مقاوم سازی ساختمان، یک مفهوم تئوری یا یک نیاز عملی؟
زله های سال های گذشته نشان دهنده این موضوع بود که بسیاری از ساختمان های ساخته شده در مناطق لرزه خیز توانایی مقاومت کردن در برابر اثرات زله را ندارند. بنابراین اجرای طرح مقاوم سازی یک ساختمان یکی از اولویت های اصلی جامعه امروز ایران می باشد.
اگر ساختمان شما هم نیز به تقویت دارد، پیشنهاد می کنم قبل از هر اقدام این مقاله را مطالعه کنید. هدف اصلی این مقاله آشنا ساختن خواننده با مفهوم مقاوم سازی، روش ها و تکنیک های تقویت یک ساختمان می باشد.
زله های اخیر نشان داده تعداد قابل توجهی از ساختمان ها عملکرد لرزه ای مناسبی نداشته اند. برای این موضوع چهار دلیل عمده وجود دارد که عبارتند از:
بنابراین برای جلوگیری از حوادثی همچون واژگونی یک ساختمان در هنگام زله و کاهش خسارت جانی و اقتصادی باید چاره ای اندیشید. هزینه بالای تخریب و ساخت یک ساختمان جدید و اهمیت تاریخی ساختمان های قدیمی، بسیاری از مالکان خانه های مسی و دولت ها را بر آن داشته است تا به راهکار مقاوم سازی ساختمان موجود و بهبود عملکرد آن در برابر زله را انتخاب کنند.
برنامه ریزی مرمت یا مقاوم سازی مستم روش های فنی و اقتصادی است. یک مقاوم سازی جزئی با کاهش همزمان بارهای سرویس گاهی اوقات ممکن است اقتصادی ترین راه حل باشد و یا گاهی اوقات تخریب و ساخت مجدد یک بنا به طور کامل می تواند راه حل اقتصادی باشد.
در برنامه ریزی یک پروزه مرمت و یا مقاوم سازی موارد زیر را بایستی در نظر داشت:
الف) مشخص کردن وضعیت سازه
ب) تعیین مومات عملیات مرمت و یا مقاوم سازی
ج) مهیاکردن یک برنامه کاری
د) نظارت بر کیفیت ارای کار
مهم ترین مرحله در برنامه ریزی برای مرمت و یا مقاوم سازی ارزیابی دقیق سازه موجود است. هدف از این ارزیابی تعیین تمام نقایص و خسارات جهت تشخیص عمل آن ها و نهایتاً شناخت مناسب از وضعیت حال و آینده سازه می باشد اطلاعات به دست آمده از این ارزیابی سازه ای می تواند پاسخگوی سوالاتی از این قبیل باشد که آیا نیاز به کار اصلاحی و یا حرکتاقتصادی هست یا خیر و اگر پاسخ مثبت است چگونه می توان به بهترین شکل آن را انجام داد. بدون برنامه ریزی قبلی و ارزیابی مناسب هر گونه حرکت اصلاحی بی فایده خواهد بود.
هدف از مقاوم سازی یک ساختمان، بهبود عملکرد آن در برابر زله می باشد. این امر می تواند با استراتژی های متفاوتی بدست آید. انتخاب بهینه ترین استراتژی مقاوم سازی به درک صحیح از رفتار ساختمان در برابر زله وابسته است. در واقع یک راهکار مقاوم سازی با برنامه ریزی مناسب می تواند عملکرد یک ساختمان را پایدارتر و عملکرد آن را پایدارتر نماید.
در مراحل اولیه طرح مقاوم سازی یک ساختمان، انجام عیب یابی لرزه ای به منظور سنجش عملکرد یک ساختمان در هنگام زله حایز اهمیت می باشد. بنابراین در گام اول باید موارد زیر کنترل گردد:
شناخت نقاط ضعف یک ساختمان به هنگام زله از سه مرحله تشکیل شده است:
تشخیص و عیب یابی اولیه یک ساختمان با تعداد دیوارهای به نسبت زیاد
به کار گیری روش های تشخیص و عیب یابی پایه که بر اجزای سازه ای همچون ستون ها و دیوارها متمرکز می باشد
تشخیص و عیب یابی دقیق که مقاومت تیر را در مقایسه با ستون ها و دیوارها مورد بررسی قرار می دهد
بر مبنای نتایج بدست آمده از مرحله قبل، پایداری و عملکرد لرزه ای ساختمان به صورت جامع سنجیده شده و بهینه ترین روش مقاوم سازی برای یک ساختمان پیشنهاد می گردد.
در این مرحله جزییات
اجرای طرح پیشنهادی مقاوم سازی تنظیم شده و سپس مقاوم سازی ساختمان انجام می گیرد.
مقاوم سازی لرزه ای بر مبنای سه رویکرد اصلی انجام می گیرد:
بر مبنای رویکردهای مقاوم سازی روش های زیر جهت تقویت یک ساختمان آسیب پذیر مورد استفاده قرار می گیرد:
تقویت سازه ساختمان، تکنولوژی استاندارد برای مقاوم سازی لرزه ای می باشد. بر مبنای این تکنیک مقاومت سازه ساختمان افزایش داده می شود. استفاده از پوشش FRP، بادبند فی و… از روش های مورد استفاده بر مبنای این رویکرد مقاوم سازی می باشد.
در این متد از اثر ارتعاشات تولید شده به وسیله زله با نصب تجهیزات جداکننده لرزه ای مانند تکیه گاه لاستیکی که در بین زمین و ساختمان قرار می گیرد کاسته می شود. بعلاوه این روش و تکنولوژی می تواند شامل جداسازی لرزه ای کف های فضای مشخصی از ساختمان نیز باشد.
.
در این تکنولوژی دمپرهای خنثی کننده ارتعاش به سطح دیوار، مخزن بزرگ آب و یا یک جرم آویزان شده از سقف و…. برای کنترل کردن لرزش ساختمان نصب می گردد. بعلاوه متد دیگری وجود دارد که در آن با نصب یک سیستم مستهلک کننده به سقف، ارتعاش سقف کنترل می گردد.
ساختمان با قاب خمشی فولادی به ساختمانی گفته می شود که از قاب با ستون ها و تیر های کاملا فولادی تشکیل شده است. در این نوع از ساختمان نیروهای جانبی توسط قاب های خمشی که سختی لازم را از طریق اتصالات صلب بین ستون و تیر تامین می کند تحمل می گردد. این نوع از ساختمان ها دارای کاربری های متنوعی از جمله اداره ها، بیمارستان ها، آزمایشگا ها و ساختمان های دانشگاه ها و مراکز دولتی می باشند.
در ساختمان با سیستم سـازه‌ای قاب خمشی فولادی بارهای قائم وارده توسط قاب‌های ساختمانی تحمل شده و مقاومـت در برابر نیروهای جانبی وارده توسط قاب‌های خمشی تأمین میشود. در ادامه به روش های مقاوم سازی ساختمان با سیستم قاب خمشی فولادی اشاره خواهد شد.
ساختمان های قاب خمشی که توانایی کافی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی را نداشته و یا برای کنترل کردن تغییر مکان نسبی بسیار منعطف می باشند را می توان به ساختمان های با قاب مهار بندی شده تبدیل نمود.
عملکرد لرزه ای یک ساختمان با افزودن مهاربندها به قاب های خمشی فولادی پرچ شده یا جوش داده شده را می توان بهبود داد. بادبندها را می توان بدون افزایش قابل توجه جرم ساختمان، اضافه نمود. از آنجاییکه برخی از قاب های مهار بندی شده هم مرکز (CBF) عملکرد بهتری در زله دارند، ترکیب و پیکربندی های مختلف این نوع قاب مهاربندی شده فولادی باید مدنظر قرار گیرد. بعلاوه انتظار می رود سیستم هایی که اامات مربوط به قاب های مهار بندی شده هم مرکز ویژه (SCBF) را برآورده می کنند پایداری و شکل پذیری بیشتری در زله های شدید تر از خودنشان دهند.
ساختمان های قاب خمشی که توانایی کافی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی را نداشته و یا برای کنترل کردن تغییر مکان نسبی بسیار منعطف می باشند را می توان با استفاده از افزودن دیوارهای برشی مقاوم سازی نمود. دیوارهای برشی می توانند به عنوان یک سیستم جدید باربر جانبی به تنهایی استفاده شوند یا با قاب های خمشی ترکیب گردند.
دیوارهای برشی می توانند سختی و مقاومت قابل توجهی را به سازه اضافه کنند. در صورتی که تیرها و ستون های موجود در ساختمان توانایی باربری در سیستم قاب قاب مهاربندی شده را نداشته باشند، دوارهای برشی می توانند به عنوان یک جایگزین برای قاب های مهاربندی شده در نظر گرفته شوند. با استفاده از قالب های متعارف می توان دیوارهای برشی بتنی را اجرا کرد و همچنین در صورتی که کادراجرایی با مهارت برای اجرای دیوار شاتکریت در دسترس باشند می توان از شاتکریت استفاده کرد. هرچند دیوارهای برشی بنایی در برابر نوع بتنی از مقاومت کمتری برخوردار می باشند پر کردن حفرات سلولی با ملات و دوغاب بدون نیاز به قالب بندی از مزایای آن می باشد.
افزودن یک دیوار برشی به یک قاب فولادی یک سیستم کامپوزیت دیوار برشی را تشکیل می دهد. بارهای برشی افقی توسط اجزای دیوار تحمل شده و نیروهای واژگونی در جهت قائم عمدتا توسط ستون های فولادی که به عنوان اجزای مرزی شناخته می شوند تحمل می گردند.
اعضای سازه ای که مقاومت کافی در برابر زله ندارند را می توان با استفاده از ورق پوششی از جنس ف یا افزودن ورق های جانبی به شکل W و تشکیل مقطع به شکل قوطی مقاوم سازی نمود. این روش از میزان تنش های محوری و خمشی ایجاد شده در تیرها و یا ستون ها کاسته و همچنین می تواند برای افزودن مقاومت های برشی این اعضا استفاده شود.
در این روش مقاوم سازی ورق های پوششی به قسمت خارجی بال های موجود جوش داده شده، سطوح بال را افزایش می دهد. به هنگام تقویت یک تیر، یک ورق پوششی معمولا فقط به بخش زیرین تیر متصل می شود چرا که حضور یک دیافراگم هزینه جوش دادن ورق را به قسمت فوقانی یا قسمت های جانبی برای ایجاد مقطع قوطی شکل افزایش می دهد. در مقابل و برای ستون ها، ورق ها معمولا به سطح جانبی ستون جوش داده می شوند. دلیل این امر را می توان تاثیر مثبت افزودن ورق بر افزایش ظرفیت باربری خمشی و محوری با استفاده از تبدیل یک ستون به یک مقطع قوطی شکل و ظرفیت برشی با استفاده از فراهم آوردن دو جان اضافی دانست.
ستون های یک قاب تحت بارهای محوری (شامل کشش های محتمل)، خمشی و برشی می باشد. به همین علت، ستون های با مهار ناکافی به فونداسیون ظرفیت باربری یک قاب را محدود می کند. ستون ها می توانند بخشی از سیستم باربر جانبی موجود باشند که انتظارات آیین نامه های موجود را برآورد نمی کنند و یا اینکه بخشی از یک سیستم ارتقا یافته با نیروهای بیشتربعلت افزایش سختی باشند.
برای بهبود اتصال ستون به فونداسیون دو روش متداول وجود دارد. روش اول اصلاح بیس پلیت با استفاده از میلگردهای مهاری اضافی، جوش دادن برش گیر (shear lugs ) به بیس پلیت و/یا افزایش ابعاد بیس پلیت می باشد. روش دیگر محصورکردن ستون در داخل پدستال بتنی می باشد. همچنین امکان استفاده هم زمان هر دو روش مقاوم سازی وجود دارد.
میلگردهای مهاری برای مقاومت در برابر نیروهای کششی به علت بلند شدگی و یا خمش می تواند مورد استفاده قرار گیرد. برای قرار دادن میلگرد های می توان در داخل شالوده سوراخ خهایی را ایجاد کرد و سپس با استفاده از ملات با مقاومت بسیار بالا و یا چسب های شیمیای سوراخ های ایجاد شده را پر نمود. برش گیرها برای انتقال نیروهای برشی به فونداسیون مورد استفاده قرار می گیرد. در صورتی که ابعاد بیس پلیت موجود برای قرار دادن میلگردها ی جدید و یا برش گیر کافی نباشد، به منظور افزایش ابعاد بیس پلیت می توان صفحات جدید به آن جوش داد.
اتصالات از نوع پرچ، پیچ و مهره و WSMF به منظور بهبود ظرفیت مقاومت آن ها در برابر دوران غیر الاستیک و افزایش ظرفیت خمش پلاستیک تیر ها ارتقا داد می شود.
روش های مورد بررسی در این بخش به منظور بهبود اتصالات WSMF ساخته شده قبل از زله نورث ریج گسترش پیدا کرده است. این روش ها را می توان برای اتصالات پرچی و پیچ و مهره موجود که دارای ضعف می باشند و یا ارتقا اتصالات نیمه گیردار به صورت محدود در نظر گرفت.
انتخاب روش ارتقا یک اتصال خاص به فاکتور های مشخصی در یک پروژه وابسته می باشد. مشابه هر روش دیگر مقاوم سازی ساختمان، انواع روش های بهیود ظرفیت اتصالات دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند. سه روشی بهبود اتصالات به منظور مقاوم سازی ساختمان عبارتند از:
روش های متعددی برای بهبود کارکرد یک وصله ستون وجود دارد. از آنجایی که در آیین نامه لرزه ای AISC قاب های خمشی ویژه دارای اامات متفاوتی نسبت به دیگر سیستم ها می باشند متد انتخابی و سطح مورد نیاز جهت مقاوم سازی به نوع سیستم جانبی بستگی دارد. همچنین یکی دیگر از پارامترهای کنترل کننده نوع وصله می باشد: وصله جوش شده یا پرچ شده. امکان استفاده از جوش کاری یکی دیگر از پارامترهای کنترل کننده می باشد. با توجه به اینکه اامات لرزه ای AISC اجازه تقسیم بارهای وارده را به همان سطوح تماس نمی دهد، جوشکاری در محل در برخی موارد اجتناب ناپذیر می باشد.
بیشتر وصله های جوش شده موجود از نوع جوش نفوذی اتصال کامل (CJP) و یا از نوع جوش نفوذی اتصال جزیی (PP) می باشد. جوش های از نوع CJP برای جلوگیری از تمرکز تنشی نیازمند لایه های مایل می باشند. یک لایه مایل را می توان در محل با ایجاد جوش بر روی بال ستون ضخیم تر یا سنگ زنی بخش از بال ایجاد نمود. جوش های ار نوع PP ذاتا در در قسمت غیر جوش شده ی اتصال دارای تمرکز تنش بوده، بنابراین نیازمند مقاومت بالاتر می باشند، ولی نیاز به لایه های مایل ندارند. جوش های از نوع PP را می توان با استفاده از جوش دادن ورق یا سخت کننده در طول وصله مقاوم سازی نمود.
روش مقاوم سازی مورد استفاده برای یک وصله پرچ شده به مد کنترل کننده طراحی وله بستگی دارد – خواه وصله از شکست سطح مقطع خالص ستون، جاری شدن بلت ها یا وادادگی ناخالص یا شکست سطح مقطع خالص صفحه وصله تبعیت کند. جهت مقاوم سازی می توان بولت هایی را که ظرفیت وصله های موجود به آن ها وابسته می باشد را با بولت های قوی تر جلیگزین نمود. برای مثال می توان بولت A325 را با بولت A490 جایگزین کرد. یکی دیگر از روش های مقاوم سازی می تواند جایگزینی بولت های دارای رزوه در صفحه برش با بولت های بلند تر می باشد. صفحات وصله با مقاومت ناکافی را می توان با صفحات جدید جایگزین نمود و یا صفحات جدید در وجه دیگر صفحه موجود تعبیه کرد.
استفاده از پوشش بتنی : امکان متراکم کردن بتن در آن سطح کم وجود ندارد، لذا کسب مقاومت مورد نظر در بتن ریخته شده با بتن خود متراکم امکان پذیر می باشد. این روش می تواند وزن سیستم سازه ای را افزایش دهد، در هنگام استفاده از پوشش بتن مسلح لازم است قبل از بتن ریزی قسمت جدید برای پوشش، سطح بتن موجود خراشیده شده تا بدین وسیله پیوستگی برشی بین دو بتن جدید و قدیم به صورت کامل برقرار گردد. در هنگام تقویت با این روش، بزرگ شدن ابعاد ستون باعث تغییرات نسبت ارتفاع به بعد و در نتیجه تغییر مود شکست ستون از خمشی به برشی خواهد شد.
استفاده از ورق های فولادی : مشکل اصلی بهسازی ستون های بتن مسلح آسیب پذیر با ورق های فولادی، عدم هم خوانی کرنشی بین دو مصالح ( بتن و فولاد) می باشد. لازم است با قرار دادن فاصله مناسبی بین ورق و ستون بتن مسلح موجود (حداقل ۲/۵ الی ۵ سانتیمتر) و تزریق ملات میر انقباضی و بعضا ملات منبسط شونده در این فاصله مشکل عدم هم کرنشی این دو مصالح را تا حدودی برطرف کرد. در این حالت نیز تقویت می تواند فقط در یک طبقه و بدون افزایش ظرفیت خمشی ستون صورت گیرد. در این حالت درز و فاصله ای بین زره پوش و سقف و کف طبقه باید وجود داشته باشد.
استفاده از پوشش FRP : بهترین و ساده ترین روش استفاده از
FRP در تقویت ستون های بتنی دور پیچ کردن ستون می باشد. در این صورت با محصور کردن بتن، نه تنها مقاومت فشاری عضو بلکه مقاومت برشی نیز افزایش می یابد. استفاده از این روش در جلوگیری از مکانیزم شکست در ستون های کوتاه خیلی موثر می باشد. لازم به ذکر است حداقل مقاومت فشاری لازم بتن جهت اینکه الیاف FRP کاربرد موثری داشته باشند ۱۷ مگا پاسکال توصیه می شود. همچنین جهت جلوگیری از تمرکز تنش در گوشه های عضو مقاطع مربع مستطیل ضروری است گوشه های عضو به صورت دایره ای به شعاع حداقل ۲/۵ سانتی متر گرد شوند.
| روش | مزایا | معایب |
|---|---|---|
| دور پیچی |
|
|
| پوشش دادن با استفاده از الیاف FRP |
|
|
| ژاکت کردن با استفاده از صفحات آماده FRP |
|
|
ساختمان های با قاب خمشی که توانایی مقاومت در برابر نیروهای جانبی را نداشته و یا برای کنترل جابجایی های ساختمان بیش از اندازه شکل پذیر می باشند را می توان با استفاده از افزودن صفحات فولادی دیوار برشی (SPSW) مقاوم سازی نمود و سختی آن ها را بالا برد. دیوارهای برشی را می توان به تنهایی به عنوان سسیستم مقاوم باربر جانبی جدید یا در ترکیب با قاب های خمشی مورد استفاده قرار داد.
دیوارهای برشی می توانند مقاومت و سختی قابل توجهی به یک سازه اضافه کنند. در مواقعی که سختی مضاعف در سازه مورد نیاز باشد، افزودن دیوار برشی می تواند به عنوان یک روش جایگزین برای افزودن قاب های مهاربندی شده در نظر گرفته شود. در مقایسه با دیوارهای برشی بتنی، دیوارهای برشی صفحات فولادی سبک تر بوده و جرم لرزه ای کم تری را به سازه اضافه می کند. همچنین ساخت این نوع از دیوار برشی به عنوان یک روش مقاوم سازی ساختمان خوصا در ساختمان های بلند که هزینه انتقال قالب و بتن ریزی بسیار بالا است، اقتصادی تر می باشد. رفتار این نوع سیستم مقاوم سازی ساختمان مشابه قاب های مهاربندی شده می باشد که تنها بر مشش قاب ها متکی بوده بعلاوه صفحات شاه تیر جایی که محدوده کشش در طول قطرها گسترش می یابد.
مقاوم سازی با استفاده از روش افزودن دیوارهای برشی به یک ساختمان با سیستم قاب خمشی سختی آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در این حالت، سازه مقاوم سازی شده باید برای بارهای جانبی بیشتر و واژگون کننده مورد ارزیابی قرار گیرد. از آن جایی که مقاومت خمشی ایجاد شده توسط المان های مرزی ستون های فولادی در این روش مقاوم سازی ساختمان قابل توجه می باشد، همواره برش کنترل کننده پایداری ساختمان می باشد.
از این روش مقاوم سازی ساختمان تنها در ساختمان های با قاب خمشی که نیازمند افزایش اندکی در مقاومت و یا سختی می باشند استفاده می گردد. میزان بهبود وضعیت اتصالات به وسعت مخاطرات لرزه ای و نوع قاب خمشی بستگی دارد.
تبدیل اتصالالات قاب وزنی به اتصالات قاب خمشی مقدار مقاومت و یا سختی یک سازه را به میزان قابل توجهی افزایش نمی دهد به جز در صورتی که تعداد قابل توجهی از اتصالات ستون قاب وزنی در مقابل خمش مقاوم گردد. همچنین از آنجایی که تیرها و ستون های فعلی که در قاب ثقلی مورد استفاده قرار گرفته است دارای وزن بسیار پایین تری نسبت به اعضای ساختمان با قاب خمشی می باشند، مقدار مقاومت و سختی بدست آمده محدود خواهد بود. هرچند، این اعضا را می توان به عنوان بخش از طرح مقاوم سازی ساختمان، تقویت نمود. این روش مقاوم سازی تاثیر کمتری بر خصوصیات معماری ساختمان در مقابل تقویت ساختمان به روش های افزودن قاب های مهاربندی شده و یا دیوار های برشی خواهد داشت.
ساده ترین روش بکار گیری این تکنیک مقاوم سازی، افزودن ورق های پوشاننده بال جوش داده شده از تیر تا ستون بدون تغییر ورق برشی جوش داده شده می باشد. این روش مقاوم سازی ساختمان تنها می بایست در قاب های خمشی معمولی مورد استفاده قرار گیرد.
به منظور عملکرد مناسب یک قاب خمشی مهاربندی شده، وجود اتصالات با ظرفیت باربری کافی بسیار حائز اهمیت می باشد. اتصالات با مقاومت و/یا شکل پذیری پایین برای ایجاد قاب با رفتار غیرالاستیک پایدار، مقاوم سازی و یا جایگزین می گردند.
اتصالات انتهایی یک مهاربند معمولا بر روی عناصر اتصال مضاعف (از جمله گاست پلیت ها) تکیه می کنند، اما مهاربندها ممکن است به طور مستقیم به تیر و ستون از طریق یک اتصال خمشی جوش داده شوند.
به منظور حصول رفتار قاب شکل پذیر، تیرها، ستون ها و مهاربندی های با عملکرد ضعیف مقاوم سازی شده و یا با عضو جدید جایگزین می گردد.
شکل پذیری مهاری مجود را می توان با استفاده از کاهش لاغری آن بهبود بخشید. برای این منظور می توان از روش هایی همچون کاهش طول مهار نشده، پرکردن فضاهای خالی با استفاده از بتن و یا افزودن سخت کننده های طولی استفاده نمود. طول غیر مهاری یک مهار را می توان با استفاده از افزودن اعضای مهاری ثانویه، که بخشی از سیستم باربر جانبی اصلی نمی باشند، کاهش داد. پرکردن فضا های خالی با استفاده از بتن می تواند از شدت کمانش موضعی بکاهد. افزودن سخت کننده های طولی حداقل پیچیدگی اجرایی را دارا می باشد. سخت کننده ها می توانند شامل ورق و یا مقاطع با زاویه کم باشند
منبع : تکنوپول
درباره این سایت