روش های مقاوم سازی ساختمان بتنی (تکنیک های اصولی)

بتن در برابر نیروی پیچشی وارده مقاومت می کند اما در برابر نیروی کششی ضعیف است و سریعا می شکند و آوار می شود. بنابراین اینجاست که بحث مقاوم سازی ساختمان بتنی پیش می آید. چرا که بتن ساده و غیر مسلح برای ساخت بسیاری از سازه ها نامناسب است و در تحمل تنش های ناشی از ارتعاشات، بارگذاری باد و غیره نسبتا ضعیف عمل می کند. اما مقاوم سازی ساختمان بتنی به چه شکل انجام می شود و راه حل انجام آن چیست؟

معرفی روش های مقاوم سازی ساختمان بتنی

همانطور که در بخش پیشین اشاره کردیم، سازه های بتنی به دلیل ضعف در برابر نیرو های کششی، نمی توانند مقاومت کافی را در زمان زلزله و سایر حوادث طبیعی از خود نشان دهند. بنابراین لازم است تا در جهت مقاوم سازی ساختمان بتنی از روش های مهندسی شده و مطمئن بهره گرفته شود.

برای افزایش استحکام کلی بتن، این ماده را با مصالح ساختمانی دیگر نظیر میلگرد ها، سیم‌ ها، مش‌ ها یا کابل‌ های فولادی ترکیب می کنند. بنابراین به منظور مقاوم سازی ساختمان بتنی، در هنگام قالب گیری قطعات بتنی پیش ساخته، آرماتور را درون قابلب جوش می دهند و سپس عملیات بتن ریزی آغاز می شود.

این آرماتور که اغلب به عنوان میلگرد شناخته می شود، در برابر نیروهای کششی مقاومت می کند و هنگام اعمال نیروی کششی زلزله، نمی گذارد ساختار بتن از هم گسسته شود. چنانچه اگر پس از وقوع یک زلزله شدید بر سر آوار ها حضور یافته باشید، خواهید دید که میلگرد های تعبیه شده درون سازه بتنی، کشیده شده و مقاومت خود را تا آخرین لحظه نشان داده است. بنابراین برای مقاوم سازی ساختمان بتنی، با ایجاد یک پیوند قوی در بین این دو ماده، سازه ای را تولید می کنند که قادر به مقاومت در برابر نیروهای وارده مختلف هستند و به طور موثر به عنوان یک عنصر ساختاری عمل می کنند.

ترکیب بتن و میلگرد برای مقاوم سازی ساختمان بتنی

بتن ماده ای است که از زمان رومیان باستان به عنوان مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار گرفته است؛ در حالی که اولین استفاده از آرماتورها به شکل آهن،  در دهه 1850 توسط فرانسوا کونیه، صنعتگر فرانسوی معرفی شد. در دهه 1880 بود که مهندس عمران آلمانی G. A. Wayss از فولاد به عنوان عنصر تقویت کننده در مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده کرد.

کاربرد بتن مسلح در ساختمان سازی

بتن مسلح می تواند هم شامل قطعات بتنی پیش ساخته و هم به شکل ریخته گری در محل اجرای پروژه باشد و در طیف وسیعی از کاربردها مانند: ساخت دال، دیوار، تیر، ستون، پی و قاب کاربرد دارد. آرماتورها معمولاً در مناطقی از بتن که احتمالاً در معرض کشش هستند، مانند قسمت پایین تیرها قرار می گیرد. برای ایجاد مقاومت در برابر پوسته شدن و خوردگی که می تواند منجر به ناپایداری سازه شود، معمولاً حداقل 50 میلی متر پوشش، هم در بالا و هم در زیر آرماتور فولادی وجود دارد.

همچنین تعدادی از انواع آرماتورهای غیر فولادی وجود دارد که عمدتاً به عنوان وسیله ای برای کنترل ترک خوردگی قابل استفاده هستند. بتن مسلح بسیار بادوام است و نیاز به نگهداری آنچنانی هم ندارد. جرم حرارتی خوبی دارد و ذاتاً در برابر آتش مقاوم است. میلگرد به طور کلی از 100% ضایعات بازیافتی ساخته می شود و در مرحله تخریب، بتن و میلگرد قابلیت جداسازی را دارند تا بتوان فولاد را بازیافت کرد.

با این حال، بتن انرژی تجسم یافته نسبتا بالایی دارد که ناشی از استخراج، ساخت و حمل و نقل آن است. مواد زائد را می توان در مخلوط بتن گنجاند مانند RCA (سنگدانه خرد شده بازیافتی)، GGBS (سرباره کوره بلند دانه بندی شده زمین) و PFA (خاکستر سوخت پودر شده)، با این حال، مسائلی مانند محتوای رطوبت و تنوع مواد ممکن است بازیافت آن را غیر ممکن تحمل کند.

بتن تقویت شده با الیاف چیست و چه نقشی در مقاوم سازی ساختمان بتنی دارد؟

بتن تقویت شده با الیاف، یک مخلوط بتنی است که حاوی الیاف مجزای کوتاهی است که به طور یکنواخت در سراسر مواد پخش می شوند. الیاف می توانند از شیشه، پلی پروپیلن، مواد مصنوعی و طبیعی و همچنین فولاد ساخته شوند.

بتن پیش تنیده چیست و چه نقشی در مقاوم سازی ساختمان بتنی دارد؟

بتن پیش تنیده کمک می کند تا تنش های مهندسی از پیش تعیین شده در قطعات بتنی برای خنثی کردن تنش هایی که هنگام بارگذاری ایجاد می شوند، کنترل شوند. در بتن مسلح معمولی، تنش ها توسط آرماتور فولادی کنترل می شود در حالی که بتن پیش تنیده بار را با تنش های القایی در کل عنصر سازه تحمل می کند. این باعث می شود که نسبت به بتن معمولی در برابر ضربه و ارتعاش مقاوم تر باشد و بتواند ساختارهای بلند و نازکی را با سطوح مقطع بسیار کوچکتر برای تحمل بارهای معادل تشکیل دهد. پیش تنیدگی ممکن است با پیش کشش یا پس کشش حاصل شود.

انواع مختلف میلگردهای تقویت کننده فولادی

انواع مختلفی از میلگردهای فولادی در سازه های بتنی استفاده می شود. میله های فولادی تقویت شده برای مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده می شوند که باعث ماندگاری طولانی تر و دوام بالای ساختمان می گردند.

5 نوع میلگرد تقویت شده فولادی در ساخت بتن سیمانی استفاده می شود:

1. میلگرد تغییر شکل داده شده نورد گرم
2. میلگرد فولادی نورد سرد
3. میلگرد فولادی ملایم
4. میلگرد فولادی پیچشی
5. مش فولادی جوش داده شده

در دامه این بخش به معرفی هر یک از این میلگرد ها و نقش آن ها در مقاوم سازی ساختمان بتنی می پردازیم.

1. میله های تغییر شکل داده شده نورد گرم

میلگردهای تغییر شکل داده شده نورد گرم نیز به عنوان میلگردهای ترمو مکانیکی اصلاح شده یا TMT شناخته می شوند. در RCC (سازه بتن مسلح) معمولاً از میلگردهای TMT برای مقاومت کششی برتر استفاده می شود. دنده های روی میلگردهای TMT چسبندگی عالی را در بتن سیمانی ایجاد می کنند. بهترین کیفیت میلگردهای TMT دارای مقاومت کششی psi 64000 است (PSI - مقاومت بتن بر حسب پوند بر اینچ مربع اندازه گیری می شود).

2. میلگرد فولادی نورد سرد

میلگرد های فولادی نورد سرد شبیه به میلگرد های نورد گرم هستند با این تفاوت که در دمای اتاق ساخته می شوند. این میلگرد ها استحکام نسبتا ضعیفی دارند و به راحتی خم می شوند. میله های نورد سرد تقریباً در بازار مصالح ساختمان سازی منسوخ شده اند؛ اگرچه هنوز هم برای ساخت و سازهایی که به تحمل زیادی نیاز ندارند، استفاده می شوند. میلگرد های نورد سرد دارای استحکام کششی تا psi 60000 هستند.

3. میلگرد فولادی ملایم

4. میلگرد فولادی پیچشی

میلگرد های فولادی پیچشی به عنوان تاندون های پیش تنیدگی نیز در ساختمان سازی و برای مقاوم سازی ساختمان بتنی شناخته می شوند. این میلگرد ها از سیم های مختلف تشکیل شده اند که تقریباً 7 سیم با هم گره خورده اند و به صورت یک رشته درآمده اند. میلگرد فولادی پیچشی استحکام کششی بالایی تا psi 270000 دارد. این نوع میلگرد عمدتاً در مهاربند های داربست برای پیش تنیدگی بتن سیمانی مسلح استفاده می شوند. استحکام کششی بالای آن، مقاومت سازه را فراتر از حد تصور شما بالا می برد.

5. مش فولادی جوش داده شده

سیم های فولادی جوش داده شده از مش جوش تشکیل شده است. استحکام کششی متوسطی دارد و برای پارتیشن ها، نرده ها و غیره استفاده می شوند. در قطرهای مختلف موجودند و استحکام آن بالاتر از میله فولادی ملایم است؛ به همین دلیل است که به طور گسترده ای برای بخش های خاص در ساخت و ساز برای کارایی بهتر پذیرفته شده است.

مهم است که بدانید میلگردهای ترمو مکانیکی اصلاح شده (TMT) به دلیل استحکام کششی بالا به طور گسترده در سراسر جهان پذیرفته شده اند. میله های TMT نه تنها استحکام بالایی را ارائه می دهند بلکه به اندازه کافی انعطاف پذیر هستند. به همین دلیل است که در هنگام وقوع بلایای طبیعی مانند زلزله، سیل و غیره حداکثر محافظت را ارائه می دهد. میله های TMT از مقدار کربن کمتری تشکیل شده اند و به همین دلیل انعطاف کمتری دارند و همچنین در برابر خوردگی بسیار مقاوم است.

طبق استانداردهای IS درجه Fe 500d میلگرد TMT ترکیبی عالی از استحکام و انعطاف پذیری دارد. به همین دلیل است که بیشتر برای اهداف ساخت و ساز توصیه می شود.

مزایای مقاوم سازی ساختمان بتنی  مزایای استفاده از بتن مسلح در ساخت و ساز

بتن مسلح زیرزمینی 8Shelter-  حاوی فولادی است که در بتن تعبیه شده است؛ بنابراین این دو ماده مکمل یکدیگر هستند تا در برابر نیروهایی مانند تنش کششی، برشی و فشاری در سازه بتنی مقاومت کنند. بتن معمولی می تواند تنش فشاری را تحمل کند اما در برابر نیرو های کششی و تنش هایی مانند باد، زلزله و ارتعاشات به خوبی عمل نمی کند.

اصطلاح تقویت شده به این دلیل استفاده می شود که فولاد بتن را تقویت می کند و آن را به مصالح ساختمانی حتی قوی تر تبدیل می نماید. بتن مسلح امروزه برای کاربرد های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. مزایای استفاده از بتن مسلح در ساخت و ساز عبارتند از:

1. توانایی مقاومت در برابر محیط های پر استرس

بتن مسلح برای رفع عیوب عملکرد بتن ساده، به ویژه محیط های پر تنش طراحی شده است. بتن یکی از بهترین مصالح ساختمانی است که به دلیل استحکام و دوام بسیار شناخته شده است. تحقیقات نشان می دهد که این ماده در محیط های پر استرس همراه با بلایای طبیعی مانند زلزله و گردباد شکست می خورد. ارزش تقویتی فولاد در بتن، بتن مسلح را به ماده ای بسیار مورد توجه در مناطق مستعد بلایای طبیعی تبدیل کرده است.

2. مقاومت در برابر آتش و آب و هوا

بتن مسلح همچنین مقاومت زیادی در برابر آب و هوا و آتش دارد. طبیعت بتن اجازه آتش گرفتن یا سوختن آن را نمی دهد. مواد تحت تأثیر آب و هوا مانند بارندگی و برف قرار نمی گیرند.

3. قابلیت ساخت در اشکال مختلف

بتن مسلح را می توان به طیف نامحدودی از اشکال قالب بندی کرد. این یک ماده عالی برای ساخت طرح های معماری هنری مانند قوس و گنبد است. این ماده در ابتدا سیال است در حالی که ساختار قاب فولادی به عنوان چارچوبی برای طراحی نهایی طراحی شده است. هنگامی که مواد سیال در اطراف قاب فولادی قرار می گیرد، تنوع شگفت انگیزی از اشکال هندسی و انتزاعی ایجاد می کند.

4. هزینه نگهداری کم

به دلیل ماهیت طولانی مدت بتن مسلح، تعمیر و نگهداری اغلب به حداقل می رسد. هنگامی که طرح شکل گرفت و بتن سخت شد، می‌توانید به بتن مسلح اعتماد کنید تا با پشتکار در آزمون زمان مقاومت کنید.

5. نیاز کمتر به نیروی کار در محل اجرای پروژه

ساخت بتن مسلح به نیروی کار کمتری در هنگام نصب این سازه ها نیاز دارد. چارچوب فولادی می تواند توسط سازنده ساخته شود. مخلوط بتن سیال با ریختن یا پاشش در قالب روی چارچوب فولادی اعمال می شود. همچنین ساخت و ساز را سریع تر می کند و می توانید در زمان صرفه جویی در نیروی کار را انجام دهید. پس از بتن ریزی در قالب، آن را به حال خود می گذاریم تا کاملا خشک شود.