ژاکت فولادی چیست؟

ژاکت فلزی یک روش موثر در مقاوم‌سازی ساختمان است که برای تقویت اجزای مختلف سازه مانند ستون، تیر و دال به کار می‌رود. با استفاده از این روش می توان مقاومت برشی این اجزا را تا حد قابل توجهی افزایش داد. اجرای فرآیند مقاوم‌سازی در اقسام مختلف سازه بسیار حائز اهمیت است. اما ممکن است به دلایلی، در این بخش‌ها از مقاوم‌سازی صرف‌نظر شده یا خطایی در مراحل اجرایی رخ داده باشد. خطا در طراحی و اجرای ساختمان، همراه با تغییر کاربری یا نیاز به بازسازی و تقویت آن در برابر زلزله، از دلایلی است که سازه ممکن است نیاز به مقاوم‌سازی داشته باشد.

مقاوم سازی بخش های مختلف سازه به استحکام و یکپارچگی این بخش ها در برابر نیروهای وارده کمک زیادی می کند و باعث افزایش دوام و عمر سازه می شود. همچنین با اجرای صحیح و اصولی فرایند مقاوم سازی می توان بخش های مختلف سازه را در برابر آسیب های احتمالی ایمن کرد. در این مطلب، قصد داریم به معرفی و کاربرد روش ژاکت فولادی در مقاوم‌سازی سازه‌ها پرداخته و همچنین مزایا و معایب، تفاوت با روش ژاکت بتنی و FRP، نحوه طراحی و اجرای آن، همچنین هزینه‌های اجرایی آن پرداخت کنیم.

مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی چیست؟

اجرای فرایند مقاوم سازی در بخش های مختلف سازه به ویژه در تیرها و ستون ها که اسکلت اصلی سازه را تشکیل می دهند از اهمیت بالایی برخوردار است. همان طور که می دانید ستون های سازه بار ناشی از سقف و بخش های فوقانی آن را به بخش های زیرین و در نهایت به فونداسیون و زمین منتقل می کنند. همچنین این ستون ها می توانند نیروهای وارده بر سازه را مهار کنند و مانع از ایجاد آسیب به دیگر بخش های سازه شوند. ستون های بتنی از اجزای مهم سازه های بتنی به شمار می روند و نقش مهمی در طراحی آنها دارند که لازم است در برابر نیروهای وارده تقویت شوند.

پس انتخاب یک روش مناسب و کاربردی در مقاوم سازی و تقویت این المان ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در مقاوم سازی بخش های مختلف سازه به ویژه در ستون ها از روش های مختلفی استفاده می شود که از متداول ترین آنها می توان به روش ژاکت فولادی اشاره کرد که در طراحی آن از پروفیل های فولادی، گروت سیمان، چسب های اپوکسی، پیچ و مهره و غیره استفاده می شود. در این روش هسته بتنی ستون ها با استفاده از یک پوشش فولادی محصور می شود و مقاومت و استحکام آن در برابر بارهای وارده و نیروهای ناشی از زلزله افزایش می یابد.

با اجرای ژاکت فولادی مقاومت فشاری بتن بالا رفته و شکل پذیری آن افزایش می یابد. افزایش سطح مقطع ستون بتنی در این روش با بالا رفتن مقاومت برشی، مقاومت خمشی و مقاومت فشاری آن همراه خواهد بود، در حالی که تغییر چندانی در وزن سازه ایجاد نمی شود. همین مسئله در فرایند مقاوم سازی تیرها و دیگر بخش های سازه های بتنی نیز دیده می شود که تأثیر بسیاری بر مقاومت و ایمنی آنها دارد.

کاربرد روش ژاکت فلزی

روش ژاکت فولادی از کاربردهای گسترده‌ای برخوردار است و به طور گسترده در فرایند مقاوم‌سازی به کار گرفته می‌شود. از کاربردهای این روش می توان به مقاوم سازی و تقویت ستون های بتنی به عنوان عضو اصلی سازه های بتنی اشاره کرد. همچنین با استفاده از این روش می توان تیرها و دیگر بخش های بتنی سازه را تقویت نمود. چنان چه المانی از سازه نیاز به تقویت و افزایش مقاومت برشی داشته باشد می توان از این روش استفاده کرد.

محصورسازی بتن و محافظت از آن در برابر آسیب های وارده از دیگر کاربردهای روش ژاکت فلزی است. همچنین با کمک این روش می توان سختی جانبی سازه را تا حدودی بالا برد. کاربرد دیگر این روش در تقویت المان های فرسوده سازه های قدیمی است که مقاومت و استحکام اولیه خود را از دست داده اند. افزایش مقاومت خمشی المان های سازه از دیگر کاربردهای روش ژاکت فولادی در مقاوم سازی ساختمان است.

مزایای روش ژاکت فولادی

این روش به دلیل نوع طراحی و قابلیت هایی که دارد از مزایای بسیاری برخوردار بوده که در این بخش به بررسی آنها می پردازیم. روش ژاکت فولادی، قابلیت افزایش مقاومت المان‌های مورد استفاده در طراحی سازه را به شدت افزایش می‌دهد. این نوع فرایند می‌تواند به طریق قابل توجهی در فرآیند مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی مفید باشد. در این روش تغییر چندانی در ابعاد و فضای معماری ایجاد نمی شود و به همین خاطر مشکلات معماری در این زمینه دیده نمی شود.

اجرای این روش در مقایسه با دیگر روش های مقاوم سازی مانند روش ژاکت بتنی آسان بوده و در آن نیازی به استفاده از قالب بندی نیست. همین امر نیز سبب افزایش سرعت اجرایی در این روش در مقایسه با دیگر روش های مقاوم سازی می شود. همچنین با استفاده از این روش می توان اکثر مشکلات سازه ای به وجود آمده در قاب های بتنی را اصلاح کرد.

معایب روش ژاکت فولادی

از معایب این روش می توان به هزینه بالای اجرای آن در مقایسه با دیگر روش های مقاوم سازی مانند روش FRP اشاره کرد. فولاد مورد استفاده در این روش ممکن است دچار زنگ زدگی و خوردگی شود که این مسئله می تواند بر عملکرد کلی سیستم مقاوم سازی تأثیر منفی بگذارد. استفاده از فولاد با پوشش ضد خوردگی و ضد حریق می‌تواند کیفیت و کارایی را افزایش دهد، اما هزینه‌های بالای تهیه آن را در پی دارد. همچنین در روش ژاکت فولادی امکان اصلاح اتصالات در قاب وجود ندارد و همین امر نیز از معایب آن به شمار می رود.

علاوه بر آن در اثر بارهای فشاری وارد شده در این روش امکان کمانش فولاد وجود دارد. از دیگر معایب این روش می توان به حجم بالای گروت ریزی در اجرای آن اشاره کرد. این روش زمان‌برتر از دیگر روش‌های مقاوم‌سازی است، زیرا ممکن است نیاز به عملیات متعدد کاشت آرماتور را در برخی حالات مقاوم‌سازی داشته باشد. البته اجرای این عملیات با جوشکاری های متعدد نیز همراه خواهد بود که همین امر نیز باعث طولانی تر شدن فرایند کاری می شود.

تفاوت روش مقاوم سازی ژاکت فولادی و ژاکت بتنی

در دو روش ژاکت فلزی و ژاکت بتنی به دلیل نوع طراحی و ساختاری که دارند تفاوت هایی نیز دیده می شود که در این بخش به بررسی آنها می پردازیم. تفاوت بین این دو روش به نحوه اجرایی آنها بازمی‌گردد. روش ژاکت فلزی از پیچ و مهره، پلیت و جوشکاری برای اجرا استفاده می‌کند. اما در روش ژاکت بتنی، این کار از طریق بتن ریزی و اجرای میلگرد انجام می‌شود. در این روش‌ها، تفاوت در سرعت اجرایی آن‌ها ناشی از نوع طراحی، مواد و تجهیزات مورد استفاده می‌باشد. معمولاً، سرعت اجرایی در روش ژاکت فولادی نسبت به روش ژاکت بتنی بیشتر است.

در روش ژاکت فلزی بار ناشی از فرایند مقاوم سازی در مقایسه با روش ژاکت بتنی به مراتب پایین تر است و همین امر نیز باعث کاهش بار مرده ساختمان در روش ژاکت فلزی می شود. مورد دیگر در این زمینه به هزینه تهیه و اجرای این روش ها مربوط می شود که در روش ژاکت بتنی بیشتر است. در روش ژاکت بتنی برخلاف فولادی  فضای بیشتری اشغال می شود. از طرف دیگر در اجرای ژاکت فلزی برخلاف بتنی محدودیت شکل اعضا وجود دارد. در روش ژاکت بتنی برای برخی مکان ها نیاز به تخریب بخش مورد نظر وجود دارد ولی در ژاکت فولادی نیازی به این امر نیست. از روش ژاکت بتنی برای بخش هایی که در آنها احتمال خوردگی وجود دارد می توان استفاده کرد ولی استفاده از ژاکت فلزی برای این بخش ها مناسب نیست.

تفاوت مقاوم سازی به روش ژاکت فولادی و روش FRP

روش ژاکت فولادی در مقایسه با روش FRP دارای طراحی و ساختار ویژه ای بوده و طبیعتاً تفاوت هایی نیز با هم خواهند داشت. اولین تفاوت موجود در این روش ها مربوط به هزینه اجرایی آنها بوده که در روش ژاکت فلزی بالاتر از FRP است. عملکرد برتر ژاکت فلزی نسبت به FRP، باعث شده است که این روش برای مقاوم‌سازی اتصال ستون‌ها به فونداسیون و تیرها به ستون‌ها به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد. در روش FRP برخلاف روش ژاکت فلزی نیازی به آرماتوربندی، مغزه گیری و کاشت میلگرد نیست.

همچنین در اجرای ژاکت فولادی برخلاف روش FRP نیاز به تجهیزات سنگین است. همان طور که اشاره کردیم در اجرای ژاکت فلزی محدودیت شکل اعضا وجود دارد ولی در روش FRP این محدودیت تا حدودی موجود است. فضای اشغال شده از ساختمان در روش FRP در مقایسه با روش ژاکت فلزی بسیار پایین تر است. زمان اجرایی در روش FRP در مقایسه با ژاکت فلزی پایین تر است و همین امر نیز باعث صرفه جویی در زمان اجرایی پروژه می شود.  از روش FRP  برخلاف روش ژاکت فلزی می توان در محیط هایی که در آنها احتمال خوردگی وجود دارد با کمک پوشش مخصوص استفاده کرد. فرایند اجرایی در روش FRP در مقایسه با روش ژاکت فولادی آسان تر بوده و به زمان و نیروی کمتری نیاز دارد.

طراحی ژاکت فلزی

قبل از اجرای ژاکت فولادی لازم است بررسی های اولیه در مورد نحوه اجرای آن صورت گیرد و بر اساس شرایط موجود طراحی ژاکت انجام شود. برای پیاده‌سازی دقیق، آزمایشات دقیق و استفاده از نرم‌افزارهای کاربردی امکان‌پذیر است. ژاکت ارائه شده برای مقاوم‌سازی المان مورد نظر، باید تمام نیازهای آن را پاسخ دهد و در طراحی آن باید همه شرایط موجود در نظر گرفته شود. از این رو طراحی این روش می بایست بر اساس محاسبات دقیق و جزئیات اجرایی انجام شود. نوع پروژه و شرایط آن می‌تواند بر نتیجه نهایی طراحی تأثیرگذار باشد. مهندس طراح باید با استفاده از دانش و خلاقیت خود، بهترین طراحی را ارائه دهد.

بررسی های اولیه در این زمینه به طراح کمک می کند تا روش مناسب با شرایط پروژه را انتخاب کند و بر اساس آن روش طراحی های لازم را انجام دهد. روش ژاکت فولادی، به صورت نواری یا دورپیچ، به عنوان روشی ویژه برای مقاوم‌سازی المان‌های سازه ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. هرکدام از این روش‌ها از طراحی خاص و مختصری برخوردارند. علاوه بر بررسی شرایط موجود در طراحی، لازم است به محدودیت‌های اجرایی نیز توجه شود؛ زیرا این مسائل می‌توانند بر نتیجه نهایی پروژه تأثیرگذار باشند. البته در طراحی ژاکت فولادی لازم است به دو موضوع توجه کافی شود. ابتدا آسیب‌های وارده به سازه به‌طور جامع مورد بررسی و تجزیه‌تحلیل قرار می‌گیرند. سپس سازه تقویت شده، جهت بررسی تأثیر مداخله‌های تقویتی به‌کار رفته بر آن، ارزیابی می‌شود.

اجرای مقاوم سازی ساختمان به روش ژاکت فولادی

در اجرای مقاوم سازی به روش ژاکت فلزی لازم است به یک سری دستورالعمل ها توجه شود که در این بخش به بررسی آنها می پردازیم. در این روش، ورق‌های فولادی روی بخش بتنی نصب می‌شوند و سپس با استفاده از بولت، ثابت می‌گردند. اجرای این روش با توجه به ویژگی های المان بتنی، شرایط کاری و میزان مقاوم سازی مورد نیاز می تواند به شکل موضعی، دورپیچ و نواری صورت گیرد. افزایش سطح مقطع ستون بتنی باعث افزایش مقاومت برشی، خمشی و فشاری آن می‌شود، در عین حال وزن سازه تغییر چندانی نخواهد کرد.

دستورالعمل‌های اجرایی این روش اشاره دارد که فضای خالی باید با چسب اپوکسی پر شود؛ معمولاً از چسب رزین اپوکسی دو جزئی برای این منظور استفاده می‌شود. البته در اجرای ژاکت فولادی بر روی ستون های بتنی که به صورت دورپیچ انجام می شود فضای خالی بین ورقه های فولادی و ستون ۷ سانتیمتر خواهد بود. در اجرای دورپیچ ژاکت بر روی ستون، فضای خالی زیادی به وجود می‌آید. برای پرکردن این فضا، می‌توان از گروت سه جزئی اپوکسی استفاده کرد که از نظر اقتصادی نیز موثر است. همچنین روکش فلزی مورد استفاده در این روش از اتصال دو ورق فولادی با استفاده از جوش شیاری ایجاد می شود.

قیمت و هزینه اجرای روش ژاکت فولادی

عوامل و فاکتورهای مختلفی می تواند بر قیمت و هزینه اجرای ژاکت فولادی تأثیرگذار باشد که در این بخش به معرفی آنها می پردازیم. قیمت ژاکت فلزی بیشتراز هر چیزی به قیمت مصالح استوار بستگی دارد که کیفیت ساختار و مواد اولیه مورد استفاده در آن متغیر است. ورق‌های فولادی و چسب اپوکسی از جمله مصالح حیاتی در این روش محسوب می‌شوند که قیمت آنها ممکن است به عوامل متعددی وابسته باشد. نوع ورق فولادی مورد استفاده، ضخامت ورق و کیفیت آن از جمله عوامل تأثیرگذار بر قیمت ورق فولادی خواهد بود.

مدل ارائه شده از ژاکت باید تمام نیازهای مقاوم‌سازی را برآورده کند. همچنین، نوع چسب اپوکسی و مواد مورد استفاده در آن می‌تواند بر قیمت چسب و در نتیجه قیمت نهایی ژاکت بتنی تأثیرگذار باشد. عواملی مانند دستمزد طرح اجرایی و هزینه جابجایی مصالح، به طور قابل توجهی بر قیمت نهایی ژاکت فولادی تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، هزینه‌های اجرای این روش نیز به قیمت نهایی تأثیر می‌گذارد. برندهای تولید کننده مصالح و شرکت‌های عرضه‌کننده نیز می‌توانند بر قیمت کلی تأثیرگذار باشند. به دلیل طراحی و مواد مورد استفاده، روش ژاکت فلزی با هزینه‌های بالایی همراه است. این مسئله می‌تواند با سایر روش‌های مقاوم‌سازی قابل مقایسه باشد.

جمع بندی

ژاکت فولادی یک روش معمول در تقویت اجزای سازه است که در مقاوم‌سازی تیرها، ستون‌ها، دال‌ها و بخش‌های دیگر سازه‌ها به‌کار می‌رود. در این روش از ورق های فولادی و چسب اپوکسی استفاده می شود که همانند یک ژاکت المان مورد نظر را در برمی ‌گیرند. استفاده از این روش به افزایش مقاومت خمشی بتن و شکل پذیری آن کمک زیادی می کند. استفاده از ژاکت فلزی می‌تواند مقاومت برشی و فشاری المان‌های بتنی را افزایش دهد. این اقدام می‌تواند آنها را در برابر نیروهای زلزله‌ای محکم و ایمن نماید.

همان طور که اشاره کردیم این روش به سه صورت نواری، موضعی و دورپیچ قابل اجرا خواهد بود که متناسب با شرایط و نیاز کاری می توان از آنها استفاده کرد. استفاده از ژاکت بتنی در تقویت بخش های مختلف سازه تأثیر چندانی بر وزن کلی سازه ندارد. همچنین استفاده از این روش باعث اشغال فضای داخلی سازه نمی شود و تأثیر چندانی بر معماری داخلی سازه ندارد. این روش نسبت به روش‌های دیگر مقاوم‌سازی مانند ژاکت بتنی و FRP، مزایا و معایب خاص خود را دارد که در مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. طراحان سازه، با توجه به ویژگی‌ها و امکانات ژاکت فولادی، می‌توانند از این روش برای مقاوم‌سازی و تقویت بخش‌های مختلف سازه استفاده نمایند.