امروزه مقاوم سازی ساختمان در کشور در حالی تعریف میشود که تعداد زیادی از ساختمان‌های قدیمی به پایان عمر برنامه‌ریزی شده خود رسیده‌اند. مشکلات ایجاد شده در آن‌ها خود را در قالب خوردگی فولاد، ترک خوردگی و لایه لایه شدن بتن نشان می دهد. به علاوه، بسیاری از این ساختمان‌ها برای تحمل بارهای بسیار کوچک‌تری نسبت به شرایط کنونی طراحی شده‌اند. به خاطر همین موارد، مهندسان سازه با چالش مقاوم‌سازی موثر و اقتصادی مواجه هستند. متاسفانه روش واحد و یکسانی برای انجام پروژه‌های مقاوم‌سازی وجود ندارد. علاوه بر این، فرآیند تعمیرات و بهسازی این سازه‌ها با دشواری بیشتری همراه است؛ چرا که بیشتر این سازه‌ها در حال بهره برداری بوده و همچنین تخصص بیشتر مهندسان سازه نیز در ساخت سازه‌های جدید می باشد.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
مقاوم سازی چیست؟
به طور معمول استفاده از واژه مقاوم سازی برای نوسازی ساختمان بوده، اگرچه هر دو به نظر مشابه می‌آیند، اما مفاهیم متفاوتی دارند. تعمیر سازه به فرآیند ساخت مجدد و نوسازی یک ساختمان یا ویژگی های سازه‌ای آن گفته میشود. این فرآیند شامل یافتن مشکل، حذف بخش های آسیب دیده و همچنین انتخاب و انجام مقاوم سازی مناسب به منظور افزایش عمر سازه می باشد.
از سمت دیگر، مقاوم سازی، فرآیند بهبود سیستم سازه‌ای یک سازه‌ی موجود برای بهبود عملکرد آن تحت بارهای موجود یا برای بالا بردن مقاومت اجزای سازه‌ای برای حمل بارهای اضافی صورت می گیرد. برای این پروژه‌ها، طراحان با سازه‌هایی مواجه هستند که هر المان قسمتی از بار فعلی را تحمل می‌کند. تاثیرات مقاوم سازی و یا حذف جزئی یا کلی ویژگی‌های سازه‌ای باید با دقت بررسی گردند تا تاثیر آن‌ها بر عملکرد کلی سازه مشخص شود، در صورتی که این مهم محقق نگردد، ویژگی های موجود در حوالی منطقه معیوب امکان دارد 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 خاطر خطا در طراحی، حادثه و یا تغییر در بارگذاری به آسانی قابل شناسایی می باشد و هنگامی که زوال سازه افزایش می یابد، مقاوم سازی با پیچیدگی‌هایی همراه میشود.
برای یک سازه‌ی جدید، که به خاطر اشتباه طراحی یا ساخت نامناسب دچار مشکل است، میزان مشکل تقریبا مشخص بوده و عمر مورد انتظار سازه نیز به آسانی قابل بیان خواهد بود. در نهایت انتخاب روش مقاوم سازی مناسب چندان دشوار نمی باشد. برای سازه‌های قدیمی‌تر که نیاز به مقاوم سازی دارند، شرایط پیچیده تر می شود. یک موضوع مهم عمر باقی مانده سازه است. چندان عاقلانه نیست که مثلا عمر بخشی از سازه را برای ۵۰ سال تمدید نماییم در صورتی که فنداسیون آن تنها ۱۰ سال دیگر عمر می کند.
به عنوان مثال یک جاده را در نظر بگیرید که قرار است برای ساخت و ساز یک پروژه به مدت ۵ سال به کار گرفته شود. اگر یک پل بر روی جاده موجود باید تعمیر شود تا برای بازه زمانی کوتاهی مورد استفاده قرار بگیرد، تخریب آن و ساخت یک پل جدید از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد.
راه های مقاوم سازی سازه های بتنی:
بسیاری از ساختمان هایی که برای کاربری خاصی ساخته شده بودند، امروزه برای کاربرد دیگری که امکان دارد نیاز به ظرفیت باربری بیشتری داشته باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. در نهایت 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 شود. به صورت کلی، در صورت تغییر آیین‌نامه، تغییر وضعیت لرزه‌ای، ایجاد مشکل به دلیل تاثیرات محیطی (مانند خوردگی)، تغییر در کاربری به گونه‌ای که سبب افزایش بار بهره برداری شود و یا مشکلات در سازه به دلیل خطا در طراحی یا اجرا، مقاوم سازی ضروری می شود.
با استفاده از یکی از راه های مختلف مانند کوتاه کردن دهانه، کامپوزیت خارجی، فولاد اتصالی خارجی، سیستم‌های پس کشیده‌ی داخلی یا خارجی، بزرگ کردن مقطع و یا ترکیبی از این راه ها امکان بهبود سازه بتنی وجود خواهد داشت. مانند تعمیر بتن، مقاوم سازی باید به شکل کامپوزیت انجام شود تا موثر واقع گردد.
کوتاه کردن دهانه:
با نصب تکیه گاه‌های اضافی زیر اعضای موجود امکان کوتاه کردن دهانه وجود خواهد داشت. مواد مناسب به منظور کوتاه کردن دهانه شامل اعضای فولادی سازه‌ای و اعضای بتنی مسلح میشود؛ که نصب آن‌ها ساده است. اجرای اتصالات با استفاده از انکر بولت و انکرهای شیمیایی به آسانی قابل طرح می باشد. در این شیوه سیستم بتنی سازه‌ای به نحوی مقاوم سازی می شود که دهانه مقطع را کوتاه کرده و اتصال میانی قسمتی از بار را تحمل کند و بار را با استفاده از اجزای فشاری بیشتری به سازه موجود منتقل کند. نقطه ضعف این سیستم‌ها در این است که مقداری از فضا از دست خواهد رفت.
ویژگی های فولادی اتصالی:
استفاده از ویژگی های فولادی اتصالی برای مقاوم سازی در دهه ۱۹۶۰ در آلمان و سوئیس بخ کار گرفته می شود. با استفاده از این شیوه، ویژگی های فولادی با یک چسب شیمیایی دو عضوی به سطح بتن چسب می شوند و یک سیستم کامپوزیت بخ وجود می آورند که دارای مقاومت برشی و خمشی بالاتری است. ویژگی های فولادی می توانند صفحات فولادی، ناودانی، نبشی و یا اعضای دیگری باشند.
علاوه بر چسب‌های شیمیایی، انکرهای مکانیکی نیز به منظور اطمینان از پایداری اتصال در صورت شکست اتصال چسب مورد استفاده قرار خواهند گرفت. ویژگی های فولادی مشخص باید بلافاصله بعد از نصب با یک روش مناسب محافظت شوند. جدای از سیستم‌های مقاوم در مقابل خوردگی معمول، باید خواص پایداری طولانی مدت و ملزومات نگه‌داری آن به طور کامل در نظر گرفته شوند.
به عنوان 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 سبب کاهش ظرفیت باربری سازه می شد؛ این مشکل با طراحی سیستم مقاوم سازی متشکل از الیاف FRP و ویژگی های فولادی برطرف گردید. FRP های خارجی سقف مجاور با بخش هایی که قرار بود برش داده شوند را مقاوم نموده و ویژگی های فولادی بخش های مختلف سقف را به یکدیگر وصل کردند که سبب ایجاد واحدهای جدیدی با مقاومت مورد نیاز گردند.
پس کشیدگی:
پس کشیدگی خارجی به منظور 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 می گردند که با استفاده از کابل‌ها در مقابل آن‌ها مقاومت می شود. به خاطر اندک بودن وزن اضافی این سیستم، این روش مقاوم سازی موثر و اقتصادی بوده 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 به طور معمول خارج از مقطع اولیه قرار می‌گیرند، به وجود می آیند. کابل‌ها در محل‌های اتصال به سازه وصل می‌شوند، که به طور معمول 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 ویژگی های سازه‌ای ایجاد می شود. پیش از پیش تنیدگی خارجی، داخل تمام ترک‌ها چسب تزریق میشود و محل‌های ورقه ورقه شده به منظور اطمینان از توزیع یکنواخت نیرو ترمیم می گردند.
بزرگ کردن مقطع:
بزرگ کردن مقطع به منظور مقاوم سازی شامل اضافه کردن یک مقطع بتن مسلح به یک عضو سازه‌ای موجود به شکل پوشش است. با استفاده از شیوه بزرگ کردن مقطع، ستون‌ها، تیرها، دال‌ها و دیوارها می‌توانند بزرگ شوند تا سختی و ظرفیت باربری آن‌ها بیشتر شود. یک افزایش مقطع معمول، حدودا ۲ تا ۳ اینچ برای دال‌ها و ۳ تا ۵ اینچ برای تیرها و ستون‌ها است.
تصویر زیر نشانگر آن است که جزئیات استفاده از افزایش مقطع برای افزایش ظرفیت باربری یک ستون است، به منظور 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 بیشتر شدن اندازه مقطع و محافظت از آرماتورها ریخته می گردد.
هزینه مقاوم سازی ساختمان:
به طور کلی مقاوم سازی ساختمان یکی از فرآیندهای پرهزینه می باشد. به همین خاطر تاکید زیادی بر رعایت اصول فنی لازم در زمان اجرای ساخت و ساز می شود. با این وجود گریز از اشتباهات اجرایی ناممکن است. از سمت دیگر همان طور که پیش تر هم بیان شد امکان دارد مقاوم سازی به دلایل گوناگون 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 به حساب می آید. درنتیجه هزینه مقاوم سازی ساختمان باید قبل از هر نوع عملیات اجرایی تا حد امکان به صورت دقیق محاسبه و بهترین و مناسب ترین راه ممکن انتخاب شود.