روش‌ های تقویت تیرآهن در ساختمان

به دلیل اینکه در سازه‌های فولادی، تیرآهن نقش اصلی را ایفا می‌کند، باید که از استحکام و مقاومت مطلوبی برخوردار باشد تا در هنگام مواجهه با بارهای فشاری و خمشی که بر ستون‌ها وارد می‌شود، دچار کمانش نشود. حال اگر تیرآهن از چنین خواصی برخوردار نباشد باید که آن‌ها را تقویت کنیم. تقویت تیرآهن در سازه‌های فولادی به روش‌های مختلفی انجام می‌شود که این روش‌ها باید اصولی بوده و مطابق با استانداردها و الزامات طراحی سازه باشند. در ادامه به مهم‌ترین و کاربردی‌ترین روش‌های تقویت تیرآهن در ساختمان فلزی اشاره خواهیم کرد.

دلایل تقویت تیرآهن در سازه فولادی

از کاربرد به‌عنوان ستون در سازه‌های فلزی گرفته تا ساخت سوله با تیرآهن ، در همگی این موارد مصرف باید به مقاومت این مقاطع فولادی توجه شود. مخصوصاً در موقعیت‌هایی که این مقاطع به‌عنوان عضو اصلی در تحمل بار وارد بر سازه عمل می‌کنند. عضوهای اصلی در تحمل نیروهای فشاری که با تیرآهن ساخته می‌شوند ستون‌های اصلی و تیرهای سقف و تیرچه‌ها هستند. به همین دلیل، تقویت تیرآهن در چنین موقعیت‌هایی اهمیت بسیار بیشتری نسبت به سایر کاربردها مانند تیرآهن راه پله و تیرآهن بادبند دارد.

ازجمله دلایلی که تقویت تیرآهن را در سازه‌ها موجب می‌شوند عبارت‌اند از:

• خمیدگی یا تغییر شکل تیرآهن
• جلوگیری از وقوع خستگی در سازه
• بازسازی و ترمیم ساختمان
• افزودن طبقات بیشتر به سازه

خمیدگی یا تغییر شکل تیرآهن

کمانش یا خمیدگی تیرآهن در حین بارگذاری شایع‌ترین مشکل در این مقاطع فولادی است. هنگامی‌که بارهای وارد بر سازه هنوز به حد بحرانی نرسیده باشد، کمانش موضعی در تیرآهن‌ها اتفاق خواهد افتاد که شامل خمیدگی در قسمت بال و جان تیرآهن است. با افزایش مقدار بار وارده، کمانش کلی به وقوع خواهد پیوست که بسیار خطرناک بوده و می‌تواند منجر به شکست تیرآهن شود. عواملی که بر ایجاد کمانش در تیرآهن تأثیرگذار هستند شامل زنگ‌زدگی تیرآهن، خوردگی، فرسودگی سازه، وزن سقف و طبقات بالایی و غیره می‌شوند.

وقوع پدیده خستگی در سازه

خستگی یک پدیده مکانیکی است که در اثر اعمال بارهای متناوب و سیکلی ایجاد شده و منجر به شکست قطعات در طول زمان می‌شود. در واقع پدیده خستگی با جوانه‌زنی یک ترک در قطعه فولادی همراه بوده و با گسترش این ترک ادامه می‌یابد. ازآنجایی‌که ایجاد ترک‌های خستگی و رشد آن‌ها بدون هیچ‌گونه اثر قابل‌ملاحظه و صدا است، شکست خستگی بسیار ناگهانی اتفاق افتاده و نتایج فاجعه باری را به دنبال دارد. به همین دلیل، شکست ناشی از خستگی خطرناک‌ترین نوع شکست در قطعات مهندسی است. تقویت تیرآهن می‌تواند سبب جلوگیری از خم شدن آن تحت بارهای تناوبی شده و استحکام آن را در قسمت جان افزایش دهد تا دچار شکست خستگی نشود.

بازسازی و ترمیم ساختمان

در طی استفاده از ساختمان در طولانی‌مدت، شاهد ضعیف شدن اجزای سازه تحت نیروهای وارد بر آن‌ها هستیم که ممکن است استحکام سازه را مانند قبل تضمین نکنند. ضخامت کم ستون‌ها، اتصالات و جوشکاری ضعیف تیرآهن‌ها، ایجاد کمانش موضعی و غیره ازجمله دلایلی هستند که لزوم تقویت تیرآهن در ساختمان را موجب می‌شوند.

افزودن طبقات بیشتر به سازه

افزودن طبقات بیشتر به معنای افزایش وزن سازه و به دنبال آن افزایش بارهای وارده بر طبقات پایین‌تر است. بنابراین افزایش مقاومت تیرآهن‌های به‌کاررفته در طبقات زیرین بسیار اهمیت می‌یابد. برای ساخت ساختمان‌های چندین طبقه، بهتر است که طبقات اولیه از تیرآهن‌های با مقاومت بالاتر ساخته شوند. بدین منظور تیرآهن‌های 18 و 20 بسیار مناسب هستند. اما اینکه این تیرآهن‌ها چه کیفیت و خواصی داشته باشند نیز مهم است. بنابراین، تهیه تیرآهن از یک تولیدکننده معتبر هم از نظر الزامات فنی و هم صرفه اقتصادی، مناسب‌تر خواهد بود. تیرآهن اصفهان و اهواز و فایکو جزو برترین برندهای موجود در بازار برای چنین منظوری هستند.

روش‌ های تقویت تیرآهن

روش‌های مختلفی برای مقاوم سازی تیرآهن در ساختمان وجود دارد که با توجه به موقعیت تیرها و میزان تقویت موردنیاز برای آن‌ها انتخاب می‌شوند. در ادامه به نحوه مقاوم سازی تیرآهن در ساختمان به وسیله این روش‌ها می‌پردازیم.

استفاده از ژاکت فولادی (روکش فولادی)

روکش فولادی با قرارگیری بر روی بال تیرآهن، موجب کاهش کمانش و افزایش مقاومتان می‌شود. ضمن اینکه، این روکش‌ها به‌عنوان عاملی در جهت جلوگیری از اکسید شدن و زنگ زدن سطحی تیرآهن عمل می‌کنند. برای این منظور باید از ورق‌های فولادی با حداقل ضخامت 3 میلی‌متر استفاده کرد تا هم مقاومت به خوردگی را بهبود بخشند و هم از استحکام کافی برخوردار باشند.

استفاده از ژاکت بتنی

از متداول‌ترین روش‌های تقویت تیرآهن آن هم برای تیرآهن‌های هاش استفاده از ژاکت بتنی است. بدین‌صورت که ستون‌ها را با بتن پر کرده و یک پوشش سرتاسری در اطراف ستون ایجاد می‌کنند. با انجام این کار، هم مقاومت خمشی و هم مقاومت برشی تیرآهن در ستون افزایش می‌یابد. اصلی‌ترین کاربرد این روش زمانی است که تیرآهن دچار خوردگی یا آثار زنگ‌زدگی باشد.

استفاده از سخت کننده‌ها

برای این منظور نیز از ورق فولادی استفاده می‌شود تا مقاومت برشی تیرآهن افزایش یابد. این روش شامل جوش دادن ورق‌های فولادی به‌صورت تیغه‌های عمودی با فواصل مشخص به قسمت‌های جان و بال تیرآهن است.

استفاده از الیاف تقویت کننده پلیمری FRP

استفاده از الیاف پلیمری مصنوعی که با نام الیاف تقویت‌کننده پلیمری (FRP) نیز شناخته می‌شود، یکی دیگر از روش‌های تقویت تیرآهن در سازه فولادی است. با به‌کارگیری این الیاف، ترک‌خوردگی اولیه به تأخیر افتاده و سرعت رشد ترک نیز کاهش می‌یابد. این ماده برای مواقعی تیرآهن حاوی حفرات و سوراخ باشد نیز کاربرد دارد و از آن به‌صورت موضعی در اطراف حفرات استفاده می‌شود. نحوه مقاوم‌سازی این الیاف شامل قرارگیری به‌صورت عمود در راستای محور کششی یا طول تیرآهن است.

استفاده از نبشی و رکابی

با استفاده از نبشی فولادی و رکابی نیز می‌توان تیرآهن‌ها را تقویت کرد. برای این منظور باید از دو نبشی در گوشه‌های تیز و همچنین از رکابی در قسمت پایین تیرآهن استفاده کرد.

جمع‌بندی

استفاده از تیرآهن فولادی در کاربردهایی مانند ساخت ستون، تیرهای سقف و تیرچه، منجر به وارد آمدن تنش‌های فشاری به این اجزا شده و اگر این تنش از یک حدی فراتر رود، سبب ایجاد کمانش در تیرآهن می‌شود. با تداوم بارهای اعمالی نیز، شکست در تیرآهن اتفاق خواهد افتاد. بنابراین، تقویت تیرآهن در سازه‌های فولادی از اهمیت بسزایی برخوردار است. مقاوم سازی تیرآهن به روش‌هایی همچون استفاده از ژاکت فلزی و بتنی، استفاده از سخت‌کننده‌ها، استفاده از الیاف پلیمری تقویت‌کننده و نیز استفاده از نبشی و رکابی فولادی انجام می‌شود.

سؤالات متداول

1- تقویت تیرآهن به چه منظوری انجام می‌شود؟

جلوگیری از خمیدگی یا کمانش، جلوگیری از وقوع خستگی در تیرآهن، بازسازی ساختمان و افزودن طبقات.

2- بهترین روش تقویت تیرآهن در ساختمان چیست؟

استفاده از ژاکت فلزی و بتنی، استفاده از سخت‌کننده‌ها، استفاده از الیاف پلیمری تقویت‌کننده و نیز استفاده از نبشی و رکابی فولادی