روش های مقاوم سازی ساختمان اسکلت فلزی و بتنی در برابر زلزله

یکی از مهمترین عواملی که باید در ساختمان‌سازی به آن توجه کنید، مقاومت سازه است. اگر سازه در حال ساخت باشد، ابتدا باید نقشه اجرای آن بررسی شود. در این صورت می‌توان نقاط ضعف را پیدا کرد و با توجه به آنها سازه را تقویت کرد. اما برای ساختمان‌هایی که پیش‌تر ساخته شده‌اند، ارزیابی نقشه اولیه ساختمان‌ها ضروری است. جهت مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله راه‌های مختلفی وجود دارند که بر اساس اسکلت بتنی یا فلزی متفاوت است.
ما در این مطلب به بررسی روشهای مقاوم سازی ساختمان در مقابل زلزله می‌پردازیم و راه های مقاوم سازی اسکلت فلزی و بتنی را به صورت جداگانه بررسی می‌کنیم. در ادامه همراه وبلاگ آیرومارت باشید.

دلایل مقاوم سازی ساختمان بتنی

سازه‌های بتنی به عنوان بخش وسیعی از سازه‌ها محسوب می‌شوند و اگر بر اساس محاسبات دقیق و روابط انعطاف‌پذیری طراحی و اجرا شوند، ساختمان‌ها شکل مطلوبی خواهند داشت. اما در برخی سازه‌ها به دلایل مختلف کیفیت ساخت بسیار نامطلوب است. عواملی مثل بتن بی‌کیفیت، آرماتور نامناسب، اجرای نامناسب بتن ریزی، مصالح نامرغوب، خطاهای طراحی، خطاهای اجرایی و خطر زلزله جزو عواملی محسوب می‌شوند که باعث ضعف سازه‌های بتنی می‌شوند.

بسیاری از سازه‌های بتن مسلح موجود که بر اساس مقررات قبل از سال ۱۹۷۰ میلادی طراحی و اجرا شده‌اند، جزئیات آرماتور ضعیفی دارند که منجر به مشکلاتی مانند ظرفیت جابجایی جانبی کم، قابلیت استهلاک انرژی پایین، کاهش مقاومت و بروز مکانیزم‌ها در مکان‌های نامطلوب می‌شود. همه این موارد می‌توانند عاملی جهت فروپاشی سازه باشند.

راه های مقاوم سازی سازه بتنی

برای افزایش مقاومت سازه بتنی راه‌های متفاوتی وجود دارند که بر اساس شرایط و نظر مهندس، یکی از این روش‌ها انتخاب می‌شوند. برخی از مهترین آنها عبارت‌اند از:

۱- استفاده از مهاربندهای فولادی

افزودن مهار بند فولادی به سازه بتنی باعث افزایش سختی، کاهش نیاز به شکل‌پذیری و افزایش مقاومت برشی سیستم می‌شود که البته کمی به وزن سازه هم اضافه می‌کند.
مهاربند یا بادبندها اعضای مورب یا قطری محسوب می‌شوند که از انواع پروفیل‌ها مانند دوبل نبشی یا دوبل ناودانی ساخته می‌شوند تا با نصب در چارچوب ساختمان بتنی، تغییر شکل را کاهش داده و از آسیب به ساختمان بتنی جلوگیری کنند. بنابراین یکی از مهمترین کاربردهای ناودانی در ساختمان در اینجا مشخص می‌شود.

نیروهای جانبی مانند نیروهای لرزه‌ای از سقف ساختمان بتنی به قاب‌ها و از قاب‌ها به بادبندها منتقل شده و در طول عضو، نیروهای فشاری و کششی را تشکیل می‌دهند. در صورتی که بادبند مقاومت کافی داشته باشد، تا انتها در برابر نیروهای جانبی مقاومت می‌کند و از آسیب رسیدن به تیرها، ستون‌ها و سایر اعضای سازه جلوگیری می‌کند.

به طور کلی مهاربندها به دو دسته همگرا و واگرا تقسیم می‌شوند. به دلیل سختی اجرا و هزینه بالای سیستم واگرا، برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله مرسوم نیست. سیستم های مهاربندی همگرا در صنعت مقاوم سازی و بهسازی ساختمان های بتنی مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند. هنگام استفاده از بادبندها، ستون‌های مجاور باید برای برش تقویت شوند.

از مزایای استفاده از بادبند برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی می‌توان به سرعت مناسب اجرا، هزینه و وزن مناسب برای افزایش و تقویت سختی و مقاومت سازه اشاره کرد. از معایب مهاربندها می‌توان به تمرکز نیرو در دهانه‌های مهاربندی شده، افزایش نیروهای محوری در ستون‌ها و نیاز به تقویت آنها و ایجاد نیروهای زیاد در فونداسیون اشاره کرد.

به طور کلی استفاده از سیستم مهاربندی واگرا (EBF) در ساختمان های بتنی به دلیل هزینه بالا و مشکلات در اجرا و تهیه جزئیات تیر، خیلی رایج نیست. اما انواع سیستم های مهاربندی همگرا را می‌توان در این نوع اصلاح در نظر گرفت.

۲- تقویت با دیوارهای برشی فولادی

در سال‌های اخیر، دیوارهای برشی فولادی به‌عنوان سیستمی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی در طراحی و مقاوم‌سازی سازه‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. هزینه ساخت پایین، نصب سریع، ظرفیت جذب انرژی بالا و …، دیوار برشی فولادی را به سیستم بسیار مناسبی برای مقاوم‌سازی سازه‌های موجود تبدیل می‌کنند. این سیستم در حال حاضر به‌طور گسترده در مقاوم‌سازی ساختمان‌ها در ایالات متحده، ژاپن، کانادا و کشورهایی از این قبیل استفاده می‌شود. دیوارهای برشی فولادی یافت شده را می‌توان به راحتی به قاب‌های فلزی موجود متصل کرد، اما تقویت لرزه‌ای قاب‌های بتنی توسط دیوار برشی فولادی در مراحل اولیه توسعه است.
با مقایسه رفتار قاب‌های بتنی با دیوار برشی و بدون دیوار برشی فولادی، مشخص شده است که پارامتر مقاومتِ فشاری بتن تاثیر بیشتری بر ظرفیت قاب‌های بتنی با دیوار برشی فولادی دارد. علت آن را می‌توان به تاثیر ورق فولادی بر عناصر مرزی نسبت داد.

۳- تقویت اسکلت بتنی با ژاکت بتنی و فولادی

مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده از ژاکت‌های بتنی و انواع ژاکت فولادی یکی از روش‌های رایج مورد استفاده در پروژه‌های ساختمانی است. قبل از رواج یافتن این روش، به طور معمول پوشش بتنی سازه شکافته می‌شد و میلگرد فولادی اضافی در آن قرار می‌گرفت. سپس این شکاف‌ها با استفاده از چسب و رزین‌های بسیار مقاوم و مخصوص به طور کامل پر می‌شدند.

مشکل این روش خوردگی میلگردهای فولادی بود که راه‌حلی برای آن وجود نداشت. اما امروزه برای مقاوم سازی سازه های بتنی از ورق‌ها یا صفحات فولادی استفاده می‌شود که به آنها ژاکت فولادی می‌گویند. در این روش ورق‌های فولادی به قسمت بیرونی عضو سازه متصل می‌شوند.

در این روش مقاومت برشی، خمشی و فشاری سازه افزایش یافته و انعطاف‌پذیری سازه نیز بهبود می‌یابد. اگرچه هزینه اجرای کمی دارد، اما برخی محدودیت‌ها استفاده از این روش را در هر پروژه‌ای غیرممکن می‌کند. در روش ژاکت بتنی از پوشش‌های بتن مسلح به جای مصالح ساختمانی و سازه‌های موجود استفاده می‌شود. در این روش مقاوم سازی در برابر زلزله، میزان شکل‌پذیری و سختی عناصر سازه‌ای افزایش یافته و در نهایت مقاومت کلی ساختمان نیز بهبود می‌یابد.
متاسفانه پیش‌تر در حین اجرای این روش، ساختمان قابل بهره‌برداری نبود و به تخلیه ساختمان و تخریب گسترده سازه‌های بتنی موجود نیاز بود. افزایش سطح مقطع و بارهای مرده در سازه بتنی از دیگر معایب این روش است.

دلایل مقاوم سازی سازه فلزی

در ساختمان های فولادی، تیرها به عنوان اعضای خمشی در نظر گرفته می‌شوند. از طرفی خطر کمانش در این ناحیه وجود دارد، زیرا بخشی از مقطع تحت فشار است. دو حالت کمانش برای منطقه مشخص شده در نظر گرفته می‌شود. در حالت اول، مقطع به صورت مستقل و موضعی کمانش می‌شود و در حالت دوم ممکن است کمانش عمومی برای ناحیه فشاری مقطع اتفاق افتد. ویژگی‌های هندسی سطح مقطع و فاصله تکیه‌گاه نقش مهمی در مهار دو حالت کمانش ذکر شده را ایفا می‌کنند.

در طراحی اعضای منعطف، اگر مشخصات ابعادی پروفیل به شکلی باشد که نسبت عرض و ضخامت عناصر آن کمتر از آنچه در ضوابط طراحی مشخص شده باشد و شرایط فشرده‌سازی را نداشته باشد، مقطع دچار ناپایداری می‌شود. همچنین اگر طول تیر در فاصله بین دو تکیه‌گاه جانبی از مقدار مشخصی بیشتر شود یا به عبارت دیگر در فاصله مناسب تکیه‌گاه جانبی وجود نداشته باشد، بال فشاری تیر، ناپایدار می‌شود و از بین می‌رود.

در زمان طراحی عضو خمشی، موارد عنوان‌شده و کلیه قوانین توسط مهندس مورد توجه قرار می‌گیرد و قسمت نهایی در هر جهت به صورت ایمن طراحی می‌شود تا امکان کمانش پیچشی – جانبی به کمترین میزان برسد. اما ممکن است در هنگام بهره‌برداری از سازه مشکلاتی به وجود بیاید و مقاطع در معرض خطر قرار گیرند.

از جمله این مشکلات می‌توان از ضعف و مشکلات در عملکرد اعضا، تغییر کاربری سازه، آسیب دیدن سازه در اثر بلایای طبیعی و تحمیل بارهای بیشتر از بار برآوردی نام برد. در چنین مواردی یکی از گزینه‌های موجود برای حل مشکل، مقاوم‌سازی و تقویت عضو موجود در مراحل ساخت ساختمان یا پس از آن است.

روش های مقاوم سازی سازه اسکلت فلزی

ما پیش‌تر به طور مفصل درباره مقاوم سازی ساختمان های اسکلت فلزی صحبت کرده‌ایم. ولی در این بخش به برخی از مهمترین روش‌ها برای مقاوم سازی در برابر زلزله می‌پردازیم. این راه‌ها شامل موارد زیر می‌شوند:

۱- اضافه کردن ستون

یکی از مهمترین راه‌های مورد استفاده، افزودن ستون است. ستون‌ها معمولا توسط جوشکارها و بر اساس طرح چیدمان از پیش آماده شده نصب می‌شوند. مراحل رسم این نقشه به شرح زیر است:

بر اساس ارتفاع مشخص شده ابتدا باید ستون‌ها را بریده و روی پروفیل قرار داد. پروفیل‌ها به صورت عمود بر یکدیگر قرار می‌گیرند تا پروفیل ستون جوش داده شده از سطح زمین بلندتر باشد. این کار کمک می‌کند تا دو طرف ستون به راحتی جوش داده شود.
در مرحله بعد نوبت به جوشکاری پلیت‌ها می‌رسد که البته نوع پلیت‌ها نیز باید مشخص شود. به‌طورکلی، پلیت‌های سرتاسری در طبقات پایین در ساختمان‌های چند طبقه به کار می‌روند. آنها با جوشکاری به اندازه و ارتفاع دلخواه و در فواصل مشخص شده در نقشه جوش داده می‌شوند.

معمولا صفحات بزرگتر در اتصالات سقف به کار می‌روند و در صورت قرار دادن بادبندها در این مکان‌ها باید از صفحات بزرگتر از صفحات سقف معمولی استفاده کرد. همه این موارد باید در نمای تیپ‌بندی ستون در نقشه مشخص شوند.
پس از تشکیل ستون روی بیس یا پایه صفحات، نبشی‌هایی که در یک جهت با هم ریسمان شده‌اند را جوش می‌دهند. سپس موقعیت ستون‌ها مشخص می‌شود و ستون‌ها توسط جرثقیل بر روی صفحات پایه قرار می‌گیرند و به نبشی تکیه داده می‌شوند. در این صورت از حرکت ستون‌ها جلوگیری می‌شود و جوشکاری در چهار طرف ستون‌ها به راحتی صورت می‌گیرد.

۲- افزودن میان قاب

یکی از راه های تقویت سازه فولادی و افزایش سختی جانبی، افزودن قاب میانی به سازه است. اگر نمی‌دانید میانقاب چیست، درباره آن در وبلاگ آیرومارت بخوانید.
افزودن دیوار میان قاب، باعث افزایش سختی و کاهش حدود ۲۰ درصدی زمان چرخش سازه می‌شود. در زمان استفاده از میان قاب جهت ایجاد استحکام، باید تعامل عناصر ساختاری با قاب میانی در نظر گرفته شود.

بسته به مواد مورد استفاده، چارچوب می‌تواند از جنس آجر، بتن و … باشد. اما افزودن میان قاب‌های بنایی، به‌عنوان راهی برای افزایش مقاومت و سختی جانبی سازه پیشنهاد نمی‌شود. زیرا در شرایط بارهای لرزه‌ای، قاب‌های بنایی فقط در اولین سیکل‌های بارگذاری مقاومت می‌کنند و وزن سازه به شدت بالا می‌رود. دیوارهای بتنی را می‌توان در چارچوب ساختمان تقویت کرد.

3- مقاومت سازه های فولادی با FRP

بخشی از بهسازی سازه های فولادی، به مقاومت تیرها مربوط می‌شود. برای تقویت این بخش می‌توان از میلگرد کامپوزیت (FRP) استفاده کرد. میلگرد بازالت، نمونه‌ای از آرماتورهای کامپوزیت محسوب می‌شود. از FRP می‌توان جهت تقویت تیرهای فلزی و جلوگیری از خم شدن آنها استفاده کرد.

با چسباندن میلگرد FRP به قسمتی از مقطع که تحت کشش است می‌توان آن را تقویت کرد. بنابراین دو سر این تیرها به وسیله تقویت بال پایین تیر فولادی، مقاوم‌تر می‌شوند. برای تیرهای مورد استفاده در قاب‌های متعدد و همچنین تیرهای دو سر، خم شدن بال پایینی را می‌توان با FRP در وسط طول عضو و در بال میانی نزدیک تکیه‌گاه افزایش داد.

۴- تقویت اتصالات با ورق

به دلیل عدم آگاهی کافی از ضوابط اتصالات، طراحی یا اجرای ضعیف اتصالات منجر به آسیب‌های زیادی به سازه‌ها می‌شود. در نتیجه باید خسارات ناشی از زلزله‌های قبلی بررسی شوند. آسیب‌های اتصالات ناشی از زلزله‌های گذشته را می‌توان به گروه‌های آسیب تیر، ستون، جوش و فنر دسته‌بندی کرد.

آسیب اتصالات ممکن است شامل یک یا چند مورد از موارد فوق باشد که مشاهده این آسیب‌ها می‌تواند بسیار نگران‌کننده باشد. در طراحی اتصالات دقت داشته باشید که اتصال باید حداکثر نیروی قابل تحمل قطعه را تحمل کند. اگر اینطور نباشد باید اتصالات را تقویت کنید تا مقاوم‌تر شوند. در سازه‌های فولادی به خصوص قاب‌های خمشی، اتصالات عضو بسیار مهمی محسوب می‌شوند. برای این منظور می‌توانید از انواع ورق با قیمت مناسب استفاده کنید و اتصالات قوی‌تری به وجود آورید.

خرید انواع تجهیزات برای مقاوم سازی ساختمان

با توجه به نوع روش مقاوم سازی ساختمان، به تجهیزات گوناگونی نیاز است. برخی از مهمترین آنها شامل پروفیل، میلگرد، تیرآهن و … می‌شوند. اگر در حال بررسی زلزله و مقاوم سازی ساختمان در برابر آن هستید، می‌توانید محصولات مورد نظرتان را آنلاین و با بهترین قیمت از آیرومارت تهیه کنید. در سایت ما قیمت محصولات به صورت روزانه به همراه نمودار آپدیت می‌شوند. در ضمن جهت کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره، کافیست با شماره ۰۲۱۴۵۳۰۶ تماس بگیرید و توسط کارشناسان مجرب راهنمایی شوید.