مقاوم سازی ساختمان

امروزه یافتن راه‌حل های مناسب جهت مقاوم‌ سازی ساختمان‌ ها 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.

روش‌های ترمیم و مقاوم سازی

solutions

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 ی 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 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 ساختمان و بهسازی لرزه ای 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 طرح مقاوم سازی متناسب ارائه شود.

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 و مقاوم سازی 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 مقاوم سازی 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 اهميت 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 ارائه طرح مقاوم سازی می باشد.

مراحل مقاوم سازی ساختمان در افزیر

مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی و فولادی

یکی از روش های متداول مقاوم سازی ساختمان ها که از زمان های قدیم مورد استفاده بوده و هنوز هم استفاده زیادی از آن می شود استفاده از ژاکت بتنی و فولادی به جهت مقاوم سازی ساختمان در المان های مختلف مثل تیر ها، ستون ها و دیوار ها می باشد. از ژاکت های بتنی و فولادی بیشتر به جهت مقاوم سازی قسمت های آسیب دیده المان ها و تقویت های موضعی خمشی و برشی استفاده می شود.

یکی از روشهای رایج مقاوم سازی ساختمان ها و در قسمت هایی از المان های بتنی که دارای ضعف در میزان مقاومت بوده و یا دارای خیزهای غیر مجاز می باشند، استفاده از ورق های فولادی است . در این روش مقاوم سازی از صفحات و ورق های فولادی برای تقویت تیرها، ستون ها و سقف های بتنی استفاده می شود. اجرای این روش باید با دقت بسیار بالایی صورت پذیرد به طوری که ورق فولادی چسبندگی کافی به المان مورد نظر پیدا کند و عملکرد مناسبی در باربری عضو مورد نظرداشته باشد.

با مطالعه و بررسی خرابی های ایجاد شده در ساختمان های مختلف طی زلزله های گوناگون مشخص شده که بسیاری از خرابی در ناحیه اتصالات سازه ها صورت می گیرد. ضعف های طراحی و اجرایی و عدم آشنایی کامل با رفتار اتصالات خصوصا در هنگام اعمال بارهای رفت و برگشتی مثل زلزله خسارت های جبران ناپذیری را به ساختمان وارد می کند. مقاوم سازی اتصالات بتنی و مقاوم سازی اتصالات فولادی یکی از مراحل به نسبتا پیچیده در مقاوم سازی ساختمان ها می باشد. همان طور که پیش تر هم اشاره شد مقاوم سازی اتصالات در سازه های بتنی نسب به سازه های فولادی دارای پیچیدگی های بیشتر است که از دلائل آن می توان به غیر قابل مشاهده بودن جزییات آرماتور گذاری و… در محل اتصال اشاره نمود. انواع ضعف ها در اتصالات سازه های بتنی عبارتند از: گسیختگی برشی اتصال، کمانش میلگرد های طولی تیر و ستون، کمبود میلگردهای مثبت و منفی و… در مقابل و در سازه های فولادی انواع ضعف های اتصالات عبارتند از: خرابی تیرها در محل اتصال، خرابی ستون ها در محل اتصال، خرابی ورق اتصال جان و…

بسته به نوع خرابی های پیش آمده در اتصالات از روش های گوناگونی برای مقاوم سازی اتصالات استفاده میشود که برخی از آن ها عبارتند از:

  • استفاده از روکش بتنی
  • استفاده از روکش فولادی
  • استفاده از ورق روسری و زیرسری مضاعف
  • استفاده از لچکی
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

افزودن مهاربندهای فولادی و دیوارهای برشی

عمده ترین وظیفه مهاربندها و دیوارهای برشی مستهلک کردن نیروی زلزله وارد بر ساختمان می باشد. استفاده از دیوار برشی در ساختمان هایی که هم اکنون ساخته می شوند بسیار متداول بوده اما بیشتر ساختمان هایی که مدت زیادی از ساخت آن ها میگذرد فاقد این المان می باشند. دیوار های برشی در دو نوع فولادی و بتنی مورد استفاده قرار می گیرند که نوع فولادی بر خلاف نوع بتنی ابعاد زیادی نداشته و ساختمان را دچار محدودیت در فضاهای معماری نمی کند اما کمتر متداول بوده و به همین دلیل خیلی مورد علاقه و استفاده کارفرمایان قرار نمیگیرد . یکی از متداول ترین المان های باربر جانبی (خصوصا در در سازه های فولادی) مهاربندها هستند که از دیرباز تا کنون استفاده های زیادی از آن ها شده است. به همین علت یکی از روش های بسیار مرسوم در بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی ساختمان ها 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 ی روش های دیگر مقاوم سازی ساختمان معایبی هم چون پیچیده بود جزییات اتصالات را دارد ولی در کل روشی بسیار مفید و کاربردی است.

مزایای مقاوم سازی به روش افزودن مهاربند فولادی و دیوار برشی
  • افزایش مقاومت سازه در برابر نیرو های جانبی
  • افزایش سختی سازه
  • افزایش باربری سازه (ثقلی و جانبی)
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

شاتکریت یا بتن پاشی بر دیوارها یکی از روش های موثر در مقاوم سازی ساختمان ها می باشد. این روش که بیش تر در ساختمان های بتنی و بنایی مورد استفاده قرار می گیرد تاثیر زیادی بر مقاوم سازی ساختمان دارد.روش دیگری به نام ماتریس های سیمانی مسلح شده با الیاف (FRCM)مشابه روش شاتکریت اخیرا مورد استفاده قرار گرفته است. در روش FRCM،ابتدا شبکه میلگرد FRP بر روی دیواری که قبلا اجرا شده قرار می گیرد و پس از قرار گیری آن ها و مهار میلگرد ها عملیات بتن پاشی با استفاده از دستگاه شاتکریت (بتن پاش) انجام می شود.

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

مقاوم سازی به روش پس کشیدگی و پیش تنیدگی

یکی از روش های بهسازی ساختمان های 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