مقاوم‌سازی لرزه‌ای فرآیندی حیاتی برای افزایش ظرفیت باربری و شکل‌پذیری سازه‌های موجود در برابر نیروهای ناشی از زلزله است. انتخاب روش مقاوم‌سازی به نوع سازه، میزان آسیب‌پذیری و بودجه پروژه بستگی دارد. سه روش اصلی و پیشرفته در این زمینه، ژاکت بتنی، استفاده از الیاف پلیمری (FRP) و جداسازهای لرزه‌ای (Base Isolation) هستند.
۱. ژاکت بتنی (Concrete Jacketing)
ژاکت بتنی یکی از قدیمی‌ترین و رایج‌ترین روش‌های مقاوم‌سازی است که شامل افزایش ابعاد مقطع اعضای اصلی سازه (ستون‌ها و تیرها) با استفاده از لایه‌ای جدید از بتن و آرماتور است.
الف) مکانیسم و هدف
- افزایش مقطع: با افزایش ابعاد ستون یا تیر، سختی (Stiffness) و مقاومت (Strength) آن عضو به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
- محصورشدگی (Confinement): خاموت‌های جدیدی که در لایه بتنی اضافه می‌شوند، هسته بتنی موجود را بهتر محصور کرده و شکل‌پذیری (Ductility) عضو را در برابر بارهای چرخه‌ای زلزله بهبود می‌بخشند.
ب) مزایا و معایب
مزایا | معایب |
اثربخشی بالا: افزایش قابل ملاحظه در مقاومت و سختی سازه. | وزن سنگین: اضافه شدن وزن مرده قابل توجه به سازه و پی. |
روش اثبات شده: تکنولوژی قدیمی و مورد تأیید با سابقه اجرایی طولانی. | کاهش فضای معماری: ابعاد ستون‌ها بزرگتر شده و فضای مفید ساختمان کاهش می‌یابد. |
دسترسی به مواد: مصالح (بتن و فولاد) به آسانی در دسترس هستند. | نیاز به تخریب و ساخت مجدد: اجرای کار طولانی، پر سر و صدا و نیازمند توقف بهره‌برداری است. |
۲. استفاده از الیاف پلیمری تقویت‌شده (FRP - Fiber Reinforced Polymer)
این روش یکی از تکنولوژی‌های نسبتاً جدید است که برای تقویت اعضای بتنی و افزایش شکل‌پذیری آن‌ها استفاده می‌شود.
الف) مکانیسم و هدف
- افزایش مقاومت کششی: الیاف FRP (مانند الیاف کربن یا شیشه) دارای مقاومت کششی بسیار بالایی هستند. این الیاف به صورت ورق یا لمینت روی سطح ستون‌ها، تیرها یا دیوارهای برشی چسبانده می‌شوند.
- محصورشدگی خارجی: در ستون‌ها، پیچیدن الیاف به صورت دورپیچ، محصورشدگی هسته بتنی را افزایش داده و ظرفیت تحمل باربری و شکل‌پذیری را بدون افزایش چشمگیر وزن، بالا می‌برد.
ب) مزایا و معایب
مزایا | معایب |
سبکی وزن: وزن ناچیز FRP هیچ بار مرده‌ای به سازه اضافه نمی‌کند. | حفاظت در برابر آتش: FRP (به‌ویژه رزین اپوکسی) نسبت به آتش حساس است و نیاز به پوشش محافظ دارد. |
سرعت و سهولت اجرا: نصب آن نسبت به ژاکت بتنی سریع‌تر است و تخریب کمتری دارد. | هزینه مواد اولیه بالا: مواد FRP نسبتاً گران قیمت هستند. |
تغییرات معماری کم: ضخامت بسیار کم لایه‌های FRP فضای ساختمان را کاهش نمی‌دهد. | نیاز به سطح تمیز: سطح بتن باید کاملاً صاف، تمیز و عاری از گرد و غبار باشد. |
۳. جداسازهای لرزه‌ای (Base Isolation) و میراگرها (Dampers)
این روش‌ها به جای افزایش مقاومت سازه، تلاش می‌کنند تا انرژی وارد شده از زلزله را جذب یا منحرف کنند.
الف) جداسازهای لرزه‌ای (Base Isolation)
- مکانیسم: جداسازها (مانند بلبرینگ‌های لاستیکی چندلایه LRB یا لغزنده) بین پی و روسازه (Superstructure) نصب می‌شوند.
- هدف: جدا کردن سازه از حرکت زمین. این جداسازها دوره تناوب ارتعاش سازه را به شدت طولانی می‌کنند و از این طریق، بخش عمده انرژی زلزله (که در دوره‌های کوتاه متمرکز است) را دفع کرده و انتقال نیروهای جانبی به سازه را تا حد زیادی کاهش می‌دهند.
- مناسب برای: ساختمان‌های جدید، سازه‌های حیاتی (مانند بیمارستان‌ها) و سازه‌هایی که در آن‌ها آسیب‌پذیری محتویات داخلی مهم است.
ب) میراگرها (Dampers)
- مکانیسم: میراگرها (مانند میراگرهای ویسکوز، ویسکوالاستیک یا اصطکاکی) به صورت مورب بین اعضای سازه نصب می‌شوند.
- هدف: جذب انرژی ناشی از نوسانات سازه در حین زلزله و تبدیل آن به گرما. این امر باعث کاهش دامنه ارتعاش و کنترل جابجایی‌ها می‌شود.
- مزیت: میراگرها می‌توانند بدون تغییر در سختی یا مقاومت اعضای اصلی، ظرفیت استهلاک انرژی سازه را به شدت افزایش دهند.
ج) مزایا و معایب روش‌های کنترل غیرفعال (جداسازها و میراگرها)
مزایا | معایب |
حفاظت عالی از محتویات: کمترین آسیب به سازه و تجهیزات داخل ساختمان وارد می‌شود. | هزینه بالا: هزینه اولیه تأمین و نصب جداسازها و میراگرها بسیار بالا است. |
عدم نیاز به خاموشی: می‌توان در برخی پروژه‌های بزرگ و حساس، با روش‌های پیچیده این سیستم‌ها را زیر سازه موجود نصب کرد. | نیاز به فضای اضافی: اطراف ساختمان باید فضای کافی برای جابجایی جداسازها در هنگام زلزله فراهم شود. |
۴. مقایسه جامع روش‌های مقاوم‌سازی
ویژگی | ژاکت بتنی | FRP (الیاف پلیمری) | جداسازهای لرزه‌ای و میراگرها |
اصول مقاوم‌سازی | افزایش مقاومت و سختی سازه | افزایش شکل‌پذیری و محصورشدگی | کاهش نیروی ورودی و جذب انرژی |
افزایش وزن مرده | بله (قابل توجه) | خیر (ناچیز) | خیر |
تغییرات معماری | بله (مقطع ستون‌ها بزرگ می‌شود) | خیر (ضخامت ناچیز) | بله (نیاز به فضای جانبی و زیرین) |
قابلیت اجرا | آسان (با مصالح بومی) | نیاز به تخصص و سطح تمیز | بسیار تخصصی و پیچیده |
هزینه اجرای نسبی | متوسط | متوسط تا بالا | بسیار بالا |
بهترین کاربرد | سازه‌های نیازمند افزایش سختی، سقف‌های کوتاه | افزایش ظرفیت ستون‌ها در سازه‌های موجود، ترمیم آسیب‌ها | سازه‌های با اهمیت بالا (بیمارستان، برج‌ها)، خاک نرم |
