بهترین روش مقاوم سازی دیوار برشی بتنی | مقاوم سازی دیوار برشی با FRP

دیوار برشی یکی از مهم‌ترین اعضای سیستم باربر جانبی ساختمان است و وظیفه اصلی آن مقابله با نیروهایی است که در اثر زلزله و باد به سازه وارد می‌شوند. دیوارهای برشی از نظر مصالح مورد استفاده معمولاً به سه گروه دیوار برشی بتنی، دیوار برشی فولادی و دیوار برشی مصالح بنایی تقسیم می‌شوند. هرکدام از این سیستم‌ها رفتار سازه‌ای، روش طراحی و شیوه مقاوم‌سازی متفاوتی دارند.

در این مقاله تمرکز ما بر مقاوم سازی دیوار بتنی برشی است؛ یعنی دیوارهایی که در ساختمان‌های بتن‌آرمه به‌عنوان یکی از اعضای اصلی سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی استفاده شده‌اند.

اهمیت این موضوع زمانی بیشتر مشخص می‌شود که بدانیم یک دیوار برشی آسیب‌دیده یا ضعیف، فقط یک عضو معمولی ساختمان نیست. عملکرد نامناسب آن می‌تواند ظرفیت تحمل نیروهای جانبی و در نتیجه رفتار کل سازه در برابر زلزله را تحت تأثیر قرار دهد.

به همین دلیل، تقویت دیوار برشی بتنی باید بر اساس شناخت دقیق وضعیت موجود، تعیین ضعف سازه‌ای و انتخاب روش مناسب انجام شود؛ نه صرفاً با اضافه کردن بتن، میلگرد یا ورق به دیوار.

اهمیت مقاوم سازی دیوار برشی بتنی ساختمان

در یک ساختمان بتن‌آرمه، دیوار برشی وظیفه دارد بخش قابل‌توجهی از نیروهای جانبی را تحمل و به فونداسیون منتقل کند. در هنگام زلزله، این عضو تحت ترکیبی از نیروهای برشی، خمشی و نیروی محوری قرار می‌گیرد. به همین دلیل می‌توان دیوار برشی را یکی از مهم‌ترین خطوط دفاعی ساختمان بتن‌آرمه در برابر زلزله دانست. اگر ظرفیت واقعی دیوار با نیاز سازه مطابقت نداشته باشد، ممکن است موارد زیر رخ دهد:

• افزایش تغییر مکان جانبی ساختمان
• ایجاد ترک‌های سازه‌ای
• کاهش ظرفیت برشی یا خمشی دیوار
• خردشدگی بتن در نواحی بحرانی
• کمانش یا آسیب آرماتورهای طولی
• کاهش شکل‌پذیری عضو
• انتقال نامناسب نیرو به تیرها، دال‌ها و فونداسیون

بنابراین مقاوم‌سازی فقط زمانی مطرح نمی‌شود که دیوار ترک خورده باشد. گاهی یک دیوار از نظر ظاهری سالم است؛ اما بررسی سازه‌ای نشان می‌دهد ظرفیت آن برای بارهای فعلی ساختمان کافی نیست.

هدف از مقاوم سازی دیوار برشی چیست؟

هدف اصلی مقاوم‌سازی، صرفاً قوی‌تر کردن دیوار نیست. یک طرح مناسب باید مشخص کند کدام ویژگی دیوار نیاز به بهبود دارد.

سه ویژگی اصلی عبارت‌اند از:

مقاومت

مقاومت به ظرفیت دیوار برای تحمل نیروهای واردشده مربوط است. در یک دیوار برشی باید ظرفیت کافی در برابر موارد زیر بررسی شود:

1. نیروی برشی
2. لنگر خمشی
3. نیروی محوری
4. ترکیب هم‌زمان نیروهای محوری، خمشی و برشی

اگر ظرفیت موجود کمتر از نیاز طراحی باشد، باید روش مقاوم‌سازی بتواند این کمبود را جبران کند.

شکل‌پذیری

شکل‌پذیری یعنی عضو بتواند تحت بارهای شدید تغییرشکل دهد و بدون شکست ناگهانی، بخشی از انرژی زلزله را جذب کند. در مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود، افزایش مقاومت بدون توجه به شکل‌پذیری می‌تواند تصمیم مناسبی نباشد. رفتار مطلوب سازه باید به‌گونه‌ای باشد که شکست ترد و ناگهانی تا حد امکان کنترل شود.

سختی

سختی دیوار برشی بر میزان تغییر شکل جانبی سازه اثر می‌گذارد.افزایش مناسب سختی می‌تواند:

1. تغییر مکان جانبی را کاهش دهد.
2. دریفت طبقات را کنترل کند.
3. عملکرد اجزای غیرسازه‌ای را بهبود دهد.
4. رفتار کلی سازه را در برابر بار جانبی مطلوب‌تر کند.

البته افزایش سختی باید در کل سیستم سازه بررسی شود، زیرا تغییر سختی یک عضو می‌تواند توزیع نیرو بین اعضای سازه را نیز تغییر دهد.

5 دلیل فنی و اجرایی نیاز به مقاوم سازی دیوار برشی بتنی

نیاز به مقاوم‌سازی همیشه از یک ترک یا خرابی قابل مشاهده شروع نمی‌شود. در پروژه‌های واقعی، دلایل مختلفی می‌توانند باعث شوند یک دیوار برشی نیازمند ارزیابی و تقویت باشد.

به‌روزرسانی آیین نامه های طراحی ساختمان

ممکن است ساختمان در زمان ساخت بر اساس ضوابطی طراحی شده باشد که امروز تغییر کرده‌اند. در چنین شرایطی ارزیابی مجدد سازه اهمیت پیدا می‌کند. در ارزیابی دیوار برشی معمولاً ضوابط مرتبط با مواردی مانند:

• استاندارد ۲۸۰۰؛ طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله
• مبحث نهم مقررات ملی ساختمان؛ طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه
• مبحث ششم؛ بارهای وارد بر ساختمان

بررسی می‌شوند. هدف این نیست که صرفاً ساختمان قدیمی را با یک ساختمان جدید یکسان فرض کنیم؛ بلکه باید عملکرد و ظرفیت واقعی سازه موجود در برابر نیازهای فعلی ارزیابی شود.

خطا در طراحی و محاسبات دیوار برشی

یکی از دلایل مهم مقاوم‌سازی، وجود خطا در مدارک طراحی یا محاسبات اولیه است.برخی خطاهای قابل بررسی عبارت‌اند از:

• بارگذاری نادرست
• فرض اشتباه برای مقاومت بتن
• فرضیات نادرست درباره مشخصات مکانیکی فولاد
• محاسبه نادرست آرماتورهای قائم و افقی
• بررسی ناکافی ناحیه مرزی دیوار
• طراحی نامناسب تیر همبند در دیوارهای کوپله
• دیتیل اجرایی ناقص
• عدم توجه به انتقال نیرو بین دیوار و فونداسیون

در این شرایط قبل از هر اقدامی باید محاسبات مجدداً کنترل شود.

اشکالات اجرایی دیوار برشی بتن

گاهی طراحی مناسب بوده اما اجرای واقعی با نقشه تفاوت داشته است. برای نمونه:

• مقاومت فشاری بتن کمتر از مقدار طراحی شده است.
• آرماتورها با قطر یا فاصله متفاوت اجرا شده‌اند.
• پوشش بتن مناسب نیست.
• قالب‌بندی باعث تغییر ابعاد عضو شده است.
• بتن به‌درستی متراکم نشده است.
• عمل‌آوری بتن مناسب نبوده است.
• تیر تراز طبقه یا جزئیات اتصال مطابق نقشه اجرا نشده است.
• بتن در برخی نقاط کرمو شده است.

در چنین پروژه‌ای صرفاً مشاهده نقشه سازه کافی نیست و باید وضعیت واقعی ساختمان نیز بررسی شود.

افزایش بار وارده بر دیوار برشی

ساختمانی که در ابتدا برای یک کاربری مشخص طراحی شده، ممکن است بعدها تغییر کند. مواردی مانند:

• تغییر کاربری
• اضافه کردن طبقه
• نصب تجهیزات سنگین
• تغییر سیستم باربر
• ایجاد بازشو در دیوار
• تغییرات گسترده در معماری
• می‌توانند شرایط بارگذاری و رفتار سازه را تغییر دهند.

خصوصاً ایجاد بازشو در دیوار برشی باید با حساسیت زیادی بررسی شود، زیرا دیوار برشی یک عضو اصلی سیستم باربر جانبی است و حذف بخشی از آن می‌تواند مسیر انتقال نیرو را تغییر دهد.

خرابی و آسیب‌دیدگی دیوار برشی

آسیب‌های ظاهری دیوار باید جدی گرفته شوند، اما نوع آسیب نیز اهمیت دارد.

روش‌های تقویت و مقاوم سازی دیوار برشی بتنی

انتخاب روش تقویت باید بعد از ارزیابی سازه انجام شود. روش‌های رایج بسته به نوع ضعف شامل موارد زیر هستند:

• تقویت دیوار برشی با FRP
• افزایش ظرفیت دیوار با ژاکت بتنی
• استفاده از نوار و ورق فولادی
• ترمیم بتن با ملات ترمیمی

نکته مهم این است که هیچ روش واحدی برای تمام دیوارها وجود ندارد. مثلاً روشی که برای افزایش ظرفیت برشی یک دیوار مناسب است، الزاماً بهترین گزینه برای دیواری با خوردگی شدید آرماتورها نیست.

تقویت و مقاوم سازی دیوار برشی بتنی با FRP

FRP  یکی از روش‌های نسبتاً سبک برای تقویت اعضای بتن‌آرمه است. این سیستم معمولاً از الیاف کربنلمینت به همراه رزین یا چسب اپوکسی تشکیل می‌شود. در تقویت دیوار برشی، بسته به نیاز طراحی می‌توان از سیستم‌های مختلف FRP برای افزایش ظرفیت بخش‌های مشخصی از عضو استفاده کرد. مزیت‌های مهم این روش عبارت‌اند از:

1. وزن کم
2. ضخامت کم سیستم تقویتی
3. سرعت اجرای مناسب
4. عدم افزایش قابل‌توجه ابعاد عضو
5. مقاومت مناسب الیاف کربن
6. امکان استفاده در پروژه‌هایی که افزایش وزن اهمیت دارد

محصولات مورد استفاده می‌توانند شامل ترکیب الیاف کربن و ژل اپوکسی یا سیستم‌های ورق و لمینت کربن همراه با خمیر اپوکسی باشند. برای اجرای مقاوم‌سازی، در صورت مناسب بودن شرایط پروژه، استفاده از ورق و لمینت کربن همراه با خمیر اپوکسی می‌تواند گزینه مطلوبی باشد؛ اما انتخاب نهایی باید براساس محاسبات، وضعیت سطح بتن، شرایط محیطی و جزئیات انتقال نیرو انجام شود.

مقاوم سازی با FRP زمانی نتیجه مطلوب می‌دهد که طراحی، آماده‌سازی سطح، جهت الیاف، مهار انتهایی و اجرای سیستم دقیقاً مطابق طرح مقاوم‌سازی انجام شود. چسباندن یک لایه FRP روی سطح بتن بدون محاسبه، «مقاوم‌سازی مهندسی‌شده» محسوب نمی‌شود.

افزایش ظرفیت باربری دیوار برشی به روش ژاکت بتنی

در روش ژاکت بتنی، یک لایه بتن مسلح جدید در اطراف یا بخش مشخصی از دیوار موجود اجرا می‌شود تا ظرفیت سازه‌ای عضو افزایش پیدا کند.ژاکت می‌تواند با افزایش:

• سطح مقطع بتن
• مقدار آرماتور
• ظرفیت برشی
• ظرفیت خمشی
• سختی عضو

به بهبود عملکرد دیوار کمک کند. ضخامت ژاکت باید از طریق محاسبات سازه‌ای تعیین شود. با این حال، برای اجرای عملی ژاکت، پیشنهاد می‌شود ضخامت بتن بیشتر از ۶۰ میلی‌متر در نظر گرفته شود تا امکان اجرای مناسب بتن و آرماتورها فراهم شود؛ مقدار نهایی کاملاً به شرایط پروژه و طراحی وابسته است.

بهتر است بتن ژاکت مقاومت بالاتری نسبت به بتن موجود دیوار داشته باشد، مشروط بر اینکه جزئیات اتصال و انتقال نیرو نیز به‌درستی طراحی شوند.

مشخصات مش فولادی باید از محاسبات به دست بیاید. به‌عنوان پیشنهاد اولیه اجرایی، می‌توان برای آرماتورهای قائم شبکه مش از قطرهای بزرگ‌تر از Φ10 تا Φ12 و برای آرماتورهای عرضی از قطرهای بزرگ‌تر از Φ8 تا Φ10 با فاصله تقریبی 150 تا 200 میلی‌متر استفاده کرد؛ اما این اعداد به هیچ عنوان جایگزین طراحی سازه‌ای نیستند.

در ژاکت بتنی، اتصال بتن جدید به بتن قدیم اهمیت بسیار زیادی دارد. اگر این دو بخش به‌درستی به یکدیگر متصل نشوند، افزایش ضخامت الزاماً به معنای افزایش مؤثر ظرفیت دیوار نیست.

تقویت و مقاوم سازی دیوار برشی با نوار و ورق فولادی

ورق فولادی می‌تواند برای افزایش ظرفیت دیوار در برابر نیروهای مشخص مورد استفاده قرار گیرد. در حالت استفاده از ورق‌های با ضخامت کم، امکان اتصال ورق به سطح دیوار با رزین اپوکسی وجود دارد. اما زمانی که ورق ضخیم‌تر باشد یا نیروهای قابل‌توجهی باید منتقل شوند، استفاده از پیچ‌ها، بولت‌ها و مهارهای مکانیکی برای انتقال نیرو اهمیت پیدا می‌کند.

یک روش مناسب در چنین شرایطی می‌تواند این باشد که ابتدا ژآکت فولادی با سیستم اپوکسی مناسب به سطح متصل شود و سپس مهارهای مکانیکی یا بولت‌های کاشتنی برای تکمیل انتقال نیرو مورد استفاده قرار گیرند. البته تعداد، قطر، فاصله و عمق مهارها باید با توجه به نیروهای طراحی و ظرفیت بتن موجود محاسبه شود.

ترمیم موضعی بتن دیوار برشی با ملات ترمیم بتنی

همه آسیب‌های دیوار به معنی نیاز به تقویت کل عضو نیستند.اگر مشکل موضعی باشد، ابتدا می‌توان بخش آسیب‌دیده را ترمیم کرد.این روش برای مواردی مانند:

• کرموشدگی بتن
• خردشدگی موضعی
• جداشدگی پوشش بتن
• نمایان شدن میلگرد
• آسیب سطحی
• برخی ترک‌ها پس از بررسی علت
• خوردگی موضعی آرماتور

قابل استفاده است. ملات‌های ترمیم بتن در دو گروه کلی پایه سیمانی و پایه اپوکسی و انواع تخصصی‌تر تولید می‌شوند. انتخاب بین آن‌ها به عمق آسیب، شرایط محیطی، رطوبت، محل اجرا، نیاز سازه‌ای و مشخصات بستر بستگی دارد.

اگر میلگرد خورده باشد، صرفاً پر کردن سطح با ملات کافی نیست. ابتدا باید وضعیت خوردگی و کاهش احتمالی سطح مقطع فولاد بررسی شود.

انتخاب بهترین روش ترمیم و مقاوم سازی دیوار برشی

انتخاب روش مقاوم‌سازی یک تصمیم اجرایی ساده نیست .برای انتخاب روش مناسب باید حداقل این موارد بررسی شوند:

بنابراین تقویت دیوار برشی بتنی باید توسط متخصص مقاوم‌سازی و پس از ارزیابی سازه انجام شود.

برآورد قیمت تقویت و مقاوم سازی دیوار برشی بتنی

قیمت و هزینه مقاوم سازی ساختمان  یک عدد ثابت برای همه پروژه‌ها نیست. هزینه به مجموعه‌ای از عوامل وابسته است:

بنابراین هزینه نهایی معمولاً شامل تست‌های تخصصی مورد نیاز برای ارزیابی دیوار، طراحی و محاسبات مقاوم‌سازی، خرید مصالح و اجرای مقاوم‌سازی دیوار برشی بتنی است. قیمت واقعی بعد از بررسی شرایط پروژه مشخص می‌شود و ارائه یک عدد ثابت بدون بازدید و محاسبات می‌تواند گمراه‌کننده باشد.

مشاوره تخصصی تقویت و مقاوم سازی دیوار برشی بتنی

مقاوم‌سازی دیوار برشی یک عملیات تخصصی است که انتخاب روش آن باید بر اساس محاسبات سازه‌ای، وضعیت موجود ساختمان، نوع آسیب و نیاز واقعی عضو انجام شود.

اگر نمی‌دانید برای دیوار پروژه شما FRP مناسب‌تر است یا ژاکت بتنی، آیا ورق فولادی جواب می‌دهد یا ابتدا باید بتن آسیب‌دیده ترمیم شود، بهتر است قبل از خرید مصالح یا شروع عملیات اجرایی، وضعیت دیوار توسط متخصص بررسی شود.

شرکت مقاوم سازی سازند می‌تواند در مراحل ارزیابی، بررسی آسیب، طراحی و انتخاب روش مناسب برای تقویت دیوار برشی بتنی به شما مشاوره تخصصی ارائه دهد تا با بهترین انتخاب ها حافظ سازه خود باشید.

جمع بندی

دیوار برشی یکی از اصلی‌ترین اعضای مقاوم در برابر نیروهای جانبی ساختمان‌های بتن‌آرمه است و ضعف آن می‌تواند عملکرد کلی سازه را در برابر زلزله تحت تأثیر قرار دهد. نیاز به  مقاوم سازی ممکن است به دلیل تغییر آیین‌نامه، خطای طراحی، ضعف اجرایی، افزایش بار، تغییر کاربری یا آسیب‌دیدگی دیوار ایجاد شود. بیشترین تقاضا برای مقاوم سازی مربوط به مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله است؛  بنابراین قبل از انتخاب روش، باید مشخص شود مشکل دقیقاً کجاست و چه مقدار افزایش ظرفیت مورد نیاز است.

بهترین روش تقویت دیوار برشی بتنی روشی نیست که صرفاً مقاومت بیشتری ایجاد کند؛ بلکه روشی است که دقیقاً با ضعف سازه، میزان نیاز، شرایط اجرایی و رفتار کل ساختمان هماهنگ باشد. به همین دلیل ارزیابی، محاسبات و طراحی باید قبل از اجرای هر سیستم مقاوم‌سازی انجام شود.