خصوصیات کلی سازه
این ساختمانها از قاب بندی بتنی متشكل از یك سیستم كامل تیر و ستون و یا دال ستون تشكیل یافته است. نیروهای جانبی به وسیله قابهای خمشی اجرا شده در محل كه سختی آنها از طریق اتصالات صلب ستونها و تیرها تأمین میشود، تحمل میشود. قابهای باربر جانبی ممكن است در همه دهانهها در هر دو جهت سازه یا در تعدادی از دهانه در یك یا هر دو جهت سازه وجود داشته باشد. ویژگی مهم این سازه آن است كه هیچ دیوار بتنی یا بنایی قابل ملاحظهای در اندركنش با سازه در آن وجود ندارد یا در صورت وجود، به طور كامل از سازهی اصلی برای جلوگیری از اندركنش میان آنها، جدا هستند. كفها ممكن است تنوعی از بتنهای درجا یا پیش ساخته داشته باشند.
دیافراگمهای كف و بام
دیافراگمهای كف 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 یك طرفه ممكن است در برش در جهت موازی با تیرچهها ضعیف باشد. در اغلب ساختمانهای موجود، جمعكنندهها 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 كه معمولاً برای بارهای جانبی طراحی نشدهاند و شامل ویژگیهای كم و ناچیزی برای تضمین رفتار شكل پذیر بوده و دسته دوم قابهایی است كه به طور خاص برای رفتار شكلپذیر تحت بارهای لرزهای طراحی شدهاند.
در ساختمانهای موجود با قاب غیر شكلپذیر، چنین تصور میشد كه وجود مقدار ناچیز دیوارهای بتنی و بنایی، باعث میشود كه ساختمان نسبت به دیگر ساختمانهای بتنی بسیار انعطافپذیرتر و نسبتاً شكل پذیرتر باشد. مهمتر آن كه 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 كه از آرماتورهای عرضی استفاده شده باشد، ستون به طور معمول در برش پیش از آنكه مفصل پلاستیك بتواند تشكیل شود، گسیخته میشود.
ساختمانهای با این خصوصیات در گروه ساختمانهای بسیار خطرناك به شمار میآیند و بر اثر تكانهای زمین كه به اندازه كافی 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 عملكرد آن دارد و قابها در مناطق با لرزه خیزی كم و متوسط ممكن است در خطر كمتری باشند.
قابهای نیمه شكلپذیر كه دارای برخی و نه همه خصیصههای طراحی معمول برای قابهای بتنی هستند، احتمالاً عملكرد بهتری خواهند داشت، به ویژه اگر ستونها دارای مقاومت مناسب بوده و برای كنترل خمشی طراحی شده باشند. با وجود این، بسیاری از قابهای بتنی قدیمی ممكن است بسیار ضعیف بوده و در برابر تقاضاهای شكل پذیری بالا آسیب ببینند كه میتواند عواقب جدی در صورت وجود یك طبقه نرم یا ضعیف ناشی از پیكربندی معماری یا چیدمان ستونها، به همراه داشته باشد. از ساختمانها با قابهای كاملاً شكلپذیر انتظار عملكرد بهتری میرود، مگر آنكه بینظمی در پیكربندی افقی یا عمودی تغییرشكلهای غیرالاستیك را بر روی اجزای سازهای خاص متمركز كند.
جزییات روش بهسازی
افزودن قاب مهاربندی شدهی فولادی (متصل به یك دیافراگم بتنی)
موارد كاربرد
- عدم كفایت ظرفیت برشی كل ساختمان موجود
- ظرفیت ناكافی ساختمان موجود برای تغییر مكانهای جانبی (سختی كلی)
افزودن قابهای مهاربندی شده قطری فولادی به ساختمان قاب خمشی بتنی یكی از روشهای افزایش مقاومت و یا سختی سازه است. مهاربندهای فولادی ممكن 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 مكانیزم تیر رابط كاربرد قاب مهاربندی شده برون محور (EBF) معمول نیست. هر كدام از انواع پیكربندیهای مهاربند قطری و نیز انواع مختلف مقاطع اعضای مهاربندی ممكن است برای این منظور به كار روند.
اندركنش قاب مهاربندی شده و قاب بتنی
در بیشتر طرحهای بهسازی استفاده از قاب مهاربندی شده به هدف محدود كردن تغییر مكانها در محدوده قابل پذیرش برای اعضای بتنی موجود است. این موضوع میبایست با ساخت یك مدل كه شامل سختی قاب مهاربندی شده و سختی قاب بتنی است كنترل شود. همچنین میتوان قابهای مهاربندی شده را به عنوان یك سیستم جانبی جدید مورد نظر قرار داده و تقاضای تغییر مكان واقعی را برای سیستم تعیین و سپس قابلیت پذیرش این تغییر مكانها را در تركیب با قاب موجود كنترل نمود.
موقعیت قاب مهاربندی شده
قاب مهاربندی جدید ممكن است در سطح خارجی یا داخلی ساختمان قرار داده شوند. موقعیت بیرونی عموماً امكان دسترسیهای آسانتر در اجرا را داده و ممكن است هزینه كمتری داشته باشد، اما در معرض دید است. در این صورت مهاربندها به راحتی به سطوح خارجی تیرهای پیرامونی، قابهای خمشی پیرامونی، یا لبههای دیافراگمهای كف و بام متصل میشوند، اما به احتمال قوی از سطوح پنجرهها خواهند گذشت. در روش دیگر مهاربندی خارجی ممكن است به صورت پشت بندهایی عمود بر نمای خارجی موجود ساختمان مد نظر قرار گیرد. این پیكربندی احتمالاً نیازمند جمع كنندههای جدید بزرگتری برای رساندن نیروهای جانبی از دیافراگم به مهاربند بوده، اما ممكن است امكان ایجاد پلههای جدید یا چالههای آسانسور و یا احتمالاً افزایش مساحت طبقه را فراهم نماید. در طرحهایی كه به توسعه یا افزودن قسمتهایی به ساختمان موجود نیاز است، مهاربندهای جدید را میتوان در مجاورت سازه قرار داد و به ساختمان موجود متصل كرد.
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 كاربرد بهتر جمع كنندههای 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 كمك كند. 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 یك پیكربندی 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 پراكنده فوقالعاده مشكل است. همچنین اگر ستونهای فولادی یا اعضای عمودی در داخل قاب به كار روند، فراهم نمودن پیوستگی عمودی از كف به كف از طریق عبور از تیرهای بتنی موجود در حقیقت غیرممكن است. از این گذشته حتی اگر بتوان اتصالات با مقاومت كافی ایجاد كرد، میله مهارها باید از داخل تیرها و ستونهای با آرماتور نسبتاً متراكم عبور كند. علاوه بر این نصب فیزیكی و تنظیم مهاربندهای جدید و صفحات اتصال آن معمولاً به طور قابل توجهی مشكلتر است.
پیها
افزودن قابهای مهاربندی شده به ساختمان همواره نیازمند اجرای پیهای جدید، یا تقویت پیهای موجود، برای تحمل تقاضای واژگونی تمركز 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 یك خط قاب یا در امتداد آن است. در این صورت پیها یا شناژهای ارتباطی جدید برای تحمل نیروی بلندشدگی ممكن است بیش از یك ستون را درگیر كنند.
افزودن دیوار برشی بتنی (متصل به دیافراگم بتنی)
موارد كاربرد
- عدم كفایت ظرفیت برشی كل
- ظرفیت ناكافی تغییر مكان جانبی (سختی كل)
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 ممكن است از بتن درجا یا شاتكریت اجرا شوند.
اندركنش قاب و دیوار
در تهیه طرحهای ترمیمی دیوار برشی نگاهداشت تغییر مكانهای نسبی در محدوده قابل قبول اعضای قاب بتنی موجود، تعیین كننده خواهد بود. این موضوع را میتوان با تنظیم مدلی كه شامل سختی دیوارهای برشی و همچنین قاب بتنی میشود و نیز شرایط قابل قبول برای تغییر مكان نسبی (یا نیروهای متناظر) در اعضای قاب بتنی را ارضا میكند، محقق نمود. به عنوان راهكاری دیگر میتوان تنها دیوارهای برشی را به عنوان یك سیستم جانبی جدید در نظر گرفت و تقاضای تغییر مكان نسبی مورد انتظار آن سیستم را تعیین و سپس قاب موجود را برای پذیرش آن تغییر مكان كنترل نمود.
در ساختمانهای بلندتر ناسازگاری ممكن 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 شكلهای خمشی كل دیوار جلوگیری كرده و نیازمند توجهات ویژه هستند. گاهی دو دیوار برشی معمولاً به عمد در یك خط قرار گرفته و با یك تیر كوپله به هم متصل میشوند تا یك سیستم دیوار برشی همبسته را شكل دهند. در این سیستم، تیرهای رابط به طور ویژه باید برای پذیرش تغییر شكلهای غیرالاستیك وارده طراحی شوند. به ندرت میتوان از تیرهای موجود به دلیل جزئیات ضعیف به عنوان تیرهای رابط برای این دیوارهای همبسته استفاده كرد. بنابراین تیرهای رابط جدید باید به سیستم اضافه شود.
اتصال به دیافراگمهای سقف و بام بتنی موجود
مهمترین عامل در طرح جزئیات نصب یك دیوار برشی در ساختمان بتنی، اتصال قسمت فوقانی دیوار جدید به زیر دیافراگم بتنی موجود بالای آن است. درز اجرایی باید كاملاً بسته شده واتصال بدون هیچگونه شكاف یا درز بوده تا انتقال نیروهای برشی از دیافراگم بالایی به دیوار جدید زیرین تسهیل شده و امكان لغزش در اتصالات را به حداقل برساند.
اگر دیوار جدید شاتكرینی باشد، باید توجه شود تا هنگامی كه شاتكریت درست در زیر دال اجرا میشود یك اتصال كاملاً بسته، خوب چسبیده و با كمترین مصالح بازگشتی بر اثر عملیات پاششی فراهم شود. برای به حداقل رساندن امكان ایجاد شكاف ناشی از نشست، آخرین مرحله پاشش شاتكریت باید كمترین 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 ترك، عملیات ترمیمی ممكن است مورد نیاز باشد. راه دیگر آن است كه سوراخهای درون دال برای جایگذاری میلگردهای اتصال قائم بزرگتر شده و امكان ریختن گروت سیمانی از بالای سوراخ تا روی دیوار شاتكریت شده را فراهم نماید.
اتصال به قابهای موجود
دیوارهای جدید معمولاً در طول و به محاذات خطوط قاب موجود قرار میگیرند. با انجاماین كار معمولاً از جمعكنندههای 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 یك میانقاب، در عرض تیرها و ستونهای قاب، ترجیح دارد.
هنگامی كه دیوار به محاذات قاب جای گرفت، اتصالات آن به دیافراگم چنان كه 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 كننده دیافراگم باشد، جمعكننده 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 متراكم تعبیه و شوند در نتیجه ریختن بتن و تحكیم آن بسیار مشكل بوده و جمعكنندههای افزوده شده مستقیماً به دیوار جدید متصل نمیشوند.
افزایش مقاومت ستونها با استفاده از پوشش كامپوزیتی FRP
موارد كاربرد
- ظرفیت ناكافی برشی
- ظرفیت ناكافی تنش و همچنین كرنش فشاری بتن به دلیل نبود محصورشدگی و طول وصله ناكافی
تشریح خصوصیات روش بهسازی
کاربرد پوشش FRP در ستونها به عنوان یك شیوه ترمیمی مؤثر رواج دارد. ستونها با فایبرهای یك سویه با نوارهای افقی پوشیده میشوند، بنابرای نمحصور شدگی و مقاوم سازی برشی مشابه با آنچ