تعزيز FRP

١. المسح الهندسي

المبنى الرئيسي عبارة عن هيكل من الخرسانة المسلحة، بمساحة حوالي ٦٠٠٠ متر مربع. ينقسم المبنى إلى ثلاثة مبانٍ. كان المبنى في الأصل مبنىً إداريًا، ومن المقرر تحويله إلى مركز تسوق في الطوابق الثلاثة الأولى وفندق في الطابق الثالث.

وللتعرف على الجودة الهندسية الحالية للمبنى بالتفصيل، أوكل المالك إلى وحدات التفتيش المختصة إجراء فحص وتقييم شامل للهيكل الرئيسي للمبنى قبل التجديد، بما في ذلك التشوهات الإنشائية، وفحص الجزء المرئي من الشقوق الإنشائية، وقوة الخرسانة والكشف عن تآكل الفولاذ، وفحص وصلات الوصلات، وما إلى ذلك. أظهرت نتائج الاختبار أن قوة ضغط الخرسانة المحلية في المبنى الثالث لا ترقى إلى مستوى قوة التصميم الأصلي، وأن الأجزاء الأخرى تلبي متطلبات التصميم الإنشائي الأصلية. ومن خلال كشف الميل، فإن معدل ميل مباني المكاتب منخفض، وهو ضمن النطاق المطلوب وفقًا لمعيار تقييم موثوقية المباني المدنية (GB 50292-1999). بالإضافة إلى ذلك، تظهر الشقوق الظاهرة في الجزء المرئي من الهيكل الرئيسي بشكل رئيسي في جدار الردم، بينما لا توجد شقوق في العوارض والبلاطات والأعمدة. كما تم اختبار جودة الأساسات، وكانت النتائج ضمن الحدود الطبيعية. منذ بناء المبنى في سبعينيات وتسعينيات القرن الماضي على التوالي، تغيّر استخدام وظيفته، ولم يعد يلبي متطلبات المعايير الحالية. لذلك، لضمان الاستخدام الآمن وتلبية المتطلبات الوظيفية، من الضروري إجراء تسليح شامل وإعادة بناء للمبنى.

2. التسليح والتحديث

2.1 مبادئ تصميم التسليح الإنشائي

بالإضافة إلى مراعاة الوضع الفعلي للمبنى، يجب أن يفي مخطط التسليح أيضًا بمتطلبات كود تصميم التسليح، بحيث يلبي المبنى المسلّح متطلبات الاستخدام والهيكل الزلزالي. بعد التسليح والتحويل، سيُطيل عمر خدمة المبنى. في الوقت نفسه، يجب مراعاة عبء عمل التسليح والتحويل لتوفير التكلفة.

2.2 خطة التعزيز الهيكلي وإعادة البناء

٢.٢.١. تسليح الأعمدة والعوارض الإطارية

صُمم وبُني المبنى الأول والمبنى الثاني في سبعينيات القرن الماضي كأول مبنى مكاتب متعدد الطوابق في المنطقة. ومن المعلوم أن التصميم والبناء في ذلك الوقت كانا حذرين للغاية، لا سيما في عملية البناء، حيث بلغت متطلبات مواد البناء حدًا من الصعوبة، وهو ما يتضح من نتائج الاختبارات الإنشائية.

يبلغ حجم شبكة الأعمدة في المبنى الأول ٣ أمتار عند الفتحة، و٦ أمتار عند العمق، و٥.٣ أمتار عند العمق، وأبعاد العمود الأوسط ٣٠٠ متر × ٦٠٠ متر، والعمود الجانبي ٣٠٠ متر × ٥٠٠ متر، وعارضة الإطار ٢٥٠ متر × ٥٥٠ متر. وتُظهر الحسابات والفحوصات الإنشائية أن عارضة الإطار والعمود الأصليين يستوفيان بشكل أساسي متطلبات حمل الخدمة بعد التحويل، بينما يقتصر الأمر على الهيكل الأصلي للمعالجة الزلزالية والمتانة.

تم مراعاة طريقتين في التصميم: (١) طريقة التسليح بألياف الكربون؛ (٢) طريقة التسليح بألواح فولاذية لاصقة. هاتان الطريقتان مناسبتان للعناصر القابلة للثني والشد في الظروف العادية. ونظرًا لمحدودية حجم مقطع العمود وظروف أخرى، قررتُ أخيرًا، من خلال المقارنة، استخدام ألياف الكربون في عوارض إطار الأعمدة.

وفي الوقت نفسه، وللاستفادة الكاملة من متطلبات تقنية البناء لطريقة تسليح ألياف الكربون، يُطلى سطح الهيكل الخرساني الأصلي بمادة لاصقة من راتنج الإيبوكسي، ويلتصق نسيج ألياف الكربون بإحكام بسطح الهيكل الخرساني، ليشكلا وحدة متكاملة جديدة ويتحدا بقوة. إذا كان عامل الربط في بلاستيك CFRP المقوى سهل التلف تحت أشعة الشمس المباشرة، فسيؤثر ذلك على قوته الهيكلية وعمره الافتراضي، لذلك من الضروري إضافة طبقة واقية على السطح الخارجي للبلاستيك CFRP. يجب الانتهاء من تركيب الطبقة الواقية بعد تصلب الراتنج. في هذه الحالة، يمكن فرك طبقة من اللاصق بالفرشاة ورشها بالرمل الناعم لزيادة قوة الالتصاق. هذا لا يُكمل تقوية العوارض والأعمدة فحسب، بل يُحسّن أيضًا من أداء الهيكل الزلزالي إلى حد ما ويلبي متطلبات المتانة.

البلوك الثاني عبارة عن هيكل أحادي الامتداد بطول 10.5 متر مع فتحات تتراوح بين 4.2 و6 أمتار، وقطر 350 مم. يُظهر الحساب الهيكلي أن عمود الإطار الأصلي يلبي بشكل أساسي متطلبات حمل الخدمة بعد التحويل، وأن تقوية عارضة الإطار غير كافية. لذلك، من الضروري ليس فقط التعامل مع مقاومة الزلازل ومتانة الهيكل الأصلي، ولكن أيضًا تعزيز قدرة تحمل عارضة الإطار. لا تزال أعمدة الإطار مُقوّاة بألياف الكربون المقواة بألياف الكربون. عند تقويتها، تُلف صفائح ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون حول الأعمدة بشكل دائري، مما يُحسّن من أدائها الزلزالي. بالنظر إلى تقنية البناء وفترة الإنشاء والتكلفة، تم اعتماد الإجهاد المسبق الخارجي لتقوية عارضة الإطار، وتم اعتماد جديلة الفولاذ منخفضة الاسترخاء D15.24. لضمان متانة عوارض وأعمدة الإطار، يُمكن طلاء السطح بطبقة من لاصق راتنج الإيبوكسي، ثم رشّ رمل ناعم، ثم إتمام عملية الطلاء.

في المبنى الثالث، تبلغ أبعاد مقاطع أعمدة الإطار 300 مم × 350 مم، و350 مم × 350 مم، و250 مم × 450 مم، و250 مم × 570 مم. تُظهر الحسابات الإنشائية أن عوارض وأعمدة الإطار الأصلية لا تستطيع تلبية متطلبات أحمال الخدمة بعد إعادة البناء، لذا من الضروري تعزيزها بشكل شامل. يُراعى في تعزيز أعمدة الإطار استخدام طريقة زيادة المقطع العرضي وطريقة الفولاذ المُلصق. نظرًا لمزايا التكلفة المنخفضة والمتانة العالية، سيزداد الوزن الميت وستطول مدة البناء. مزايا وعيوب هذه الأخيرة مُعاكسة تمامًا للأولى. نظراً لكبر نطاق تسليح عمود الكتلة الثالثة، وعدم امتداده على طول الشارع، ووجود مواقع بناء وظروف أخرى، تم اعتماد طريقة المقطع الموسع لتسليح العمود. أُخذت في الاعتبار طريقة توسيع المقطع، وتقوية البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)، والإجهاد المسبق الخارجي في تسليح عوارض الإطار. ونظرًا لأن ارتفاع طابق المبنى الأصلي يبلغ 3.3 أمتار فقط، فقد تم استبعاد طريقة توسيع المقطع أولاً. بالإضافة إلى ذلك، فإن هيكل الكتلة الثالثة عبارة عن هيكل إطاري أحادي الامتداد، وارتفاع العارضة التصميمي الأصلي غير كافٍ، وبعد إعادة الحساب، يكون انحراف العارضة كبيرًا نسبيًا، لذا يُصبح التسليح المسبق الخارجي الخيار الأول. ولتحسين المتانة، لا يزال يتم اعتماد نفس طريقة الكتلتين الأولى والثانية.

2.2.2 تسليح الأرضيات

بسبب استخدام الطوب المصقول أو الأرضيات الحجرية في زخرفة الأرضيات بعد تجديد المبنى، تغيرت وظيفة المباني المكتبية إلى مراكز التسوق، مما أدى إلى زيادة تصميم الحمل الميت والحمل الحي. التصميم الأصلي

٢.٢.١. تسليح الأعمدة والعوارض الإطارية

صُمم وبُني المبنى الأول والمبنى الثاني في سبعينيات القرن الماضي كأول مبنى مكاتب متعدد الطوابق في المنطقة. ومن المعلوم أن التصميم والبناء في ذلك الوقت كانا حذرين للغاية، لا سيما في عملية البناء، حيث بلغت متطلبات مواد البناء حدًا من الصعوبة، وهو ما يتضح من نتائج الاختبارات الإنشائية.

يبلغ حجم شبكة الأعمدة في المبنى الأول ٣ أمتار عند الفتحة، و٦ أمتار عند العمق، و٥.٣ أمتار عند العمق، وأبعاد العمود الأوسط ٣٠٠ متر × ٦٠٠ متر، والعمود الجانبي ٣٠٠ متر × ٥٠٠ متر، وعارضة الإطار ٢٥٠ متر × ٥٥٠ متر. وتُظهر الحسابات والفحوصات الإنشائية أن عارضة الإطار والعمود الأصليين يستوفيان بشكل أساسي متطلبات حمل الخدمة بعد التحويل، بينما يقتصر الأمر على الهيكل الأصلي للمعالجة الزلزالية والمتانة.

تم مراعاة طريقتين في التصميم: (١) طريقة التسليح بألياف الكربون؛ (٢) طريقة التسليح بألواح فولاذية لاصقة. هاتان الطريقتان مناسبتان للعناصر القابلة للثني والشد في الظروف العادية. ونظرًا لمحدودية حجم مقطع العمود وظروف أخرى، قررتُ أخيرًا، من خلال المقارنة، استخدام ألياف الكربون في عوارض إطار الأعمدة.

وفي الوقت نفسه، وللاستفادة الكاملة من متطلبات تقنية البناء لطريقة تسليح ألياف الكربون، يُطلى سطح الهيكل الخرساني الأصلي بمادة لاصقة من راتنج الإيبوكسي، ويلتصق نسيج ألياف الكربون بإحكام بسطح الهيكل الخرساني، ليشكلا وحدة متكاملة جديدة ويتحدا بقوة. إذا كان عامل الربط في بلاستيك CFRP المقوى سهل التلف تحت أشعة الشمس المباشرة، فسيؤثر ذلك على قوته الهيكلية وعمره الافتراضي، لذلك من الضروري إضافة طبقة واقية على السطح الخارجي للبلاستيك CFRP. يجب الانتهاء من تركيب الطبقة الواقية بعد تصلب الراتنج. في هذه الحالة، يمكن فرك طبقة من اللاصق بالفرشاة ورشها بالرمل الناعم لزيادة قوة الالتصاق. هذا لا يُكمل تقوية العوارض والأعمدة فحسب، بل يُحسّن أيضًا من أداء الهيكل الزلزالي إلى حد ما ويلبي متطلبات المتانة.

البلوك الثاني عبارة عن هيكل أحادي الامتداد بطول 10.5 متر مع فتحات تتراوح بين 4.2 و6 أمتار، وقطر 350 مم. يُظهر الحساب الهيكلي أن عمود الإطار الأصلي يلبي بشكل أساسي متطلبات حمل الخدمة بعد التحويل، وأن تقوية عارضة الإطار غير كافية. لذلك، من الضروري ليس فقط التعامل مع مقاومة الزلازل ومتانة الهيكل الأصلي، ولكن أيضًا تعزيز قدرة تحمل عارضة الإطار. لا تزال أعمدة الإطار مُقوّاة بألياف الكربون المقواة بألياف الكربون. عند تقويتها، تُلف صفائح ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون حول الأعمدة بشكل دائري، مما يُحسّن من أدائها الزلزالي. بالنظر إلى تقنية البناء وفترة الإنشاء والتكلفة، تم اعتماد الإجهاد المسبق الخارجي لتقوية عارضة الإطار، وتم اعتماد جديلة الفولاذ منخفضة الاسترخاء D15.24. لضمان متانة عوارض وأعمدة الإطار، يُمكن طلاء السطح بطبقة من لاصق راتنج الإيبوكسي، ثم رشّ رمل ناعم، ثم إتمام عملية الطلاء.

في المبنى الثالث، تبلغ أبعاد مقاطع أعمدة الإطار 300 مم × 350 مم، و350 مم × 350 مم، و250 مم × 450 مم، و250 مم × 570 مم. تُظهر الحسابات الإنشائية أن عوارض وأعمدة الإطار الأصلية لا تستطيع تلبية متطلبات أحمال الخدمة بعد إعادة البناء، لذا من الضروري تعزيزها بشكل شامل. يُراعى في تعزيز أعمدة الإطار استخدام طريقة زيادة المقطع العرضي وطريقة الفولاذ المُلصق. نظرًا لمزايا التكلفة المنخفضة والمتانة العالية، سيزداد الوزن الميت وستطول مدة البناء. مزايا وعيوب هذه الأخيرة مُعاكسة تمامًا للأولى. نظراً لكبر نطاق تسليح عمود الكتلة الثالثة، وعدم امتداده على طول الشارع، ووجود مواقع بناء وظروف أخرى، تم اعتماد طريقة المقطع الموسع لتسليح العمود. أُخذت في الاعتبار طريقة توسيع المقطع، وتقوية البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)، والإجهاد المسبق الخارجي في تسليح عوارض الإطار. ونظرًا لأن ارتفاع طابق المبنى الأصلي يبلغ 3.3 أمتار فقط، فقد تم استبعاد طريقة توسيع المقطع أولاً. بالإضافة إلى ذلك، فإن هيكل الكتلة الثالثة عبارة عن هيكل إطاري أحادي الامتداد، وارتفاع العارضة التصميمي الأصلي غير كافٍ، وبعد إعادة الحساب، يكون انحراف العارضة كبيرًا نسبيًا، لذا يُصبح التسليح المسبق الخارجي الخيار الأول. ولتحسين المتانة، لا يزال يتم اعتماد نفس طريقة الكتلتين الأولى والثانية.

2.2.2 تسليح الأرضيات

بسبب استخدام الطوب المصقول أو الأرضيات الحجرية في زخرفة الأرضيات بعد تجديد المبنى، تغيرت وظيفة المباني المكتبية إلى مراكز التسوق، مما أدى إلى زيادة تصميم الحمل الميت والحمل الحي. التصميم الأصلي