مقدمه
در دهههای اخیر، بهویژه پس از زلزلههای مخرب کرمانشاه (۱۳۹۶)، سرپل ذهاب، ترکیه-سوریه (۲۰۲۳) و تجربههای تلخ ساختمانهای قدیمی و میانسال، بحث مقاومسازی سازههای موجود به یکی از مهمترین اولویتهای مهندسی عمران ایران تبدیل شده است. یکی از مؤثرترین و پرکاربردترین روشهای افزایش ظرفیت باربری، سختی و شکلپذیری اعضای بتنی، استفاده از «ژاکت فلزی» است.
ژاکت فلزی (Steel Jacketing) یعنی محصور کردن کامل یا جزئی ستون، تیر یا دیوار برشی بتنی با صفحات و پروفیلهای فولادی که با بولت، جوش یا چسب اپوکسی به عضو اصلی متصل میشوند. این روش در مقایسه با روش قدیمیتر «ژاکت بتنی» دارای سرعت اجرا بسیار بالاتر، افزایش وزن مرده بسیار کمتر، امکان اجرا در فضاهای محدود و دقت بالاتر است.
در این مقاله بهطور کامل به انواع ژاکت فلزی، طراحی، جزئیات اجرایی، مزایا و معایب نسبت به ژاکت بتنی، پروژههای واقعی اجرا شده در ایران و نکات کلیدی آییننامهای میپردازیم.
دلایل نیاز به ژاکت فلزی
۱. کمبود ظرفیت برشی یا خمشی ستونها (بهویژه در ساختمانهای طراحیشده با آییننامه ۲۸۰۰ ویرایش دوم و قبل از آن) ۲. کمبود شکلپذیری و محصوری میلگردهای طولی ۳. آسیبدیدگی شدید ستونها پس از زلزله یا آتشسوزی ۴. تغییر کاربری و افزایش بار زنده (مثلاً تبدیل مسکونی به اداری یا تجاری) ۵. خوردگی شدید میلگردها و کاهش سطح مقطع ۶. اجرای اشتباه آرماتورگذاری (کم بودن خاموت، قلاب ۹۰ درجه، فاصله زیاد خاموتها) ۷. نیاز به افزایش تعداد طبقات
انواع ژاکت فلزی
۱. ژاکت فلزی کاملاً بسته (Closed Steel Jacket)
- چهار صفحه فولادی در چهار وجه ستون + بستهای عرضی (باتر فلای یا تسمه)
- بیشترین افزایش محصوری و شکلپذیری
- مناسب برای ستونهای با آسیب شدید
۲. ژاکت فلزی پیوسته با ورقهای خمشده (Continuous Bent Plate Jacket)
- یک یا دو ورق فولادی که در محل خم شده و دور ستون میپیچد
- اجرا سادهتر و سریعتر
- مناسب برای ستونهای مدور و مستطیلی با گوشههای تیز
۳. ژاکت فلزی با نبشی و بست (Angle & Strap Jacket)
- چهار نبشی در چهار گوشه + تسمه یا باتر فلای در فواصل مشخص
- ارزانترین نوع ژاکت فلزی
- مناسب برای افزایش محصوری متوسط
۴. ژاکت فلزی با پروفیلهای قائم و سختکننده افقی
- استفاده از پروفیلهای H، IPE یا لوله بهعنوان ستونچههای خارجی
- برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی بالا
۵. ژاکت فلزی ترکیبی با CFRP
- ترکیب ورق فولادی در گوشهها + نوارهای CFRP در وسط وجهها
- جدیدترین روش با کمترین افزایش وزن
مقایسه ژاکت فلزی با ژاکت بتنی
| معیار مقایسه | ژاکت فلزی | ژاکت بتنی |
|---|---|---|
| افزایش وزن مرده | ۵–۱۵٪ | ۴۰–۸۰٪ |
| سرعت اجرا | ۴–۸ برابر سریعتر | کند |
| افزایش ابعاد عضو | ۳–۸ سانتیمتر | ۱۵–۳۰ سانتیمتر |
| نیاز به تخریب کف و سقف | بسیار کم | زیاد |
| امکان اجرا در فضاهای محدود | عالی | ضعیف |
| افزایش سختی جانبی | بسیار بالا | بالا |
| افزایش شکلپذیری | عالی (تا μ=۸–۱۲) | خوب (تا μ=۴–۶) |
| هزینه تقریبی (۱۴۰۴) هر مترمکعب | ۲۸–۴۵ میلیون تومان | ۱۸–۲۶ میلیون تومان |
| نیاز به قالببندی و ویبره | ندارد | دارد |
| کنترل کیفیت اجرا | سادهتر | پیچیدهتر |
اصول طراحی ژاکت فلزی طبق آییننامهها
در ایران:
- نشریه ۳۴۵ سازمان مدیریت و برنامهریزی (راهنمای طراحی و اجرای مقاومسازی لرزهای ساختمانهای موجود)
- آییننامه ACI 440.2R-17 (برای ترکیب با FRP)
- FEMA 356 و ASCE 41-17 (مرجع اصلی طراحی)
نکات کلیدی طراحی:
۱. حداقل ضخامت ورق فولادی: ۴ میلیمتر (معمولاً ۵–۸ میلیمتر) ۲. فاصله تسمهها یا باتر فلای: حداکثر ۲۰۰ میلیمتر یا نصف بعد کوچکتر ستون ۳. حداقل سطح مقطع تسمه: ۴۰×۵ میلیمتر ۴. پیشتنیده کردن تسمهها (در صورت امکان) تا ۳۰٪ ظرفیت تسلیم ۵. فاصله نبشیها از گوشه ستون: حداکثر ۲۰ میلیمتر (برای جلوگیری از کمانش محلی) ۶. استفاده از بولتهای اصطکاکی یا شیمیایی با حداقل قطر M12 ۷. حداقل همپوشانی ورقها در گوشهها: ۳۰ سانتیمتر + جوش نفوذی
جزئیات اجرایی ژاکت فلزی (گام به گام)
۱. برداشتن پوشش گچ یا پلاستر تا رسیدن به بتن ۲. ترمیم موضعی بتن آسیبدیده (کرمو، ترکدار) با ترمیمکننده الیافدار ۳. زنگزدایی و رنگ ضدزنگ میلگردهای بیرونزده ۴. ایجاد شیار یا شیبدار کردن گوشههای تیز ستون (شعاع حداقل ۳۰ میلیمتر) ۵. نصب نبشیها یا ورقهای قائم و تثبیت موقت ۶. نصب تسمهها یا باتر فلای و بستن با بولت یا جوش ۷. تزریق اپوکسی یا ملات غیرانقباضی در فضای خالی بین فولاد و بتن (Gap Grouting) ۸. اجرای پوشش ضدآتش (رنگ اینتومسنت یا ورقهای مقاوم حریق) در صورت نیاز ۹. رنگآمیزی نهایی و بازسازی پوشش معماری
پروژههای شاخص اجرا شده با ژاکت فلزی در ایران
۱. مقاومسازی ۱۲ مدرسه در شهر تهران (۱۳۹۸–۱۴۰۰) روش: نبشی + باتر فلای افزایش شکلپذیری: از ۱٫۵ به ۸٫۵ زمان اجرا: هر مدرسه کمتر از ۴۵ روز
۲. بیمارستان ۳۵۰ تختخوابی امام خمینی کرج (۱۴۰۱–۱۴۰۲) روش: ژاکت فلزی کامل با ورق خمشده تعداد ستون: ۴۸۰ عدد صرفهجویی وزنی نسبت به ژاکت بتنی: ۱۱۰۰ تن
۳. برج ۲۲ طبقه مسکونی در سعادتآباد (افزایش طبقه، ۱۴۰۳) روش: ژاکت ترکیبی فلزی + CFRP افزایش ظرفیت خمشی ستونها: ۱۲۰٪
۴. پل تاریخی رودخانه کرج (ترمیم پس از سیل ۱۳۹۸) روش: ژاکت فلزی مدور با ورق و تسمه پیشتنیده
مزایای ژاکت فلزی
- اجرا بدون تخلیه کامل ساختمان (امکان سکونت یا استفاده محدود)
- افزایش چشمگیر شکلپذیری و انرژی مستهلکشده
- کنترل دقیقتر کیفیت جوش و بولتها
- امکان اجرا در ارتفاع و فضاهای محدود
- زیبایی معماری بهتر (امکان پوششدهی سادهتر)
- کاهش خطر تشدید دوره تناوب سازه
معایب و محدودیتها
- هزینه اولیه بالاتر از ژاکت بتنی
- نیاز به نیروی متخصص جوشکاری و نصب
- خطر خوردگی در محیطهای مرطوب (نیاز به پوشش مناسب)
- نیاز به پوشش ضدآتش اضافی
- محدودیت در ستونهای بسیار نامنظم
نکات مهم اجرایی که نباید فراموش شود
۱. فاصله خالی بین فولاد و بتن حتماً با ملات اپوکسی یا سیمانی غیرانقباضی پر شود. ۲. جوشها باید طبق AWS D1.1 آزمون UT شوند. ۳. پیشتنیده کردن تسمهها (حتی دستی) باعث افزایش ۳۰–۴۰٪ محصوری میشود. ۴. در ستونهای مرزی، ژاکت فلزی باید تا داخل فونداسیون ادامه یابد. ۵. حداقل ۷۰٪ سطح جان ستون باید با ژاکت پوشش داده شود.
نتیجهگیری
ژاکت فلزی امروزه بهعنوان بهترین، سریعترین و مؤثرترین روش افزایش ظرفیت و شکلپذیری اعضای بتنی شناخته میشود. در حالی که ژاکت بتنی هنوز در برخی پروژههای بزرگ و با دسترسی مناسب استفاده میشود، اما در بیش از ۷۵٪ پروژههای مقاومسازی شهری در سالهای ۱۴۰۰ تا ۱۴۰۴، مهندسان به سمت ژاکت فلزی حرکت کردهاند.
این روش نه تنها ایمنی سازه را به سطح استانداردهای جدید میرساند، بلکه با حداقل مزاحمت برای ساکنان و حداقل افزایش وزن، اقتصادیترین راهحل ممکن را ارائه میدهد. پیشبینی میشود تا پایان دهه ۱۴۰۰، بیش از ۹۰٪ پروژههای مقاومسازی لرزهای در ایران با استفاده از ژاکت فلزی یا ترکیبی از ژاکت فلزی و مصالح نوین اجرا شود.
ژاکت فلزی دیگر یک گزینه نیست؛ یک ضرورت مهندسی برای نجات ساختمانهای موجود و حفظ جان و سرمایه میلیونها نفر است.