ساختمان های بتنی در صورت طراحی و اجرای مناسب، از مقاومت بسیار بالا و مناسبی در مقابل تمامی نیروهای وارده برخوردارند. اما اجرای نامناسب اجزا مانند بتن ریزی غیراصولی ، آرماتوربندی نامناسب یا عدم ارائه نقشه های اجرایی مناسب و اجبار به تغییر در برخی موارد در زمان اجرا، می تواند باعث ناکارآمدی سازه در زمان سرویس دهی شود. بنابراین طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی در زمان سرویس دهی یا پس از آسیب دیدن سازه در اثر نیروهای خارجی مانند زلزله، می تواند در افزایش مقاومت و پایداری سازه و ترمیم سازه برای استفاده مجدد بسیار موثر باشد، به شرطی که متناسب با شرایط سازه بتنی و با لحاظ کردن تمام مزایا و معایب روش مورد استفاده انجام شود.
عوامل موثر در طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی
پیش از طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی باید در نظر داشت که بسیاری از روش های مقاوم سازی مانند اجرای ژاکت بتنی، مقدار قابل ملاحظه ای به وزن سازه اضافه می کنند. بنابراین یکی از مواردی که باید به آن توجه کرد این است که آیا فونداسیون سازه توانایی تحمل بار اضافه شده را دارد یا نه. بنابراین در اختیار داشتن نقشه های اجرا شده و محاسبات طراح اول سازه اهمیت دارد.
نکته بعدی در انتخاب روش برای طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی میزان فضای داخلی است که اجرای روش های مختلف مقاوم سازی اسکلت بتنی اشغال می کند. روش های ژاکت فلزی و بتنی با توجه به افزایش قطر تیر و ستون ها مقداری از فضای داخلی ساختمان بتنی را اشغال می کنند.
در نهایت هزینه اجرا یکی از عوامل بسیار مهم در انتخاب روش مقاوم سازی سازه های بتنی پیش از انجام طراحی است. سنجش و مقایسه مزایا و معایب هر کدام از روش ها در نهایت به انتخاب یکی از آن ها منجر می شود.
اصول طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده از frp
استفاده از الیاف frp یکی از روش های نوین و مناسب برای استفاده در تمام سازه های بتنی با شرایط متفاوت است. طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده از این الیاف در ساختمان های مسکونی، تجاری، پل های شهری و پایه پل هایی که درون آب قرار دارند و تقریبا تمام سازه های بتنی با شرایط محیطی متفاوت، ممکن است. این روش بسیار سریع است، وزن قابل توجهی به سازه اضافه نمی کند و ماندگاری و مقاومت بالایی دارد.
طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده از این الیاف، مربوط به انجام محاسبات طول و ضخامت ورقه های الیاف مورد استفاده است. این الیاف انواع گوناگونی دارد که از الیاف کربن، بازالت، شیشه یا آرامید ساخته شده اند. هر کدام از این ترکیبات خواص متفاوتی را ایجاد می کنند و در شرایط محیطی متفاوتی قابل استفاده هستند.
برای انجام طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با این الیاف، باید ابتدا مقاومت خود مقطع را محاسبه کنیم. میزان مقاومت مورد نیاز برای عضو را با توجه به بارهای وارد بر سازه، بر اساس آیین نامه بتن ایران (آبا) یا بر اساس آیین نامه ACI318 محاسبه می کنیم. اختلاف میزان مقاومت فعلی و مقاومت مورد نیاز سازه بتنی، باید توسط مقاوم سازی سازه بتنی با استفاده از الیاف FRP تامین شود. البته شرط استفاده از الیاف FRP این است که عضو سازه ای تا حد معینی از بار وارده را، قبل از مقاوم سازی، بتواند تحمل کند.
با توجه به شرایط محیطی برای طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی یکی از انواع ورقه های کامپوزیت FRP را انتخاب می کنیم. با توجه به نوع ورقه انتخابی مشخصات فنی آن را در اختیار داریم. ابتدا باید ضخامت مورد نیاز (در واقع تعداد لایه های مورد استفاده از ورقه کامپوزیتی) را تخمین بزنیم. سپس مقاومت حاصله از تعداد لایه ذکر شده را محاسبه کنیم. این مقاومت، در واقع مقاومت برشی و خمشی مازاد ایجاد می کند که هر کدام را با استفاده از فرمول مناسب و مشخصات فنی و تعداد ورقه های کامپوزیت مورد استفاده، محاسبه می کنیم. با سعی و خطا و بهبود تخمین تعداد لایه ها و مقایسه مقدار مقاومت حاصل از ورقه های FRP و مقدار مقاومتی که در ابتدا کم داشتیم، در نهایت به مقدار بهینه تعداد لایه های مورد نیاز دست پیدا می کنیم.
همانطور که ذکر شد بعد از طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی انتظار داریم با اعمال اثر این ورقه ها، مقاومت برشی و خمشی عضو سازه ای افزایش یابد. همچنین این الیاف باعث افزایش شکل پذیری آن مقطع بتنی شوند. باید حتما اتصال این ورقه به مقطع را نیز چک کنیم که توسط نیروی برشی وارد به آن جدا نشود. در این مورد هم مشخصات و میزان مقاومت چسب اپوکسی مورد استفاده برای اتصال ورقه FRP به عضو سازه ای را در اختیار داریم. نیروی برشی وارد به آن را نیز محاسبه می کنیم و با مقاومت برشی چسب مقایسه می کنیم.
در نهایت تعداد لایه ها و نوع ورقه های FRP و نوع چسب را که تعیین کردیم، نوبت به کار اجرا می رسد، که معمولا بسیار سریع و تمیز انجام می شود. در صورتی که مقاومت برشی چسب مناسب باشد و تعداد لایه های الیاف بدست آمده، به اندازه ای نباشد که وزن اضافی زیادی ایجاد کند، استفاده از الیاف FRP برای سازه ما مناسب است.
طراحی و محاسبات مقاوم سازی سازه بتنی با ژاکت بتنی
طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده از ژاکت بتنی ، در واقع ایجاد پوشش بتنی مضاعف در اطراف المان سازه بتنی، برای افزایش مقاومت فشاری، خمشی و برشی آن است. از ژاکت بتنی می توان برای تقویت و ترمیم تمام اجزای سازه بتنی استفاده کرد. استفاده از ژاکت بتنی برای ترمیم عضو آسیب دیده روش کارآمدی است، به ویژه اگر آسیب وارد شده به عضو بتنی زیاد باشد، برای مثال بعد از زلزله.
در طراحی ژاکت بتنی، ضخامت روکش بتنی مورد نیاز، قطر و تعداد آرماتورهای مورد نیاز برای روکش، آرماتور مورد نیاز برای اتصال روکش به عضو و محل ایجاد سوراخ برای اتصال آرماتورها محاسبه می شود.
برخی ضوابط در طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده از ژاکت بتنی مطابق با آیین نامه بتن ایران، نیاز است که حتما رعایت شود.
· اولا سختی مصالح مورد استفاده باید حتما بزرگ تر مساوی مصالح موجود باشد. (سختی بیشتر، جذب نیروی بیش تر)
· مقاومت فشاری بتنی روکش حتما باید بیش تر از بتن استفاده شده باشد. ( حداقل ۵ مگاپاسکال بیشتر باشد.)
· ضخامت روکش بتنی باید حداقل ۱۰ سانتی متر باشد.
· استفاده از حداقل میلگرد الزامی است حتی اگر مورد نیاز نباشد. (حداقل میلگرد طولی به قطر ۶ و حداقل میلگرد خاموت با قطر ۸ میلی متر که میلگردهای طولی را محصور کند.)
· خاموت ها حتما با زاویه خم ۱۳۵ درجه اجرا شوند.
· ضخامت خاموت ها از ضخامت روکش بیشتر نباشد.
· فواصل خاموت ها حداکثر ۲۰۰ میلی متر شود.
طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با ژاکت فلزی
طراحی و محاسبات مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده از ژاکت فلزی ، دوختن ورقه های فلزی به عضو سازه ای برای افزایش مقاومت فشاری، خمشی و برشی آن است. این روش وزن اضافی زیادی به سازه تحمیل نمی کند و در نهایت باعث افزایش مقاومت و شکل پذیری سازه می شود. با این روش در مقاطع آسیب پذیر تیر و ستون (مانند محل های اتصال)، ورقه های فولادی با استفاده از بولت به عضو متصل می شوند.
پیش از طراحی ورقه های فلزی باید ظرفیت اولیه عضو و ابعاد آن مورد بررسی قرار گیرد. باید ضخامت ورقه ها و نبشی های مورد استفاده با توجه به نیروی وارده تعیین شود. سپس باید قطر بولت های مورد استفاده برای اتصال ورقه ها به عضو نیز با توجه به نیروی برشی و خمشی وارده به بولت تعیین شود. این بولت ها برای انتقال نیروی خمشی و برشی از عضو به ورقه ها استفاده می شوند.
