استفاده از صفحات و ورق‌های فولادی است. این ورق‌ها باید به‌صورت صحیح به سقف متصل و مهار شوند و فضای بین سقف و ورق با گروت یا مصالح بر پایه اپوکسی پر شوند تا ضمن چسبندگی کافی، عملکرد لرزه‌ای در برابر زلزله و انتقال بار مناسبی را از خود بر جای بگذارند.

3.5. مقاوم‌سازی دال بتنی با کامپوزیت‌های FRP

مقاوم‌سازی سقف و کف بتنی با الیاف FRP به‌منظور افزایش ظرفیت باربری دال، افزایش مقاومت دال در برابر خوردگی، کمبود مقاومت فشاری بتن، افزایش مقاومت خمشی، برشی و… به طور موضعی انجام می‌شود. دال‌ها عملاً وظیفه تحمل بارهای قائم را دارند؛ ولی چون عملکرد دیافراگم افقی نیز دارند، باید با اعضای مقاوم جانبی سازه اتصال داشته و از سختی و مقاومت کافی برخوردار باشند.

برای مقاوم‌سازی دال بتنی با FRP، مصالح مرکب FRP را می‌توان به‌صورت نوارها و یا صفحاتی بر روی سطوح تحت کشش برای افزایش مقاومت خمشی اجرا نمود. دال یک‌طرفه با تکیه‌گاه ساده را می‌توان با چسباندن نوارها یا صفحات FRP در سطوح تحتانی آن‌ها و در راستای طولی، مقاوم‌سازی نمود. در دال دوطرفه مقاوم‌سازی با نوارهای FRP  در هر دو جهت صورت گیرد.

البته اگر دال دارای تکیه‌گاه گیردار باشد، نوارهای FRP را باید در قسمت فوقانی دال نیز اجرا نمود. همچنین تقویت و بهسازی دال بتنی با FRP به‌منظور افزایش ظرفیت برشی پانچ دال بتنی در اطراف ستون‌ها، و تقویت مناطق اطراف بازشو‌ها انجام می‌شود.

استفاده از ورق‌های CFRP در ناحیه کششی اتصال دال می‌تواند تشکیل و گسیختگی ترک‌های برشی را به‌وسیله افزایش مقاومت خمشی دال در مجاورت ستون به تعویق اندازد و در نتیجه باعث بهبود مقاومت برشی دوطرفه اتصال گردد. در مقاوم‌سازی دال با FRP به دلیل ضخامت کم ورق‌های FRP (حدود 05/0 اینچ یا 3/1 میلی متر)، ورق‌ها براحتی می‌توانند تحت پوشش کف پنهان شوند و همچنین کاهش هزینه‌ها و اقتصادی بودن این روش باعث برتری آن نسبت به روش‌های معمول دیگر می‌باشد.

برای شناخت بیشتر مزایا و معایب الیاف FRP، پیشنهاد می‌کنیم، مقاله جامع و کاربردی “راهنمای کامل مصالح FRP ” را مطالعه نمایید.

تقویت اعضا و اجزای بتنی با استفاده از روکش بتنی و یا فولادی، سبب افزایش مقاومت فشاری، برشی و همچنین تأمین محصورشدگی جهت افزایش شکل‌پذیری یا پیوستگی بتن و آرماتور می‌شود. با این روش مقاوم‌سازی می‌توان ظرفیت برشی، فشاری و محصورشدگی ستون‌ها، دیوارها، دال‌ها و تیرها را تأمین کرد و بدین ترتیب ظرفیت باربری آن‌ها در مقابل بارهای جانبی زلزله و قائم ثقلی نیز افزایش می‌یابد.

مزایا و خصوصیات مقاوم‌سازی دال بتنی با FRP عبارت‌اند از:

• افزایش مقاومت خمشی دال¬های یک‌طرفه

• افزایش مقاومت خمشی دال¬های دوطرفه

• تقویت و افزایش مقاومت برشی

• افزایش سختی و کاهش خیز در بارهای سرویس

• افزایش شکل‌پذیری

• ترمیم و تقویت ناشی از خوردگی

• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

• صرفه اقتصادی نسبت به روش‌های معمول

• سهولت در اجرا

6. راهکارهای مقاوم‌سازی دیوارها در یک ساختمان

1.6. مقاوم‌سازی دیوار به روش شات‌کریت بتنی

یکی از روش‌های مقاوم‌سازی دیوار برشی استفاده از شات‌کریت بتنی و مسلح نمودن دیوار بتنی یا بنایی می‌باشد که در مقاوم‌سازی ساختمان به‌صورت کلی تأثیر زیادی دارد. در این روش ابتدا یک شبکه میل‌گرد به طور صحیح و مهاربندی شده بر روی دیوار قرار می‌گیرد و سپس با استفاده از دستگاه شات‌کریت عملیات بتن‌پاشی صورت می‌گیرد.

این پوشش بتنی علاوه بر ایجاد انسجام مناسب در دیوار، مقاومت و شکل‌پذیری درون صفحه و برون صفحه را نیز افزایش می‌دهد. یکی دیگر از مزیت‌های این روش مقاوم‌سازی  در این است که شبکه میل‌گرد ایجاد شده بر سطح دیوار به همراه بتن پاشیده شده همانند یک‌لایه بتن مسلح بوده و باعث بهبود رفتار لرزه‌ای دیوار (دیوار بتنی یا دیوار بنایی) در برابر زلزله می‌شود.

2.6. مقاوم‌سازی دیوار با کامپوزیت‌های FRP

. از جمله المان‌های سازه‌ای که قابل مقاوم‌سازی ساختمان به کمک مصالح کامپوزیت پلیمری FRP  می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دیوارهای برشی بتنی مسلح

• دیوارهای بتنی غیرمسلح

• دیوارهای بنایی

مزایا و خصوصیات مقاوم‌سازی دیوار بتنی  با  FRP عبارت‌اند از:

• افزایش مقاومت خمشی و برشی دیوارها

• حداکثر افزایش ضخامت دیوار به میزان ۵ میلی‌متر

• سبکی و افزایش حداقلی وزن دیوار

• افزایش مقاومت کل دیوار حتی در صورت پوشاندن سطح کوچکی از آن

• عملکرد آب‌بندی

• کاهش بسیار زیاد نرخ خوردگی دیوار

• قابلیت اتصال مناسب به انواع دیوار اعم از بتنی، آجری و …

• عدم نیاز به هم‌پوشانی زیاد و در نتیجه ارزان‌تر بودن این روش

7. راهکارهای مقاوم‌سازی اتصالات تیر به ستون در ساختمان

اتصال تیر به ستون در قاب‌های خمشی بتنی مسلح  به علت قرارگیری اتصال تحت تنش‌های رفت و برگشتی زلزله جزء بحرانی‌ترین نقاط در عملکرد قاب بتن مسلح خمشی می‌باشد؛ لذا اصلاح عملکرد گره اتصال و مقاوم‌سازی آن باعث بهبود عملکرد کل سیستم و مقاوم‌سازی کل ساختمان خواهد شد. روش‌های متنوعی برای تقویت اتصالات به شرح زیر موجود می‌باشد که باتوجه‌به معیارهای مختلف یک یا ترکیبی از آن‌ها برای بهبود عملکرد اتصال و تقویت آن در برابر زلزله انتخاب  می‌شود:

• تزریق رزین اپوکسی در ژاکت فولادی اتصالات بتنی

• استفاده از طوق‌های پیش‌تنیده X شکل

• مقاوم‌سازی و تقویت اتصالات با استفاده از FRP

• نصب جاکت ورق فولادی در اتصالات بتنی

• ایجاد قفس فولادی در اتصالات بتنی

• پیش تنیدگی اتصالات

• ایجاد ژاکت بتنی در اتصالات

با مقاوم‌سازی اتصالات بتنی با استفاده از تقویت‌کننده FRP می‌توان ظرفیت خمشی و همچنین ظرفیت برشی اتصال ساختمان را افزایش داد. به علت دورگیری، به‌کارگیری این روش میزان شکل‌پذیری اتصال را نیز افزایش می‌دهد. با استفاده از frp  می‌توان بدون افزایش ابعاد اتصال، مقاومت آن را افزایش داد. استفاده از تقویت اتصال بتنی با frp  ، نسبت به روکش فولادی ارجح‌تر است، زیرا مشخصات مکانیکی و فیزیکی FRP، سبب شده تا  تقویت اتصال با frp  بر خلاف فولاد دچار خوردگی نشود  و در مقابل خوردگی اسیدها، بازها و مواد مهاجم مشابه در دامنه وسیعی از دما بتواند به‌خوبی مقاومت کند.

8. روش مقاوم‌سازی شالوده و پی در ساختمان

1.8. مقاوم‌سازی پی به روش افزایش ابعاد شالوده

مراحل افزایش ابعاد شالوده جهت افزایش ظرفیت باربری فونداسیون عبارت‌اند از:

• خالی‌کردن اطراف فونداسیون

• تمیزکردن و مضرس کردن سطح بتن

• کاشت میل‌گرد ریشه به فاصله ۲۵-۳۰سانتی متری در هر دو جهت با استفاده از چسب سازه‌ای و کاشت میل‌گرد

• مهار آرماتورهای جدید به میل‌گردهای ریشه با استفاده از سیم‌های فولادی. قطر و تعداد آرماتورها باید بر مبنای طراحی انتخاب گردد.

• استفاده از مصالح مناسب بر روی سطح شالوده به‌منظور اتصال مناسب بین بتن قدیم و جدید.

• اجرای بتن جدید قبل از خشک‌شدن مصالح پیونددهنده. بتن جدید می‌بایست دارای افزودنی‌های کاهنده جمع‌شدگی باشد.

2.8. مقاوم‌سازی پی و افزودن شناژ به فونداسیون

در این روش مقاوم‌سازی با استفاده تکنیک اتصال فونداسیون‌ها به یکدیگر، کلیه فونداسیون در تحمل بارهای جانبی مشارکت می‌کند. به همین منظور شناژ بتنی در قالب دال اتصال بین پی‌های ستونی و پی زیر دیوار باربر قرارداده می‌شود.

3.8. تقویت از زیر پی چگونه است؟

تکنیک تقویت از زیر پی عبارت است از مقاوم‌سازی فونداسیون یک ساختمان از طریق عمیق‌تر کردن آن و در نتیجه قرار گرفت فونداسیون بر روی بستر خاک مقاوم‌تر.
بهسازی فونداسیون به روش تقویت از زیر پی معمولاً در موارد زیر انجام می‌گیرد:

• درصورتی‌که در ساختمان نشست و یا ترک‌خوردگی مشاهده گردد، می‌توان نتیجه گرفت سیستم فونداسیون موجود توانایی لازم برای تحمل وزن ساختمان را ندارد.

• تغییر کاربری ساختمان موجود و در نتیجه افزایش بار وارد بر ساختمان در مقایسه با بار طراحی

• مشکلات به وجود آمده برای ساختمان موجود به علت احداث یک ساختمان جدید با فونداسیون عمیق‌تر در مجاورت آن

9. ترمیم بتن آسیب‌دیده را در ساختمان جدی بگیرید

بتن را می‌توان یکی از پرکاربردترین مصالح در ساخت ساختمان نامید. بتن و ساختمان‌های بتنی در طول فرایند بهره‌برداری و ساخت دچار آسیب و تخریب شده که ترمیم بتن را ایجاب می‌کند. انواع آسیب‌های رایج وارد بر بتن در ساختمان‌ها عبارت‌اند از:

• ترک‌خوردگی در بتن

• کرمو شدن بتن

• خوردگی بتن

• کنده‌شدن و آسیب‌های فیزیکی وارد بر سطح بتن

1.9. ترمیم بتن با استفاده از ملات ترمیم بتن

ترمیم‌کننده پایه پلیمری بتن با گرانروی بالا، ملاتی با مقاومتی برابر یا بیشتر از مقاومت بتن پایه و دارای خاصیت گیرش سریع و چسبندگی مناسب با سطح بتن است. از ملات تعمیراتی بتن می‌توان برای ترمیم و تعمیر بتن در قسمت‌هایی که دچار آسیب و ضعف شده است استفاده نمود. ملات تعمیراتی بتن در دو نوع پایه سیمانی و پایه اپوکسی موجود می‌باشد که از آن‌ها برای تعمیر و ترمیم انواع سطوح و المان‌های بتنی و مقاوم‌سازی ساختمان‌ها استفاده می‌شود. با استفاده از انواع ملات تعمیراتی بتن قادر به ترمیم و تعمیر انواع آسیب‌های وارد شده به اعضای بتنی شامل آسیب‌های وارد شده ناشی از اجرا و بهره‌برداری نظیر کرموشدگی بتن و آسیب‌های وارد شده ناشی از شرایط محیطی مخرب هستیم.

2.9. ترمیم بتن به روش تزریق رزین اپوکسی

ترک‌های موجود در بتن باتوجه‌به اهمیت سازه و علل وقوع آن‌ها دسته‌بندی و تعمیر و بازسازی نمود. تزریق رزین اپوکسی تحت‌فشار به‌منظور ترمیم ترک‌خوردگی در عضو بتنی، از جمله روش‌های مقاوم‌سازی کاربردی می‌باشد.
مراحل ترمیم بتن ترک‌خورده به روش تزریق به شرح زیر است:

• الگوگذاری و مشخص‌کردن محل سوراخ‌ها

• سوراخ‌کاری محل‌های مشخص شده در مرحله قبل

• نصب نیپل‌ها و پکرها

• انجام عملیات تزریق با پمپ تزریق

10. بهسازی سیستم سازه‌ای در ساختمان فولادی و بتن‌آرمه

1.10. الحاق دیوار برشی به یک ساختمان

در روش مقاوم‌سازی الحاق دیوار برشی به سازه بتنی یا فولادی می‌توان سختی سازه را تغییر داده و علاوه بر بالابردن ظرفیت تحمل بارهای ثقلی، ظرفیت تحمل بارهای جانبی ناشی از زلزله را نیز افزایش داد.

2.10. افزایش ظرفیت باربری با افزودن بادبند به ساختمان

اضافه نمودن مهاربند فولادی برای مقاوم‌سازی ساختمان بتنی، افزایش سختی، کاهش نیاز به شکل‌پذیری و افزایش مقاومت برشی سیستم را به همراه خواهد داشت. عموماً استفاده از سیستم‌های مهاربندی واگرا (EBF) در مقاوم‌سازی و تقویت ساختمان‌های بتنی به دلیل پر هزینه بودن و مشکلات موجود در اجرا و تأمین تجزئیات تیر پیوند مرسوم نمی‌باشد اما انواع سیستم‌های مهاربندی همگرا می‌توانند در این نوع بهسازی و تقویت سازه‌های بتنی و فولادی مورد توجه قرار گیرند.

جمع‌بندی ونتیجه‌گیری