مقاوم سازی

مقاوم سازی ساختمان امروز در کشور در حالی تعریف میشود که تعداد زیادی از ساختمان‌های قدیمی به پایان عمر برنامه‌ریزی شده خود رسیده‌اند. مشکلات به وجود آمده در آن‌ها خود را در قالب خوردگی فولاد، ترک خوردگی و لایه لایه شدن بتن نشان می‌دهد. به علاوه، خیلی از این ساختمان‌ها برای تحمل بارهای بسیار کوچک‌تری نسبت به شرایط کنونی طراحی شده‌اند. به دلیل همین موارد، مهندسان سازه با چالش مقاوم‌سازی موثر و اقتصادی روبرو هستند.متاسفانه روش واحد و یکسانی برای انجام پروژه‌های مقاوم‌سازی وجود ندارد. به علاوه، فرآیند تعمیرات و بهسازی این سازه‌ها با دشواری بیشتری همراه است، زیرا بیشتر این سازه‌ها در حال بهره برداری بوده و همچنین تخصص بیشتر مهندسان سازه نیز در ساخت سازه‌های جدید است. به هر حال در صورتی که بتوان مقاوم سازی را بدون ایجاد مشکل برای عملکرد فعلی انجام داد، امکان رسیدن به اهداف وجود داشته و کلید رسیدن به موفقیت در این امر ترکیبی از توانایی طراحی و توانایی اجرایی مورد نیاز برای پروژه است. به همین دلیل مهندس باید توان خود را در استفاده از قوانین مکانیکی و سازه‌ای برای رسیدن به یک راه حل جامع به کار ببندد.

 

مقاوم سازی چیست؟

استفاده از واژه مقاوم سازی معمولا برای نوسازی ساختمان بوده، اگرچه هر دو به نظر مشابه می‌آیند، لیکن مفاهیم متفاوتی دارند. تعمیر سازه به فرآیند ساخت مجدد و نوسازی یک ساختمان یا المان‌های سازه‌ای آن گفته می‌شود. این فرآیند شامل یافتن مشکل، حذف قسمت‌های آسیب دیده و همچنین انتخاب و انجام مقاوم سازی مناسب جهت افزایش عمر سازه می‌باشد.

از طرف دیگر، مقاوم سازی، فرآیند بهبود سیستم سازه‌ای یک سازه‌ی موجود برای بهبود عملکرد آن تحت بارهای موجود یا برای افزایش مقاومت اجزای سازه‌ای برای حمل بارهای اضافی انجام می‌گیرد. برای این پروژه‌ها، طراحان با سازه‌هایی روبرو هستند که هر المان بخشی از بار فعلی را تحمل می‌کند. تاثیرات مقاوم سازی و یا حذف جزئی یا کلی المان‌های سازه‌ای باید با دقت بررسی شوند تا تاثیر آن‌ها بر عملکرد کلی سازه مشخص گردد، در صورتی که این مهم محقق نگردد، المان‌های موجود در حوالی منطقه معیوب ممکن است تحت تنش اضافی قرار بگیرند که این خود مشکل ساز خواهد بود.

 

 

 

مقاوم سازی ساختمان های قدیمی

بدون در نظر گرفتن زوال سازه، مقاوم سازی چندان پیچیده نیست. عملکرد ناقص به دلیل خطا در طراحی، حادثه و یا تغییر در بارگذاری به آسانی قابل شناسایی بوده و زمانی که زوال سازه بیشتر می‌شود، مقاوم سازی با پیچیدگی‌هایی همراه می‌گردد.

برای یک سازه‌ی جدید، که به دلیل اشتباه طراحی یا ساخت نامناسب دچار مشکل است، میزان مشکل تقریبا مشخص است و عمر مورد انتظار سازه نیز به آسانی قابل بیان است. در نتیجه انتخاب روش مقاوم سازی مناسب چندان دشوار نیست.

برای سازه‌های قدیمی‌تر که نیاز به مقاوم سازی دارند، شرایط پیچیده‌ تر است. یک موضوع مهم عمر باقی مانده سازه است. چندان عاقلانه نیست که مثلا عمر بخشی از سازه را برای ۵۰ سال تمدید کنیم در حالی که فنداسیون آن تنها ۱۰ سال دیگر عمر خواهد کرد.

برای مثال یک جاده را در نظر بگیرید که قرار است برای ساخت و ساز یک پروژه به مدت ۵ سال مورد استفاده قرار بگیرد. اگر یک پل بر روی جاده موجود باید تعمیر گردد تا برای بازه زمانی کوتاهی مورد استفاده قرار بگیرد، تخریب آن و ساخت یک پل جدید از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. در اینجا، در صورت امکان پل باید مقاوم سازی گردد و پل تعمیر شده نیاز نیست طول عمری بیش از ۵ سال داشته باشد.

با در نظر گرفتن زوال سازه، استراتژی مقاوم سازی پیچیده‌تر می‌گردد، چرا که سطح عملکرد سازه به آرامی کاهش می‌یابد ولی هنوز هم الزامات را برآورده می‌کند.

 

 

روش‌های مقاوم سازی سازه‌های بتنی

خیلی از ساختمان‌هایی که برای کاربری خاصی ساخته شده بودند، امروزه برای کاربرد دیگری که ممکن است نیاز به ظرفیت باربری بیشتری داشته باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در نتیجه‌ی نیاز به تحمل بار بیشتر، سازه‌های موجود باید مجددا ارزیابی شوند تا در صورتی که نیاز به مقاوم سازی برای تحمل این بارها وجود دارد، این کار انجام گیرد.

به صورت کلی، در صورت تغییر آیین‌نامه، تغییر وضعیت لرزه‌ای، ایجاد مشکل به دلیل تاثیرات محیطی (مانند خوردگی)، تغییر در کاربری به گونه‌ای که منجر به افزایش بار بهره برداری گردد و یا مشکلات در سازه به دلیل خطا در طراحی یا اجرا، مقاوم سازی ضروری می‌گردد.

با استفاده از یکی ازروش‌های مختلف از قبیل کوتاه کردن دهانه، کامپوزیت خارجی، فولاد اتصالی خارجی، سیستم‌های پس کشیده‌ی داخلی یا خارجی، بزرگ کردن مقطع و یا ترکیبی از این روش‌ها امکان بهبود سازه بتنی وجود دارد. مانند تعمیر بتن، مقاوم سازی باید به شکل کامپوزیت انجام گیرد تا موثر واقع شود. در ادامه به صورت مختصر هر یک از این روش‌ها توضیح داده می‌شوند.

 

کوتاه کردن دهانه

با نصب تکیه‌گاه‌های اضافی زیر اعضای موجود امکان کوتاه کردن دهانه وجود دارد. مواد مناسب برای کوتاه کردن دهانه شامل اعضای فولادی سازه‌ای و اعضای بتنی مسلح می‌شود؛که نصب آن‌ها آسان است. اجرای اتصالات با ا ستفاده از انکر بولت و انکرهای شیمیایی به آسانی قابل طرح است.

در این روش سیستم بتنی سازه‌ای به نحوی مقاوم سازی می گردد که دهانه مقطع را کوتاه کند و اتصال میانی بخشی از بار را تحمل نماید و بار را با استفاده از اجزای فشاری بیشتری به سازه موجود انتقال دهد. نقطه ضعف این سیستم‌ها در این است که مقداری از فضا از دست می‌رود.

 

 

المان های فولادی اتصالی

استفاده از المان های فولادی اتصالی برای مقاوم سازی در دهه ۱۹۶۰ در آلمان و سوئیس مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از این روش، المان‌های فولادی با یک چسب شیمیایی دو عضوی به سطح بتن چسب می‌شوند و یک سیستم کامپوزیت ایجاد می‌کنند که مقاومت برشی و خمشی بالاتری دارد. المان‌های فولادی می‌توانند صفحات فولادی، ناودانی، نبشی و یا اعضای دیگری باشند.

علاوه بر چسب‌های شیمیایی، انکرهای مکانیکی نیز برای اطمینان از پایداری اتصال در صورت شکست اتصال چسب مورد استفاده قرار می‌گیرند. المان‌های فولادی مشخص باید بلافاصله پس از نصب با یک روش مناسب محافظت شوند. جدای از سیستم‌های مقاوم در برابر خوردگی معمول، باید خواص پایداری طولانی مدت و ملزومات نگه‌داری آن به صورت کامل در نظر گرفته شوند.

برای مثال مدیران یک مدرسه در نیوجرسی تصمیم به نصب چراغ‌هایی بر روی سقف سازه بتنی گرفتند. سقف دارای بتن پیش تنیده بود و نصب این چراغ‌ها نیاز به ایجاد بازشو در سقف بود که این امر باعث کاهش ظرفیت باربری سازه می‌شد؛ این مشکل با طراحی سیستم مقاوم سازی متشکل از الیاف FRP و المان‌های فولادی برطرف گردید.

FRP های خارجی سقف مجاور با قسمت هایی که قرار بود برش داده شوند را مقاوم کرده و المان‌های فولادی قسمت های مختلف سقف را به هم متصل کردند که باعث ایجاد واحدهای جدیدی با مقاومت مورد نیاز شدند.

 

 

پس کشیدگی

پس کشیدگی خارجی برای افزایش مقاومت خمشی و برشی اعضای بتن مسلح از دهه ۱۹۵۰ مورد استفاده قرار گرفته است. با این نوع مقاوم سازی، نیروهای خارجی فعال به اعضای سازه اعمال می‌شوند که با استفاده از کابل‌ها در برابر آن‌ها مقاومت می‌شود. به دلیل اندک بودن وزن اضافی این سیستم، این روش مقاوم سازی موثر و اقتصادی است و با موفقیت برای اصلاح تغییر شکل اضافی و ترک خوردگی در تیرها، دال‌ها، سازه‌های پارکینگ و اعضای تکیه‌گاهی مورد استفاده قرار گرفته است.

نیروهای پس کشیدگی با کمک ایجاد تنش در کابل‌ها یا میله‌های فولادی با مقاومت بالا که معمولا خارج از مقطع اولیه قرار می‌گیرند، ایجاد می‌شوند. کابل‌ها در محل‌های اتصال به سازه متصل می‌شوند، که معمولا در انتهای اعضا قرار دارند. انتهای اتصالات می‌تواند از نگه‌دارنده‌های فولادی متصل به اجزای سازه‌ای یا بلوک‌های بتن مسلح اجرا شده در محل کار باشد.

نیروی آپلیفت مورد نظر با بلوک‌های بسته شده در نقاط با ارتفاع زیاد یا کم المان‌های سازه‌ای ایجاد می‌شود. قبل از پیش تنیدگی خارجی، درون تمام ترک‌ها چسب تزریق می‌شود و محل‌های ورقه ورقه شده جهت اطمینان از توزیع یکنواخت نیرو ترمیم می‌شوند.

 

 

این تصویر نشان‌دهنده‌ی استفاده از یک سیستم پس کشیده‌ی خارجی برای مقاوم سازی می باشد که روش مقاوم سازی موفقی برای سال‌های طولانی بوده است.

استفاده از یک سیستم پس کشیده، علاوه بر اقتصادی بودن و نیاز به زمان کم‌تر، اجازه‌ی استفاده از سازه را در هنگام تعمیرات می دهد که بنابراین این روش مورد استقبال بیشتری قرار گرفته که در این روش پس از تزریق در تمامی ترک‌ها، اطراف مقطع شکل داده شده و بتن جدید برای بازیابی مقطع ریخته می شود و پس از گیرش اولیه بتن، رشته‌های خارجی و یا کابل ها مطابق دستورالعمل مهندسین تنش دار می گردند.

 

بزرگ کردن مقطع

بزرگ کردن مقطع برای مقاوم سازی شامل اضافه کردن یک مقطع بتن مسلح به یک عضو سازه‌ای موجود به شکل پوشش است. با استفاده از روش بزرگ کردن مقطع، ستون‌ها، تیرها، دال‌ها و دیوارها می‌توانند بزرگ شوند تا سختی و ظرفیت باربری آن‌ها افزایش یابد. یک افزایش مقطع معمول، حدودا ۲ تا ۳ اینچ برای دال‌ها و ۳ تا ۵ اینچ برای تیرها و ستون‌ها می باشد.

تصویر زیر نشان دهنده‌ی جزئیات استفاده از افزایش مقطع برای افزایش ظرفیت باربری یک ستون است،برای مقاوم سازی با استفاده از بزرگ کردن مقطع، فولادهای برشی و خمشی به تیر بتنی اضافه شده و سپس ستون شکل نهایی را به خود گرفته و یک پوشش بتنی برای افزایش اندازه مقطع و محافظت از آرماتورها ریخته می شود.

 

 

مقاوم سازی با FRP

الیاف FRP سیستم های تسلیح کننده‌ی پرمقاومت و سبک وزنی هستند که به شکل ورق‌هایی به نازکی کاغذ، لمینت‌های نازک و یا میله‌هایی با چسب اپوکسی برای افزایش ظرفیت باربری به سازه اضافه می‌شوند. این سیستم‌ها قبلا در صنایع هوافضا، خودروسازی و تجهیزات ورزشی مورد استفاده قرار گرفته‌ و حال در تبدیل شدن به یک تکنولوژی معمول برای بهبود سازه‌های بتنی هستند.

ویژگی‌های مهم FRP برای تعمیر سازه و مقاوم سازی شامل خواص ضد خوردگی، نصب سریع و آسان، هزینه کم و ظاهر خوب آن‌ها می‌باشد.

مانند بسیاری از سیستم‌های اتصال خارجی دیگر، اتصال بین سیستم‌های FRP و بتن موجود بسیار مهم است و آماده سازی سطح اهمیت زیادی دارد. به صورت معمول، با اعمال چسب شیمیایی به سطح آماده، نصب المان‌های FRP روی چسب و در موارد مورد نیاز استفاده مجدد از چسب، این سیستم‌ها نصب می‌گردند. بعد از گیرش، کامپوزیت‌های FRP به ظرفیت المان‌ها می‌افزایند، زیرا مقاومت کششی آن‌ها تا ۱۰ برابر فولاد است.

تصویر زیر نشان‌دهنده‌ی یک شکل شماتیک برای مقاوم سازی تیر اصلی سازه در یکی از دانشگاه‌های فلوریدا است. سقف سازه به عنوان پیاده‌رو مورد استفاده قرار می‌گرفت و به دلیل تغییرات به وجود آمده در موقعیت محلی نیاز بود که سقف سازه به عنوان مسیر اصلی خودروهای اضطراری مورد استفاده قرار بگیرد.

تحلیل دال سقف مشخص نمود که مقاومت کافی برای حمل بارهای ناشی از عبور خودروهای آتش نشانی و دیگر خودروهای اضطراری را ندارد. بنابراین نیاز به روشی برای مقاوم‌سازی دال بود. با استفاده از ورق‌های FRP خارجی، مقاوم‌سازی مقرون به صرفه، آسان و با هزینه کم انجام گرفت.

 

 

الیاف FRP در مقاوم سازی به عنوان المان‌های تسلیح اضافی به تحمل تنش‌های کششی کمک نموده و از آسیب به المان‌های تسلیح مقطع بتنی جلوگیری می کنند.

علاوه بر FRP، کامپوزیت‌های پلیمری تسلیح کننده‌ی فولادی (SRP) نیز می‌توانند به عنوان المان‌های تسلیح خارجی مورد استفاده قرار بگیرند. این سیستم نوآورانه‌ی پایه فولادی (به نام Hardwire) ابتدا در سال ۲۰۰۲ وارد بازار شد. این روش، یک روش مقاوم سازی کم هزینه شامل سیم‌های فولادی با مقاومت بسیار بالا است که دور هم پیچانده می‌شوند تا طناب‌های فولادی تسلیح کننده با قطر حدود ۰٫۰۳۵ اینچ ایجاد نمایند.

سیم‌های فولادی مقاومت کششی نزدیک به ۴۵۰kips دارند که تقریبا ۱۰ برابر مقاومت فولاد رایج سازه‌ای است ولی مدول الاستیک آن‌ها مانند فولاد معمولی است. این سیستم مقاوم سازی می‌تواند با استفاده از مواد سیمانی یا چسب مورد استفاده قرار گیرد تا مقاومت برشی و خمشی المان‌های سازه‌ای را افزایش دهد.

 

هزینه مقاوم سازی ساختمان

به صورت کلی مقاوم سازی ساختمان یکی از فرآیندهای پرهزینه است. به همین دلیل تاکید زیادی بر رعایت اصول فنی لازم در حین اجرای ساخت و ساز می گردد. با این حال گریز از اشتباهات اجرایی ناممکن است. از طرف دیگر همان طور که قبلا هم بیان شد ممکن است مقاوم سازی به دلایل مختلف دیگری مورد نیاز باشد؛ از مقاوم سازی یک المان کوچک تا مقاوم سازی کل سازه.

به هر حال در زمینه ساخت و ساز و عمران، مدیریت هزینه ها یکی از مهم ترین و تعیین کننده ترین عوامل است. در مقاوم سازی ساختمان ها نیز هزینه عامل تعیین کننده محسوب می شود. بنابراین هزینه مقاوم سازی ساختمان باید پیش از هرگونه عملیات اجرایی تا حد ممکن به صورت دقیق محاسبه و بهترین و مناسب ترین راه ممکن انتخاب گردد.

هزینه مقاوم سازی به صورت کلی به دو عامل بستگی دارد، یکی قیمت مصالح مورداستفاده و دیگری هزینه و دستمزد اجرا.

 

 

به عنوان مثال در مورد الیاف FRP قسمت اعظم هزینه مقاوم سازی به این دو عامل مرتبط است:

•  قیمت الیاف FRP
•  قیمت اجرای FRP

 

قیمت الیاف FRP

عوامل مختلفی در قیمت الیاف تاثیرگذارند. از جمله این عوامل می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• شرکت تولیدکننده الیاف: یکی از عوامل تعیین کننده قیمت الیاف مورد استفاده شرکت تولید کننده آن است. طبیعی است که شرکت هایی که محصولات آن ها شناخته شده تر هستند، قیمت بالاتری را در بازار دارند.
• کیفیت الیاف مورد استفاده: هر چقدر کیفیت الیاف بالاتر باشد، طبیعتاً قیمت آن هم بالاتر خواهد بود. اهمیت شناخت نیاز و استفاده از بهترین و مقرون به صرفه ترین گرینه تفاوت یک انتخاب معمولی و یک انتخاب خوب را نشان خواهد داد.
• نوع الیاف مورد استفاده: اگرچه غالبا الیاف کربن برای مقاوم سازی به کار می روند، ممکن است در مواردی انواع دیگری از الیاف نیز به کار روند. در هر صورت نوع الیاف مورد استفاده نیز در قیمت الیاف بسیار موثر است.
• تکنولوژی الیاف مورد استفاده: از جمله یک جهته یا دو جهته بودن الیاف، وزن مخصوص الیاف مورد استفاده و … می تواند در تعیین قیمت الیاف نقش موثری داشته باشد.

 

قیمت اجرای FRP

در مقاوم سازی پس از تهیه مصالح نوبت به اجرا می رسد؛ برآورد هزینه در این جا کمی دشوارتر از مرحله قبل است. زیرا عوامل مختلفی در هزینه تمام شده تاثیرگذار هستند و انتخاب صحیح از میان گزینه های موجود در کاهش یا افزایش هزینه تمام شده تاثیر به سزایی خواهد داشت. نکته قابل توجه لزوم اهمیت به قیمت و کیفیت تمام شده کار است. برای این منظور باید مجموع هزینه اجرا و هزینه مصالح مورد استفاده در هر پیشنهاد مورد بررسی قرار گیرد.

همچنین باید علاوه بر قیمت تمام شده به کیفیت ارائه خدمات شرکت ها و کیفیت مصالح مورد استفاده آن ها نیز توجه کرد. استفاده از مصالح با کیفیت پایین و یا اجرای نامناسب می تواند نتیجه نامطلوبی را به همراه داشته و نیاز به مقاوم سازی مجدد را ایجاد کند.  در این زمینه استفاده از کارشناسان با تجربه و یا سپردن کار به یک گروه متخصص در این زمینه بهترین پیشنهاد ممکن بوده که برای این منظور میتوانید با کارشناسان گروه تخصصی هیلتیران در ارتباط باشید.

 

مقاوم سازی با هیلتیران

فارغ از دانش و تجربه‌ی به دست آمده از بیش از ۱۰۰ سال ساخت سازه‌های بتنی، سازه‌ها به تعمیرات و یا مقاوم سازی به دلایل طبیعی، اشتباهات انسانی و تغییر در شرایط بار دارند. به علاوه، تشخیص این که تعمیر بتن و مقاوم سازی هنری علمی است که شامل استفاده از مواد معمولی و پایه سیمانی می‌شود، دارای اهمیت است.

درک دشواری و پیچیدگی بیشتر ارزیابی و طراحی مقاوم سازی نسبت ساخت سازه‌های جدید بسیار مهم است. معمولا، چالش زمانی شروع می‌گردد که عوامل ناشناخته درگیر با شرایط سازه وارد معادله می‌شوند؛ مانند مسیر بار، خواص مواد و همچنین اندازه و محل تسلیح کننده‌های موجود.

میزان تقسیم بار بین سیستم جدید و سازه‌ی موجود نیز باید به درستی ارزیابی و مشخص گردد تا در طراحی، جزئیات و اجرا به درستی رعایت شود. اهمیت جزئیات و تاثیر مستقیم آن بر موثر و پایدار بودن بهبود سازه بسیار مورد تاکید است. در حیقیت، عدم پرداخت کافی به جزئیات می‌تواند باعث شکست تمام تعمیرات گردد.

به علاوه، مهندسین باید فرآیند مناسبی را برای تعمیرات خاص و پروژه‌های مقاوم سازی 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. اگرچه ممکن است به نظر برسد که روش اقتصادی‌تر استفاده از شرکت‌هایی است که تخصصشان ساخت سازه‌های جدید است؛ این کار ممکن است باعث وارد شدن به چرخه‌ی تعمیر مجدد تعمیرات شود و هزینه و زمان بیشتری را شامل گردد.

در مورد مقاوم سازی این جمله اهمیت بالایی دارد : همان اولین بار مقاوم سازی را درست انجام دهید …