سیویل اجرا | مرجع فایل، آموزش و مقالات مهندسی عمران | سیویل اجرا | مرجع فایل، آموزش، پروژه، مقالات مهندسی عمران، نکات اجرایی ساختمان، منابع آزمون نظام مهندسی و اخبار صنعت ساخت و ساز ایران
ستون‌های بتنی به‌عنوان اصلی‌ترین اعضای باربر سازه، نیازمند تقویت و مقاوم‌سازی هستند. یکی از روش‌های پرکاربرد و مؤثر در این زمینه ژاکت فلزی ستون بتنی است که با ایجاد مقطع مرکب، ظرفیت باربری و دوام سازه را افزایش می‌دهد. این روش در آیین‌نامه‌های معتبر داخلی و خارجی معرفی شده و کاربرد وسیعی در پروژه‌های مقاوم‌سازی دارد.
🧠 مبانی رفتاری: چه اتفاقی برای ستون می‌افتد؟
- محصورشدگی بتن (Confinement): پوستهٔ فولادیِ پیوسته با گروت واسط، فشار جانبیِ محصورکننده ایجاد می‌کند → افزایش مقاومت و کرنش فشاری نهایی بتن محصور، بهبود شکل‌پذیری ناحیه مفصل پلاستیک و کاهش پوسته‌پوسته‌شدن هسته. شواهد آزمایشگاهی و میدانی این اثر را تأیید کرده‌اند.
- برش و کمانش میلگردها: ژاکت با افزایش سختی برشیِ مقطع و جلوگیری از کمانش میلگردهای طولی در فشار، عملکرد برشی–خمشی را متوازن می‌کند. راهکار به‌ویژه در ستون‌های کم‌خاموت مفید است.
- اتصال به تیر و فونداسیون: انتقال صحیح نیروها مستلزم مهار انتهایی ژاکت به کلاف‌های سقف/سرستون و جوش/پیچ‌های مهاری یا حلقه‌های فولادی در پای ستون است؛ جزئیاتِ توصیه‌شده در راهنماهای FEMA و دستورالعمل‌های پل تبیین شده‌اند.
🧩 چه زمانی ژاکت فلزی ستون بتنی انتخاب اول است؟
- کمبود شکل‌پذیری و برش در ستون‌های کوتاه یا با خاموت ناکافی، ۲) افزایش بار ناشی از تغییر کاربری، ۳) آسیب لرزه‌ای و خردشدگی پوشش بتن، ۴) محدودیت شدید فضا/زمان (نسبت به ژاکت بتنی نازک‌تر و سریع‌تر است)، ۵) کاربری در حال بهره‌برداری که توقف طولانی ممکن نیست. این گزاره‌ها در اسناد FEMA 547 و ASCE 41 با جزئیات روش‌ها و معیارهای پذیرش آمده‌اند.
🧭 چارچوب‌های آیین‌نامه‌ای (ایران و بین‌الملل)
- ASCE/SEI 41-17: ارزیابی و بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود؛ معیار عملکرد، سطوح تقاضا–ظرفیت و تکنیک‌های تقویتی (از جمله ژاکت فلزی).
- FEMA 547: کاتالوگ تکنیک‌های بهسازی؛ مزایا/محدودیت‌ها، جزئیات مفهومی و نکات اجرایی ژاکت فلزی.
- ACI 562: الزامات حداقلیِ ارزیابی–تعمیر–توانبخشی سازه‌های بتنی؛ الزامات مواد، کیفیت، بارگذاری و کنترل‌های ساخت.
- Caltrans / FHWA (برای پل‌ها): جزئیات استاندارد Steel Column Casing، الزامات جوش، گروت و گره‌های انتهایی.
- ایران:
- آیین‌نامه ۲۸۰۰ (ویرایش چهارم) برای سطوح خطر و الزامات لرزه‌ای.
- مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش ۱۳۹۹) برای مصالح، طرح و اجرا در اعضای بتنی. (
- دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود – نشریه ۳۶۰ به‌عنوان چارچوب بومی برای ارزیابی و انتخاب طرح بهسازی (شامل ژاکت فلزی).
نکته: در پروژه‌های داخل ایران، معمولاً ۲۸۰۰ + نشریه ۳۶۰ + مباحث مقررات ملی مبنای الزام‌اند؛ برای روش‌های جزیی‌تر می‌توان از ASCE 41 و FEMA 547 به‌عنوان رفرنس تکمیلی استفاده کرد، مشروط بر انطباق با قوانین ملی.
🧪 ارزیابی اولیه: قبل از هر طراحی
- برداشت میدانی دقیق: ابعاد واقعی، پوشش بتن، آرماتورها (تست اسکن)، آسیب‌ها، خوردگی، نشست‌ها.
- آزمایش‌ها: چکش اشمیت/کاشت هسته، آزمایش فولاد (در صورت امکان نمونه‌برداری)، کلرید/کربناته شدن.
- مدلسازی سطح عملکرد بر مبنای ASCE 41 یا نشریه ۳۶۰ برای تعیین تقاضاهای لرزه‌ای/گرانشی و سطح هدف (IO, LS, CP).
- تشخیص مکانیسم بحرانی: برش–خمشی–کمانش میلگرد–لهیدگی هسته–جداشدگی پوشش.
- تصمیم روش: ژاکت فلزی در برابر ژاکت بتنی/FRP/مقاطع جدید، با توجه به فضا، زمان، دوام و هزینه (FEMA 547 مقایسه دارد).
🧮 اصول طراحی ژاکت فلزی ستون بتنی (نگاه کاربردی مهندس طراح)
🎯 اهداف
- افزایش ظرفیت محوری–خمشی و برشی ستون.
- محصورسازی مؤثر در ناحیه مفصل پلاستیک.
- جلوگیری از کمانش میلگردهای طولی در فشار.
- تأمین پیوستگی نیرو در اتصالات بالایی/پایینی.
🧷 پیکره‌بندی عمومی
- ورق پیوسته دور تا دور ستون (مقطع دایره/مستطیل با گوشه‌های گردشده)، یا قاب ساخته‌شده از پروفیل‌ها (ناودانی/نبشی با تسمه‌های رابط).
- شکاف حلقوی ۲۰–۵۰ میلی‌متر بین بتن و ژاکت برای تزریق گروت روان با مقاومت بالا (معمولاً f’c,grout ≥ ۴۰–۶۰ MPa). ارجاع‌های FEMA/Caltrans بر گروت غیراِنقباضی تأکید دارند.
🧲 محصورسازی و ضخامت ورق
- فشار محصورکننده مؤثر f_l ≈ ۲·t_s·σ_θ / D_equiv (به‌صورت ساده‌شده مفهومی)، که با افزایش ضخامت t_s، مقاومت تسلیم فولاد و پیوستگی محیطی بالا می‌رود. روابط تفصیلی و معیارهای کرنش هدف در منابع پژوهشی و مدارک پل آمده‌اند.
- در ستون‌های مستطیلی، گردکردن گوشه‌ها (شابلون/کونج بتنی + ورق نوار) برای کاهش تمرکز تنش و بهبود محصورسازی ضروری است (ASCE 41 / FEMA 547).
🧮 برش
- مقاومت برشی نهایی با مشارکت ژاکت (برش غلاف + برش بتن محصور) افزایش می‌یابد؛ کنترل شکست برشی پیش‌ازموضعی (shear-dominant) حیاتی است. معیارهای پذیرش رفتاری در ASCE 41-17 آمده‌اند.
🧮 خمشی–محوری
- ژاکت با جلوگیری از کمانش میلگردهای طولی، ظرفیت خمشی را پایدارتر می‌کند. در تحلیل مقطع مرکب، سهم خمشی ورق در کشش/فشار با قیود لغزش–چسبندگی گروت لحاظ می‌شود؛ ACI 562 الزامات کلیِ طراحی/کنترل کیفیت تعمیرات را تعیین می‌کند.
🔩 مهار در دو سر ستون
- بالا (در مجاورت تیر/کلاف): تسمه‌های پیرامونی، صفحات سرجاکت و جوش نفوذی/پُر به ورق‌های برشی/گاست موجود؛ هدف، عبور برش حلقوی و جلوگیری از جداشدگی پوسته است.
- پای ستون: صفحهٔ پیرامونی، میل‌مهارهای کاشت‌شده/پلیت کف، نوارهای سخت‌کننده و آب‌بند تزریق. جزئیات نمونه در اسناد Caltrans و FEMA تشریح شده‌اند.
- فولادِ در معرض دید به پوشش‌های ضدخوردگی (اپوکسی/گالوانیزه سرد) و در فضاهای خورنده به سیستم‌های چندلایه نیاز دارد. برای مقاومت حریق، رنگ‌های منبسط‌شونده یا پوشش سیمانی–گچی/برد مقاوم پیشنهاد می‌شود (الزامات عملکردی را با مقررات ملی و اسناد محلی تطبیق دهید). راهنماهای ACI 562 به دوام و محیط‌های تعرضی اشاره دارند.
🛠️ گام‌های اجرایی (Step-by-Step)
۱) کارهای مقدماتی
- مهاربندی موقت، ایجاد دسترسی امن، قطع مسیر بار در صورت لزوم (طبق ACI 562 الزامات پایداری موقت دارد).
۲) آماده‌سازی سطح ستون
- برداشت بتن آسیب‌دیده، زبرسازی سطح برای بهبود اصطکاک، پاک‌سازی آرماتورها و پوشش ضدزنگ موضعی.
- گردکردن گوشه‌ها (حداقل شعاع توصیه‌شده) برای ژاکت‌های مستطیلی.
۳) ساخت ژاکت
- برش و نورد ورق (دایره‌ای) یا مونتاژ قاب‌های ناودانی/نبشی با تسمه‌های پیرامونی در فواصل ۱۵۰–۳۰۰ میلی‌متر (بسته به طرح).
- کنترل تلرانس‌ها و نقاط اتصال برای دورپیچ کامل و جلوگیری از درزهای باز.
۴) نصب فاصله‌گذار و آب‌بند
- قِلَّفک‌های فاصله‌گذار برای حفظ شکاف حلقوی یکنواخت، نوار آب‌بند در پایین به‌منظور جلوگیری از نشت گروت.
۵) مهار انتهایی
- اجرای صفحات سرجاکت، سخت‌کننده‌ها و جوش‌های پیوسته در بالا/پایین؛ در صورت نیاز کاشت بولت به بتن مجاور یا فونداسیون.
۶) تزریق گروت
- گروت روان، بدون‌انقباض، تزریق از پایین به بالا، خروجی هوا در بالاترین نقطه، کنترل دمایی و عمل‌آوری مطابق برگه فنی. Caltrans/FEMA بر روش‌های تزریق مرحله‌ای و کنترل پرشدگی تأکید دارند. (
۷) حفاظت نهایی
- سنباده/سندبلاست موضعی، پرایمر اپوکسی، رنگ میانی و نهایی؛ در محیط‌های صنعتی، سیستم پوششِ تأییدشده.
- در صورت الزام بهره‌بردار، پوشش حریق.
۸) تحویل و مستندسازی
- تست‌های چکش/آلتراسونیک گروت (در صورت نیاز پروژه)، گزارش جوش‌کاری (WPS/PQR)، گزارش رنگ، As-Built.
🧪 کنترل کیفیت، بازرسی و آزمون‌ها
- WPS و تأیید جوشکار، آزمون VT/MT/PT برای درزهای حساس.
- کنترل گروت: اسلامپ/جریان، مقاومت مکعبی/استوانه‌ای، چگالی و پرشدگی (بازدید نقاط تخلیه).
- پایش خیز/ترک پیش و پس از اجرا.
- بازرسی دوره‌ای خوردگی و نگهداری پوشش‌ها. این‌ها در چارچوب ACI 562 و راهنماهای پل (FHWA/Caltrans) توصیه شده‌اند.
⚖️ مقایسهٔ راهکارها
ژاکت فلزی vs ژاکت بتنی
- زمان و ضخامت کمتر در فلزی، اما حفاظت خوردگی لازم دارد.
- ژاکت بتنی ارزان‌ترِ نسبی و دوام محیطی بهتر، ولی حجیم‌تر و کندتر است. FEMA 547 این تبادل‌ها را روشن توضیح می‌دهد.
- FRP ظریف و سبک است اما مقاومت حریق پایین و محدودیت در افزایش برش زیاد دارد؛ ژاکت فلزی برای برش‌های بالا و مفصل پلاستیک خشن مناسب‌تر است. ارجاع به ASCE 41 برای معیارهای پذیرش رفتاری.
💡 نکات طلایی طراحی–اجرا (بر اساس تجربهٔ کارگاهی)
- بی‌نقص‌بودن درزبندی قبل از تزریق، تفاوت بین یک ژاکت موفق و ناکام است.
- در ستون‌های مستطیلی، گردکردن گوشه‌ها را شوخی نگیرید؛ بدون آن، محصورسازی ناکارآمد است. (
- اگر ضعف اصلی برش است، صرفاً افزایش ضخامت ورق کافی نیست؛ پیوند برشی–اصطکاکی گروت و تسمه‌گذاری پیرامونی را جدی بگیرید.
- در ساختمان‌های بهره‌برداری‌شونده، جزئیات نصب مرحله‌ای و مهاربندی موقت را مطابق ACI 562 پیش‌بینی کنید.
- در مناطق خورنده (سواحل/فضاهای صنعتی)، سیستم پوشش تصدیق‌شده و بازرسی تناوبی برنامه‌ریزی شود.
🧾 نمونه روند محاسبات (طرح مفهومی)
- ارزیابی تقاضا (P-Δ، برش پایه، چرخش مفصل) بر مبنای سطح عملکرد انتخابی طبق ASCE 41 / نشریه ۳۶۰. (
- تشخیص حالت کنترل (برش/خمشی).
- ابعاد ژاکت و ضخامت ورق برای رسیدن به فشار محصورکنندهٔ هدف (با قیود تنش حلقه‌ای، کمانش موضعی ورق، جوش/پیچ).
- طراحی اتصالات انتهایی (صفحات، سخت‌کننده‌ها، مهارها) برای انتقال برش حلقوی/محوری.
- بررسی سازگاری تغییرشکل (لغزش گروت–بتن، کرنش فولاد ژاکت در تسلیم، چرخش مفصل).
- کنترل دوام/آتش و تدوین مشخصات اجرایی (گروت بدون‌انقباض، الزامات WPS، پوشش‌ها).
تذکر: در ایران، کنترل‌های لرزه‌ای و سطح خطر بر اساس ۲۸۰۰ صورت می‌گیرد و نتایج باید با مبحث ۹ از منظر مصالح/اجرا سازگار باشد.
🧱 جزئیات خاص برای ستون‌های دایره‌ای و مستطیلی
- دایره‌ای: نورد ورق و جوش طولی؛ یکنواختی تنش حلقه‌ای بهتر است و محصورسازی کارآمدتر.
- مستطیلی: نیاز به گردکردن گوشه‌ها و ترجیحاً تسمه‌های پیرامونی متناوب برای کنترل کمانش ورق در پانل‌های پهن. ASCE 41 و FEMA 547 روی این ریزه‌کاری‌ها تأکید دارند.
🧯 الزامات بهره‌برداری: خوردگی، حریق، دوام
- سیستم پوشش چندلایه (پرایمر اپوکسی غنی از روی + لایه میانی + نهایی) یا گالوانیزه در محیط‌های تهاجمی.
- بازرسی‌های دوره‌ای و تعمیرات پیشگیرانه در برنامه نگهداری. ACI 562 پایش و بازرسی پس از تعمیر را الزامی می‌داند.
- حریق: در پروژه‌های با سطح عملکرد بالا، پوشش حریق تاییدشده و جزئیات جلوگیری از پل‌های حرارتی مد نظر قرار گیرد.
💰 زمان–هزینه و ریسک‌ها
- ژاکت فلزی معمولاً هزینهٔ مصالح بالاتر از بتن دارد، اما زمان اجرا کوتاه‌تر و اختلال کمتر ایجاد می‌کند.
- ریسک‌های اصلی: نقص تزریق (حفرات)، عدم پیوستگی جوش‌ها، خوردگی زودرس به علت نقص پوشش، و مهار ناکافی در بالا/پایین. مرجعِ انتخاب روش و کنترل ریسک‌ها FEMA 547 است.
🧰 چک‌لیست اجرایی–کنترل کیفی (کارگاهی)
- نقشه‌های اجرایی نهایی و WPS جوش تأیید شده؟ (بله/خیر)
- گردکردن گوشه‌ها و تلرانس قطر/بعد ژاکت کنترل شد؟
- فاصله‌گذاران یکنواخت و آب‌بندی پایین کامل است؟
- مسیر تزریق از پایین و خروج هوا در بالا پیش‌بینی شد؟
- نمونه‌گیری گروت (مکعب/استوانه) برنامه‌ریزی شد؟
- رنگ/پوشش ضدزنگ با سیستم مصوب اجرا می‌شود؟
- صفحات انتهایی و سخت‌کننده‌ها طبق جزییات نصب شد؟
- بازرسی VT/MT/PT جوش‌ها انجام شد؟
- گزارش As-Built و برنامه نگهداری تحویل شد؟
🧪 دو «مینی» مطالعه موردی (خلاصه)
۱) ستون پل شهری (دایره‌ای)
- مشکل: شکل‌پذیری کم و برش بالا.
- راهکار: ژاکت دایره‌ای ۸ میلی‌متری + تزریق گروت ۵۰ MPa، تسمه‌های داخلی سخت‌کننده در فواصل ۲۵۰ mm، مهار انتهایی طبق جزئیات Caltrans؛ نتیجه: افزایش قابل‌توجه دوران پلاستیک و ظرفیت برشی در تست بارگذاری.
۲) ساختمان اداری (ستون مستطیلی)
- مشکل: خاموت ناکافی و آسیب پوشش.
- راهکار: گردکردن گوشه‌ها، ژاکت چهارورقه با تسمه‌های پیرامونی، تزریق مرحله‌ای؛ کاهش ترک‌های پوسته‌ای و بهبود دریفت مجاز بر مبنای پذیرش ASCE 41.
❗ خطاهای رایج و راه پیشگیری
- ترک‌خوردگی گروت به‌علت انقباض/عمل‌آوری ضعیف → استفاده از گروت بدون‌انقباض، عمل‌آوری مرطوب، کنترل دما.
- درزهای جوش ناپیوسته → پایش با MT/PT و اصلاح.
- پوشش ضدزنگ ناکافی → کاهش عمر مفید؛ الزام سیستم پوشش و بازبینی دوره‌ای.
- مهار انتهایی ناکافی → جداشدگی پوسته در زلزله؛ الزام صفحات و سخت‌کننده‌ها مطابق جزئیات مرجع.
🧭 جمع‌بندی مهندسی
اگر زمان، فضا و سطح آسیب محدودیت اصلی‌اند و به افزایش سریع شکل‌پذیری و برش نیاز دارید، ژاکت فلزی یکی از بهینه‌ترین گزینه‌هاست. چارچوب طراحی را با ASCE 41 (برای ارزیابی و معیار پذیرش)، FEMA 547 (برای روش اجرایی و مزایا/محدودیت‌ها) و ACI 562 (برای کیفیت و دوام تعمیرات) هم‌راستا کنید؛ سپس الزامات ۲۸۰۰، مبحث ۹ و نشریه ۳۶۰ را برای پروژهٔ ایران نهایی نمایید. برای پل‌ها، جزئیات Caltrans/FHWA بسیار راهگشا و اجرایی‌اند.
🧠 پرسش‌های متداول (FAQ) ژاکت فلزی ستون بتنی
۱) ضخامت ژاکت چطور انتخاب می‌شود؟
بر مبنای محصورسازی موردنیاز در ناحیهٔ مفصل پلاستیک، کنترل کمانش موضعی ورق، افزایش برش–خمشی و قیود اجرایی. اسناد Caltrans و FEMA راهنمای خوبی برای بازه‌های معمول و نحوهٔ کنترل هستند.
۲) آیا همیشه نیاز به تزریق گروت هست؟
بله؛ برای عملکرد مرکب و انتقال فشار حلقوی، فضای حلقوی باید با گروت بدون‌انقباض و با پرشدگی کامل تزریق شود.
۳) در برابر آتش و خوردگی چه کنیم؟
سیستم پوشش چندلایهٔ مقاوم به خوردگی و در صورت نیاز پوشش حریق تأییدشده؛ برنامهٔ نگهداری دوره‌ای حتماً تعریف شود (الزامات دوام در ACI 562).
۴) آیا ژاکت فلزی برای همهٔ ستون‌ها مناسب است؟
در ستون‌های بسیار آسیب‌دیده یا با نقص‌های هندسی شدید ممکن است ژاکت بتنی یا تعویض موضعی مناسب‌تر باشد. انتخاب نهایی باید بر مبنای ارزیابی ASCE 41/نشریه ۳۶۰ باشد.
۵) نسبت به FRP چه برتری‌ای دارد؟
برای برش‌های بالا و مفاصل پلاستیک خشن، ژاکت فلزی اغلب کاراتر و کم‌ریسک‌تر است؛ هرچند وزن و مسألهٔ خوردگی را باید مدیریت کرد.
منابع کلیدی (گزیدهٔ ارجاعات استفاده‌شده) ژاکت فلزی ستون بتنی
- ASCE/SEI 41-17 – Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings.
- FEMA 547 – Techniques for the Seismic Rehabilitation of Existing Buildings.
- ACI 562 – Code Requirements for Assessment, Repair, and Rehabilitation of Existing Concrete Structures.
- Caltrans/FHWA – Steel Column Casing & Seismic Retrofit Manuals (Bridges).
- ایران: استاندارد ۲۸۰۰ (ویرایش چهارم)، مبحث ۹ مقررات ملی (۱۳۹۹)، نشریه ۳۶۰ – دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود.
مطالب پیشنهادی :
پیشنهاد ما
برای دانلود جزوه‌ها و آموزش‌های اجرایی بیشتر وارد سایت سیویل اجرا شوید. آموزش مهندسی عمران
و برای دریافت سریع منابع جدید، در کانال مهندسین عمران عضو شوید.
