روش های مقاوم سازی و تقویت ساختمان فولادی و بتنی

تقویت ساختمان فولادی تقویت ساختمان ها در برابر سیل و زلزله هر سازه یک سیستم هندسی و پایدار متشکل از اعضا با رفتار خاص خود است که بارهای وارده را به تکیه گاه های خود منتقل می نماید. بنابراین برای طراحی هر سازه نیاز به شناخت رفتار اعضا و مصالح آن و میزان و نحوه اثر بارهای موجود بر اساس اعضای استفاده شده آن...

انتشار در 16 بهمن 1398 0 دیدگاه

تقویت ساختمان فولادی

تقویت ساختمان ها در برابر سیل و زلزله

هر سازه یک سیستم هندسی و پایدار متشکل از اعضا با رفتار خاص خود است که بارهای وارده را به تکیه گاه های خود منتقل می نماید. بنابراین برای طراحی هر سازه نیاز به شناخت رفتار اعضا و مصالح آن و میزان و نحوه اثر بارهای موجود بر اساس اعضای استفاده شده آن از جمله میلگرد و تیرآهن است. زلزله به عنوان مهمترین عامل ویرانی سازه ها، همواره مورد توجه بشر بوده است و کارشناسان تاکنون در پی درک ماهیت و شناخت عوامل بروز آن و نحوه تاثیر آن به ساختمان ها بوده اند. وقوع هر زلزله بسان آزمایشی برای دانشمندان و مهندسان هست تا آنچه تجربه و تصور کرده اند مورد بررسی و رد یا تایید قرار دهند.

شناخت تدریجی از نیروها و نحوه تاثیر آن ها به سازه و اعضای سازه اعم از میلگرد و همچنین رفتار و پاسخ سازه ها و قابلیت های موجود در آن ها، سبب تغییر شیوه های تحلیل و طراحی سازه ها و در نتیجه بهبود آیین نامه های ساختمانی می گردد. در سالیان اخیر طراحی عملکردی سازه ها در برابر تحریک زلزله با توجه به کاربری مورد نیاز آن ها مورد توجه مهندسین و پژوهشگران بوده است. در مهندسی زلزله بر اساس عملکرد، هدف عمده مطالعات انجام گرفته ارائه راهکارهای مناسب طراحی بهینه سازه با پشتوانه علمی است که منجر به تصمیم گیری آگاهانه در زمینه خطرپذیری لرزه ای سازه ها توسط کارفرمایان می شود.

مقاوم سازی در ساختمان های طراحی قدیم

با توجه به این نکته مشاهده می شود که ساختمان هایی که براساس آیین نامه های قدیم طراحی و ساخته شده اند دارای نقاط ضعفی به خصوص در مقابل بارهای جانبی و زلزله هستند و اصولا دارای رفتار لرزه ای و خصوصیات دینامیکی مناسبی نیستند که در این حالت رفع نقاط ضعف و تقویت ساختمان بسیار اقتصادی تر از بازسازی آن است.

در بعضی موارد ساختمان های خسارت دیده از زلزله را می توان 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 اعضا موجود جهت تحمل بارهای اضافه شده تقویت شوند. در چنین حالتی وضعیت ساختمان تغییر کرده و در نتیجه خصوصیات دینامیکی آن عوض می شود و کنترل پاسخ لرزه ای سازه در وضعیت جدید الزامی است تا اگر نقاط ضعف تازه ای مشاهده شد چاره اندیشی شود.

تفاوت راه های تقویت ساختمان فولادی

به طور کلی تقویت ساختمان های موجود در برابر زلزله بستگی به نوع ساختمان ( اسکلت فولادی، اسکلت بتنی، دیوار باربر و …) داشته و راههای به خصوصی برای هریک از انواع فوق قابل بررسی است. به طور مثال افزودن بادبند در ساختمان های فلزی خیلی ساده بوده در حالی که در ساختمان های بتنی این کار توام با مشکلات اجرایی است و افزودن دیوار برشی می تواند راهکار عملی بهتری برای ساختمان های بتنی باشد. در مورد ساختمان های بتنی راهکارهای مختلفی برای تقویت ساختمان تاکنون ارائه شده است.

روش های متعددی از جمله روش های زیر برای مقاوم سازی سازه ها ارائه شده اند.

• استفاده از بادبندهای هم محور یا برون محور فولادی
• استفاده از پس کشیدگی
• استفاده از دیوار برشی
• استفاده از میان قاب با مصالح بنایی
• استفاده از جدایش گرهای پایه
• استفاده از پوشش و غلاف فولادی
• استفاده از ورق های پوششی یا غلاف FRP
• استفاده از لایه های پوششی بتنی با ملات مسلح
• استفاده از میراگرهای اصطکاکی، هیسترزیس و ویسکوالاستیک
  

  روش های تعمیر و تقویت ساختمان فولادی

  برای افزایش ایمنی ساختمان های بتن آرمه در برابر نیروی زلزله، همچنین جبران ضعف ساختمان های موجود در برابر زلزله روش های مختلفی تاکنون به کار گرفته شده است:

  ۱) اضافه کردن دیوار برشی :

  این روش اگر چه یک روش مناسب برای تقویت ساختمان ها می باشد و اصولا اولین راه حلی است که درباره یک ساختمان بتنی به نظر می رسد 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.

تاریخچه

از دهه ۱۹۷۰ تاکنون دیوارهای برشی فولادی به عنوان سیستم اصلی باربر جانبی در بسیاری از ساختمان ها به کار برده شده اند. در طی دهه ۱۹۷۰ دیوارهای برشی فولادی عموما به عنوان سیستم های باربر جانبی در ساختمان های نوساز در ژاپن و برای مقاوم سازی ساختمان های موجود در آمریکا مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ دیوارهای برشی فولادی که فاقد سخت کننده بودند در مقیاس کم در برخی ساختمان ها در آمریکا و کانادا به کار گرفته شدند، در بعضی موارد نیز این گونه دیوارها با لایه هایی از بتن پوشانده می شدند که با یکدیگر نوعی سیستم مرکب تشکیل می دادند. در سال ۱۹۷۰ 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 می شود در توکیوی ژاپن واقع است. سیستم باربر جانبی در این ساختمان ترکیبی از قاب های خمشی و واحدهایی از دیوارهای ورق های فولادی است. نمونه دیگری از ساختمان هایی که دارای دیوار برشی فولادی هستند و در دهه ۱۹۷۰ ساخته شده اند ساختمان مرتفع ۵۳ 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.

مثال

به عنوان نمونه ساختمان سی طبقه هتلی در دالاس تگزاس را می توان برشمرد. از سوی دیگر در شهر لس آنجلس ایالت کالیفرنیا از دیوارهای برشی فولادی برای ساخت بیمارستانی ۶ طبقه استفاده شده است که نمونه ای از کاربرد این سیستم را در منطقه ای با شدت لرزه خیزی شدید و بنایی با اهمیت زیاد را نشان می دهد. در این بیمارستان تمامی بارهای قائم توسط قاب های فولادی و بارهای جانبی در دو طبقه اول به واسطه دیوارهای برشی بتنی و در طبقات بعدی به واسطه دیوار برشی فولادی تحمل می شوند.

یکی از مهم ترین سازه هایی که دارای دیوار برشی می باشند و در عین حال در منطقه ای با لرزه خیزی شدید قرار گرفته است، ساختمانی ۳۵ طبقه واقع در کوبه ژاپن است. این ساختمان در سال ۱۹۸۸ بنا گردید و در زلزله سال ۱۹۹۵ کوبه عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داد. سیستم باربر جانبی در این سازه ترکیبی از قاب های خمشی فولادی و دیوارهای برشی فولادی می باشد. در سه طبقه زیرزمینی این ساختمان دیوارهای برشی بتنی، در دو طبقه اول دیوار کامپوزیت بتن مسلح و فولاد و در بقیه طبقات صرفا دیوارهای برشی فولادی کار گذاشته شده اند.

وظیفه اصلی یک سیستم دیوار برشی فولادی مقابله در برابر برش افقی طبقات و لنگر واژگونی حاصل از نیروهای جانبی می باشد. به طور کلی یک سیستم دیوار برشی فولادی شامل یک دیوار ورق فولادی، دو ستون مرزی و تعدادی تیرهای افقی می باشد. این مجموعه با یکدیگر به مانند یک تیر ورق عمودی عمل می نماید. بدین ترتیب که ستون ها نقش بال ها و دیوار ورق فولادی نقش جان را ایفا می نمایند، در این میان تیرهای افقی طبقات نقش سخت کننده های عرضی را دارند.

تقویت ساختمان های بتن مسلح با استفاده از بادبند فلزی و پانل فلزی

تقویت سازه های بتن مسلح با بادبند فلزی؛ در سال های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته و کارهای مطالعاتی؛ تحقیقاتی و آزمایشگاهی گسترده ای نیز در این زمینه انجام گرفته است. در ژاپن ساختمان های زیادی با این روش تقویت شده است. روش های مختلفی که تاکنون جهت اجرای بادبند فلزی در ساختمان های بتن مسلح پیشنهاد شده است به شرح زیر می باشد:

• استفاده از یک قاب فلزی مخصوص، جهت نصب بادبند یا پانل فلزی؛ که این قاب به قاب بتنی مسلح فیکس می شود.
• مانند حالت اول ولی قاب فلزی مخصوص وجود نداشته باشد
• بادبند مستقیما به وسیله بلت و جوش به قاب بتن مسلح اتصال می یابد که این روش را روش اتصال مستقیم می خوانند.
• برای اتصال بادبند یا پانل فلزی به قاب بتن مسلح، از ملات یا بتن و میلگرد اتصال که در بدنه قاب نصب شده استفاده می شود. این روش را روش غیر مستقیم می نامند.

مزایا و معایب تقویت ساختمان با بادبند و پانل فلزی

مزایا

این نوع تقویت دارای خواص شکل پذیری بوده و در اثر تقویت وزن ساختمان اضافه نمی شود. امکان نصب پنجره و هواکش و غیره در دهانه های بادبندی شده وجود دارد ( در تقویت توپر این امکان نیست). امکان عمل بهتر، کنترل بهتر و دقت کافی در ساخت را دارد.

معایب

این نوع تقویت نیاز به اتخاذ تدابیر لازم برای جلوگیری از آتش سوزی و زنگ زدگی دارد. در تغییر شکل های بزرگ بادبندها کمانه می کنند. جهت نصب بادبند یا پانل فلزی باید در ابتدا، دیوارهای غیر سازه ای تخریب و میلگردهای اتصال در بدنه تیر و ستون قاب بتنی نصب گردد. آن گاه بادبند یا پانل فلزی که قبلا با قاب فلزی مخصوص به صورت پیش ساخته موجود می باشد در محل قرار گرفته و پس از بستن میلگردهای اسپیرال، درز بین قاب فلزی و قاب بتنی با ملات ماسه سیمان یا ملات اپوکسی پر می شود.

۳) تقویت ستون ها:

تقویت ستون ها به روش های مختلفی انجام می شود. این روش ها بر حسب نوع ضعف ستون و تقویت مورد نظر ممکن است برای تقویت ستون های یک ساختمان به کار روند. تقویت ستون ها یک روش کارا در تقویت ساختمان های بتنی می باشد. در این روش تقویت دیوارهای بتن مسلح به دو طرف ستون های سازه اضافه شده و به این طریق ظرفیت ستون افزایش می یابد. لازم به ذکر است که در این روش، دهانه تیرهای دو طرف ستون کاهش یافته و احتمالا مکانیزم شکست آن ها بعد از تقویت تغییر پیدا می کند. لذا کنترل برش این تیرها ضروری است.

تقویت به صورت فوق عموما اهداف زیر را تعقیب می کند.

• با اضافه کردن دیوارهای دو طرف ستون در واقع باید مقاومت جانبی ساختمان افزوده گردد.
• با افزایش ظرفیت ستون، مکانیزم شکست ستون به شکست تیر تغییر می یابد.
• این روش تقویت برای ساختمان هایی که دارای مقاومت جانبی کم، شکل پذیری کم ستون ها و نیز دارای تیرهای خیلی قوی یا تیرهای با قدرت شکل پذیری بالا بوده و نیاز به افزایش مقاومت ستون های آن ها است، مناسب می باشد.
• نحوه توزیع این تقویت در پلان ساختمان توزیع شده و حتی الامکان در بیشتری درصد ستون های طبقه این تقویت انجام گیرد. به منظور حفظ مکانیزم تسلیم تیرها، باید نسبت طول به ارتفاع تیر پس از تقویت ستون ها بیش از ۴ باشد.

روش اضافه کردن دیوار جانبی به ستون ها برای تقویت ساختمان فولادی

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 می پذیرد.

هدف از تقویت ستون ها عبارت است از:

• جلوگیری از شکست برشی ستون ها
• اصلاح شکل پذیری ستون ها
• اصلاح و یکدست کردن سختی و افزایش قدرت خمش ستون برای اصلاح رفتار سازه در مقابل زلزله

چون در اکثر زلزله های گذشته مشاهده شده که ستون ها در اثر شکست برشی خرد شده اند، لذا باید شکل پذیری ستون ها اصلاح شود و این مستلزم آن است که از جاری شدن خمشی ستون قبل از شکست برشی آن اطمینان حاصل شود. نتیجه ای که از تقویت ستون ها برای کل سازه عاید می شود این است که، مکانیزم مقاومت هر قاب از شکنندگی برشی به مکانیزم شکل پذیری در برابر لنگر تغییر می یابد.

کلمه مرتبط : تقویت ساختمان فولادی – تقویت ساختمان فولادی و  – تقویت ساختمان فولادی در ایران – تقویت ساختمان فولادی در تهران

تقویت ساختمان فولادی و راه های آن