روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان 

مقاوم‌سازی ساختمان به حالتی که برای بالابردن مقاومت یک ساختمان در برابر نیروهای خارجی و یا عوامل محیطی مانند سیل، زلزله و ... گفته می­شود که ممکن است به سازه وارد شود. مقاوم‌سازی ساختمان، اغلب می‌تواند مقرون به صرفه‌تر از ساخت یک مرکز جدید باشد. طراحی عمده بازسازی و مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود به منظور ایجاد اقدامات پایدار باعث کاهش هزینه‌های بهره برداری و اثرات زیست محیطی می‌شود و می‌تواند سازگاری، دوام و انعطاف پذیری ساختمان را افزایش دهد. در این مقاله ابتدا مروری کلی بر این مفهوم داشته و سپس روش‌های مختلف بازسازی انواع ساختمان را بررسی می‌کنیم.

در مرکز فنی و مهندسی مرکز بتن ایران، پروژه‌های متعددی در حوزه‌ی مقاوم‌سازی ساختمان به سرانجام رسانده که می‌توانید آن‌ها را مشاهده کنید.

 

مقاوم‌سازی ساختمان به چه معناست؟

به طور کلی مفهوم مقاوم‌سازی ساختمان از نظر علم عمران، به افزایش و تقویت مقاومت یک سازه در برابر انواع فشارها، که اکثرا شامل عوامل طبیعی می‌شوند، اشاره دارد. از مهم‌ترین کاربردهای مقاوم‌سازی، بالا بردن میزان استحکام ساختمان‌ها در برابر زمین لرزه می‌باشد. تقویت و بهینه‌سازی ساختمان‌ها تاثیرات چشم‌گیری بر افزایش مقاومت سازه‌ها داشته و به شیوه‌های مختلف و گوناگونی قابل اجرا است.

مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی کاربرد زیادی داشته که اطلاعات بیشتر درباره‌ی آن را در مقاله‌ی " مقاوم سازی بتن و ترمیم ساختمان‌های بتنی " می‌توانید مطالعه کنید.

 

دلایل نیاز به بازسازی در ساختمان

علل زیادی برای انجام مقاوم‌سازی ساختمان وجود دارند. در سراسر جهان می‌بینیم که بسیاری از ساختمان‌ها دارای ضعف‌هایی هستند؛ اما با وجود تفاوت در این ضعف‌ها، تنها به وسیله‌ی اجرای بهبود سازه‌ها می‌توان آن‌ها را از بین برد و استحکام ساختمان‌ها را به طور اصولی و با استفاده از روش‌های روز دنیا افزایش داده و بازسازی کرد.

 

بسیاری از ساختمان‌هایی که در ابتدا برای استفاده‌های خاصی ساخته‌شده‌اند، با گذشت زمان به دلیل تغییر در استفاده و کاربرد آن‌ها باید بازسازی شوند؛ چرا که ممکن است به ظرفیت بارگذاری بیشتری نیاز داشته باشند. درنتیجه‌ی این تقاضاهای بار بالاتر، ساختارهای موجود باید دوباره ارزیابی‌شده و برای برآورده شدن نیازهای بار اضافی ممکن است تقویت ساختمان ضرورت یابد.

برای سازه‌های فولادی و بتن آرمه، بهینه‌سازی ساختمان در برابر زلزله می‌تواند با استفاده از یکی از روش‌های مختلف نظیر شاتکریت، اتصالات قطعات پیش‌ساخته و چسباندن ورقه‌های فولادی، افزایش سطح مقطع بخش بتنی با بهره‌گیری از پوشش بتنی، تقویت خارجی و همچنین سایر روش‌ها و یا ترکیب آن‌ها، انجام شود. برای مؤثر بودن و به اشتراک گذاشتن بارهای اعمال‌شده، بازسازی ساختمان نیز همانند تعمیر سازه‌ای، باید با ترکیب ساختارهای موجود انجام شود.

 

عیب یابی تا مقاوم‌سازی ساختمان

یکی از مهم‌ترین اهداف برای مقاوم‌سازی ساختمان، بهبود عملکرد آن در برابر زلزله است. این کار می‌تواند با استراتژی‌های متفاوتی بدست آید. انتخاب بهینه‌ترین استراتژی بازسازی به درک صحیح از رفتار ساختمان در برابر زلزله وابسته است. در واقع یک راهکار مقاوم‌سازی با برنامه ریزی مناسب می‌تواند عملکرد یک ساختمان را پایدارتر کند.

بررسی اولیه

در مراحل اولیه طرح مقاوم‌سازی ساختمان، انجام عیب یابی لرزه‌ای به منظور سنجش عملکرد یک ساختمان در هنگام زلزله اهمیت دارد. بنابراین در گام اول باید موارد زیر کنترل گردد:

• سال ساخت ساختمان
• نوع سازه ساختمان
• شرایط محیطی
• در دسترس بودن تمامی نقشه‌ها

شناخت نقاط ضعف ساختمان

شناخت نقاط ضعف یک ساختمان برای مقاوم‌سازی ساختمان در زمان زلزله از سه مرحله تشکیل شده است:

• مرحله اول:

تشخیص و عیب یابی اولیه یک ساختمان با تعداد دیوارهای به نسبت زیاد

·مرحله دوم:

به کار گیری روش‌های تشخیص و عیب‌یابی پایه که بر اجزای سازه‌ای همچون ستون‌ها و دیوارها متمرکز است.

·مرحله سوم:

تشخیص و عیب‌یابی دقیق که مقاومت تیر را در مقایسه با ستون‌ها و دیوارها مورد بررسی قرار می‌گیرد.

 

انتخاب و اجرای طرح مقاوم سازی ساختمان

بر مبنای نتایج بدست آمده از مراحل قبل، پایداری و عملکرد لرزه‌ای ساختمان به صورت جامع سنجیده شده و بهینه‌ترین روش مقاوم‌سازی ساختمان پیشنهاد می‌شود. پس از انتخاب طرح بهبود ساختمان، جزییات اجرای طرح پیشنهادی مقاوم سازی تنظیم شده و سپس مقاوم‌سازی ساختمان انجام می‌گیرد.

 

رویکردهای مورد استفاده در مقاوم‌سازی ساختمان

مقاوم‌سازی ساختمان بر مبنای سه رویکرد اصلی انجام می‌شود:

• رویکرد تقویت سازه ساختمان: محبوب‌ترین روش مقاوم‌سازی بوده و میزان عملکرد یک ساختمان را بهبود می‌بخشد.
• رویکرد جداسازی لرزه‌ای: بر مبنای این رویکرد، میزان تاثیر ارتعاش تولید شده توسط زلزله بر ساختمان کاهش می‌یابد.
• رویکرد کنترل ارتعاش و لرزه: کنترل ارتعاش سازه ساختمان مبنای عملکرد این رویکرد است.

 

روش‌های مورد استفاده جهت مقاوم‌سازی ساختمان

بر مبنای رویکردهای مقاوم‌سازی روش‌های زیر برای بهبود یک ساختمان آسیب پذیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

·مقاوم‌سازی ساختمان بر مبنای تقویت سازه

تقویت سازه ساختمان، تکنولوژی استاندارد برای مقاوم‌سازی لرزه‌ای است. بر مبنای این تکنیک، مقاومت سازه ساختمان بیشتر می‌شود. استفاده از پوشش  FRP، بادبند فلزی و… از روش‌های مورد استفاده بر مبنای این رویکرد مقاوم‌سازی می‌باشد.

·مقاوم‌سازی ساختمان بر مبنای جداسازی لرزه‌ای

در این متد از اثر ارتعاشات تولید شده به وسیله زلزله با نصب تجهیزات جداکننده لرزه‌ای مانند تکیه‌گاه لاستیکی که در بین زمین و ساختمان قرار می‌گیرد، کاسته می‌شود. بعلاوه این روش و تکنولوژی می‌تواند شامل جداسازی لرزه‌ای کف‌های فضای مشخصی از ساختمان نیز باشد.

·مقاوم‌سازی ساختمان بر مبنای کنترل ارتعاش سازه

در این تکنولوژی دمپرهای خنثی کننده ارتعاش به سطح دیوار، مخزن بزرگ آب و یا یک جرم آویزان شده از سقف و…. برای کنترل کردن لرزش ساختمان نصب می‌شود.

 

8 روش مقاوم‌سازی ساختمان

برای مقاوم‌سازی ساختمان‌ها، افزایش ایمنی ساختمان‌های بتن آرمه و همچنین جبران ضعف ساختمان‌ها در برابر زلزله، روش‌های مختلفی تاکنون به کار گرفته شده است. در ادامه به بررسی 9 مورد از پرکاربردترین روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان‌ها می‌پردازیم

1.اضافه کردن دیوار برشی :

با وجود اینکه اضافه کردن دیوار برشی یک روش مناسب برای مقاوم‌سازی ساختمان‌ها بوده و اصولا اولین راه‌حلی است که درباره یک ساختمان بتنی استفاده می‌شود، ولی مشکلاتی ممکن است وجود داشته باشد که نتوانیم از آن استفاده کنیم. مثلا ممکن است معماری ساختمان به شکلی باشد که استفاده از دیوار برشی را غیر ممکن کند یا ممکن است ضعف ساختمان به قدری نباشد که نیاز به دیوار برشی باشد و یا اصولا ممکن است به کار بردن دیوار برشی منتهی به مخارج زیادی بشود.

در مقاوم‌سازی ساختمان‌ها، وظیفه اصلی یک سیستم دیوار برشی فولادی مقابله در برابر برش افقی طبقات و لنگر واژگونی حاصل از نیروهای جانبی است. به طور کلی یک سیستم دیوار برشی فولادی شامل یک دیوار ورق فولادی، دو ستون مرزی و تعدادی تیرهای افقی است.

برخی فواید استفاده از دیوارهای برشی فولادی در تقویت سازه‌ها عبارت‌اند از:

•  چنانچه دیوارهای برشی فولادی به‌درستی طراحی شوند، سیستم‌هایی با شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی بالا حاصل می‌شود. در نتیجه این مساله دیوارهای برشی فولادی را می‌توان سیستم‌های باربر جانبی بسیار کارآمد و اقتصادی دانست.
• سیستم دیوار برشی فولادی در مقایسه با سیستم‌های باربر جانبی دیگر دارای سختی اولیه بالایی است؛ بر این اساس استفاده از این سیستم تغییر مکان‌های جانبی نسبی را کاهش می‌دهد.
•  دیوارهای برشی فولادی در مقایسه با دیوارهای برشی بتنی، بسیار سبک‌تر بوده که این مساله به‌نوبه خود می‌تواند باعث کاهش بارهای وارده بر ستون‌ها و فونداسیون سازه و همچنین کاهش بارهای جانبی زلزله در نتیجه وزن کمتر سازه باشد.
•  چنانچه در نصب دیوارهای برشی فولادی از جوش کارگاهی و پیچ‌های پای کار استفاده شود، فرآیند نصب سریع‌تر و هزینه‌های ساخت و ساز، بازدید و کنترل کمتر خواهد بود.

می‌توانید برای مشاوره، دریافت و اجرای انواع خدمات فنی و مهندسی بتن، با ما تماس بگیرید.

 

2.مقاوم سازی تیر به روش ژاکت بتنی:

یکی از تکنیک‌های مرسوم افزایش ظرفیت باربری ثقلی تیرها (بتنی و یا فولادی) در ساختمان‌ها، اجرای ژاکت بتنی است. در این روش تیرهایی که دارای ضعف باربری بوده و یا دچار آسیب دیدگی هستند، با اضافه کردن آرماتورها، قالب بندی و اجرای بتن ریزی (معمولا بتن خودتراکم) مجدد مقاوم سازی می‌گردند. در مواقعی که ژاکت بتنی ضخامت کمی داشته باشد، می‌توان از شاتکریت بتنی جهت اجرای بتن استفاده کرد.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید مقاله‌ی " ژاکت بتنی چیست و چه مزایا و معایبی دارد؟ " را مطالعه کنید.

3.مقاوم‌سازی با استفاده از ژاکت فولادی

از جمله راه‌های مقاوم‌سازی ساختمان، استفاده از ژاکت فولادی می‌باشد. در این روش مقطع تیر با استفاده از ورق‌های فولادی بصورت دور پیچ، نواری v و یا موضعی تقویت می‌گردد. ژاکت فولادی می‌تواند در مقاوم‌سازی تیرهای بتنی و فولادی مورد استفاده قرار گرفته و بدون افزایش قابل توجه در وزن ساختمان شکل پذیری سازه را بهبود بخشد. روش مرسوم برای اجرای این تکنیک و ایجاد محصور شدگی، اتصال ورق‌های فلزی پیرامونی با بولت به تیر است.

برای مشاهده‌ی مشخصات الیاف فولاد آلیاژی بتن از اینجا وارد شده و برای تهیه آن‌، با ما تماس بگیرید.

• مقاله‌ی پیشنهادی: ژاکت فلزی چیست و چه مزایا و معایبی دارد؟

 

4.تقویت ستون‌ها:

برای مقاوم‌سازی ساختمان، تقویت ستون‌ها به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. این روش‌ها بر حسب نوع ضعف ستون و تقویت مورد نظر ممکن است برای تقویت یک ساختمان به کار روند. تقویت ستون‌ها یک روش کارا در مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی است. در این روش تقویت دیوارهای بتن مسلح به دو طرف ستون‌های سازه اضافه شده و به این طریق ظرفیت ستون افزایش می‌یابد. لازم به ذکر است که در این روش، دهانه تیرهای دو طرف ستون کاهش یافته و احتمالا مکانیزم شکست آن‌ها بعد از تقویت تغییر پیدا می‌کند. لذا کنترل برش این تیرها ضروری است.

مقاوم‌سازی ساختمان به این روش، اهداف مختلفی دارد؛ از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• با اضافه کردن دیوارهای دو طرف ستون در واقع باید مقاومت جانبی ساختمان افزوده گردد.
• با افزایش ظرفیت ستون، مکانیزم شکست ستون به شکست تیر تغییر می‌کند.
• این روش مقاوم‌سازی برای ساختمان‌هایی که با این مشخصات مناسب است: دارای مقاومت جانبی و شکل پذیری کم ستون‌ها، دارای تیرهای خیلی قوی یا تیرهای با قدرت شکل پذیری بالا
• نحوه توزیع این مقاوم‌سازی در پلان ساختمان توزیع شده و حتی الامکان در درصد بیشتری از ستون‌های طبقه این تقویت انجام می‌شود. به منظور حفظ مکانیزم تسلیم تیرها، باید نسبت طول به ارتفاع تیر پس از تقویت ستون‌ها بیش از 4 باشد.

 

5.مقاوم‌سازی با استفاده از الیاف FRP

الیاف FRP یکی دیگر از روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان است که برای تقویت تیرها به کار می‌رود. در این روش با استفاده از القای کشش در کابل‌های پیش‌تنیدگی، نیروهای داخلی باز توزیع شده، ظرفیت باربری فعال عضو بلافاصله بالا رفته و در نتیجه تیر حاضر تقویت می‌شود.

6.مقاوم‌سازی تیر با کامپوزیت های FRP

مقاوم‌سازی تیر بتنی با مصالح FRP در طی سه الی چهار روط به 3 برابر مقاومت کششی فولاد می‌رسند، از این رو با توجه به اینکه الیاف FRP مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورقه‌های فولادی دارند، در مقاوم‌سازی 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 مورد استفاده و همچنین مقاومت بتن موجود، در میزان افزایش مقاومت خمشی سازه‌های بتنی با استفاده از سیستم‌های FRP دخیل هستند.

از مزایای این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش مقاومت خمشی تیر
• افزایش مقاوم برشی تیر
• افزایش شکل پذیری تیر
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی
• افزایش دوام و عمر
• کنترل عرض ترک
• ضخامت کم ورقه‌های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
• سهولت در اجرا
• هزینه پایین نسبت به روش‌های مرسوم دیگر
• ترمیم ناشی از خوردگی

 

7.مقاوم سازی با شاتکریت بتنی دیوار

استفاده از شاتکریت بتنی و مسلح نمودن دیوار بتنی یا بنایی در مقاوم‌سازی ساختمان به صورت کلی تاثیر 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 بتن پاشی صورت می‌گیرد.

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

 

8.مقاوم سازی اتصالات

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. به همین علت اصلاح عملکرد گره اتصال، باعث بهبود عملکرد کل سیستم و بهبود کل ساختمان خواهد شد. روش‌های متنوعی برای تقویت اتصالات وجود دارد که با توجه به معیارهای مختلف یک یا ترکیبی از آن‌ها برای بهبود عملکرد اتصال و تقویت آن در برابر زلزله انتخاب می‌شوند:

 

• تزریق رزین اپوکسی در ژاکت فولادی اتصالات بتنی
• استفاده از طوق‌های پیش تنیده X شکل
• 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

 

9.کنترل ارتعاشات سازه‌ها

اهمیت بهبود سازه‌هایی مانند بیمارستان‌ها و ایستگاه‌های پلیس که لازم است بلافاصله پس از وقوع زلزله امکان خدمت رسانی بی‌وقفه را داشته باشند نسبت به سازه‌هایی با سایر کاربری‌ها، بیشتر است.

در کشور ما بسیاری از سازه‌هایی با درجه اهمیت بالا از جمله تعدادی از بیمارستان‌ها، با توجه به اصول طراحی لرزه‌ای طراحی نشده‌اند، به همین دلیل مقاوم‌سازی این گونه ساختمان‌ها با روش‌های مناسب، از اهمیت قابل توجهی برخوردار است.

 

اولویت مقاوم‌سازی ساختمان‌ها

با توجه به افزایش روز افزون جمعیت و پیشرفت سریع دنیای امروز، نیاز به ساخت ساختمان‌هایی بادوام و کارایی بالا می‌باشد. از این رو استفاده از مصالح جدید و همچنین مقاوم‌سازی ساختمان‌ها به خصوص در سازه‌های مهم و حساس، امری اجتناب ناپذیر است.
امروزه روش‌های زیادی برای مقاوم‌سازی ساختمان‌ها وجود دارد که استفاده از این روش‌ها برحسب مورد متفاوت است. باید در نظر داشته باشیم که قبل از شروع بهبود یک سازه، ابتدا باید نوع اسکلت سازه، مصالح استفاده شده در آن و نقشه‌های اجرایی آن را بررسی کرده و سپس اقدام به انتخاب یک روش مقاوم‌سازی متناسب با سازه نمائیم.

در مقاوم‌سازی ساختمان، مهندسین باید فرآیند مناسبی را برای تعمیرات خاص و پروژه‌های تقویت ساختمان را در نظر بگیرند که از ساخت سازه‌های جدی متفاوت است. استفاده از شرکت‌هایی که با تمام ویژگی‌های بحرانی ممکن آشنا هستند، می‌تواند نتیجه‌های موثر و طولانی مدتی را برجا گذارد. مرکز بتن ایران، دارای فنی‌ترین و مجهزترین تیم مهندسی بتن در جنوب کشور می‌باشد. برای دریافت انواع خدمات مقاوم‌سازی، با ما تماس بگیرید.