در طول تاریخ، مهندسان عمران و معماری، سازه‌ها و شهرهایی بی نظیر ساخته و شاهد نابودی آنها در مواجهه با نیروهای طبیعی بوده‌اند. زمین لرزه یکی از بلایای طبیعی است که در طول تاریخ باعث آسیب‌های متعددی در سراسر دنیا شده است. امواج لرزه‌ای می‌توانند در سراسر زمین، ساختمان‌ها را ویران کرده، جان انسان‌ها را گرفته و منجر به از بین رفتن آثار تاریخی شود. متاسفانه در ایران نیز با این مشکل در زمان زلزله دلخراش بم مواجه شدیم.
به همین دلیل زمانی که متخصصان تصمیم به ساخت سازه می‌گیرند یکی از اولین مواردی که برای آنها اهمیت بالایی دارد، کاهش ریسک ساختمان سازی است. یکی از آسان‌‌ترین مواردی که می‌تواند برای این مقاوم سازی و کاهش ریسک استفاده شود، دنبال کردن قوانین ساخت و ساز و پیش‌بینی برای تغییراتی است که در آینده امکان رخ داد آنها وجود دارد. در ادامه این متن شما میتوانید با بهترین روش های مقاوم سازی و تقویت ساختمان های بتنی آشنا شوید.
ایران از جمله کشورهایی است که در زمان‌های متفاوت با انواع بلایای طبیعی مقابله کرده است. ما هر ساله شاهد زلزله، سیل، طوفان‌های شنی و غیره بوده‌ایم. این نیروهای طبیعی خسارات زیادی به جان و اموال افراد زده‌اند به همین دلیل باید برای مقابله و مقاومت در برابر آنها تمام تلاشمان را به کارگیریم. برای اینکه بتوانیم به بهترین شکل ممکن با این مشکلات دست و پنجه نرم کنیم باید با تمام اعضای تشکیل دهنده یک ساختمان از جمله میلگرد، تیرآهن و ... آشنایی لازم را پیدا کنیم.
مهندسان و دانشمندان با هر زلزله به شناخت و درک بهتری از آنها دست پیدا میکنند. آنها به طور مداوم نظریه‌های خود را بررسی و درستی آنها را رد یا تایید میکنند. با شناخت تدریجی تمام قسمت‌های سازه اعم از میلگرد و بررسی رفتار و پاسخ آنها در برابر زلزله، آیین نامه‌های ساختمانی را بهبود می‌دهند.
در سالیان اخیر، طراحی عملکردی سازه‌ها در برابر تحریک زلزله با توجه به کاربری مورد نیاز آنها مورد توجه مهندسین و پژوهشگران قرار گرفته است. در مهندسی زلزله بر اساس عملکرد، هدف عمده و مطالعات انجام گرفته، راهکارهایی مناسب برای بهینه سازی با پشتوانه علمی صورت گرفته است که منجر به تصمیم گیری آگاهانه در زمینه خطرپذیری لرزه‌ای سازه‌ها توسط کارفرمایان می‌شود.
به طورکلی برای طراحی یک ساختمان ضد زلزله، مهندسان باید سازه را تقویت کنند به گونه‌ای که ساختمان شما بتواند با نیروهای زلزله به بهترین شکل مقابله کند. در زمان زمین لرزه، انرژی آزاد شده از یک جهت به ساختمان فشار وارد می‌کند. استراتژی مهندسان برای مقابله با این موضوع، وارد کردن فشار به ساختمان در جهت مخالف است.
پیش‌بینی رفتار سیل از زلزله راحت تر است! یکی از راه‌های ابتدایی و کاربردی که برای مقابله با این نیروی طبیعی استفاده می‌شود، ساخت خانه خارج از مسیر سیل است. برای ساخت و سازهای جدید، این کار را میتوان با بررسی نقشه‌های سیل و اجتناب از ساخت و ساز در دشت‌های سیلابی انجام داد.
تمام مواردی که برای مقاوم سازی سازه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد برای ساختمان‌هایی پیاده سازی می‌شود که تازه در حال ساخت هستند. پس برای مقاوم سازی خانه‌های قدیمی چه باید کرد؟ ساختمان‌هایی که بر اساس آیین نامه‌های قدیمی طراحی و ساخته شده‌اند و به همین دلیل در برابر زلزله و بلایای طبیعی دارای نقاط ضعف هستند.
برای این دسته سازه‌ها بهترین راه حلی که می‌توانیم به شما پیشنهاد بدهیم، شناسایی نقاط ضعف و رفع این نقاط است. چرا که بازسازی کامل برای شما از نظر اقتصادی گران تمام خواهد شد. در بعضی موارد ساختمان‌های خسارت دیده از زلزله را میتوان تعمیر و تقویت کرده و مورد بهره برداری مجدد قرار داد.
گاه به دلایلی لازم است تا ساختمانی توسعه یابد که کاربرد آن مطابق نیازها باشد. در این حالت لازم است تا اعضاء موجود جهت تحمل بارهای اضافه شده تقویت شوند. در چنین حالتی وضعیت ساختمان تغییر کرده و در نتیجه خصوصیات دینامیکی آن عوض می‌شود و کنترل پاسخ لرزه‌ای سازه در وضعیت جدید الزامی است تا اگر نقاط ضعف تازه‌ای مشاهده شد چاره اندیشی شود.
به طور کلی تقویت ساختمان‌های موجود در برابر زلزله بستگی به نوع ساختمان ( اسکلت فولادی، اسکلت بتنی، دیوار باربر و ...) داشته و راه‌های به خصوصی برای هریک از انواع آن قابل بررسی است. به طور مثال افزودن بادبند در ساختمان‌های فلزی خیلی ساده بوده در حالی که در ساختمان‌های بتنی این کار توام با مشکلات اجرایی است و افزودن دیوار برشی، می‌تواند راهکار عملی بهتری برای ساختمان‌های بتنی باشد. جهت دریافت اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله مهاربند یا بادبند چیست را مطالعه نمایید. در مورد ساختمان‌های بتنی راهکارهای مختلفی برای تقویت ساختمان تاکنون ارائه شده است.
روش‌های متعددی از جمله روش‌های زیر برای مقاوم سازی سازه ها ارائه شده‌اند:
برای افزایش ایمنی ساختمان‌های بتن آرمه و فلزی در برابر نیروی زلزله، همچنین جبران ضعف ساختمان‌های موجود در برابر زلزله روش‌های مختلفی تاکنون به کار گرفته شده است:
این روش اگر چه یک روش مناسب برای تقویت ساختمان‌ها است و اصولا اولین راه حلی است که درباره یک ساختمان بتنی به نظر می‌رسد ولی مشکلاتی ممکن است وجود داشته باشد که نتوانیم از آن استفاده کنیم. مثلا ممکن است معماری ساختمان به شکلی باشد که استفاده از دیوار برشی غیر ممکن باشد و یا افزودن دیوار کاربری ساختمان را کم کند. ممکن است ضعف ساختمان به قدری نباشد که نیاز به دیوار برشی باشد و یا اصولا ممکن است به کار بردن دیوار برشی منتهی به مخارج زیادی بشود.
از دهه 1970 تاکنون دیوارهای برشی فولادی به عنوان سیستم اصلی باربر جانبی در بسیاری از ساختمان‌ها به کار برده شده‌اند. در طی دهه 1970 دیوارهای برشی فولادی عموما به عنوان سیستم‌های باربر جانبی در ساختمان‌های نوساز در ژاپن و برای مقاوم سازی ساختمان‌های موجود در آمریکا مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه‌های 1980 و 1990 دیوارهای برشی فولادی که فاقد سخت کننده بودند در مقیاس کم در برخی ساختمان‌ها در آمریکا و کانادا به کار گرفته شدند، در بعضی موارد نیز این گونه دیوارها با لایه‌هایی از بتن پوشانده می‌شدند که با یکدیگر نوعی سیستم مرکب تشکیل می‌دادند. در سال 1970 بنای اولین ساختمانی که در آن از سیستم دیوار برشی فولادی استفاده شده بود به پایان رسید.
این ساختمان که معمولا از آن تحت عنوان ساختمان فولادی "نیپون" یاد می‌شود در توکیوی ژاپن واقع است. سیستم باربر جانبی در این ساختمان ترکیبی از قاب‌های خمشی و واحدهایی از دیوار با جنس ورق‌های فولادی است. نمونه دیگری از ساختمان‌هایی که دارای دیوار برشی فولادی هستند و در دهه 1970 ساخته شده‌اند. ساختمان مرتفع 53 طبقه دیگری در شهر توکیو است.
این ساختمان در ابتدا قرار بوده که دارای دیوارهای برشی بتنی باشد ولیکن بعدها به دلیل بروز برخی مشکلات در آن از دیوارهای برشی فولادی استفاده گردید. از دیوارهای برشی فولادی در مناطقی که شدت لرزه خیزی کم ولیکن بارگذاری باد نسبتا شدیدی دارند نیز استفاده شده است. به عنوان نمونه ساختمان سی طبقه هتلی در دالاس تگزاس را میتوان برشمرد.
از سوی دیگر در شهر لس آنجلس ایالت کالیفرنیا از دیوارهای برشی فولادی برای ساخت بیمارستانی 6 طبقه استفاده شده است که نمونه‌ای از کاربرد این سیستم را در منطقه‌ای با شدت لرزه خیزی شدید و بنایی با اهمیت زیاد را نشان میدهد. در این بیمارستان تمامی بارهای قائم توسط قاب‌های فولادی و بارهای جانبی در دو طبقه اول به واسطه دیوارهای برشی بتنی و در طبقات بعدی به واسطه دیوار برشی فولادی تحمل می‌شوند.
یکی از مهمترین سازه‌هایی که دارای دیوار برشی هستند و در عین حال در منطقه‌ای با لرزه خیزی شدید قرار گرفته است، ساختمانی 35 طبقه واقع در کوبه ژاپن است. این ساختمان در سال 1988 بنا گردید و در زلزله سال 1995 کوبه عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داد. سیستم باربر جانبی در این سازه ترکیبی از قاب‌های خمشی فولادی و دیوارهای برشی فولادی است.
در سه طبقه زیرزمینی این ساختمان دیوارهای برشی بتنی در دو طبقه اول دیوار کامپوزیت بتن مسلح، فولاد و در بقیه طبقات صرفا دیوارهای برشی فولادی کار گذاشته شده‌اند. وظیفه اصلی یک سیستم دیوار برشی فولادی مقابله در برابر برش افقی طبقات و لنگر واژگونی حاصل از نیروهای جانبی است.
به طور کلی یک سیستم دیوار برشی فولادی شامل یک دیوار ورق فولادی، دو ستون مرزی و تعدادی تیرهای افقی است. این مجموعه با یکدیگر مانند یک تیر ورق عمودی عمل می‌نماید. بدین ترتیب که ستون‌ها نقش بال‌ها و دیوار ورق فولادی نقش جان را ایفا می‌نمایند، در این میان تیرهای افقی طبقات نقش سخت کننده‌های عرضی را دارند.
مقایسه دیوار برشی فولادی با تیر ورق
برخی فواید استفاده از دیوارهای برشی فولادی عبارتند از:
1- چنانچه دیوارهای برشی فولادی به درستی طراحی شوند، سیستم‌هایی با شکل‌پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی بالا حاصل می‌شود. در نتیجه این مساله دیوارهای برشی فولادی را میتوان سیستم‌های باربر جانبی بسیار کارآمد و اقتصادی دانست.
2- سیستم دیوار برشی فولادی در مقایسه با سیستم‌های باربر جانبی دیگر دارای سختی اولیه بالایی است، بر این اساس این سیستم تغییر مکان‌های جانبی نسبی را کاهش میدهد.
3- دیوارهای برشی فولادی در مقایسه با دیوارهای برشی بتنی بسیار سبکتر هستند که این مساله به نوبه خود می‌تواند باعث کاهش بارهای وارده بر ستون‌ها و فونداسیون سازه و همچنین کاهش بارهای جانبی زلزله در نتیجه وزن کمتر سازه باشد.
4- چنانچه در نصب دیوارهای برشی فولادی از جوش کارگاهی و پیچ‌های پای کار استفاده شود، فرآیند نصب سریع‌تر و هزینه‌های ساخت و ساز، بازدید و کنترل کمتر خواهد بود.
از سوی دیگر استفاده از بتن پیش ساخته تقریبا تاریخی صد ساله دارد و اولین نمونه‌های آن به اواخر سده نوزدهم باز می‌گردد. در اواسط قرن بیستم با بکارگیری اعضای بتنی پیش ساخته در انواع سازه‌ها، استفاده از بتن پیش ساخته گسترش و رواج بیشتری یافت و پس از آن با گذشت 20 الی 30 سال پیشرفت در زمینه سیستم‌های قاب پیش ساخته به قدری بود که در بسیاری از کشورهای اروپایی، سهم قابل توجهی در ساخت و ساز را به خود اختصاص داد.
به طور کلی تفاوت‌های موجود میان بتن پیش ساخته و درجا از دو دیدگاه سازهای و غیر سازهای قابل بررسی هستند. از نقطه نظر تفاوت‌های غیر سازهای میتوان به مسائلی چون سرعت و هزینه‌های اجرا و همچنین دقت کار اشاره نمود. ولیکن از دیدگاه سازهای، بزرگترین تفاوت میان بتن پیش ساخته و درجا در اتصالات آنها و به ویژه اتصالات تیر به ستون نهفته است.
برخلاف سازه‌های بتنی درجا که دارای اتصالات صلب و یک پارچه هستند و در آنها تعادل میان لنگرهای خمشی و پیچشی با مسلح نمودن اتصالات حاصل می‌گردد در سازه‌های پیش ساخته اتصالات معمولا توانایی انتقال لنگرها را ندارند و عملکرد آنها در برابر بارهای جانبی وارده غالبا به صورت مفصلی و یا نیمه صلب در نظر گرفته می‌شود.
با توجه به آن چه گفته شد لزوم استفاده از انواع سیستم‌های باربر جانبی در سازه‌های بتنی پیش ساخته کاملا مشخص است، این سیستم‌های باربر جانبی می‌توانند شامل برخی سیستم‌های متداول مانند دیوارهای برشی بتنی پیش ساخته باشند. جهت تکمیل اطلاعات خود میتوانید به مقاله انواع بارهای ساختمان مراجعه نمایید.
اگرچه افزودن بادبند چه از نوع بتنی و چه از نوع فولادی آن به ساختمان‌های بتنی ممکن بوده و راه حلی برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر بارهای جانبی است و میتوان از انواع اشکال X و K آن استفاده کرد، ولی مشکل اتصال این اعضا با سازه موجود همچنین مشکلاتی که ممکن است در معماری سازه به وجود آید از معایب این روش است.
این عمل باعث افزایش باربری افقی سازه به میزان قابل توجهی نمی‌شود! بنابراین برای ساختمان‌هایی که ضعف زیادی دارند مطلوب نیست. همچنین در ساختمان‌های بلند، افزایش وزن طبقات با استفاده از این مصالح می‌تواند به جذب نیروی بیشتری هنگام زلزله منجر گردد. همچنین تیرهایی که بار این مصالح را حمل میکنند ممکن است خود نیاز به تقویت پیدا کنند و در کل در ساختمان‌های بلند، روش مناسبی نیست ولی برای ساختمان‌های با تعداد طبقات کم مناسب هستند.
تقویت سازه‌های بتن مسلح با بادبند فلزی؛ در سال‌های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته و کارهای مطالعاتی؛ تحقیقاتی و آزمایشگاهی گسترده‌ای نیز در این زمینه انجام گرفته است. در ژاپن ساختمان‌های زیادی با این روش تقویت شده است. روش‌های مختلفی که تاکنون جهت اجرای بادبند فلزی در ساختمان‌های بتن مسلح پیشنهاد شده است به شرح زیر است:
مزایا
تقویت ساختمان با استفاده از بادبند و پانل دارای خاصیتی به نام شکل پذیری است، این خاصیت در زمان زیاد شدن وزن ساختمان اضافه نخواهد شد. شما همچنین می توانید در دهانه های بادبندی شده پنجره و هواکش نصب کنید (این امکان در روش تقویتی توپر وجود ندارد). تقویت ساختمان با بادبند، عملکرد قوی‌تر، کنترل بالاتر و دقت عمل بالاتری به شما ارائه میدهد.
معایب
افرادی که از این تقویت استفاده میکنند باید در برابر آتش سوزی و زنگ زدگی تدابیر لازم را اتخاذ کنند. زمانی که تغییر شکل بزرگ باشد امکان کمانه کردن بادبند وجود دارد. یکی از مشکلاتی که برای استفاده از این روش مشاهده می‌کنید، نیاز به تخریب دیوارهای غیر سازهای است. ابتدا باید این دیوارها خراب شده و سپس میلگرد اتصال در تمام قسمت ساختمان از جمله بدنه و ستون قرار بگیرند. پس از آن بادبندی که در قاب فلزی قرار دارد در محل مناسب گذاشته می‌شود، میلگردهای اسپیرال بسته شده و در انتها درز بین قاب فلزی و بتنی با ملات اپوکسی پوشانده می‌شود.
تقویت ستون‌ها به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. این روش‌ها بر حسب نوع ضعف ستون و تقویت مورد نظر ممکن است برای تقویت ستون‌های یک ساختمان به کار روند. تقویت ستون‌ها یک روش کارا در تقویت ساختمان‌های بتنی است. در این روش تقویت دیوارهای بتن مسلح به دو طرف ستون‌های سازه اضافه شده و از این طریق ظرفیت ستون افزایش می‌یابد. لازم به ذکر است که در این روش، دهانه تیرهای دو طرف ستون کاهش یافته و احتمالا مکانیزم شکست آنها بعد از تقویت تغییر پیدا می‌کند. لذا کنترل برش این تیرها ضروری است.
تقویت به صورت فوق عموما اهداف زیر را تعقیب می‌کند:
به دو صورت امکان این تقویت وجود دارد. به صورت بتن ریزی درجا و یا به صورت بتن پیش ساخته که در این حالت نحوه اتصال آن به ستون موجود از طریق جوش دادن میلگردهای ستون و قطعه پیش ساخته یا با نصب بلت صورت می‌پذیرد.
هدف از تقویت ستون‌ها عبارت است از:
چون در اکثر زلزله‌های گذشته مشاهده شده که ستون‌ها در اثر شکست برشی خرد شده‌اند، لذا باید شکل‌پذیری ستون‌ها اصلاح شود و این مستلزم آن است که از جاری شدن خمشی ستون قبل از شکست برشی آن اطمینان حاصل شود. نتیجه‌ای که از تقویت ستون‌ها برای کل سازه عاید می‌شود این است که مکانیزم مقاومت هر قاب از شکنندگی برشی به مکانیزم شکل پذیری در برابر لنگر تغییر می‌یابد.
روش‌های اصلاح شکل پذیری ستون‌ها در ادامه به طور مشروح بیان می‌گردد:
این روش یکی از روش‌های بسیار محبوب بوده که از شکست برشی ستون‌های موجود جلوگیری می‌کند. دو عدد شبکه پیش ساخته به شکل U دور ستون موجود بسته و با بتن به ضخامت حداقل 6 سانتی‌متر آن را می‌پوشانند. قطر میلگردهای شبکه بین 6 تا 9 میلی‌متر است.
از این روش در اصلاح ستون‌ها بسیار استفاده شده است. ضخامت ورق پوشش در این نوع تقویت با توجه به نتایج تحقیقات، حدود 4.5 میلی متر توصیه شده است. نتایج تحقیقات تئوری و تجربی نشان میدهد که ایجاد مقاطع دایروی با ورق خیلی موثرتر از مقاطع مربع یا مستطیل شکل بوده در مقابل بدیهی است که ایجاد مقاطع دایروی به مهارت فنی بیشتری نیاز دارد. نصب سه عدد تقویت کننده عرضی در بالا، پایین و ارتفاع وسط ستون راندمان تقویت را بهتر خواهد کرد.
نصب این تقویت کننده‌ها نیز توصیه می‌شود. به طور کلی یکی از روش‌های مورد استفاده، استفاده از یک بدنه ساخته شده از ورق فولادی است که در اطراف ستون قرار می‌گیرد و فاصله بین ستون موجود و بدنه فلزی با گروت و یا بتن پر می‌شود. این روش باعث افزایش قدرت باربری محوری ستون می‌شود زیرا بدنه فلزی دارای باربری بوده و همچنین در اثر پدیده محصور شدن بتن، ستون بتنی نیز باربری بیشتری پیدا می‌کند.
البته به منظور افزایش باربری و استفاده بیشتر در اثر محصور شدن بتن استفاده از بدنه دایره‌ای برای ستون‌های دایروی و برای ستون‌های مستطیلی نیز استفاده از بدنه بیضوی مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات نشان داده است که استفاده از این نوع تقویت اثر بسیار خوبی در افزایش باربری محوری، برشی داشته و همچنین میزان شکل پذیری ستون را افزایش میدهد.
ولی به علت آن که این تقویت در فاصله بین طبقات قابل انجام بوده و در تراز طبقات قطع می‌شود و اصولا بیشترین مقدار خمش در گره‌‌های ابتدا و انتهای ستون است، باربری خمشی ستون افزایش پیدا نمی‌کند. از این روش در حال حاضر برای تقویت ستون‌هایی که ضعف خمشی نداشته باشند مانند پایه پل‌ها به شکل وسیعی استفاده می‌شود.
مواقعی که در تقویت ستون نیاز به تامین مقدار زیادی مقاومت برشی برای جلوگیری از شکست برشی باشد این نوع تقویت مناسب است. برای این منظور، چهار عدد نبشی در چهار گوشه ستون قرار داده و به وسیله تسمه‌های فلزی به هم بسته می‌شوند. سپس فضای بین این تسمه‌ها و ستون موجود با تزریق ملات ماسه سیمان پر می‌شود. جهت اطلاع از قیمت نبشی میتوانید به لینک مربوطه مراجعه نمایید.
این روش تقویت نیز مانند روش اول بسیار عملی و در بیشتر ساختمان‌ها مورد استفاده بوده است. در این روش به نیروی کار خیلی ماهر نیز نیاز نیست. میلگردهای طولی را به تعداد لازم در چهار طرف ستون موجود قرار داده و این میلگردها توسط خاموت موردنیاز به هم بسته می‌شوند. سپس فضای بین میلگردها و ستون و روی میلگردها با پوشش بتنی به ضخامت حدود 10 سانتی متر پوشانده می‌شود.
رفتار این ستون نیز با توجه به نتایج تحقیقات تئوری و آزمایشگاهی برای استفاده در کارهای عملی مورد تایید است. چنانچه میلگردهای طولی در بالا و پایین ستون قطع شوند، خاصیت شکل پذیری ستون افزایش یافته و اگر این میلگردها در بالا و پایین ادامه یابند به مقاومت خمشی، برشی و فشاری ستون افزوده می‌شود.
بعد از پیچیدن وایرهای فولادی یا نوارهای با الیاف کربنی یا پلاستیکی به دور ستون، فضای بین آنها با چسب رزین اپوکسی پر می‌شود بدین ترتیب روی سطح ستون یک لایه مسلح ایجاد می‌شود. نوارهای با الیاف پلاستیکی قابلیت انعطاف زیادی داشته و مانند پارچه به دور ستون پیچیده می‌شوند. در استفاده از این روش‌ها باید تدابیر لازم برای جلوگیری از آتش سوزی اندیشیده شود.
این روش عبارت است از قرار دادن یک شبکه سیمی جوش شده در اطراف ستون و قالب‌بندی اطراف ستون و بتن ریزی حد فاصل قالب و ستون به شکلی که تور سیمی به همراه بتن یک لایه پوششی در اطراف ستون ایجاد نماید. مطالعات انجام شده نشان میدهد که این روش باعث افزایش اندک در باربری محوری و برشی ستون می‌شود. همچنین میزان شکل‌پذیری ستون را افزایش میدهد. این تقویت ضغف خمشی ستون را جبران نمی‌کند زیرا در حد فاصل بین طبقات انجام می‌پذیرد.
در سال 1988 میلادی کاتسوماتا در ژاپن یک روش جدید برای تعمیر و تقویت ستون‌های بتنی ارائه نمود. این روش عبارت است از پیچاندن الیاف پلاستیکی مخصوص به دور ستون بتنی و استفاده از یک چسب پلی استر مخصوص جهت یکپارچه نمودن الیاف و اتصال آن به ستون بتنی.
استفاده از روش فوق‌الذکر از آن زمان تاکنون به دلایل زیر گسترش یافته است:
استفاده از الیاف مصنوعی در احجام مختلف منجر به مقاومت مختلف پوشش حاصله می‌گردد هرچه درصد الیاف بیشتر باشد مقاومت نهایی و سختی افزایش می‌یابد. افزودن میلگردهای طولی با روکش بتنی نیز در سال‌های اخیر مورد استقبال قرار گرفته است. جهت اطلاع از قیمت میلگرد FRP میتوانید به لینک مربوطه در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
روش افزودن میلگرد های طولی همراه روکش بتنی که در حقیقت روشی است که به طور گسترده بعد از زلزله سال 1985 در مکزیکوسیتی گسترش فراوانی پیدا کرد عبارت است از افزودن میلگردهای طولی و خاموت‌های عرضی در اطراف ستون موجود و اضافه کردن یک پوشش بتنی که میلگردهای فوق را در بر بگیرد.
البته باید گفت چنانچه میلگردهای طولی از سقف طبقات عبور داده نشوند این تقویت تاثیر چندانی در باربری خمشی ستون نخواهد داشت و باید میلگردهای طولی به نحوی از سقف عبور داده شوند. با ایجاد سوراخ‌هایی در سقف توسط دریل میتوان میلگردها را از سقف عبور داد. در این صورت مقاومت خمشی ستون نیز افزایش خواهد یافت.
لازم به تذکر است که برای افزایش درگیری بین بتن جدید و بتن قدیم باید لایه محافظ میلگردها تراشیده شده و سپس اقدام به تقویت ستون نماییم. برای ستون‌هایی که امکان بتن ریزی در چهار طرف وجود نداشته باشد میتوان از تقویت یک طرفه یا چند طرفه استفاده نمود.
برای ساختمان‌های با قاب خمش پذیر، اجرای صحیح اتصالات پانل‌ها حدود 68 درصد به سختی جانبی قاب اضافه کرده و همچنین مود تغییر شکل سیستم از تغییر شکل برشی به تغییر شکل برشی خمشی تبدیل می‌گردد. بنابراین پانل‌های پیش ساخته نما که قبلا به عنوان اعضا غیر سازهای محسوب می‌شدند، در صورت اجرای صحیح اتصالات می‌توانند به عنوان یک عضو تقویت کننده سازه در برابر بار جانبی تلقی گردند.
در این راستا در تقویت عملی بعضی از ساختمان‌ها نحوه اتصالات این پانل‌ها را اصلاح و از آن به عنوان یک المان مقاوم در برابر زلزله استفاده نموده‌اند. لذا میتوان یکی از تکنیک‌های تقویت ساختمان ها را اصلاح و اتصالات پانل‌های پیش ساخته در نمای آنها دانسته و از آن بهره گرفت. چنانچه در نمای ساختمان‌های جدید استفاده از این پانل‌ها مورد نظر باشد میتوان در طراحی سازه اثرات این پانل‌ها را روی مقاومت جانبی سازه به حساب آورد.
در سراسر دنیا سازه‌هایی وجود دارند که برای سکونت یا حمل و نقل مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سازه‌ها دارای تنوع در کیفیت و عملکرد هستند ولی همگی در طول زمان دچار فرسودگی و تخریب می‌شوند. از مجموع سازه‌هایی که در بیست سال آینده مورد استفاده قرار خواهند گرفت در حدود 90-85 درصد آنها هم اکنون ساخته شده‌اند که بعضی از آنها به دلیل شرایط نامناسبشان احتیاج به تعمیر یا بازسازی دارند.
تغییر یک سازه بتن آرمه وقتی لازم می‌شود که اعضا سازهای آن قادر به تامین مقاومت یا سرویس دهی لازم نباشند. در عمل این موقعیت هنگامی به وقوع می‌پیوندد که سازه‌های بتن آرمه موجود یا بعضی از اجزا آنها در اثر دلایل متعددی نامناسب و نیازمند مقاوم سازی تشخیص داده شوند. این وضعیت نامناسب ممکن است به دلیل آسیب‌های فیزیکی، تغییر کاربری، خوردگی آرماتورها یا خطاهای به وجود آمده در زمان طراحی یا اجرا حادث شده باشد.
مطالعات متعددی در مورد تقویت برشی سازه‌های بتنی مسلح با استفاده از نصب ورق‌های فولادی پر مقاومت به سطح بتن تاکنون انجام گرفته است. موثر بودن این تکنیک در افزایش مقاومت برشی تیرهای بتنی مسلح اثبات شده است. در ادامه تعدادی از روش‌های متداول تقویت برشی مقطع تیر ضعیف از لحاظ برش با استفاده از ورق‌های فولادی آورده شده است.
در تصویر اول مقطع T شکل از تیر بتنی به نمایش در آمده است. مقطع بتنی از نظر برشی ضعیف بوده و نیاز به تقویت داشته است. 6 روش تقویت برای حل این مشکل ارائه شده است:
روشی که بسیار مورد استفاده است به این صورت انجام می‌گیرد که بتن موجود بر روی تیر برداشته می‌شود و خاموت‌های جدید در اطراف مقطع موجود قرار داده می‌شوند سپس بتن تازه بر روی آن ریخته می‌شود. در این روش اگر بتوان از چسبندگی بین بتن قدیم و جدید مطمئن شد، از لحاظ فنی روش بسیار مناسبی است.
یک روش دیگر، تسلیح مقطع با فولاد مهار شده در ناحیه فشاری است که باعث ظرفیت برشی بالاتر برای سازه می‌شود. البته این روش به وقت و هزینه بیشتری نیاز دارد. روش پ از روش ب آسان‌تر است ولی احتمال بریده شدن فولاد خمشی در حین ایجاد سوراخ‌ها در تیر وجود دارد. در این روش آماده سازی سطحی بتن در محل محکم کردن پیچ‌ها امری ضروری است.
تقویت خارجی تیر با مصالح فولادی الف) تیر بدون تقویت ب) برداشت بتن سطحی و ریختن بتن جدید پس از گذاشتن خاموت اضافی، پ) تقویت خارجی با پیچ، مهره و ورق با امکان پیش تنیده کردن مقطع، ت) تقویت با استفاده از شاتکریت مسلح ث) تقویت مقطع با اتصال صفحات فولادی با اپوکسی ج) تقویت با پیچ و مهره پس از حفر سوراخ در مقطع با امکان پیش تنیده کردن مقطع چ) تقویت مقطع با نوار فولادی پیش تنیده
روش ت برای وقتی است که نیاز به افزایش اندکی در ظرفیت برشی وجود دارد. در این روش و روش ث که با اتصال ورق‌های فولادی به وجوه جان انجام می‌شود، تسلیح برشی اعمالی بر وجوه جان در ناحیه فشاری بتن مهار نمی‌شود.
در روش ج یک سوراخ بزرگ داخل مقطع بتنی ایجاد می‌شود و از پیچ فولادی داخل آن استفاده می‌شود. میتوان این پیچ را پیش تنیده کرد، (میزان مقاومت برشی اضافه شده توسط تسلیح به میزان محکم شدن پیچ بستگی دارد). در این روش مانند روش پ احتمال قطع شدن میلگرد خمشی در حین سوراخ کردن تیر وجود دارد.
در روش چ اتصال نوارهای فولادی تابانیده شده به دور مقطع تیر در بالای مقطع و توسط بست‌ها و پیچ‌های فولادی انجام می‌پذیرد. پیش تنیده کردن نوارهای فولادی با محکم کردن بست‌ها صورت می‌گیرد. میزان خسارت وارده به مقطع برای اجرای این روش اندک است. البته نوارها در برابر بارهای ضربه‌ای یا تخریب آسیب پذیرند.
|
ردیف |
روش تقویت |
سیاست تقویت (اثر تقویت روی سازه ها) |
المان های تقویت کننده | ||||
| افزایش مقاومت | افزایش شکل پذیری | افزایش مقاومت و شکل پذیری | متعادل کردن سختی و مقاومت | ||||
| 1 |
دیوار برشی پرکننده |
* * |
* |
* | بتن ریزی درجا
بتن پیش ساخته پانل فلزی آجر بتنی اضافه کردن ضخامت یا پر کردن بازشوها دیوار بنایی با تور سیمی و شاتکریت | میلگرد دیوار دور بیم و ستون
نصب آنکربلت ایجاد کلید برشی ایجاد کلید برشی همراه با چسب جوش میلگرد یا قلاب کردن آن ها بدون هیچ گونه اتصالی | |
| 2 | دیوار برشی مجزا | * * | * | * | بتن ریزی درجا | اتصال به دیافراگم سقف با عبور میلگردها از سقف | |
| 3 | پانل های پیش ساخته در نما | * | جزئیات خاص اتصال به بیم بالا و پائین | بلت با ورق فلزی | |||
| 4 | اضافه کردن استراکچر جانبی | * | اسکلت یا بادبند فلزی
بتن ریزی درجا | اتصال مناسب در دیافراگم سقف | |||
| 5 |
اضافه کردن بادبند |
* * |
* |
* | بادبند تیپ x
بادبند تیپ k بادبند بتنی بادبند پس تنیده | نصب آنکربلت | |
| 6 | اضافه کردن فریم فلزی | * | * | فریم فلزی تیرها و ستون ها | نصب آنکربلت | ||
| 7 | اضافه کردن دیوار جانبی به ستون ها | * | * | * | بتن ریزی درجا
بتن پیش ساخته | نصب آنکربلت
جوش میلگردها | |
| 8 |
تقویت تیرها و ستون ها و اتصالات | * |
* * |
* | پوشش بتن آرمه
پوشش با ورق فلزی تسمه فلزی و نبشی در چهارگوشه دور پیچ کردن ستون با وایر فولادی یا نوارهای با الیاف کربنی دورپیچ کردن ستون با نوارهای با الیاف پلاستیکی | بتن ریزی درجا
چسب رزین اپوکسی | |
| 9 |
اصلاح دیوارهای غیر سازه ای |
* * |
* | ایجاد فاصله بین دیوار و قاب
اصلاح دیوار به صورت دیوار برشی | |||
| 10 | اضافه کردن ستون و تای بیم بتنی به ساختمان های با سیستن دیوار باربر اسکلت بتنی |
* |
بتن ریزی درجا | ||||
| 11 | تقویت فونداسیون ها | * | * | بتن ریزی درجا
استفاده از شمع کوبی | اتصال مناسب بستگی به وضعیت فونداسیون و ساختمان | ||
استفاده از فولاد با مقاومت بالا در سازه‌های بتنی مقاوم در برابر زلزله دارای محاسن زیادی است از جمله:
از مسائل مورد بررسی در رابطه با میلگردهای با مقاومت بالا، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
استفاده از مواد الیافی پلیمری مسلح شده (FRP) برای تعمیر و مقاوم سازی سازه‌ها به طور پیوسته در سال‌های اخیر افزایش یافته است. این امر به دلیل برتری‌های متعدد این کامپوزیت‌ها در مقایسه با مصالح سنتی مانند فولاد حادث شده است. این مزایا عبارتند از : وزن کم، راحتی در نصب، دوام و مقاومت کششی بالا، خنثی بودن الکترومغناطیسی و دسترسی نامحدود در اندازه، شکل و ابعاد.
کامپوزیت‌ها (مواد مرکب) دسته‌ای از مواد هستند که از همانطور که از نامشان بر می‌آید از اجزای مختلفی تشکیل یافته‌اند. به طور کلی FRP از دو جزء تشکیل شده است، جزء اول که قسمت باربر FRP محسوب می‌شود الیاف هستند. این الیاف کاملا الاستیک رفتار میکنند، شکننده هستند و مقاومت کششی بسیار بالایی دارند. قطر این الیاف بسته به نوع آنها در محدوده 5 تا 25 میکرون قرار دارد، جنس الیاف می‌تواند از شیشه، کربن، آرامید یا وینیل باشد. جزء دوم ساختار FRP چسب یا رزین است. این جزء که به عنوان یک محیط چسبنده الیاف را در کنار هم نگاه می‌دارد، نقش چندانی در باربری ندارد. چسب‌های موجود در ساخت FRP از دو نوع ترکیب ترموست و ترموپلاستیک ساخته می‌شوند. در حال حاضر FRP به صورت‌های مختلفی استفاده می‌شود.
با توجه به مقاومت کششی بسیار بالا به عنوان جایگزین مناسبی برای فولاد در بتن مسلح مطرح هستند. این میله‌ها علاوه بر مقاومت بالا، مشکل اساسی بتن آرمه یعنی خوردگی فولاد در رویارویی با محیط‌های خورنده را مرتفع می‌سازند. جهت اطلاع از قیمت میلگرد کامپوزیتی به لینک مربوطه در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
که کاربردهای بسیار وسیعی در بازسازی و مرمت سازه‌های فرسوده یا قدیمی دارند. از جمله میتوان به مقاوم سازی خمشی یا برشی تیرها، تقویت اتصالات و محصور کردن ستون‌ها اشاره نمود.
به طور کلی پیش تنیدگی عبارتست از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به اندازه لازم، به طوری که در اثر این تنش مقداری از تنش‌های ناشی از بارهای مرده و زنده در عضو، خنثی شده و در نتیجه قابلیت باربری آن افزایش پیدا می‌کند. هدف اصلی از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی محدود کردن تنش‌های کششی و ترک‌های ناشی از لنگر خمشی تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو است.
در تیرهای پیش کشیده ابتدا در صورت وجود فولادهای معمولی تکمیلی و نیز فولادهای برشی در مقطع آنها را در جای خود قرار داده و سپس فولادهای پیش تنیدگی در قالب مستقر شده و در دو انتها توسط مهارهای مخصوصی نگهداری و کشیده می‌شوند بعد از آن عملیات بتن ریزی در قالب صورت می‌گیرد. تیرهای بتنی پس کشیده به دو نوع پس کشیده غیر چسبنده و پس کشیده چسبنده تقسیم می‌شوند.
در بتن پس کشیده غیر چسبنده در مسیر عبور فولادهای پیش تنیدگی غلاف توخالی در بتن تعبیه شده و سپس عملیات بتن ریزی انجام می‌گردد. در دو انتهای تیر غالبا دو ورق سر (یا هر وسیله مهاری مناسب دیگر) قبل از بتن ریزی جایگذاری شده و بعد از این که بتن به مقاومت موردنظر رسید، فولادهای پیش تنیدگی از داخل غلاف عبور داده شده و توسط جک‌هایی که به ورق سر تکیه میکنند، کشیده می‌شوند. غالبا برای جلوگیری از خوردگی فولادها، داخل غلاف روغن تزریق می‌شود.
اهمیت طرح و مقاوم سازی سازه‌هایی مانند بیمارستان‌ها و ایستگاه‌های پلیس که لازم است بلافاصله پس از رخداد زلزله امکان خدمت رسانی بی وقفه را داشته باشند، نسبت به سازه‌هایی با سایر کاربری‌ها، بیشتر است. امکان پذیر یا مقرون به صرفه نبودن روش‌های مرسوم طرح مقاوم سازی لرزه‌ای برای این ساختمان‌ها و تجربه زلزله‌هایی از قبیل لوماپریتا، نورئریج و کوبه در دهه‌های اخیر، بحث کنترل ارتعاشات سازه‌ها با استفاده از سیستم‌های کنترل کننده مکانیکی را به کانون توجهات پژوهشگران تبدیل کرده است.
در کشور ما بسیاری از سازه‌های با درجه اهمیت بالا از جمله تعدادی از بیمارستان‌ها، با توجه به اصول طراحی لرزه‌ای طرح نشده‌اند، به همین دلیل مقاوم سازی این گونه ساختمان ها با روش های مناسب، از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. کنترل ارتعاشات سازه‌ها به روش‌های گوناگون صورت گرفته و میتوان آن را به سه دسته کنترل فعال، کنترل نیمه فعال و کنترل غیر فعال تقسیم کرد.
در کنترل فعال نیروی کنترلی از طریق یک منبع انرژی تولید می‌شود. در این سیستم‌ها نیروی کنترلی از طریق بازخورد سازه تحت اثر تحریک، توسط دستگاه‌هایی مانند فعال کننده‌های الکتروهیدرولیک، تامین می‌شود. سیستم‌های نیمه فعال در واقع سیستم‌های غیر فعالی هستند که برای شروع فرآیند کنترل به یک منبع تولید ولتاژ نیاز دارند به این صورت که منبع تولید ولتاژ، مشخصات میراگر را با توجه به مشخصات سازه و تحریک اعمال شده تنظیم کرده و نیروی کنترلی در ادامه از پاسخ سازه به بار، تامین خواهد شد.
بنابراین این سیستم‌ها به منبع تولید انرژی ضعیف‌تری نسبت به سیستم‌های فعال نیاز دارند. سیستم‌های کنترلی غیر فعال از دیگر ابزار کنترل ارتعاشات سازه تحت اثر بار زلزله، باد و ترافیک به حساب می‌آیند و برای مستهلک کردن انرژی سازه در اثر بارگذاری دینامیکی، از مکانیزم‌هایی از قبیل اصطکاک بین فلزات، تسلیم فلزات، عبور سیال ویسکوز از یک روزنه و تغییر شکل‌های برشی در جامدات یا مایعات ویسکوالاستیک استفاده میکنند.
یکی از مسائل مهم در طرح سازه‌های مقاوم در مقابل زلزله انتخاب شکل و فرم مناسب برای سازه است. البته برای هر نوع سازه خاصی فرم ایده آل کلی وجود ندارد ولی اصول چندی را به عنوان راهنما باید به خاطر داشت. به طور خلاصه میتوان گفت:
رعایت اصول فوق در طرح تقویت یک ساختمان الزامی است و عملیات تقویت نباید موارد فوق را نقص کند. قواعد کلی بالا همراه با به کار بردن نقشه جزئیات مناسب برای اتصالات به مهندس بهترین امکان درک رفتار سازه را هنگام وقوع زلزله میدهد.
زلزله‌های مختلف به کرات نشان داده‌اند که ساده‌ترین سازه‌ها بیشترین شانس آسیب‌پذیری را دارند. دو دلیل اصلی برای این امر وجود دارد. دلیل اول درک بالای مهندسین از رفتار زلزله‌ای یک سازه ساده است که به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از یک سازه پیچیده است.
دلیل دوم این است که اطلاعات ما در مورد رفتار دینامیکی اتصالات سازه‌های ساده، خیلی بیشتر از اتصالات سازه‌های پیچیده است. تقارن نیز به همان دلایل بالا مطلوب است و بهتر است که تقارن در تصویر افقی در دو جهت وجود داشته باشد.
هنگام تعیین فرم سازه، انتخاب مصالح مورد استفاده غالبا عامل مهمی است و مصالح سازهای بعضی مواقع به علت در دسترس بودن یا ملاحظات سیاسی یا اقتصادی انتخاب می‌شوند. اگر فقط مقاومت در مقابل زلزله مورد نظر باشد بهترین مصالح باید دارای خواص زیر باشند:
البته در کنار تمام عوامل و نکات ذکر شده تنها یک اجرای عالی و با کیفیت است که طرح خوب و مطمئنی را ایجاد می‌نماید.
منظور از مراحل تقویت، گام‌هایی است که در عملیات تقویت یک ساختمان صورت می‌گیرد. این مراحل به صورت عمومی و کلی در یک پروژه به قرار زیر هستند:
در این مرحله با استفاده از روشی لازم است تا میزان مقاومت و شکل پذیری ساختمان با توجه به اعضای مورد استفاده اعم از میلگرد مشخص شود. روش‌های موجود ممکن است تقریبی، دقیق و یا آیین نامه‌ای باشند.
در این مرحله با استفاده از نتیجه مراحل قبل و تخمین بارهای وارده از زلزله به سازه، میزان ضعف و تقویت آن مشخص شده و نیاز به تقویت تایید یا رد می‌گردد.
در این گام باید هدف از تقویت و راستای آن دقیقا مشخص شود و همچنین وضعیت موجود ساختمان با تهیه نقشه‌های اولیه، کاملا بررسی شود تا طرح مقدماتی تقویت آماده گردد.
در این مرحله باید با بررسی مراجع موجود در مورد تکنیک‌های تقویت و امکانات موجود و نظرات مالک ساختمان، روش مناسبی جهت تقویت ساختمان انتخاب نمود.
گاه لازم است جهت تعیین مشخصات موجود سازه از قبیل مقاومت مصالح و خصوصیات دینامیکی، بعضی از کارهای آزمایشگاهی روی سازه یا مدلی از آن صورت گیرد. همچنین در پروژه‌های با اهمیت لازم است این آزمایشات روی سازه تقویت شده جهت تایید طرح تقویت صورت گیرد.
جهت روشن شدن وضعیت آتی ساختمان لازم است تا میزان مقاومت اضافه شده با استفاده از تکنیک انتخاب شده مشخص گردد.
گاه ممکن است در یک طرح تقویت، لازم باشد تا اعضایی از جمله میلگرد به سازه اضافه شوند، در این صورت اعضای جدید باید به گونه‌ای در پلان قرار گیرند که موجب خروج از مرکزیت زیاد مرکز سختی نسبت به مرکز جرم نگردند. در غیر اینصورت وجود پیچش‌های بزرگ تحت زلزله، ساختمان را در وضعیت بحرانی قرار میدهد.
در این مرحله خصوصیات رفتاری سازه پس از تقویت مورد بررسی و محاسبه قرار می‌گیرد تا وضعیت جدید سازه برای مقایسه مشخص شود.
هرگونه تغییر در اسکلت ساختمان سبب تغییر خصوصیات رفتاری سازه می‌گردد. در این مرحله لازم است تا میزان و راستای این تغییرات مشخص گردد. چه بسا یک تقویت نامناسب سبب تغییر خصوصیات در جهت نامطلوب گردد و سازه را در وضعیت بحرانی‌تری قرار دهد.
در این مرحله با استفاده از نتایج دو مرحله اخیر، موفقیت طرح مورد ارزیابی قرار می‌گیرد و ارضاء هدف اولیه بررسی می‌شود. در صورت عدم رسیدن به هدف مورد نظر، باید مراحل قبلی بازنگری شده و نقطه ایراد مشخص شود و مراحل بعدی تکرار شوند تا هدف اولیه و مورد نظر ارضاء گردد.
و بدین ترتیب عملیات تقویت خاتمه می‌یابد.