افزایش ظرفیت باربری سازه

با توجه به زلزله خیز بودن ایران و ابعاد تخریب گسترده ی ناشی از وقوع آن، یکی از موارد مهم در ساخت و ساز، افزایش ظرفیت باربری سازه از طریق مقاوم سازی ساختمان محسوب می شود. افزایش ظرفیت باربری سازه خصوصا برای سازه هایی با کاربری ویژه که در معرض عبور و مرور مداوم قرار دارند از اهمیت بالایی برخوردار است. این فرآیند با روش هایی گوناگونی انجام می شود که مقاوم سازی خاک زیر پی می تواند با عنوان عاملی مشترک در تمام روش، کمک به سزایی به افزایش ظرفیت باربری کند.

نحوه افزایش ظرفیت باربری سازه

بطور کلی پایداری یک سازه و ظرفیت باربری آن با تقسیم وزن کل سازه به روی تکیه گاه آن تامین می شود. با توجه به اینکه وزن کلی سازه متشکل از وزن تک تک اجزای تشکیل دهنده ی آن است، اجرای یک طراحی صحیح و بدون نقض برای ساخت سازه نیازمند کسب اطلاعاتی کامل از رفتار تک تک اجزای سازه، مصالح تشکیل دهنده و نحوه ی عملکرد آن ها است. در بسیاری از مواقع علی رغم رعایت تمام موارد مهم در طراحی و اجرای سازه، وقوع پدیده های گوناگون یا افزایش بارگذاری سازه بیش از ظرفیت آن خصوصا در هنگام افزایش طبقات ساختمان و تغییر کاربری آن، سبب کاهش مقاومت و پایداری سازه خواهد شد. زمین لرزه یکی از این پدیده های طبیعی است که وقوع آن می توان سبب تخریب سازه و اجزای آن یا کاهش مقاومت ساختمان شود. آشنایایی با این پدیده و چگونگی تاثیر گذاری آن در اجزای سازه زمینه ساز ارائه روش های مختلف برای بهسازی لرزه ای ساختمان و افزایش ظرفیت باربری آن شده است که پس از تعیین مقاومت ساختمان و نیازهای آن توسط مهندسین مورد استفاده قرار می‌گیرند.

افزایش ظرفیت باربری سازه با استفاده از FRP

یکی از روش های نوین برای افزایش ظرفیت باربری سازه استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP است. مصالح FRP علی رغم برخورداری از مقاومت بالا، وزن کمی داشته و استفاده از آن ها روشی مناسب برای سبک سازی ساختمان ها نیز محسوب می شود. الیاف FRP از فیبر و رزین تشکیل شده اند که علاوه بر افزایش ظرفیت باربری سازه، در برابر مواد شیمیایی و عوامل مخرب محیطی نیز عملکرد مناسبی از خود نشان می دهند. این مصالح در انواع و اشکال مختلفی تولید شده اند که با توجه به کاربر و وضعیت موجود مورد استفاده قرار می گیرند. انواع FRP در جبران کمبود مقاومت ناشی از ضعف های اجرای و طراحی یا افزایش ظرفیت باربری بدنبال تغییر کاربری مورد استفاده قرار می گیرد. تقویت سازه با FRP سبب انتقال بارهای اعمال شده و افزایش استحکام کششی می شود.
در ادامه به برخی از مزایای افزایش ظرفیت باربری سازه به کمک مصالح FRP اشاره می کنیم:
۱-اصلاح آسیب دیدگی سازه به دلیل آتش سوزی، زلزله، خوردگی میلگرد در بتن و سایر صدمات وارد بر سازه
۲-افزایش کیفیت سازه و جبران خطاهای طراحی و اجرای و در نهایت کاهش تنش در آرماتورهای فولادی
۳-جبران ظرفیت باربری از دست رفته در اثر حذف برخی از اجزای سازه
۴-جبران کمبود مقاومت ناشی از استفاده ی محدود فولاد تقویت شده
۵-افزایش مقاومت خمشی، کششی، برشی و محوری بدون ایجاد افزایش وزن در سازه
۶-اجرای مقرون به صرفه، سریع و بدون نیاز به نیروی انسانی زیاد

راه حلی نوین برای افزایش ظرفیت باربری سازه و اجزای آن

یکی از راه های جدید برای افزایش ظرفیت باربری سازه استفاده از توری فایبرگلاس یا ملات های سیمانی است که به بوسیله ی پارچه های FRCMتقویت شده اند. FRCM متشکل از چندین لایه مش FRP بوده که عمدتا از جنس الیاف کربن یا شیشه هستند. به کمک این مصالح می توان بدون افزودن وزن چندانی به مقاطع بتنی و تنها به کمک مصالحی با ضخامت پایین نسبت به تقویت اجزای سازه اقدام کرد. در این روش دستیابی به مقاومت مد نظر با تغییر تعداد لایه های FRP میسر می شود. از طرفی وزن پایین این مصالح امکان اجرای آنها را برای افزایش ظرفیت باربری سازه در نواحی عمودی و مرتفع سازه فراهم می کند. مقاومت این مصالح در برابر عوامل مخرب و شرایط محیطی به شکلی است که می توان از آنها در نواحی که در معرض تابش نور خورشید، رطوبت، درجه حرارت بالا و غیره قرار دارند استفاده کرد. تحربه نشان داده است که اجرای این روش برای افزایش ظرفیت سازه به مراتب از سهولت و سرعت بالاتری نسبت به روش های سنتی مثل کاشت میلگرد برخوردار است. این مصالح در دو جنس کربن و شیشه عرضه می شوند که در ادامه به مزایای هر یک خواهیم پرداخت.

الف-افزایش ظرفیت باربری سازه با مش کربن

در این روش می توان از مش CFRP برای ساخت سازه یا افزایش ظرفیت باربری آن استفاده کرد. برخی از ویژگی استفاده از این مصالح عبارتند از:
۱-افزایش ظرفیت باربری سازه هایی که در معرض رطوبت و دمای بالا هستند.
۲-افزایش پایداری سازه در دو جهت مختلف
۳-امکان بازسازی ساختمان و تعمیر سازه با سرعت و سهولت بالا
۴-عدم نیاز به سیستم های حفاظتی در برابر اشعه ماورا بنفش
۵-مقاومت مطلوب در برابر دمای زیاد

ب-افزایش ظرفیت باربری سازه با مش شیشه

مش GFRP با استفاده از الیاف شیشه تولید شده اند و از مقاومت قابل قبولی در برابر مواد قلیایی برخوردارند. استفاده از این مصالح کاربرد گسترده ای در مقاوم سازی سازه های بتنی برخوردارند که در ادامه به برخی از مزایای آنها اشاره می کنیم.
۱-اجرا و ترمیم سازه های سنگی
۲-قابلیت استفاده در دمای بالا
۳-مقاومت بالا در برابر رطوبت