تشریح خصوصیات سازه
دیوارهای بتن مسلح در ساختمان به صورت دیوارهای برشی عمل میکنند چه برای این هدف طراحی شده باشند یا نه. بنابراین، ساختمانهای ساخته شده با بتن درجا که شامل تعداد قابل ملاحظهای دیوارهای بتنی باشند در این گروه قرار میگیرند. با وجود این، دو نوع کاملاً متفاوت ساختمانهای با دیوار بتنی وجود دارد.
- آنهایی که در آنها از دیوارهای باربر برای تحمل بار گرانشی استفاده شده و تعداد معدودی قابهای متشکل از تیر و ستون دارند.
- آنهایی که شامل سیستم گرانشی کامل تیر و ستون و دال هستند.
در این نوع سازه همه دیوارها معمولاً هم به عنوان دیوارهای برشی و هم باربر عمل میکنند. این نوع سازه معمولاً در کاربریهای از جمله مجتمعهای مسکونی آپارتمانی و دیگر ساختمانهای دارای فضاهای مشترک استفاده میشود.
شرایط گوناگون این نوع سازه
برای مؤثر بودن این سیستم ساختمانی لازم است آرایش منظم از دیوارهای بتنی برای فراهم نمودن نقاط تکیهگاهی برای قاب بندی کف، تأمین شود. به علاوه، از آنجا که انجام تغییرات عمده در طی عمر ساختمان مشکل و هزینه بر است انعطافپذیری طرح در این سازه از اهمیت خاصی برخوردار نیست. این گونه ساختمانها معمولاً متشکل از دیوارهای باربر بتن مسلح در بین اتاقها هستند، که به عنوان دیوارهای برشی نیز در جهت عرضی عمل کرده و دیوارهای بتن مسلح در طرفین راهروی داخلی هم به طور عمده به عنوان دیوارهای برشی در جهت طولی عمل مینمایند.
برخی مواقع سیستم باربر جانبی طولی شامل سیستم دیوارهای خارجی نیز میشود، اگر چه این دیوارها معمولاً دارای بازشوهای قابل توجهی هستند. به هر حال، تنوع گسترده در شکل این نوع سازه و کاربریهای آن دیده نمیشود. طرح یک ساختمان که کل بار گرانشی توسط دیوارها، تحمل شود به ندرت امکانپذیر است. معمولاً به صورت موضعی در محلهایی ستونهای تکی به کار گرفته شده و برخی اوقات نیز به تیر و شاه تیر نیاز است، اما ارتفاع طبقات در این گونه ساختمانها معمولاً کم بوده و افزایش عمق در سیستم قاببندی کف مشکل است. وسعت قاببندی تیر و ستون در این سازه معمولاً سبب سردرگمی در تشخیص میان این گروه سازه با سیستم سازههای قاب ساده به همراه دیوار برشی میشود. اما قرارگیری ساختمانها در گروه قابهای ساده به همراه دیوار برشی منوط به داشتن سیستم کامل قاببندی تیر و ستون است. تنوع زیادی در سیستم کف این نوع ساختمان وجود دارد و کفایت آنها برای عملکرد به عنوان دیافراگم خصیصه مهمی در این ساختمانهاست که در زیر به آن پرداخته میشود.
دیافراگمهای کف و بام
چیدمانهای موازی دیوارهای باربر و نیاز به حداقل رساندن ارتفاع طبقات معمولاً به کاربرد سیستم کف بتنی یک طرفه با ضخامت یکنواخت منتهی میشود. عموماً از سیستمهای بتن درجا با آرماتوربندی معمولی در این سازهها استفاده شده است. اتصال برشی میان دال و دیوارها از عوامل مهم در انتقال بار به دیوارها در این سیستمها هستند.
پی
بدیهی است که برای اجرای دیوارهای باربر به اجرای یک پی نواری در تراز روی زمین نیاز است تا دیوار روی آن بنا شود که این پی نواری عموماً یک شناژ ساده روی تراز زمین خواهد بود. در خاکهای ضعیف، از شمع یا پیهای ستونی درجادر زیر شناژ روی زمین استفاده میشود. در این نوع سازه از پی گسترده نیز به دلیل کوتاه بودن دهانهها و طول کلینقاط تکیهگاهی بهره گرفته میشود.
خصوصیات پاسخ لرزهای
به دلیل وسعت و زیاد بودن تعداد دیوارها، ساختمانهای با دیوار باربر کاملاً سخت خواهند بود، بنابراین آسیبها در محدوده پاسخ الاستیک و پس الاستیک اولیه است. پاسخ پس الاستیک کلی معمولاً شامل حرکات گهوارهای در تراز پی است. چنانچه این حرکات اتفاق نیفتد، بسته به نسبت ارتفاع به طول دیوارهای برشی در این گونه ساختمانها ممکن است تسلیم برشی در نزدیکی تراز پایه ایجاد شود، که منجر به افت سختی و مقاومت خواهد شد. پایداری کلی نیز ممکن است با وجود اتصالات ضعیف میان دال کف ودیوارهای باربر به خطر افتد.
رفتار دیوار برشی
هنگامی که پایهها یا دیوارهای برشی منفرد تحت بارهای جانبی افزایشی ممتد قرار میگیرند معمولاً در ابتدا، تسلیم در تیر پیشانی دال و دیگر اعضای افقی که تغییر مکان آنها محدود بوده اتفاق میافتد و در نهایت موجب حرکات گهوارهای در پیها، آسیب ناشی از ترکخوردگی برشی و تسلیم و یا تشکیل مفصل خمشی در نزدیکی سطح پایه خواهد شد.
رفتار برشی و خمشی کاملاً متفاوت است و تعیین کننده عملکرد سازه تحت اثر نیروهای جانبی در ارتفاع آن است. تسلیم تیرهای پیشانی، دالها یا دیگر تیرهای همبند ممکن است منجر به کمبود قابل ملاحظهای در سختی سازه شود. تسلیم خمشی مقاومت سیستم را حفظ خواهد کرد، اما تسلیم برشی در صورت نبود جزئیات مناسب مقاومت اعضای همبندی را کاهش میدهد و در نتیجه پایه و یا دیوار به صورت طره مجزا از تراز پایه به بالا عمل میکند.
در این نوع سازه، اعضای همبندی دیوارها معمولاً دالها بوده و کمبود سختی خمشی ممکن است کنش همبندی را کاهش داده و یا حذف کند. حرکات گهوارهای معمولاً سودمند است و پاسخ سازه فوقانی را محدود میکند. با وجود این، افزایش تغییر مکان سازه فوقانی تحت اثر حرکات گهوارهای باید بررسی شود. در ساختمانهای زیرزمین دار، درگیری ایجاد شده به وسیله قیود ناشی از عملکرد افقی دیافراگم کف طبقه همکف و کف زیرزمین (پی) که گاهی به آن اثر مهاری نیز میگویند، ممکن است سختتر و مقاومتر از قیود ناشی از حرکات گهوارهای در پی بوده و باید این موارد در آنها مد نظر قرار گیرد.
ترکخوردگی برشی و تسلیم در دیوارها عموماً مورد انتظار نیست، زیرا سختی و مقاومت به صورت ناگهانی کاهش مییابد، تغییر مکانهای نسبی در کل افزایش یافته و در این راستا طبقه نرم یا طبقه با پاسخ پیچشی ایجاد میشود.
تشریح جزئیات روشهای عمده بهسازی
ارتقای مقاومت برشی دیوار برشی با استفاده از ورقهای FRP
موارد کاربرد
- ظرفیت برشی ناکافی در یک دیوار برشی بتنی
تشریح خصوصیات روش بهسازی
اجرای پوشش FRP روشی است که برای ارتقای ظرفیت برشی درون صفحهای یک دیوار برشی بتن مسلح به کار میرود. پوشش میتواند در یک وجه یا هر دو وجه دیوار به کار گرفته شود و حتی الامکان، باید به دور دو انتهای دیوار پیچانده شود تا به مهار پوشش کمک کند. الیاف تک سویه با جهت افقی برای ارتقای ظرفیت برشی، همراه با ایجاد یک پاسخ تسلیم ثانویه خمشی، به کار میرود. الیاف جهت قائم در پوشش FRP با الیاف دو طرفه، کرنشهای قائم را محدود کرده و از رفتار شکلپذیر عضو مقاوم سازی شده جلوگیری به عمل میآورد. بنابراین، روش بهسازی برای دیوارها محدود به الیاف تک سویه با جهت افقی است مگر آنکه شرایط خاصی حکم فرما باشد. ارتقای برشی ممکن است پاسخ دیوار را از رفتار حاکم برشی به
رفتار حاکم خمشی ، برش لغزشی یا گهوارهای تغییر دهد. در تیرهای همبند، الیاف با جهت قائم به کار میروند.
ملاحظات طراحی
پوشش FRP میتواند در کنار بتن و آرماتور دیوارها به مقاومت برشی دیوار بیفزاید. با وجود این، شکلپذیری، وابسته به نوع مکانیزم حاکم است. برای دیوارهای با حاکمیت برش (که تغییر شکلهای ناشی از تسلیم ثانویه نیازمند لغزش در موقعیت ترکهاست)، پوشش FRP توانایی ایجاد این تغییر شکلها را محدود میکند؛ بنابراین، شکلپذیری بسیار محدود خواهد شد.
برعکس، دیواری با حاکمیت تسلیم خمشی توانایی رسیدن به تغییر شکلهای پلاستیک را به وسیله تسلیم آرماتورهای قائم دیوار دارد مشروط بر آنکه طول گیرایی این آرماتورها تأمین شده باشد.
ارتقای مقاومت تیرها و دالهای همبند ناکارآمد
موارد کاربرد
- ظرفیت ناکافی خمشی و برشی تیرها و دالهای همبند
- عدم تکافوی جزئیات شکلپذیری برای تحمل برش
تشریح خصوصیات روش بهسازی
کمبودهای تیر همبند ممکن است در هر نوع سازهای که دارای دیوارهای برشی برای تحمل بار جانبی بوده وجود داشته باشد. با وجود این، در یک سازهی دیوار باربر، تیر همبند معمولاً موجود نبوده و تنها دال بتنی با ضخامت نسبتاً کم است که دیوارهای مجاور را در تقاطع یک راهرو به هم ارتباط میدهد. در برخی موارد، به ویژه در نزدیکی تراز فوقانی ساختمانهای بلند مقید کردن دال یا تیر در راستای تغییر شکل خمشی یک دیوار برشی باریک، ممکن است باعث ایجاد مشکلات مشابه تیر همبند در رأس یک دیوار منفرد شود. از این گذشته، از آنجا که سازههای دیوار باربر معمولاً ساختمانهایی مسکونی با ارتفاع طبقات کم هستند، معمولاً امکان ایجاد یک تیر آویز نیست و افزایش مقاومت یا شکلپذیری دال یا تیر رابط به خودی خود مشکل و یا غیر ممکن است. در این گونه موارد، روش اصلاحی نصب یک کربل بتنی یا فولادی برای فراهم نمودن تکیهگاه قائم تکمیلی است. برای آن دسته مواردی که یک تیر همبند یا نعل درگاه عمیقتری، دیوارها را به هم ارتباط میدهد، معمولترین روش تقویت یا اصلاح نواقص جزئیات غیر شکلپذیر آن، ارتقای مستقیم با افزودن بتن مسلح است.
بتن جدید عموماً به یک وجه از تیر رابط افزوده میشود و نیز همزمان مقاومسازی بتن دیوارهای برشی مجاور انجام میگیرد. در برخی موارد، بتن مسلح جدید میتواند به هر دو وجه تیر رابط افزوده شود و در امتداد دیوار برای ارتقای آن ادامه یابد. علاوه بر این، راه دیگر کاشت تعداد محدودی میلگردهای اتصال قطری در محل اتصال تیر به دیوار برای ارتقای ظرفیت برشی تیر همبند است.
ملاحظات طراحی
چنانچه مقید کردن دالها و تیرها که در بالا شرح آن رفت برای سختی کلی سازه نیاز نباشد، عضو با فرض آسیبدیدگی باید برای تحمل بار گرانشی ارزیابی شود، هر چند که در بسیاری از موارد، به ویژه در مواردی که دالهای بتنی درجا وجود دارد، نیاز به اصلاح نیست. برای مواردی که تحمل گرانشی عضو ناکافی است، راه برون رفت از آن میتواند نصب یک تکیهگاه الحاقی به شکل کربل باشد که در زیر محل آسیبدیدگی قرار گیرد. اگر هیچ سقفی وجود نداشته باشد، به حداقل رساندن تأثیرات بصری کربل و اتصالات باید مورد توجه قرار گیرد. اگر اجزای شبکه تأسیسات مکانیکی، الکتریکی و لوله کشی در تداخل با نصب تکیه گاههای الحاقی واقع شوند، باید برای به حداقل رساندن اصلاحات، محل تکیهگاه الحاقی جابهجا شوند.
برای مواردی که یک تیر همبند یا نعل درگاه حقیقی بهسازی میشود، باید به سهم اشتراک هر دو قسمت موجود و جدیددر عضو مرکب حاصل توجه کرد. همچنین، از آنجا که فراهم نمودن مقاومت کافی در تیر بهسازی شده بسیار مشکل است، هدف عمده باید فراهم نمودن شکلپذیری کافی برای ایجاد دورانهای مورد انتظار و ادامه توان حمل بار گرانشی و انتقال برش باشد. چنانچه بتن جدید در معرض دید قرار میگیرد، باید به نوع قالب به کار رفته و نماسازی سطوح آن متناسب با اعضای موجود مجاور توجه شود. برای مواردی که تیر همبند یا نعل درگاه عمی قتری در محل است، عضو شکلپذیر جدید باید برای فراهم نمودن همه مقاومت و شکلپذیری مورد نیاز، طراحی شود.
ارتقای اتصالات بین دال و دیوارها
موارد کاربرد
- توان ناکافی باربری دیوار در برابر قطعات پیش ساخته دال
- ظرفیت انتقال برشی ناکافی از دیافراگم متشکل از قطعات پیش ساخته به دیوار برشی
تشریح خصوصیات روش بهسازی
در اکثر مواردی که دیوار توان باربری کافی برای تحمل قطعات دال پیش ساخته را ندارد، بهترین روش نصب زیرسری فولادی (یا بتنی) قابل اطمینان در دیوار، در زیر اتصال دال به دیوار است. این روش همچنین برای افزایش ظرفیت برشی اتصال به همراه تعبیه مهارهایی در بتن دال انجام میشود. روش دیگر برای افزایش ظرفیت برشی اتصال، نصب میلگردهای اتصال قطری، یا شلیک پی نهایی در امتداد اتصال است. چنانچه ارتفاع کافی در طبقه باشد و مشکلات باربری گرانشی را به توان به طرز مناسبی رفع کرد، میتوان از دال رویهی بتن مسلح جدیدی در روی دیافراگم موجود استفاده نمود.
ملاحظات طراحی
در مواردی که توجهات تنها بر تأمین باربری لازم تمرکز یافته است، نصب یک نبشی زیر سری فولادی مهار شده در دیوار بهترین و ساد ترین روش است. بر طبق مقررات، عرض تکیهگاهی اضافه معادل ۱۵ سانتی متر برای اطمینان از وجود تکیهگاه قائم کافی بوده و در این صورت استفاده از مهارهای تعبیه شده در دال یا قطعات پیش ساخته بتنی الزامی نیست.
استفاده از زیر سری بتنی به طور حتم امکان پذیر است، اما به نظر میرسد که تنها در صورتی که به همراه آن از جمع کنندههای بتنی هم استفاده شود مناسبتر باشد. با وجود این، همچنان میتوان از زیر سری فولادی با مقطع نبشی یا ناودانی، برای ارتباط انتهای جمع کنندههای بتنی به دیوار، استفاده نمود. در مواردی که بهسازی انتقال برش بین دیافراگم به دیوار مد نظر باشد، میتوان مهار یا میلگردهای اتصال قطری را از بالا در دال تعبیه کرد. با وجود این، افزایش ظرفیت برشی حاصل از این روش به ظرفیت برشی دیافراگم دال در مجاورت دیوار محدود میشود. چنانچه ظرفیت موضعی دیافراگم کافی نباشد، برای درگیر نمودن وسعت بیشتری از دیافراگم به جمع کننده جدید نیاز است.در صورت استفاده از رویهی بتنی، ممکن است آرماتور لازم برای عملکرد عضو به عنوان جمع کننده تأمین شود. با وجود این، میلگردهای اتصال یا احتمالاً زیرسری جدیدی برای اطمینان از انتقال مناسب تقاضای برشی جمع شدهی دیافراگم به دیوار زیرین لازم است.
در مورد نازک کاریها و تأسیسات مکانیکی، الکتریکی و لولهکشی واقع در دیوار در نواحیای که تحت اثر عملیات بهسازی قرار میگیرند باید دقت لازم به عمل آید.