روش های مقاوم سازی ساختمان با ژاکت فولادی چیست؟

در این مطلب قصد داریم به معرفی تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فولادی بپردازیم. عناصر بتن آرمه، اجزای سازه ای اصلی باربر در ساختمان هستند که به مرور زمان دچار آسیب دیدگی هایی می‌شوند. تخریب بتن آرمه معمولاً ناشی از مواردی چون بارهای دینامیکی، بارهای فشاری، نگهداری ضعیف، خزش، طراحی غیر استاندارد، خوردگی آرماتورهای فولادی و کنترل کیفیت نادرست رخ می دهد. بنابراین ستون های بتن آرمه همیشه باید از نظر آسیب دیدگی مورد نظارت قرار گیرند.

هدف اصلی مقاوم سازی

بازسازی و مقاوم سازی تأسیسات بتن آرمه، مهم ترین بخش در ساخت و ساز هستند. مقاوم سازی با ژاکت فولادی یکی از بهترین روش های مقاوم سازی سازه های بتنی است. این روش بر پایه محصور سازی عناصر سازه ای (به طور مثال ستون ها و تیرها) به وسیله مواد تقویت کننده بنا نهاده شده است. در این روش از چسب های مخصوص برای چسباندن تقویت کننده‌ها روی بستر اصلی استفاده می شود. در این مقاله روش مقاوم سازی با ژاکت فلزی به خصوص مقاوم سازی ساختمان بتنی با ژاکت فولادی مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت.
تحمل بارهای لرزه‌ای، خوردگی و غیره از عواملی هستند که ضعف سازه و تخریب آن را به دنبال دارند. در مقایسه با تخریب و ساخت مجدد سازه، مقاوم سازی با ژاکت فولادی می تواند راهکاری کم هزینه تر و کوتاه تر برای بهبود وضعیت مقاومتی این سازه ها باشد.

انواع ژاکت مقاوم سازی

• ژاکت فولادی: روش مقاوم سازی با ژاکت فولادی می تواند ظرفیت باربری سازه‌های بتنی را تا حد زیادی افزایش دهد، میزان شکل پذیری آنها را بهبود بخشد. همچنین بدون آنکه ابعاد سازه افزایش یابد، استحکام اجزای سازه را افزایش می دهد.
• ژاکت بتنی: مقاوم سازی قسمت‌های مختلف سازه های بتن آرمه‌ وظیفه‌ای است که انجام آن بر عهده یک مهندس سازه است و بر اساس محاسبات دقیق مهندسی انجام می شود. این روش شامل افزودن آرماتورهای فولادی و سیستم‌های قالب گیری به عناصر بتنی است که نیاز به تقویت دارند. سپس بتن برای افزایش مقاومت سازه به روش قالب ریزی به آنها اضافه می شود.
• پوشش FRCM: این روش نوعی تکنیک مقاوم سازی بهینه با بهره وری بالا است که در عین تقویت سازه عملکرد سازه را نیز بهبود می‌بخشد، زیرا هندسه اصلی سازه را تغییر نمی‌دهد. در این روش از ملات سیمان با توری فایبرگلاس برای مقاوم سازی استفاده می شود.
• ژاکت CFRP و ژاکت GFRP: این متد جدیدترین روش برای مقاوم سازی و تعمیر سازه‌های بتنی است. در این روش از مواد پیوند دهنده رزینی برای چسباندن پلیمر های تقویت شده با الیاف FRP استفاده می شود.

ژاکت فلزی یا فولادی چیست؟

مقاوم سازی با ژاکت فولادی روشی است که در آن، ورق های فولادی به کمک چسب های مخصوص روی عناصر و سازه های بتنی سازه متصل می شوند. در این روش قسمت‌های فولادی اضافه شده و المان اصلی، یک سازه کلی را تشکیل داده و با هم عملکرد یکپارچه دارند.

ژاکت فولادی و مقاومت مکانیکی آن

تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فولادی روشی مؤثر برای افزایش میزان مقاومت و استحکام سازه است. ژاکت فولادی نه تنها استحکام کافی را فراهم می کند، بلکه از تخریب بخش بتنی نیز جلوگیری می کند. این متد، روشی بسیار مؤثر برای رفع نواقصی از جمله مقاومت برشی ناکافی و ضعف اتصال میلگرد‌های طولی در موقعیت بحرانی است. در عمل، استفاده از نوار‌ها و زاویه های فولادی، متداول ترین تکنیک مقاوم سازی هستند.
مقاوم سازی با ژاکت فولادی به بازیابی استحکام سازه، افزایش میزان شکل پذیری و افزایش ظرفیت جذب انرژی توسط ستون‌ها کمک می کند. بنابراین روش مقاوم سازی با ژاکت فلزی در مقاوم سازی ستون‌ها بسیار مؤثر است. همچنین ژاکت فولادی به افزایش مقاومت خمشی و افزایش میزان انعطاف پذیری ستون‌های دارای وصله پوششی (قسمت‌هایی که روی هم هستند) کمک می کند. بنابراین این روش می تواند عملکرد عرضی ستون ها را به شدت بهبود بخشد.
به طور کلی تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فلزی در ساختمان های بتنی منجر به افزایش مقاومت برشی اجزای سازه و افزایش شکل پذیری خمشی قسمت های بتنی آن می شود. این تکنیک در مواردی انجام می شود که افزایش سطح مقطع عرضی اجزا جایز نسیت. همچنین این روش وزن زیادی را به سازه اضافه نمی کند.

ضرورت مقاوم سازی ستون ها با ژاکت فولادی

ستون های بتنی، مهم ترین قسمت باربر در ساختمان هستند و به عنوان یکی از اجزای اصلی در ساختمان های مختلف شناخته می شوند. با افزایش سن ساختمان، دوام و استحکام ستون ها به شدت کاهش می یابد. به طور کلی میزان استحکام و سختی ستون به دلیل نقص یا ایجاد تغییر مدام در میزان بار سازه و محیط، کاهش یافته و ناکافی می شود. شکست و تخریب ستون های بتنی به صورت ناگهانی رخ می دهد و به راحتی می تواند حوادث جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. بنابراین مهم است که به وضعیت ستون های بتنی توجه شود. در نتیجه تقویت کردن ستون های بتنی معیوب و ضعیف، یک کار ضروری است. مهم ترین هدف مقاوم سازی ساختمان بتنی با ژاکت فولادی، افزایش میزان ظرفیت لرزه‌ای سازه (در برابر زلزله) است.
بسته به نوع ژاکتی که برای مقاوم سازی سازه استفاده می شود، می توان به افزایش استحکام و سختی سازه و بهبود میزان شکل پذیری اجزای آن یا ترکیبی از هر دو دست یافت. در مواردی که اتصال تیر و ستون در ساختمان های بتنی، قوانین شکل پذیری را رعایت نکرده اند از ژاکت های فولادی در پیرامون آن ها استفاده می شود. اتصال این ورق ها با جوشکاری و به وسیله بولت انجام می شود تا بتوانند لنگرهای خمشی و نیروهای برشی را تحمل کنند. محصور کردن ستون های بتنی با این ورق ها نیز از خرد شدن آنها جلوگیری کرده و مقاومت ستون ها و تیرهای بتنی را در برابر نیروهای فشاری بالا می برد.

استفاده از تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فولادی برای تقویت مجدد ستون های بتن آرمه

تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فولادی در ستون های بتن آرمه زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که میزان بارهای وارده به ستون افزایش یابد. همچنین در این موارد افزایش سطح مقطع ستون نیز مجاز نیست. محصور کردن و پوشاندن ستون های بتن آرمه با ژاکت های فولادی، یک روش مؤثر برای افزایش میزان استحکام کلی سازه است.

تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فلزی نه تنها محصور شدگی کافی را فراهم می کند، بلکه از تخریب سازه بتنی نیز جلوگیری می کند. همان طور که قبلاً نیز اشاره شد تخریب سازه بتنی دلیل اصلی شکست اتصالات و در نهایت کمانش میلگردهای طولی است.
اصلی که در پس تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فولادی وجود دارد این است که ژاکت فولادی باید به عنوان یک تقویت کننده محصور غیر فعال عمل کند. این تکنیک مقاوم سازی به طور گسترده به عنوان یک روش مؤثر برای افزایش میزان ظرفیت برشی و شکل پذیری تیر ها و ستون ها در سازه های مختلف استفاده می شود.

فرآیند مقاوم سازی با ژاکت فلزی

فرآیند مقاوم سازی ساختمان بتنی با ژاکت فولادی دارای مراحل مختلفی است. این مراحل به صورت خلاصه در ادامه ذکر شده اند:

• حذف پوشش بتنی.
• تمیز کردن میله های فولادی با استفاده از برس های سیمی یا با روش کمپرسور شن و ماسه.
• پوشش دهی سطح میله های فولادی با مواد اپوکسی (رزینی). این کار به منظور جلوگیری از خوردگی میله ها انجام می گردد.
• نصب ژاکت فولادی با ابعاد و ضخامت مورد نیاز. این کار بر اساس طرح داده شده و با در نظر گرفتن فضای کافی برای ایجاد منافذی بین ستون بتنی و ژاکت فلزی انجام می شود. این منافذ با استفاده از چسب اپوکسی پر می شوند. مواد اپوکسی برای ایجاد اتصال مورد نیاز بین ستون بتنی و ژاکت فلزی مورد استفاده قرار می گیرند.
• مقاوم سازی با ژاکت فلزی بسته به مورد می تواند به صورت دور پیچ، تسمه ای یا نوار V شکل و یا موضعی باشد.
• در نهایت فضای میانی سطح بتنی و ژاکت فولادی با چسب اپوکسی مخصوص پر می گردد.

به طور کلی سیستم مقاوم سازی ساختمان بتنی با ژاکت فولادی به صورت ورق سرتاسری و یا ورق های عرضی منقطع اجرا می‌شود. در روش ورق های منقطع، سطح ستون‌ها با صفحات فولادی با فواصلی که توسط محاسب برآورد می‌شود پوشانده شده و فاصله میانی آنها به کمک چسب اپوکسی پر می شود. این در حالیست که در روش سرتاسری، از یک ورق فولادی در سرتاسر ارتفاع ستون بهره گرفته می‌شود. در هر دو روش نبشی های L شکل در گوشه های سطح مقطع قرار داده شده و تسمه به صورت عرضی یا صفحات فولادی پیوسته به روی آنها متصل می‌گردد و این اتصال به کمک چسب اپوکسی تامین می‌گردد.

مزیت مقاوم سازی با ژاکت فولادی

1. ساختار ژاکت های فولادی ساده بوده و کار با آنها بسیار آسان است. این ساختار می تواند به طور قابل توجهی ظرفیت حمل بار ساختاری را بهبود بخشد و قابل اطمینان است. در عین حال تأثیر کوچکی روی استفاده از فضا دارد، حجم کار در محل عملیات کم است و زمان ساخت آن نیز بسیار کوتاه است.
2. مقاوم سازی با ژاکت فولادی بر خلاف ژاکت های بتنی به قالب بندی نیاز ندارد.
3. همچنین اغلب مشکلات سازه ای با این روش قابل اصلاح است.
4. سرعت اجرای این روش در مقایسه با ژاکت بتنی بالاتر است.
5. این روش بهترین گزینه برای محصور سازی و مقاوم سازی ستون است.
6. همچنین مشکلاتی که ژاکت بتنی در معماری ساختمان ایجاد می کنند را ندارد.
7. اجرای این روش در هر قسمت از سازه امکان پذیر است.
8. مصالحی که در این روش به کار می رود در مقایسه با دیگر روش های مقاوم سازی ارزان تر است.
9. ابعاد المان مورد نظر بعد از مقاوم سازی تغییر چندانی نمی کند.

معایب مقاوم سازی ساختمان بتنی با ژاکت فولادی

• • تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فولادی در سازه های مهم، نیاز به پوشش های نسوز دارد. این موضوع هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد.
• • اگر نیاز به افزایش مقاومت خمشی و برشی باشد، مدت زمان زیادی صرف مرحله اجرای آن می شود. زیرا نیاز به عملیات متعدد کاشت و جوش میلگرد است.
• • هزینه بالا.
• • اجرای این تکنیک نیاز به حجم زیاد عملیات دوغاب ریزی و تزریق دارد.
• • در این روش بعضاً قسمت اتصالات در قاب ها قابل اصلاح نیستند.
• • در این تکنیک احتمال خوردگی و زنگ زدگی فولاد وجود دارد.
• • امکان کمانش فولاد تحت بارهای فشاری صفر نیست.

نکات کلیدی مهم در طراحی ژاکت فولادی:

1.  استفاده از اتصالات فولادی: در برخی از موارد که برای مقاومت خمشی و انتقال موفقیت آمیز آن از طبقات به ستون نیاز است، باید اتصالات فولادی را با استفاده از مواد اتصال دهنده مناسب یا پیچ و مهره در قسمت ارتفاع ستون نصب نمود.
2.  نوارهای فلزی: در مواردی که هدف از مقاوم سازی با ژاکت فولادی، فقط افزایش مقاومت برشی تیرها یا جبران نبود خاموت کافی در ستون ها برای جلوگیری از کمانش آرماتورهای طولی باشد، به جای ورق‌های فلزی می توان از نوار‌های فلزی در اطراف ستون ها استفاده کرد.
3.  برای اینکه نیروی برشی بین قسمت بتنی و ورق فلزی منتقل شود، باید بین این دو قسمت یک اتصال صحیح برقرار باشد. روش مرسوم برای ایجاد این اتصال، بدین شکل است که قبل از نصب ورق ها، روی قسمت های مشخصی از ساختار بتنی و ورق های فلزی سوراخ هایی ایجاد می گردد. سپس ورق‌های فلزی روی قسمت بتنی پیچ می شوند و فضای خالی باقی مانده توسط ماده اپوکسی پر می شود.

ژاکت فولادی برای ستون های ضعیف

تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فولادی همچنین برای تقویت ستون‌های ضعیف در سازه استفاده می شود. این ستون ها آرماتور‌های طولی و عرضی کافی ندارند، بنابراین برای تقویت آنها از ژاکت فلزی استفاده می شود. در این روش نیز ورق های فلزی در اطراف ستون قرار داده می شوند. سپس ورق ها با پیچ و مهره به ستون بتنی متصل می شوند. در این روش نیز ورق های فلزی توسط چسب اپوکسی در قسمت بالا و پایین ستون به تیر ها و فونداسیون متصل می گردند.
استفاده از تکنیک مقاوم سازی با ژاکت فلزی برای تقویت ستون‌ها، علاوه بر آنکه می‌تواند میزان مقاومت برشی و خمشی را در ستون ها افزایش دهد، منجر به افزایش مقاومت فشاری بتن نیز می شود. محصور شدن ستون بتنی به وسیله ورق های فولادی، مقاومت فشاری آن را افزایش داده و از تخریب آن در برابر نیرو‌های فشاری جلوگیری می کند. همچنین این تکنیک می تواند از کمانش آرماتور‌های طولی نیز جلوگیری نماید.

نحوه چسباندن ژاکت های فولادی روی بستر

مهم ترین بخش در مقاوم سازی ساختمان بتنی با ژاکت فولادی، نحوه اتصال ورق‌ها است. چسب اپوکسی، ماده اصلی برای اتصال ژاکت فولادی به سازه‌های بتنی است. چسب اپوکسی نوعی چسب دو جزئی شامل رزین اپوکسی و هاردنر است. این دو جزء با یکدیگر ترکیب می شوند و ماده اصلی را برای اتصال ژاکت های فولادی به بتن ایجاد می کنند. چسب اپوکسی ژاکت فولادی، تنها برای چسباندن صفحات فلزی فولادی به بستر‌های بتنی استفاده می شود. میزان ترکیب درصد اجزاء چسب اپوکسی بسیار مهم است. این دو جزء به نسبت های خاصی با یکدیگر ترکیب می شوند و ماده ای را با مقاومت بسیار بالا به وجود می آورند.