مقاوم‌سازی ساختمان تاریخی و دیوارهای آجری با GFRP | پروژه خانه اتحادیه لاله‌زار تهران

چرا مقاوم‌سازی یک ساختمان تاریخی با ساختمان‌های معمولی متفاوت است؟

مقاوم‌سازی یک ساختمان تاریخی با یک بنای معمولی تفاوت بنیادین دارد. در یک سازه واجد ارزش میراثی، هدف مهندسی صرفاً افزایش ظرفیت باربری نیست؛ بلکه روش تقویت باید بالاترین سازگاری را با حفظ اصالت معماری، مصالح بومی، هندسه و هویت تاریخی اثر داشته باشد.

این محدودیت باعث می‌شود که استفاده از روش‌های سنگین سنتی (مانند اجرای دیوارهای بتنی حجیم، ژاکت‌های ضخیم شاتکریت یا قاب‌های فولادی نمایان) به دلیل افزایش قابل توجه ابعاد اعضا، بالا رفتن وزن مرده و تخریب بافت بصری، کاملاً مردود باشد. در سال ۱۳۹۶ و با تصمیم سازمان زیباسازی شهرداری تهران، مرمت و بهسازی سازه‌ای منزل تاریخی اتحادیه در محدوده لاله‌زار در دستور کار قرار گرفت.

رفتار دیوارهای آجری باربر و ضرورت ارتقای شکل‌پذیری در زلزله

در ساختمان‌های تاریخی نظیر خانه اتحادیه، دیوارهای آجری صرفاً تیغه‌های جداکننده فضا نیستند، بلکه المان‌های اصلی باربر قائم و جانبی محسوب می‌شوند. مصالح بنایی فشاری (آجر و ملات سنتی) عملکرد مناسبی در برابر بارهای ثقلی دارند، اما در برابر کشش، برش و نیروهای رفت‌وبرگشتی زلزله رفتاری بسیار ترد (Brittle) از خود نشان می‌دهند.

در زمان وقوع زلزله، ضعف مقاومت کششی ملات سبب ایجاد ترک‌های برشی قطری (X شکل)، جداشدگی دیوارها در تقاطع‌ها و فروپاشی خارج از صفحه می‌شود. از این رو، هدف از مداخله مهندسی، افزایش شکل‌پذیری (Ductility) دیوار است تا قبل از تخریب ترد، تغییرشکل‌های لرزه‌ای را جذب کرده و پایدار بماند.

چرا الیاف شیشه (GFRP) و علت اجرای سرتاسری بر دو وجه دیوار؟

خانواده کامپوزیت‌های پلیمری تنها به فیبر کربن (CFRP) خلاصه نمی‌شود. الیاف شیشه (GFRP) به دلیل مدول الاستیسیته سازگارتر با مصالح سنتی بنایی، کرنش نهایی بالاتر، هزینه مناسب‌تر و سازگاری عالی با ماتریس رزین، انتخابی ایده‌آل برای ارتقای دیوارهای تاریخی است.

در پروژه خانه اتحادیه لاله‌زار، سیستم تقویتی صرفاً به صورت نوارهای موضعی روی ترک‌ها نصب نشد؛ بلکه به‌صورت سرتاسری بر روی هر دو سمت دیوارهای آجری باربر اجرا گردید:

• تقارن در باربری رفت‌وبرگشتی: در اثر شتاب زلزله، هر وجه از دیوار به تناوب در کشش و فشار قرار می‌گیرد. اجرای دوطرفه مانع از خروج از مرکزیت تنش‌ها و جداشدگی الیاف می‌شود.
• مهار کمانش و واژگونی خارج از صفحه (Out-of-Plane): دیوارهای بنایی بلند مستعد کمانش به بیرون هستند؛ پوشش دوطرفه مانند یک غشای کششی محصورکننده مانع از پرتاب آجرها به بیرون می‌گردد.
• بهبود مقاومت برشی درون‌صفحه‌ای (In-Plane): تشکیل یک شبکه یکپارچه تنش کششی قطری که نیروهای برشی دال سقف را به زمین منتقل می‌کند.

آماده‌سازی بستر و پیوستگی اجزای تقویت در خانه اتحادیه

الیاف پلیمری با بالاترین مشخصات فنی نیز در صورت عدم پیوستگی با دیوار آجری عملکردی نخواهند داشت. پوشاندن مصالح پوک و فرسوده زیر لایه‌های FRP یک اشتباه مهندسی است. در پروژه خانه اتحادیه، گام‌های اجرایی زیر پیش از لایه‌گذاری انجام شد:

• تخلیه و بندکشی مجدد ملات‌های فرسوده: تراشیدن ملات‌های ضعیف سنتی و پر کردن بندها با ملات‌های پایه آهکی و سیمانی اصلاح‌شده.
• پاک‌سازی سطحی و ساب‌زنی آجرها: زدودن هرگونه گردوغبار، چربی، رنگ و اندودهای قدیمی تا دسترسی کامل به مغز متراکم آجر قزاقی.
• پرایمرزنی و اشباع‌سازی: اجرای پرایمر نفوذگر اپوکسی سازگار با بستر متخلخل بنایی جهت ایجاد بالاترین میزان گیرداری (Bond Strength).
• لایه‌گذاری و اشباع الیاف شیشه: قرارگیری پارچه‌های بافته‌شده شیشه با رزین اپوکسی بدون ایجاد حباب یا ناپیوستگی در طول اتصال.

نتیجه‌گیری مهندسی؛ پیوند حفاظت از میراث و فناوری نوین FRP

منزل تاریخی اتحادیه در لاله‌زار تهران نمادی ماندگار از تطابق مهندسی زلزله با اصول مرمت ابنیه تاریخی است. این پروژه ثابت کرد که برای مقابله با خطرات زلزله در بافت‌های تاریخی، نیازی به تخریب، تعویض مصالح یا اضافه کردن سازه‌های حجیم فولادی و بتنی نیست.

به‌کارگیری الیاف شیشه GFRP روی هر دو وجه دیوارهای باربر، توانست یکپارچگی سازه‌ای، مقاومت برشی و شکل‌پذیری بنا را بدون افزایش وزن و تغییر چهره تاریخی آن تأمین نماید تا این اثر ارزشمند برای نسل‌های آینده پایدار بماند.