با توجه به خسارات بسیار زیادی که عوامل طبیعی می‌توانند بر مقاومت ساختمان و طول عمر آن وارد کنند، شناخت روش‌های نوین مقاوم‌سازی ساختمان، ترمیم و تقویت سازه از اهمیت بالایی برخوردار است. استفاده از ژاکت‌های فلزی در مقاوم‌سازی ساختمان از جمله روش‌های محسوب می‌شود که می‌تواند ظرفیت باربری ستون‌ها و تیرهای ساختمان را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. در واقع این روش که بدون اعمال بار اضافه به ساختمان انجام می‌شود، می‌تواند مقاومت برشی ستون‌ها را بالا برده و مانند پوششی روی آنها قرار بگیرد. در این پژوهش با ما همراه باشید تا تمامی اصول اجرای مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی را برایتان شرح دهیم.
همه چیز درباره اهمیت مقاوم سازی و تقویت سازه‌ها
مقاوم‌سازی ساختمان اهمیت بسیار بالایی دارد و نقش مهمی در ایمنی، پایداری ساختمان و محافظت از آن در برابر بلایای طبیعی همچون طوفان و هرگونه نیروی خارجی ایفا می‌کند. علاوه بر آن وظیفه حفظ ارزش ساختمان، پایین آمدن هزینه‌های تعمیر و نگهداری، افزایش طول عمر مفید ساختمان، حفظ زیرساخت‌های عمومی مثل پل‌ها، جاده‌ها، شبکه‌های انتقال آب و برق و غیره را بر عهده دارد.
لازم به ذکر است که علاوه بر رعایت اصول مقاوم‌سازی ساختمان در زمان ساخت‌وساز، بالا بردن استحکام و مقاومت ساختمان‌های قدیمی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. به عبارت دیگر همیشه جایگزین کردن سازه موجود با سازه جدید مقرون به صرفه نبوده و می‌تواند پروژه عظیمی باشد.
از طرفی برخی از سازه‌ها قدمت تاریخی دارند یا از لحاظ استراتژیک سازههای حیاتی محسوب می‌شوند. در این دو حالت نمی‌توان جایگزین برای آنها در نظر گرفت. بنابراین یافتن روش‌های نوین مقاوم‌سازی ساختمان، ترمیم و تقویت سازههای مختلف صنعتی، تجاری یا اداری بسیار حائز اهمیت است.
اما قطعاً مقاوم‌سازی ساختمان‌های قدیمی در مقایسه با ساخت سازههای جدید پیچیده‌تر و چالش‌برانگیز تر خواهد بود. به همین دلیل روش‌های مختلفی برای این منظور در نظر گرفته می شود که متناسب با شرایط ساختمان می‌توان آنها را انتخاب نمود.
ضرورت جدی گرفتن مقاوم سازی بناهای نا ایمن در ایران
با توجه به اینکه ایران یکی از کشورهای زلزله خیز منطقه محسوب می‌شود، افزایش مقاومت ساختمان‌ها برای محافظت از تاسیسات و شریان‌های حیاتی امری بسیار مهم در صنعت ساخت‌ساز محسوب می‌ِگردد. از این جهت پروسه بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌ها مانند مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی توسط مهندسان عمران، سازمان نظام مهندسی و پیمانکاران به صورت جدی دنبال می‌شود. از طرفی بسیاری از ساختمان‌ها و سازه‌ها به دلیل افزایش قدمت، تحمل بارهای ناشی از زلزله یا سایر بلایای طبیعی را ندارند.
همچنین برخی از آنها به جهت قرار گرفتن در محیط‌های خاص و برخورد با عوامل خورنده، دچار ضعف در باربری می‌شوند. از سویی دیگر با توجه به اینکه تعداد چنین ساختمان‌هایی در کشور زیاد است، تخریب و جای‌گذاری آنها پروسه‌ای طولانی بوده و مستلزم صرف هزینه و وقت بسیار زیادی است. به همین دلیل برای جلوگیری از صرف وقت و هزینه بسیار، مسئله مقاوم‌سازی بناها و ایمن‌سازی آنها در برابر بارهای جانبی در ایران به صورت جدی دنبال می‌شود. در همین راستا قوانین و مقرراتی نیز تعیین گردیده که باید اجرا شوند.
رایج ترین روش ها جهت تقویت تیر و ستون و دال بتنی
در هر ساختمانی ستون‌ها از جمله عناصر اصلی سازه با کاربری‌های متنوع محسوب می‌شوند. به‌طوری‌که این عناصر سازهای علاوه بر تحمل و انتقال بارهای ثقلی سازه باید در برابر نیروهای جانبی مقاومت مناسبی از خود نشان دهند. اما امکان دارد سازههای مختلف، در روند ساخت‌وساز یا در گذر زمان تحت تاثیر عوامل مختلفی همچون ضعف در اجرا، ضعف در طراحی یا فرسودگی سازه قرار گرفته و استحکام خود را از دست بدهند. پس به روش‌هایی نیاز می‌شود تا به کمک آنها بتوان مقاومت ساختمان و استحکام بخش‌های سازهای را افزایش داد. در ادامه رایج‌ترین روش‌هایی را که می‌توان برای تقویت تیر، ستون و دال بتنی استفاده کرد توضیح خواهیم داد.
-
مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی
یکی از بهترین و متداول‌ترین روش‌هایی که می‌توان با آن مقاومت ساختمان‌ها را به کمک تقویت تیر، ستون‌ها و دال بتن افزایش داد، ژاکت فولادی است. برای مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی باید متناسب با اندازه ستون، ورق‌های فلزی را جهت بالا بردن تحمل بارهای خمشی و برشی به کار برد. سهولت در اجرا، عدم نیاز به تغییرات در ابعاد سازه، محصور سازی مناسب ستون‌ها، افزایش سختی جانبی سازه و عدم نیاز به به قالب‌بندی نمونه‌ای از مزایای استفاده از این روش برای بالا بردن مقاومت ساختمان محسوب می‌شوند.
-
ژاکت بتنی
روش دیگری که برای افزایش مقاومت تیرها و ظرفیت کششی آنها استفاده می‌شود، ژاکت بتنی است. در واقع بیشتر از این روش جهت افزایش سختی، مقاومت خمشی و برشی تیرها در مقابل نیروهای قائم استفاده می‌کنند. البته در این حالت برای اجرای روکش بتنی باید آن را در سه وجه تیر و ستون‌های ساختمان اجرا کرد.
لازم به ذکر است که روکش بتنی را برای بالا بردن ظرفیت باربری بخش‌هایی که فاصله کمی با تکیه‌گاه دارند، نمی‌توان به کار برد. از این‌رو گزینه مناسبی برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر بارهای جانبی محسوب نمی‌شود. به طور کلی موارد زیر را می‌توان به عنوان ویژگی‌ها و مزایای استفاده از این روکشهای بتنی نام برد:
- اصلاحات اتصالات سازه
- مقاوم‌سازی اتصال در قاب‌ها
- افزایش ظرفیت باربری ستون‌ها در مقاوم‌سازی ساختمان
- عدم نیاز به استفاده از پوشش‌های ضد حریق به کمک پوشش‌های بتنی
- عدم نیاز به تغییرات در ساختار سازه هنگام مقاوم‌سازی
- کاهش هزینه‌های مقاوم‌سازی
پیشنهاد برای مطالعه
-
مقاوم‌سازی به روش FRP
یکی از جدیدترین روش‌ها، مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی و فلزی با کامپوزیت FRP محسوب می‌شود. به طوری‌که استفاده از آن می‌تواند ضعف موجود در سیستم‌های مقاوم‌سازی با ورق‌های فولادی و روکشهای بتنی را از بین ببرد. به منظور تقویت ستون بتنی با FRP، برای اجرای این سیستم باید لمینت و ورق کربن FRP را روی سطح زیرین تیر یا ستون که تحت تاثیر بارهای کششی قرار می‌گیرند قرار داد. همین مسئله باعث بالا رفتن مقاومت خمشی تیر به صورت سرتاسری می‌شود که شاید در عملیات مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی دیده نشود. سهولت در اجرا، امکان بالا بردن مقاومت برشی المان‌های سازهای، افزایش مقاومت خمشی و برشی و هزینه پایین اجرا برخی از ویژگی‌های استفاده از این روش نوین به حساب می‌آیند.
-
مقاوم‌سازی به روش FRCM
استفاده از روش ماتریس‌های سیمانی مسلح شده با الیاف FRCM نیز از روش‌های نوین مقاوم‌سازی ساختمان به حساب می‌آید. این روش یک سیستم کامپوزیتی بر پایه پلیمرها و سیمان‌های تقویت شده با مش شیشه‌ای فایبرگلاس AR یا کربن است. به‌طوری‌که برای افزایش مقاومت سطوح خارجی سازههای بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ژاکت فلزی یا فولادی چیست؟
ژاکت فلزی از جمله روش‌های بالا بردن مقاومت ساختمان و اجزای سازهای مانند تیرها، ستون‌ها، اتصالات و دال‌ها است. این روش با برقراری فشار محیطی شرایطی را فراهم می‌کند که منجر به مقاومت بتن و بهبود شکل‌پذیری المان‌های سازهای می‌شود. در واقع ژاکت فلزی برای بالا بردن مقاومت اعضای بتن آرمه در برابر بارهای وارده مورد استفاده قرار می‌گیرد، در حالی‌که برای افزایش مقاومت مقاطع عرضی اجزای سازهای بتن آرمه کارایی ندارد.
لازم به ذکر است که برای اجرای صحیح ژاکت فلزی باید ورق‌های فولادی را به اشکال مختلف درآورده و با استفاده از جوش، پیچ و مهره یا چسب اپوکسی در نواحی ضعیف سازه اجرا کرد. همچنین می‌توان آن را به کمک بولت به عضو مربوطه متصل نمود. این را باید بدانید که اجرای صحیح و بدون نقص ژاکت فولادی، منجر به بالا رفتن مقاومت برشی، خمشی و فشاری بتن می‌شود. همچنین ضمن بالا بردن استحکام سازه وزن زیادی را به ساختمان تحمیل نمی‌کند.
خوب است به این نکته نیز اشاره کنیم علاوه بر اینکه این روش در عملیات مقاوم‌سازی ساختمان و بهبود استحکام سازه در برابر بارهای جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، ممکن است به دلایلی همچون موارد زیر نیز اجرا گردد:
- تغییر معماری سازهای و کاربری ساختمان‌ها به کمک مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی
- تغییر آیین نامه‌های مربوط به مقاوم‌سازی یا ساخت سازههای مختلف
چطور ژاکت فولادی را اجرا کنیم: 3 روش پیشنهادی و ساده
اساساً اجرای سیستم ژاکت فولادی یک اصطلاح کلی است و می‌تواند به روش‌های مختلفی انجام شود. به‌طوری‌که برای اجرای هر کدام از آنها عناصر متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال روش اجرای ژاکت فولادی برای ستون‌هایی با مشکل ضعف مقاومت محوری، در مقایسه با سطوحی که مشکل ضعف مقاومت خمشی یا برشی دارند کاملا متفاوت است.
اما به طور کلی بر حسب نیاز و لزوم افزایش مقاومت ساختمان، ژاکت فولادی به کمک روش دورپیچ، به صورت نواری یا موضعی انجام می‌شود. به‌طوری‌که انتخاب هر کدام از روش‌های مقاوم‌سازی به کمک ژاکت فلزی به نوع سازه و میزان مقاوم‌سازی المان‌های ساختمان بستگی دارد. به طور مثال در مواردی که اتصال تیرها و ستون‌های ساختمان با ضوابط شکل‌پذیری مغایر باشند یا فاصله بین خاموت‌ها رعایت نگردد، باید ورق‌های فلزی را پیرامون تیه‌ها و ستون‌ها قرار داده و با جوشکاری به یکدیگر متصل کرد.
اتصال ورق‌ها به تیرها و ستون‌های ساختمان به کمک بولت‌ها می‌تواند در تحمل لنگرهای خمشی و نیروهای برشی موثر باشد. همچنین در مواردی که مقاوم‌سازی ساختمان به منظور افزایش مقاومت برشی تیر و جبران کمبود خاموت‌ها در ستون‌ها انجام می‌شود، از نوارهای فلزی برای این‌کار استفاده می‌کنند.
با 6 مزیت استفاده از ژاکت فولادی آشنا شوید!
انجام مقاوم‌سازی ساختمان به کمک‌های ژاکت‌های فولادی مزایای بسیار زیادی به همراه دارد. مهم‌ترین آنها به شرح زیر هستند:
- اصلاح اغلب مشکلات سازهای
- عدم نیاز به قالب بندی بر خلاف روش مقاوم‌سازی به کمک شبکه‌های بتنی
- عدم نیاز به تغییر در ابعاد المان مورد نظر برای مقاوم‌سازی و ممانعت از ایجاد مشکل در معماری سازه
- سهولت اجرای مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی نسبت به سایر روش‌ها مانند ژاکت‌های بتنی
- امکان انجام مقاوم‌سازی موضعی در قسمت‌های مختلف سازه بدون نیاز به تغییر در ساختار ساختمان به ویژه المان‌های سازهای
- افزایش سختی جانبی سازه و عدم افزایش نیرو جانبی کل سازه
معایب مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی چیست؟ بررسی 7 مشکل اساسی و مهم
روش ژاکت فلزی در کنار مزایایی که دارد با مشکلات و معایبی نیز روبرو است که مهم‌ترین آنها عبارتند از:
- هزینه بالای اجرا نسبت به مقاوم‌سازی به کمک روش‌های نوینی مانند FRP یا شبکه ماتریس سیمانی
- عدم مقاومت در برابر حریق و نیاز به پوشش‌های ضد حریق برای سازههای مهم
- نداشتن امکان اصلاح اتصالات در قاب سازه
- احتمال وقوع کمانش فولاد بر اثر بارهای فشاری وارده
- امکان خوردگی و زنگ‌زدگی فولاد به دلیل قرار گرفتن در برابر عوامل فرسایشی و محیطی
- نیاز به حجم زیاد گروت‌ریزی در اجرای پروژه
- بالا بودن زمان مورد نیاز برای اجرای پروژه و عملیات متعدد کاشت آرماتور‌ها و جوشکاری آنها
پیشنهاد برای مطالعه
ژاکت فلزی چه کاربردی دارد؟
مقاوم‌سازی به کمک ژاکت‌های فلزی روشی برای بالا بردن مقاومت ساختمان، جلوگیری از آسیب‌دیدگی و شکستگی یا ممانعت از ریزش ساختمان در اثر تخریب عناصر سازهای محسوب می‌شود. در واقع به کمک روش مقاوم‌سازی با ژاکت فلزی می‌توان مقاومت هسته بتن را با روش محصورسازی افزایش داد. همچنین امکان افزایش مقاومت برشی اجزای مختلف سازه و کنترل آنها وجود دارد.
علاوه بر آن بالا بردن مقاومت فشاری و خمشی ساختمان به جهت افزایش انعطاف پذیری سازه در برابر بارهای جانبی وارده مانند زلزله و دیگر بلایای طبیعی از جمله مواردی هستند که در مقاوم‌سازی به کمک ژاکت‌های فلزی کاربرد دارد. به طور خلاصه به عنوان مهم‌ترین کاربردهای ژاکت فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش مقاومت برشی به کمک مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی
- یک روش کلی برای مقاوم‌سازی ساختمان و المان‌های سازهای مثل ستون‌ها، تیرها و دال بتنی
- محصور کردن هسته بتن و افزایش مقاومت آن
- افزایش سختی جانبی سازه و مقاومت خمشی المان‌های سازهای
نکات مهم حین اجرای ژاکت فولادی که باید رعایت شود!
در مواردی که اتصال تیرها و ستون‌های ساختمان به یکدیگر مطابق با ضوابط و قوانین ساخت‌وساز انجام نشود، باید برای بالا بردن مقاومت المان‌های سازهای به کمک ژاکت‌های فولادی، به نکات زیر توجه نمایید:
- در مواردی که برای اتصال تیرها و ستون‌های ساختمان‌های بتنی، ضوابط شکل‌پذیری رعایت نشود مانند عدم رعایت فاصله بین خاموت‌ها، باید ورق‌هایی را پیرامون تیرها و ستون‌ها قرار داده و با جوشکاری به یکدیگر متصل کرد.
- هنگام استفاده از ژاکت‌های فولادی می‌توان ورق‌ها را با بولت به تیرها و ستون‌های اصلی ساختمان وصل کرده تا به المان‌های سازهای برای تحمل فشارهای خمشی و نیروهای برشی ایجاد شده کمک کند.
- در اجرای ژاکت‌های فولادی می‌توان با ایجاد حصاری در محل اتصال تیرها و ستون‌ها، از خورده شدن بتن در برابر فرسایش جلوگیری نموده و باعث افزایش مقاومت فشاری سازه شد.
- برای افزایش مقاومت برشی ستون‌ها یا جهت انتقال نیرو و بارهای مهاربندی باید از نوارهای فلزی استفاده کرد.
- برای بهبود عملکرد سیستم و انتقال برش بین ورق و بتن باید روش کاشت میلگرد را انتخاب نمود.
- پر کردن فضای بین روکش و ستون‌ها باید توسط ملات منبسط شونده انجام شود.
- جهت بهینه‌سازی مقاومت ستون‌ها در زمان وقوع حوادث طبیعی مانند زلزله بهتر است از روکشهای فلزی موقت استفاده کرد.
- استفاده از ژاکت‌های فلزی مرسوم برای ستون‌های ضعیف، سازههای فاقد آرماتورهای عرضی یا طولی انجام می‌شود.
- برای جلوگیری از کمانش آرماتورهای طولی و ایجاد تنش محصور شدگی می‌توان سیستم ژاکت فولادی را به کار برد.
- افزایش مقاومت خمشی در مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی باید به کمک متصل کردن روکشهای فولادی به فونداسیون و ایجاد پیوستگی بین روکش فولادی در طبقات مختلف میان دال انجام شود.
- در این سیستم افزایش رفتار خمشی به کمک سخت کننده‌ها در ارتفاع ستون‌ها انجام می‌شود.
اشکالات اجرایی در ژاکت فلزی و هر آنچه باید بدانیم!
یکی از مهم‌ترین اشکالاتی که در اجرای روکشهای فولادی جهت مقاوم‌سازی المان‌های سازهای با آن مواجه می‌شویم، ترکیباتی است که در ساختار این ژاکت‌ها استفاده می‌شود. این مسئله می‌تواند زمینه‌‌ای برای آتش گرفتن و انتقال حریق بر روی شبکه‌های فلزی را هنگام وقوع حادثه افزایش دهد. علاوه بر آن ضد زنگ نبودن و خوردگی در برابر عوامل محیطی ایراد دیگر استفاده از ژاکت‌های فلزی محسوب می‌شود. به عبارت دیگر ترکیبات آهن و فولاد در ساخت ژاکت‌های فلزی امکان ترکیب با اکسیژن و زنگ‌زدگی در گذر زمان را افزایش می دهد و همین مسئله باعث آسیب‌پذیر بودن آنها می‌شود.
به همین دلیل امروزه در ساخت شبکه‌های فلزی از روکشهای آلومینیومی و لایه‌های ضد حریق استفاده می‌کنند تا بتوانند تا حدود زیادی از خطر آتش گرفتن و فرسایش آنها در برابر اکسید شدن جلوگیری کنند.
تفاوت اجرای ژاکت فلزی با ژاکت بتنی
پس از آشنایی با روش اجرای ژاکت‌های فلزی برای مقاوم‌سازی ساختمان و ویژگی‌ها و معایبی که دارد، در این قسمت به بررسی تفاوت‌های بین ژاکت فلزی و ژاکت بتنی برای افزایش مقاومت ساختمان می‌پردازیم. مهم‌ترین تفاوتی که این دو روش با یکدیگر دارند در عملیات اجرایی آنها است. به طور کلی شبکه‌های فولادی به کمک عملیات جوشکاری، اتصال با پیچ و مهره یا بولت به یکدیگر متصل می‌شوند. در حالی‌که برای اجرای پروژه شبکه‌های بتنی از میلگرد در کنار عملیات بتن‌دیزی استفاده می‌کنند.
علاوه بر آن با توجه به اینکه تجهیزات کمتری در اجرای شبکه‌های فلزی به کار می‌رود، سرعت اجرای فرایند مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی به مراتب بیشتر از شبکه‌های بتنی است که با تجهیزاتی مانند بتن‌ریزی و قالب بندی انجام می‌شود. در نهایت به عنوان یکی دیگر از مهم‌ترین پارامترهایی که باعث تفاوت بین این دو روش می‌شود، می‌توان به افزایش وزن ساختمان هنگام استفاده از ژاکت‌های بتنی و سطح مقطع عضو سازهای اشاره نمود.
کلام پایانی
مقاوم‌سازی المان‌های سازهای به کمک ژاکت‌های فولادی روشی کاملا منطقی و به صرفه است. البته این روش باید با در نظر گرفتن وضعیت و شرایط خاص سازه انجام می‌شود تا به بهبود عملکرد، پایداری ساختمان‌ها و افزایش طول عمر آنها منتهی گردد. علاوه بر آن به کمک این روش مقاومت ساختمان در برابر بارهای لرزه‌ای و دینامیک افزایش پیدا کرده و ضمن افزایش بارهای استاتیک، نقص‌های ساختاری مانند خوردگی عناصر فلزی هم کاهش پیدا می‌کند. همچنین سرعت اجرای کار، کاهش هزینه‌ها و سهولت انجام پروژه از جمله ویژگی‌های روش مقاوم‌سازی به کمک شبکه‌های فولادی محسوب می‌گردند.
البته برای اجرای مناسب مقاوم‌سازی ساختمان به کمک ژاکت‌های فلزی باید وضعیت سازه را به طور کامل مورد بررسی قرار داد. به این ترتیب می‌توان محدودیت‌های اجرایی مربوط به تقویت سازه را تعیین کرد. سپس برای پاسخگویی به نیازهای سازه، توانایی المان‌های سازهای جهت پذیرش مقاوم‌سازی را با تحلیل و بررسی و محاسبات مربوط به آن ارزیابی نموده تا سازه مورد نظر به درستی تقویت شود.
