مقاوم سازی بناهای تاریخی ، در ساخت بناهای تاریخی از مصالح سنگین استفاده می شود و نقش نیروی چسبندگی بین مصالح و فرم های سازه، انتقال نیرو و در نهایت پایداری و عملکرد یکنواخت ساختمان است. ملات و آجر در برابر نیروهای فشاری عملکرد خوبی از خود نشان می دهند. اما در برابر نیروهای جانبی و کششی مقاومت چندانی ندارند و پس از رسیدن به حداکثر استحکام له می شوند. یعنی خاصیت پلاستیکی و شکل پذیری ندارند. مهم این است که روش استفاده شده در مقاوم سازی بناهای تاریخی اصالت و هویت تاریخی اثر را حفظ کند. این بناها از ارزش معنوی بالایی برخوردار هستند و باید برای حفظ آنها نهایت تلاش را کرد.  

ویژگی های روش مقاوم سازی بناهای تاریخی

روش های مورد استفاده در مقاوم سازی بناهای تاریخی، ضمن حفظ اصالت و هویت تاریخی ساختمان، باید آسیب ها و همچنین انسجام و یکپارچگی ساختمان را از بین ببرد. تا آنجا که ممکن است با کمترین تخریب در بنا همراه باشد. این شیوه مقاوم سازی ساختمان ضمن سازگاری با مصالح اولیه  به کار رفته در ساختمان سازگاری دارد، اما وزن ساختمان را افزایش نمی دهد و نیروهای اضافی به آن تحمیل نمی کند. ضمن کاهش وزن ساختمان باعث افزایش شکل پذیری عناصر سازه ای ساختمان در زمان نیروهای لرزه ای می شود.

اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﺼﺎﻟﺢ FRP بهترین شیوه مقاوم سازی بناهای تاریخی

با توجه به ویژگی های ذکر شده در مورد مقاوم سازی ابنیه تاریخی با frp، استفاده از مواد FRP یکی از بهترین راه ها برای انجام این کار است. استفاده از مواد FRP همراه با فناوری گچ یا تزریق رزین برای مقاوم سازی این بناها توصیه می شود. این روش مقاوم سازی برای پیاده سازی بسیار مقرون به صرفه است، بنابراین می توان از آن به عنوان یک مدل سبک برای بسیاری از بناهای تاریخی استفاده کرد. این روش را روش تقویت هسته ای مقاوم سازی می نامند.

چرا بناهای تاریخی به مقاوم سازی نیاز دارد؟

بناهای تاریخی از ملات و آجر در ایران کم نیست. بسیاری از آنها امروز وضعیت خوبی ندارند و مشکلات ساختاری و غیرساختاری داشته اند. بنابراین باید روشی یافت که بتواند با استفاده از فناوری های نوین راه حلی برای تداخل در عناصر سازه ای و غیر سازه ای ساختمان ارائه دهد. روشی با سرعت و استحکام عملکردی بالا که اگر به درستی استفاده شود و اصالت آن توسط متخصصان و مهندسین حفظ شود می تواند مفید باشد. تقویت سازه در بناهای تاریخی فرآیندی است که به ساختمان کمک می کند تا با استفاده از تعریف کلی ساختمان و استفاده از روش ها و مصالح سازگار با انسجام و پایداری آن، به طور ایمن از آن استفاده شود. با بررسی عناصر سازه ای و غیر سازه ای ساختمان می توان نقشه منسجم مقاوم سازی برای ساختمان به دست آورد. با شناخت ویژگی های سازه ای ساختمان می توان روشی متناسب با ماهیت ساختمان ارائه کرد. با پیشرفت علم و فناوری، رشته بناهای تاریخی نیز باید از آن بهره مند شود. پیشرفت باید هم از نظر مواد و هم از نظر روش اجرا پاسخگو باشد. برای آشنایی با این روش ها و حصول نتیجه مطلوب در استفاده از این روش ها، لازم است بررسی های لازم انجام شود و روش های شناسایی و نحوه اجرای صحیح آن ها در بناهای تاریخی مشخص شود. به این ترتیب بهترین راه برای مقاوم سازی بناهای تاریخی بدست می آید.  

رفتار بناهای تاریخی در برابر نیروهای مختلف

بررسی بناهای تاریخی به دلیل پیچیدگی آن کار آسانی نیست.در این نوع ساختمان ها، پانل های سازه ای با انتقال بارها و نیروهایی که از مسیرهای بار وارد می شوند، نقش تثبیت کل ساختمان را ایفا می کنند. نیروی چسبندگی بین مواد توسط دوغاب ایجاد می شود. این مواد و اشکال در نهایت یک بلوک ساختمانی یکپارچه را تشکیل می دهند. این ساختمان ها در برابر نیروهای فشاری مقاومت خوبی دارند اما در برابر نیروهای کششی نمی توانند مقاومت زیادی از خود نشان دهند. از آنجایی که مصالح آجر و ملات بسیار شکننده هستند، وقتی به آنها نیرو وارد شود، ملات با رسیدن به حداکثر استحکام می شکند و فرو می ریزد. برعکس، موادی مانند بتن مسلح و فولاد پس از رسیدن به حداکثر استحکام به الاستو پلاستیک تبدیل شده و به طور قابل توجهی تغییر شکل می دهند. در واقع می توان گفت که عیب اصلی ساختمان های آجری عدم مقاومت کافی در برابر نیروهای زلزله و همچنین عدم صافی و شکل پذیری لازم آنهاست.  

ﻣﺮاﺣﻞ مقاوم سازی بناهای تاریخی

اطلاعات زیر باید درباره بنای تاریخی جمع آوری شود:

• اطلاعات مربوط به مبدأ بنای تاریخی، از جمله اطلاعات مربوط به پی
• اطلاعات خاص ساختمان شامل اطلاعاتی در مورد ساختمان های مجاور ساختمان است، مانند کنترل وجود یک عنصر مشترک و آسیب شناسی ساختمان های مجاور.
• اطلاعات مربوط به سازه ساختمان شامل اطلاعات مصالح، دیوارهای باربر، سیستم سازه ای، پانل ها، اتصالات عناصر سازه ای و اتصالات عناصر غیر سازه ای

سپس باید تحلیل های لازم برای تعیین راه حل قابل اجرا و مناسب انجام شود. پس از این مراحل، طرح مقاوم سازی باید ارسال شود. برآورد هزینه نیز یکی از مراحلی است که قبل از اجرا باید در نظر گرفته شود. اجرای طرح مقاوم سازی بناهای تاریخی نیز آخرین و البته مهمترین مرحله است. به گفته برخی از کارشناسان عملیات مقاوم سازی، باید برای ساختمان هایی استفاده شود که ارزش نگهداری دارند. بناهای میراث فرهنگی جزء این دسته از بناهای ارزشمند هستند که باید در برابر بلایای طبیعی محافظت شوند. البته ساختمان های دیگری نیز وجود دارند که ارزش مقاوم سازی را بر اساس روش های دقیق حفظ می کنند. البته ساختمان های دیگری نیز وجود دارند که بر اساس روش های دقیق، ارزش ارتقاء را دارند. بناهای تاریخی در واقع نوعی بیان تاریخ، فرهنگ، هویت و پیشینه یک کشور هستند و باید در آینده نیز حفظ شوند. امانت هایی است که به ما سپرده شده است و باید با خیال راحت به نسل آینده منتقل شود.

 

سازه های بناهای تاریخی

ساختار بناهای تاریخی از اجزا و مصالح ساختمانی تشکیل شده است که می توانند بارهای افقی و عمودی را تحمل کنند. در بیشتر موارد اتصال سازه به واکنش های لرزه ای مناسب نیست. به علاوه سیستم های کف و سقف (طاق ها، گنبدها، فواره ها) همیشه اتصال لازم را ندارند. این ویژگی ها و همچنین فرم سازه ای سازه ها (یک ردیف، دو ردیف یا سه ردیف آجر یا سایر مصالح ساختمانی)، واکنش آنها تحت بار (یکنواخت یا دایره ای) و نوع شکست این سازه ها را مشخص می‌کند. انتخاب یک مدل تحلیلی مناسب و قابل اعتماد برای مطالعه و ارزیابی ظرفیت لرزه ای سازه ساختمانی مستلزم شناخت کامل ویژگی ها و رفتار سازه و همچنین میزان تخریب آن است. این دانش با بازدید و بررسی سازه های بناهای تاریخی، اندازه گیری عوامل غیرمخرب و سایر ابزارهای تشخیصی برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی به دست می آید. سازه های ساختمانی سازه های مرکب هستند که شامل سه جنبه متفاوت و متمایز می باشد: نوع مصالح، ملات و میزان سطح ترکیبی ملات. مورد اخیر کم اثرترین عامل در رفتار سازه ساختمان تحت تأثیر بارهای افقی است. مصالح می تواند قطعات سنگ یا سنگ با تراش نامنظم و همچنین آجر و بلوک های ساخته شده از خشت و آجر خشتی یا ترکیبی از این قطعات باشد. دوره های متوالی استفاده از آجر را اغلب می توان بر روی دیوارهای شهر به عنوان مصالح ساختمانی سنگ مشاهده کرد. در اسکله های بزرگ یا دیوارهای برج، استفاده از مصالح سنگی بزرگ (قلوه‌سنگ/آجر) یا حتی ملات به عنوان پرکننده رایج بود. ترکیبات ملات عمدتاً بر اساس ترکیبات آهکی است که خواص آنها در زیر آورده شده است:

1. چگالی/غلظت وزن مخصوص ظاهری: 1.7 - 1.4
2. تخلخل بالا: 40% - 20%
3. مقاومت کم: 5 - 1 مگاپاسکال
4. مدول الاستیسیته پایین: 6 - 2 GPa
5. تغییر شکل بالا

بزرگترین اندازه ذرات در این فرمولاسیون حدود 4 یا 8 میلی متر است. ملات رسی اغلب برای چسباندن بلوک های ساخته شده از خاک در معماری اصلی استفاده می شود. استحکام سازه های سنگی به استحکام اجزای آنها و نسبت حجم به جرم در واحد بر اساس استاندارد اروپا 6 (1995) بستگی دارد. در کتاب ها و مجلات، معادلات مربوط به ضخامت ملات برای پیش بینی و تخمین مقاومت یک سازه بنایی نشان داده شده است. علاوه بر این، استحکام ملات عمدتاً تحت تأثیر نوع سیستمی است که باعث چسبندگی می شود. جدا از تأثیر اجزای ساختمان بر استحکام سازه، نوع ساختمان و مورفولوژی (زیبایی شناسی مربوط به شکل اجسام) نقش مهمی در مکانیسم خرابی دارد. به عنوان مثال در دیوارهای یک بنایی سه ردیفه اغلب می بینیم که ردیف ها از هم جدا شده اند. علاوه بر این، اگر ملات ضعیف شده باشد، شکست برشی یا کششی به راحتی رخ می دهد. برای درک رفتار یک سازه ساختمان، خواصی مانند تنش، تنش و کرنش در محل با استفاده از روش تست غیر مخرب (NDT) اندازه‌گیری می‌شوند. رایج ترین استفاده از این روش (NDT) در اندازه گیری های صوتی و دما است. علاوه بر این، نظارت و بررسی بلندمدت با ایجاد سیستم های مناسب برای برآورد تنش های موجود حائز اهمیت است. همچنین تعیین خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی مواد از طریق روش های آزمایشگاهی در آزمایشگاه، امکان ارزیابی استحکام و کشسانی باقی مانده سازه های سنگی و همچنین تعیین پوسیدگی و درجه تخریب را فراهم می کند. فرآیند مطالعه کامل سازه های تاریخی از این جهت حائز اهمیت است که علاوه بر ترک خوردگی، نرم شدن سازه های ساختمانی ممکن است به دلایلی مانند قدمت سازه یا حمله شیمیایی (حمله سولفات) رخ دهد. این رویداد منجر به کاهش قابل توجه مقاومت کششی و فشاری در سازه های سنگی می شود. سپس یک مدل تحلیلی از سازه های ساختمانی برای بررسی اندرکنش سازه در شرایط بارگذاری مختلف ایجاد شد. نوع بارهای اعمال شده، استحکام و انعطاف پذیری اجزای سازه، میزان سختی و عوامل ایمنی باید به طور قطعی تعیین شود تا میزان آرماتور و اقدامات لازم برای بازگرداندن اثر برآورد شود.

تکنیک‌های اتصال صفحات تقویتی

استفاده از روش های مداخله سطح پایین در دهه 1990 آغاز شد. این روش شامل سیستم های فیبر و سیستم های ماتریس اتصال به اشکال مختلف است. به عنوان مثال می توان به میله ها، ورق ها یا شبکه های پالترود اشاره کرد. شناخته شده ترین الیاف عبارتند از: فولاد، کربن، آرامید، شیشه و شیشه‌های مقاوم در برابر قلیا، بازالت و بیوکامپوزیت¬ها (کتان، کنف) مبتنی بر لیگنین،بیوپلیمرهای بازیافتی،سلولز و پکتین.فیبر را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

• مدول الاستیسیته بالا، مانند فولاد و کربن با کیفیت های مختلف
• مدول الاستیسیته متوسط، مانند آرامید، بازالت و شیشه
• مدول الاستیسیته کم، مانند کتان و کنف

ویژگی های مواد رزین اپوکسی عبارتند از:

• چگالی: 1/1 - 1/7
• مدول الاستیسیته: 0/5 - 2 GPa
• قدرت خمشی: 9 - 30 مگاپاسکال
• کشش نهایی: 0/5 - 5 درصد

 

نحوه استفاده از FRP به شرح زیر است:

• بررسی ظرفیت اتصال زیرسازی سازه های سنگی
• سطح را تراز کنید تا اتصال قابل قبولی برای انتقال تنش ایجاد شود،به خصوص در مواردی که لنگرهای قوی وجود ندارد.
• گذاشتن ورق های FRP روی سطح خشک با کیفیت خوب که به عنوان چسب استفاده می شود.
• مطمئن شوید که لنگر مناسب است
• برای محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش از رنگ های مناسب استفاده کنید

هنگامی که دیوارها یا طاق ها و گنبدها در یک سازه ساختمانی بازسازی می شوند،ویژگی های مورد نیاز در رابطه با FRP عبارتند از:

• استحکام کششی نهایی: 6 - 5 مگاپاسکال
• افزایش طول نهایی: 1.62 درصد
• تنش کششی در ناحیه انتقال: 1.2 مگاپاسکال
• مدول الاستیسیته ولتاژ: 0.37 گیگا پاسکال

 

مزایای FRP عبارتند از:

• وزن کم یا مقاومت بالا در برابر وزن
• نصب و کارکرد نسبتا آسان با راندمان بالا
• حداقل تغییر در ابعاد اجزای سنگ
• مقاومت در برابر خوردگی، حملات شیمیایی و اثرات زیست محیطی

با این حال، معایبی برای زنجیره های پلیمری وجود دارد، از جمله:

• مقاومت کم در برابر آتش
• تخریب پلیمرها توسط اشعه ماوراء بنفش
• به تجهیزات ویژه، نیروی انسانی متخصص نیاز دارد
• نیاز به خشک کردن سطح
• به دمای پایین نیاز دارد

ناسازگاری رزین با ساختار سنگی باعث ایجاد ضربه در سطح اتصالات FRP می شود. چند نمونه شناخته شده از بناهای تاریخی با FRP ذکر شده است. برخی از آنها عبارتند از: بازسازی کلیسای سن ویتال در پارما، ایتالیا، بازسازی صومعه سنت. آندریاس، کوه آتوس یکی از فناوری های جالب در روش های مداخله برگشت پذیر خارجی، دستگاه SMA است که از سازه ها در برابر زلزله محافظت می کند. مواد اصلی در سیستم SMA آلیاژهای نیکل و تیتانیوم هستند. هزینه بالا، نصب سخت، جوشکاری نامناسب از معایب این سیستم است.   خلاصه سازه های سنگی تاریخی در واقع در تحمل بارهای افقی و همچنین مقاومت در برابر زلزله ضعیف هستند.اما اصل حفاظت سازه باید به گونه ای باشد که ایمنی و پایداری سازه با هم در نظر گرفته شود. پایداری سازه های مسکونی باید مطابق با استانداردهای جدید و قوانین طراحی ضد لرزه انجام شود.