خصوصیات کلی سازه
این ساختمانها از قاب بندی بتنی متشکل از یک سیستم کامل تیر و ستون و یا دال ستون تشکیل یافته است. نیروهای جانبی به وسیله قابهای خمشی اجرا شده در محل که سختی آنها از طریق اتصالات صلب ستونها و تیرها تأمین میشود، تحمل میشود. قابهای باربر جانبی ممکن است در همه دهانهها در هر دو جهت سازه یا در تعدادی از دهانه در یک یا هر دو جهت سازه وجود داشته باشد. ویژگی مهم این سازه آن است که هیچ دیوار بتنی یا بنایی قابل ملاحظهای در اندرکنش با سازه در آن وجود ندارد یا در صورت وجود، به طور کامل از سازهی اصلی برای جلوگیری از اندرکنش میان آنها، جدا هستند. کفها ممکن است تنوعی از بتنهای درجا یا پیش ساخته داشته باشند.
دیافراگمهای کف و بام
دیافراگمهای کف و بام در این نوع سازه ضرورتاً مشابه سیستم دیوار باربر و شامل بتن درجا است. دیافراگمها در برش دارای سختی و مقاومت بالایی هستند چون قسمت افقی و دال مربوط به سیستم گرانشی هم ضخیم و هم خیلی وقتها با تیرچهها مهار میشود. با وجود این، سیستمهای با تیرچه یک طرفه ممکن است در برش در جهت موازی با تیرچهها ضعیف باشد. در اغلب ساختمانهای موجود، جمعکنندهها به ندرت در محل خود بوده و انتقال بار از دیافراگم به دیوار برشی باید به دقت مد نظر قرار گیرد.
خصوصیات پاسخ لرزهای
این نوع سازه باید به دو دسته جداگانه تقسیم شود، دسته اول سیستمهای قابی قدیمی که معمولاً برای بارهای جانبی طراحی نشدهاند و شامل ویژگیهای کم و ناچیزی برای تضمین رفتار شکل پذیر بوده و دسته دوم قابهایی است که به طور خاص برای رفتار شکلپذیر تحت بارهای لرزهای طراحی شدهاند.
در ساختمانهای موجود با قاب غیر شکلپذیر، چنین تصور میشد که وجود مقدار ناچیز دیوارهای بتنی و بنایی، باعث میشود که ساختمان نسبت به دیگر ساختمانهای بتنی بسیار انعطافپذیرتر و نسبتاً شکل پذیرتر باشد. مهمتر آن که ستونها معمولاً نسبت به تیر یا سیستم دال قویتر نبوده و تسلیمهای اولیهای در این اعضا اتفاق میافتد. علاوه بر این به جز در مواردی که از آرماتورهای عرضی استفاده شده باشد، ستون به طور معمول در برش پیش از آنکه مفصل پلاستیک بتواند تشکیل شود، گسیخته میشود.
ساختمانهای با این خصوصیات در گروه ساختمانهای بسیار خطرناک به شمار میآیند و بر اثر تکانهای زمین که به اندازه کافی برای شروع گسیختگیهای برشی در ستونها قوی است در معرض خطر فرو ریزش قرار میگیرد. نسبت مقاومت ذاتی قاب، طراحی شده یا نشده برای بارهای جانبی، به تقاضای لرزهای سازه تأثیر بزرگی بر عملکرد آن دارد و قابها در مناطق با لرزه خیزی کم و متوسط ممکن است در خطر کمتری باشند.
قابهای نیمه شکلپذیر که دارای برخی و نه همه خصیصههای طراحی معمول برای قابهای بتنی هستند، احتمالاً عملکرد بهتری خواهند داشت، به ویژه اگر ستونها دارای مقاومت مناسب بوده و برای کنترل خمشی طراحی شده باشند. با وجود این، بسیاری از قابهای بتنی قدیمی ممکن است بسیار ضعیف بوده و در برابر تقاضاهای شکل پذیری بالا آسیب ببینند که میتواند عواقب جدی در صورت وجود یک طبقه نرم یا ضعیف ناشی از پیکربندی معماری یا چیدمان ستونها، به همراه داشته باشد. از ساختمانها با قابهای کاملاً شکلپذیر انتظار عملکرد بهتری میرود، مگر آنکه بینظمی در پیکربندی افقی یا عمودی تغییرشکلهای غیرالاستیک را بر روی اجزای سازهای خاص متمرکز کند.
جزییات روش بهسازی
افزودن قاب مهاربندی شدهی فولادی (متصل به یک دیافراگم بتنی)
موارد کاربرد
- عدم کفایت ظرفیت برشی کل ساختمان موجود
- ظرفیت ناکافی ساختمان موجود برای تغییر مکانهای جانبی (سختی کلی)
افزودن قابهای مهاربندی شده قطری فولادی به ساختمان قاب خمشی بتنی یکی از روشهای افزایش مقاومت و یا سختی سازه است. مهاربندهای فولادی ممکن است بدون افزایش قابل ملاحظهای در وزن ساختمان به آن افزوده شوند. مهاربندهای جدید به طورر معمول از نوع قاب مهاربندی هم محور (CBF) است. به دلیل هزینهها و جزئیات پیچیده مرتبط با مکانیزم تیر رابط کاربرد قاب مهاربندی شده برون محور (EBF) معمول نیست. هر کدام از انواع پیکربندیهای مهاربند قطری و نیز انواع مختلف مقاطع اعضای مهاربندی ممکن است برای این منظور به کار روند.
اندرکنش قاب مهاربندی شده و قاب بتنی
در بیشتر طرحهای بهسازی استفاده از قاب مهاربندی شده به هدف محدود کردن تغییر مکانها در محدوده قابل پذیرش برای اعضای بتنی موجود است. این موضوع میبایست با ساخت یک مدل که شامل سختی قاب مهاربندی شده و سختی قاب بتنی است کنترل شود. همچنین میتوان قابهای مهاربندی شده را به عنوان یک سیستم جانبی جدید مورد نظر قرار داده و تقاضای تغییر مکان واقعی را برای سیستم تعیین و سپس قابلیت پذیرش این تغییر مکانها را در ترکیب با قاب موجود کنترل نمود.
موقعیت قاب مهاربندی شده
قاب مهاربندی جدید ممکن است در سطح خارجی یا داخلی ساختمان قرار داده شوند. موقعیت بیرونی عموماً امکان دسترسیهای آسانتر در اجرا را داده و ممکن است هزینه کمتری داشته باشد، اما در معرض دید است. در این صورت مهاربندها به راحتی به سطوح خارجی تیرهای پیرامونی، قابهای خمشی پیرامونی، یا لبههای دیافراگمهای کف و بام متصل میشوند، اما به احتمال قوی از سطوح پنجرهها خواهند گذشت. در روش دیگر مهاربندی خارجی ممکن است به صورت پشت بندهایی عمود بر نمای خارجی موجود ساختمان مد نظر قرار گیرد. این پیکربندی احتمالاً نیازمند جمع کنندههای جدید بزرگتری برای رساندن نیروهای جانبی از دیافراگم به مهاربند بوده، اما ممکن است امکان ایجاد پلههای جدید یا چالههای آسانسور و یا احتمالاً افزایش مساحت طبقه را فراهم نماید. در طرحهایی که به توسعه یا افزودن قسمتهایی به ساختمان موجود نیاز است، مهاربندهای جدید را میتوان در مجاورت سازه قرار داد و به ساختمان موجود متصل کرد.
اتصال به قابهای خمشی موجود
قابهای مهاربندی شده جدید معمولاً در مجاورت یا در طول خطوط قاب خمشی موجود قرار داده میشوند. این موضوع عموماً اجازه کاربرد بهتر جمع کنندههای موجود (تیرها) را میدهد تا نیروهای دیافراگم را به مهاربندی برساند و با استفاده از ستونها و پی قاب موجود به تحمل نیروهای واژگونی و بلندشدگی کمک کند. عموماً قرار دادن مهاربندهای جدید در مجاورت قابهای خمشی موجود از استفاده آنها در عرض تیرها و ستونهای قاب بتنی موجود مناسبتر است.
برای مهاربندهای قطری نصب شده در یک پیکربندی قرار گرفته در حد فاصل تیر و ستونهای موجود، معمولاً انتقال نیروهای لرزهای بزرگ از اعضای بتنی مجاور از طریق اتصالات موضعی با تعداد محدودی مهارهای مجزا و پراکنده فوقالعاده مشکل است. همچنین اگر ستونهای فولادی یا اعضای عمودی در داخل قاب به کار روند، فراهم نمودن پیوستگی عمودی از کف به کف از طریق عبور از تیرهای بتنی موجود در حقیقت غیرممکن است. از این گذشته حتی اگر بتوان اتصالات با مقاومت کافی ایجاد کرد، میله مهارها باید از داخل تیرها و ستونهای با آرماتور نسبتاً متراکم عبور کند. علاوه بر این نصب فیزیکی و تنظیم مهاربندهای جدید و صفحات اتصال آن معمولاً به طور قابل توجهی مشکلتر است.
پیها
افزودن قابهای مهاربندی شده به ساختمان همواره نیازمند اجرای پیهای جدید، یا تقویت پیهای موجود، برای تحمل تقاضای واژگونی تمرکز یافته، است. در بسیاری موارد، تقاضاهای واژگونی ناشی از بلندشدگی پی نیازمند نوعی مهار تحتانی از قبیل شمع است. راه دیگر قرار دادن قاب جدید در میان دو خط قاب ستونی موجود به جای قراردادن آن در طول یک خط قاب یا در امتداد آن است. در این صورت پیها یا شناژهای ارتباطی جدید برای تحمل نیروی بلندشدگی ممکن است بیش از یک ستون را درگیر کنند.
افزودن دیوار برشی بتنی (متصل به دیافراگم بتنی)
موارد کاربرد
- عدم کفایت ظرفیت برشی کل
- ظرفیت ناکافی تغییر مکان جانبی (سختی کل)
تشریح خصوصیات روش بهسازی
افزودن دیوارهای برشی به ساختمان قاب بتنی موجود شیوهای معمول برای افزودن مقاومت و یا سختی به میزان قابل توجهی است. دیوارهای جدید ممکن است از بتن درجا یا شاتکریت اجرا شوند.
اندرکنش قاب و دیوار
در تهیه طرحهای ترمیمی دیوار برشی نگاهداشت تغییر مکانهای نسبی در محدوده قابل قبول اعضای قاب بتنی موجود، تعیین کننده خواهد بود. این موضوع را میتوان با تنظیم مدلی که شامل سختی دیوارهای برشی و همچنین قاب بتنی میشود و نیز شرایط قابل قبول برای تغییر مکان نسبی (یا نیروهای متناظر) در اعضای قاب بتنی را ارضا میکند، محقق نمود. به عنوان راهکاری دیگر میتوان تنها دیوارهای برشی را به عنوان یک سیستم جانبی جدید در نظر گرفت و تقاضای تغییر مکان نسبی مورد انتظار آن سیستم را تعیین و سپس قاب موجود را برای پذیرش آن تغییر مکان کنترل نمود.
در ساختمانهای بلندتر ناسازگاری ممکن میان رفتار طرهای قائم دیوارهای برشی مجزا و قابهای بتنی موجود باید ارزیابی شود. تیرها یا دالهای موجود، چنانچه به طور غیرمعمولی ضخیم باشند، و مستقیماً با رئوس دیوار برشی جدید درگیر باشند از تغییر شکلهای خمشی کل دیوار جلوگیری کرده و نیازمند توجهات ویژه هستند. گاهی دو دیوار برشی معمولاً به عمد در یک خط قرار گرفته و با یک تیر کوپله به هم متصل میشوند تا یک سیستم دیوار برشی همبسته را شکل دهند. در این سیستم، تیرهای رابط به طور ویژه باید برای پذیرش تغییر شکلهای غیرالاستیک وارده طراحی شوند. به ندرت میتوان از تیرهای موجود به دلیل جزئیات ضعیف به عنوان تیرهای رابط برای این دیوارهای همبسته استفاده کرد. بنابراین تیرهای رابط جدید باید به سیستم اضافه شود.
اتصال به دیافراگمهای سقف و بام بتنی موجود
مهمترین عامل در طرح جزئیات نصب یک دیوار برشی در ساختمان بتنی، اتصال قسمت فوقانی دیوار جدید به زیر دیافراگم بتنی موجود بالای آن است. درز اجرایی باید کاملاً بسته شده واتصال بدون هیچگونه شکاف یا درز بوده تا انتقال نیروهای برشی از دیافراگم بالایی به دیوار جدید زیرین تسهیل شده و امکان لغزش در اتصالات را به حداقل برساند.
اگر دیوار جدید شاتکرینی باشد، باید توجه شود تا هنگامی که شاتکریت درست در زیر دال اجرا میشود یک اتصال کاملاً بسته، خوب چسبیده و با کمترین مصالح بازگشتی بر اثر عملیات پاششی فراهم شود. برای به حداقل رساندن امکان ایجاد شکاف ناشی از نشست، آخرین مرحله پاشش شاتکریت باید کمترین مقدار را داشته باشد. با وجود این در پایان، معمولاً چنین اتصال ایدهآل چسبیدهای در زیر دال به دست نمیآید و مشابه تعمیرات مربوط به تزریق ترک، عملیات ترمیمی ممکن است مورد نیاز باشد. راه دیگر آن است که سوراخهای درون دال برای جایگذاری میلگردهای اتصال قائم بزرگتر شده و امکان ریختن گروت سیمانی از بالای سوراخ تا روی دیوار شاتکریت شده را فراهم نماید.
اتصال به قابهای موجود
دیوارهای جدید معمولاً در طول و به محاذات خطوط قاب موجود قرار میگیرند. با انجاماین کار معمولاً از جمعکنندههای دیافراگم موجود (تیرها) و ستونهای قاب موجود به عنوان اعضای مرزی دیوار استفاده بهتری میشود. همچنین همواره جایگذاری دیوار به محاذات امتداد تیرهای قاب نسبت به جای گذاری دیوار به مانند یک میانقاب، در عرض تیرها و ستونهای قاب، ترجیح دارد.
هنگامی که دیوار به محاذات قاب جای گرفت، اتصالات آن به دیافراگم چنان که در بالا و قبلاً تشریح شد انجام میگیرد و افزایش انتقال برش و ظرفیت عضو مرزی دیوار را میتوان با تعبیه میلگرد اتصال به ترتیب در سطح جانبی تیر و ستون به دست آورد. همچنین اگر نیاز به مقاوم سازی جمع کننده دیافراگم باشد، جمعکننده اضافه شده را میتوان به محاذات خط تیر موجود نصب و مستقیماً به دیوار جدید ختم شود. در آرایش میانقاب میلگردهای اتصال قائم دیوار باید در تیرهای با آرماتورهای نسبتاً متراکم تعبیه و شوند در نتیجه ریختن بتن و تحکیم آن بسیار مشکل بوده و جمعکنندههای افزوده شده مستقیماً به دیوار جدید متصل نمیشوند.
افزایش مقاومت ستونها با استفاده از پوشش کامپوزیتی FRP
موارد کاربرد
- ظرفیت ناکافی برشی
- ظرفیت ناکافی تنش و همچنین کرنش فشاری بتن به دلیل نبود محصورشدگی و طول وصله ناکافی
تشریح خصوصیات روش بهسازی
کاربرد پوشش FRP در ستونها به عنوان یک شیوه ترمیمی مؤثر رواج دارد. ستونها با فایبرهای یک سویه با نوارهای افقی پوشیده میشوند، بنابرای نمحصور شدگی و مقاوم سازی برشی مشابه با آنچ