مقاوم سازی ساختمانهای بتن آرمه
با توجه به اینکه بعضی از پروژههای ساختمانی از ابتدا تا زمان بهرهبرداری دستخوش تغییرات زیادی میشوند که از آن جمله تغییر در کاربری، زیربنا و طبقات را میتوان نام برد. از سوی دیگر وجود مصالح غیر استاندارد، بعضی ضعفها در اجرا و خطر زلزله خیزی بالا بر مشکلات میافزاید. مجموع این موارد نیاز به بهسازی و مقاوم سازی را افزایش میدهد و ارزش افزوده بالای صنعت ساختمان در منطقه، خود صرفه اقتصادی این نیاز را تضمین مینماید. جهت مقاوم سازی از دو روش کلی میتوان استفاده کرد. اولاً اضافه کردن سیستمهای سازهای جدید و ثانیاً تقویت اعضای سازهای موجود.
اضافه کردن سیستمهای سازهای جدید شامل بادبندهای فولادی، انواع دیوارهای برشی فولادی، بتنی و پرکننده و سیستمهای استهلاک انرژی است و از سوی دیگر تقویت اعضای سازهای موجود را میتوان توسط اجرای پوششهای بتنی، فولادی و الیاف مسلح پلاستیکی به اجرا درآورد. بطور کلی مقاوم سازی میتواند به بالابردن ضریب امنیت ساختمانهای موجود در مقابل خسارات زلزلههای احتمالی آینده کمک نماید.
دلایل اصلی ضعف سازهای
اصولاً ضعفهای سازهای و به دنبال آن نیاز به مقاوم سازی ساختمانها به دلایل زیر صورت میپذیرند.
تغییر کاربری ساختمان
به عنوان مثال استفاده از یک ساختمان مسکونی برای انبار یا افزایش تعداد طبقات ساختمان
تغییرات در آیین نامههای زلزله یا طراحی ساختمانها
اغلب پس از رویداد زمین لرزهای بزرگ یکسری تحقیقات نظری و آزمایشگاهی و یک سری تجربیات حاصل از آن زمین لرزه باعث میشود تا در آیین نامهها تجدید نظر صورت گیرد و این تغییرات معمولاً با افزایش برش پایه ساختمان همراه است. بنابراین ساختمانها به ویژه سازههای مهم در برخی از مواضع مانند اتصالات، بادبندها، ستونها یا تیرها به تقویت احتیاج پیدا میکنند.
ضعفهای اجرایی و عدم برآورده شدن نیازهای طراحی در حین اجرا
کیفیت پایین بتن، اجرای نامناسب ستونها و مواردی مشابه در این محدوده قرار می گیرند.
هدف بهسازی و مقاوم سازی لرزهای
از مهمترین اهداف بهسازی و مقاوم سازی لرزهای تحقق موارد زیر است.
- تأمین مقاومت در برابر زلزلههای خفیف بدون هیچگونه آسیب
- تأمین مقاومت در برابر زلزلههای متوسط بدون هیچگونه آسیب سازهای، ولی احتمال برخی خسارتهای غیرسازهای وجود دارد.
- تأمین مقاومت در برابر زلزلههای شدیدی که در محل سازه قبلاً رخ داده یا قابلیت وقوع دارد،بدون فروریزی، ولی احتمال برخی خسارتهای سازهای و غیرسازهای وجود دارد.
گامهای کلی در فرآیند بهسازی و مقاوم سازی
این گامها برای کلیه ساختمانها اعم از فولادی، بتنی و مصالح بنایی قابل اعمال است و بیشتر جنبه عمومی یا کلی داشته و به هیچ نوع از انواع ساختمانها اختصاص ندارد.
روشهای مقاوم سازی
به طور کلی مقاوم سازی ساختمانها به دو صورت انجام میشود.
- اضافه کردن سیستم سازهای جدید
- تقویت اعضای سازهای موجود
- اضافه کردن سیستم سازهای جدید
از جمله سیستمهای سازهای میتوان به استفاده از بادبندهای فولادی، استفاده از دیوارهای برشی فولادی، بتنی و نیز پرکننده، افزودن روشهای کنترل غیرفعال مثل جداسازی تکیه گاهها،استفاده از میراگرها و … اشاره کرد.
تغییرات نیروی برشی در شیوههای مختلف تقویت بین دو حالت دیوار یکپارچه و قاب اولیه محدود میشود. دیوار برشی در رتبه بعد از دیوار یکپارچه ولی
بالاتر از بادبند قطری فشاری نیروی برشی بیشتری را تحمل میکند. در این میان تقویت با پانلهای دیوار پیش ساخته نقش کمتری را ایفا میکند.
تقویت اعضای سازهای
یکی از روشهای تقویت ساختمان، افزایش ابعاد و ظرفیت باربری اعضای سازهای است. استفاده از پوششهای بتنی در تیرها، ستونها و اتصالات ساختمانهای بتنی، محصور کردن ستونهای بتن مسلح توسط پوششهای فلزی و مقاوم سازی اعضای بتن مسلح سازهای با استفاده از چسباندن ورقهای الیاف مسلح پلاستیکی از جمله روشهایی هستند که بکار میروند.
بادبندهای فولادی
سیستم بادبندهای فولادی یک روش مقاوم سازی مطلوب به شمار میرود. از جمله مزایای این روش به شرح زیر است.
- افزایش مقاومت و شکل پذیری سازه
- اعمال وزن کمتر به سازه
- امکان استفاده از بازشو و پنجره در قاب بادبندی شده
- اجرای نسبتاً آسان
- کنترل کیفیت سادهتر
نوع دیگر استفاده از بادبندها به صورت، بادبند خارج از قاب است که ساختمان را همانند کلافی محصور میکند. در ساختمانهای بتنی نحوه اتصال بادبندهای فولادی به قاب بتنی، از جمله موارد مهم و اساسی به شمار میرود. بطوری که عملکرد خوب بادبند بستگی به نحوه اتصال آن دارد. طبق تحقیقات و آزمایشهای انجام شده ملات بکار رفته بین قاب فولادی و بتنی از اهمیت خاصی برخوردار است و در میزان مقاومت جانبی قاب موثر است.
مطالعات آزمایشگاهی برای ساختمانهای بتن مسلح نشان میدهد که اتصال پیچ و مهرهای بادبند با اتصال به تیر و ستون سختی قاب را به مقدار زیادی افزایش میدهد بطوری که این روش تقویت برای ساختمانهای کوتاه تا متوسط مناسب تشخیص داده شده است. در حالی که اتصال با استفاده پوشش فولادی و بدون چسب و اپوکسی به دلیل لغزش پوشش فولادی عملکرد مناسبی نداشته است. این آزمایشها نشان داده که بادبند کششی در قاب بتنی مسلح سهم عمدهای از بار جانبی را تحمل میکند و خرابی قاب با شکست بادبند کششی بعد از شکست کمانشی بادبند فشاری رخ میدهد. مشروط بر آنکه اتصالات اعضای بادبندی به قاب بتنی به خوبی عمل کند.
پوششهای فولادی
محصور کردن ستونهای بتن مسلح توسط پوششهای فلزی یکی از مؤثرترین روشهای بهسازی ظرفیت مقاومت لرزهای است. این روش به عنوان فولاد عرضی، به مقدار زیادی در محصور کردن بتن فشاری موثر است و از بیرون زدن پوشش بتن جلوگیری به عمل آورده، شکل پذیری و مقاومت برشی را افزایش میدهد
همچنین میتوان با استفاده از تسمههای پس کشیده فلزی، مقاومت و شکل پذیری سازه را افزایش داد. تسمههایی که در این روش استفاده میشوند به عرض ۵ سانتیمتر و ضخامت ۱ میلیمتر محدود و با استفاده از دستگاههایی تا کمتر از حد جاری شدن کشیده میشوند. اگر چه هدف اصلی این تکنیک افزایش شکل پذیری است ولی این روش افزایش مقاومت خمشی، ظرفیت برشی و مقاومت فشاری عضو بتنی را نیز به همراه دارد. استفاده از پوشش فلزی در منطقه پلاستیکی ستون باعث افزایش قابل ملاحظه شکل پذیری ستون میشود و علاوه بر شکل پذیری، بخشی از برش ستون به وسیله پوشش تحمل میشود.
همچنین در ستونهایی که پوشش اتصال ناکافی در آرماتورهای طولی انها وجود دارد میتوان از پوششهای فولادی که توسط بولتهایی مهار شدهاند استفاده نمود. این کار سبب افزایش چسبندگی بین میلگردها و بتن شده و از لغزش آرماتور جلوگیری میکند. از روشهای دیگر محصور کردن ستونهای بتن مسلح به کمک گرفتن از سیمهایی فولادی و قفس فولادی میتوان اشاره کرد.
در تقویت سازه موجود از هر دو حالت ایجاد اعضای جدید و تقویت اعضای فعلی استفاده شده است. در تقویت ستونها از محصور شدگی با نبشی و تسمه و در قابها از پروفیلهای دوبل ناودانی بصورت قابی ثانویه استفاده شده است. بادبندهای فشاری نیز به عنوان اعضای سازهای جدید برای مقابله با بارهای جانبی مورد توجه قرار گرفتند. از تسمه و بولت برای تقویت قابلیت برشی محل اتصالات و برقراری ارتباط بین اعضای سیستم سازهای جدید در بین طبقات استفاده شده است.