روش های مقاوم سازی سازه های بتنی

جدا سازی لرزه ای چیست؟

یکی از روش های کنترل ارتعاشات لرزه ای با جدا سازی سازه از زمین در ساختمان ها و پل ها می باشد. در این روش بر خلاف روش های مرسوم در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای، که موجب افزایش سازه می شود، تمرکز بر روی کاهش پاسخ لرزه ای، و نیرو و شتاب ورودی زلزله به سازه است.

به عبارتی اصل جداسازی لرزه ای بر ایجاد انعطاف پذیری در پایه ساختمان در صفحه افقی مبتنی است و در عین حال از اجزای میراکننده برای محدود کردن دامنه حرکت ناشی از زلزله استفاده می کند. برپایی ساختمان ها بر روی یک سیستم جداساز لرزه ای باعث جلوگیری از انتقال قسمت زیادی از حرکت افقی زمین به ساختمان می شود( اثر زلزله را تا ۸۰ درصد کاهش می دهد ) که این عمل منجر به کاهش شدید شتاب های طبقات و تغییرمکان های بین طبقه ای ( دریفت Drift ) می شود.

این روش مستلزم نصب جداسازها در یکی از طبقات ساختمان ( ترجیحاً تراز پی ) می باشد. پس از نصب جداساز لرزه ای تغییر شکل جانبی در آن متمرکز شده و تغییر شکل نسبی طبقات بالای آن به شدت کاهش می یابد.

مزایا و معایب سیستم جداسازی لرزه‌ایی

مزیت اصلی سیستم‌ های جداساز لرزه‌ای، افزایش زمان تناوب اصلی سازه به منظور انتقال آن از زمان تناوب سازه با پایه گیردار و زمان تناوب غالب زلزله به زمان تناوب بالاتر می‌باشد. از دیگر مزیت های جداسازی لرزه‌ای استهلاک انرژی ورودی به سازه می‌باشد که منجر به کاهش شتاب منتقل شده به سازه فوقانی می‌گردد و همین امر موجب گردیده که نیروی وارده به سازه در حین زلزله کم تر شود.

از دیگر مزایای این سیستم می‌توان به حذف و یا کاهش صدمات سازه‌ای و غیر سازه‌ای اشاره کرد. همچنین سطح آرامش ساکنان ساختمان در حین زلزله در صورت استفاده از این روش ارتقا می‌یابد. از معایب اصلی جداسازی لرزه‌ایی می‌توان به محدودیت آن به سازه‌های کوتاه مرتبه و میان مرتبه اشاره کرد (در سازه‌های بلندمرتبه اجرای آن توصیه نمی‌شود). این سیستم‌ها بسیار هزینه بر هستند که البته در صورت تولید انبوه می‌تواند توجیه اقتصادی داشته باشد.

هدف استفاده از جداسازی لرزه‌ای چیست؟

تعبیه و نصب جداگرهای لرزه‌ای در محل اتصال سازه به پی ، به عنوان مانعی برای انتقال نیروی زلزله و انرژی حاصل از آن به سازه مطرح می‌شود. در واقع هدف اصلی در جداسازی، جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه است.

در این روش، کل یا بخشی از سازه برای کاهش پاسخ لرزه‌ای آن بخش در زمان زلزله از زمین یا قسمت‌های دیگر سازه جدا می‌شود. این کار با استفاده از جداسازهایی که بر اساس مشخصات دینامیکی سازه، اهداف عملکردی مورد نظر طراح و شرایط خطر لرزه‌ای ساختگاه، طراحی و ساخته شده‌اند ، صورت می‌گیرد.

وظیفه‌ی اصلی این جداسازها ایجاد فاصله بین دوره تناوب طبیعی سازه و محدوده‌ی دوره‌ی تناوب حاکم در ارتعاش زمین‌لرزه احتمالی در محل سازه مورد نظر است. علاوه بر این، انرژی ارتعاشی ناشی از زلزله نیز با کمک سازه و کارهای مختلفی جذب شده و از انتقال آن به سازه جلوگیری می‌گردد.

از آنجا که در این روش نیروی زلزله قابل توجه به سازه وارد نمی‌شود و یا سهم اندکی از آن به سازه منتقل می‌گردد، نتایج زیر را می‌توان  انتظار داشت:

• تغییر مکان نسبی طبقات کاهش یابد؛
• کاهش قابل ملاحظه‌ای در شتاب طبقات به وجود آید؛
• خسارت سازه‌ای و نیز خسارت غیر سازه‌ای به طور محسوسی کاهش یابد؛
• از مشکلات معماری در ساختمان‌ها کاسته شود؛
• هزینه اجرای سازه‌ها به دلیل استفاده از مقاطع با ظرفیت کمتر، کاهش یابد.

کاربرد ورق یا کامپوزیت FRP در روش های مقاوم سازی سازه بتنی چیست؟

امروزه نگه داری از سازه‌ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار بالا حائز اهمیت می‌باشد. با مطالعه رفتار سازه‌های بتنی مشخص می‌شود که عوامل متفاوتی هستند که سبب می شود از دوام سازه بکاهد و این عوامل متعدد به صورت زیر می باشد:

• اشتباهات طراحی و محاسبه
• عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه‌ها
• آسیب‌دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی
• خوردگی بتن و فولاد
• شرایط محیطی نامناسب

ضمناً تغییر آیین‌نامه‌های ساختمانی (که باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان آن ها می‌شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می‌گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود. سیستم های الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه‌های بتنی پدیدار شده و به عنوان یک جانشین برای روش‌های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح مقطع با بتن‌ریزی مجدد و پیش تنیدگی خارجی می‌باشد. که به طور کامل میتوان از طریق سایت کتاب دانشگاهی انواع کتاب های مربوط به این حوزه را مطالعه کرد.

مزایای کامپوزیت های پلیمری FRP:

• از مزایای بسیاری بر خوردار است که همین امر سبب می شود تا استفاده از آن ها در بحث مقاوم سازی سازه، مورد توجه طراحان محترم قرار بگیرد:
• وزن کم
• انعطاف پذیری بالا
• سهولت در حمل و نصب
• عدم نیاز به سیستم های محافظ در برابر خوردگی
• برشکاری در قطعات دلخواه
• نسبت بالای مقاومت به وزن
• مقاومت و سختی بالا
• امکان تقویت به دو صورت داخلی و خارجی
• ترمیم و تقویت سازه های بتنی

گزارش اولیه تحقیقات انجام شده در تابستان سال ۲۰۰۰ میلادی در آزمایشگاه سازه دیویس هال دانشگاه برکلی کالیفرنیا نشان می دهد، ظرفیت دیوارهای برشی فولادی برای مقابله با خطراتی مانند زلزله، طوفان و انفجار در مقایسه با دیگر سیستم ها مثل قاب های ممان گیر ویژه حداقل ۲۵% بیشتر می باشد. در آزمایشگاه های تحقیقاتی استفاده گردیده است که ظرفیت آن حدوداً ۶۶۷۰KN می باشد.

یکی از کاربردهای این پانل ها در تقویت سازه های بتنی در ساختمان مرکز درمانی در چارلستون می باشد این سازه در اثر زلزله ۱۹۶۳ آسیب دیده بود این ساختمان متشکل از ساختمان های متعددی از یک تا پنج طبقه می باشد که زیر بنای آن ها نزدیک به ۳۲۵۰۰ متر مربع است . برای تقویت این سازه از بهترین تیم طراحی وتحقیقاتی استفاده گردید.

تقویت سازه های بتنی با ژاکت فولادی (فلزی)

تکنیک یا ورقه های فلزی از روش های متداول تقویت سازه ی بتنی است . در این روش میلگردها یا ورقه های فلزی از بیرون به عضو بتنی مورد نظر متصل می شوند . در مقاوم سازی با ژاکت فولادی علی رغم افزایش مقاومت سازه و بالا بردن ظرفیت بار بردی آن معایبی نظیر : وزن بالای اجزای فولادی ، دسترسی سخت به اعضا و مشکل اتصال بین فولاد و بتن بدلیل احتمال خوردگی فولاد می باشد . عموما وزن و ابعاد بالای فولاد در این روش از مقاوم سازی سازه ی بتنی سبب بروز مشکل و پیچیدگی در ساخت و حمل این اجزاء می شود .

مزایای مقاوم سازی با ژاکت فولادی چیست؟

1-افزایش شدید مقاومت مورد نیاز در عضو مورد نظر
2- مقاوم سازی با ژاکت فولادی در یک بخش یا طبقه امکان پذیر است و نیاز به مقاوم سازی یه المان از کف ( فونداسیون) تا طبقه ی مورد نظر نیست .
3-عدم ایجاد مشکلات معماری نسبت به ژاکت بتنی کمتر است بدلیل عدم تغییر در ابعاد و در نتیجه عدم تغییر در فواصل و فضای مورد نیاز معماری
4-سهولت در اجرا نسبت به مقاوم سازی با ژاکت بتنی
5-گزینه ی مناسب برای محصور کردن بتن در ستون ها
6-در مقاوم سازی با ژاکت فولادی بر خلاف ژاکت بتنی نیاز به قالب بندی نیست .
7-در مقاوم سازی با ژاکت فولادی امکان اصلاح اغلب مشکلات سازه ای در قاب های بتنی وجود دارد

کاربرد روش مقاوم سازی با ژاکت فولادی (فلزی) :

1-مقاوم سازی المان های سازه های بتنی اعم از : ستون ها , تیرها و … در مقاوم سازی با ژاکت فولادی
2-استقاده از ژاکت فولادی به عنوان یک روش کلی برای مقاوم سازی ساختمان در مقاوم سازی با ژاکت فولادی
3- افزایش مقاومت برشی المان های سازه در مقاوم سازی با ژاکت فولادی
4-محصور سازی بتن ها در مقاوم سازی با ژاکت فولادی
4-افزایش سختی جانبی سازه تا حدی در مقاوم سازی با ژاکت فولادی
5-افزایش مقاومت خمشی المان های سازه در مقاوم سازی با ژاکت فولادی

تقویت سازه های بتنی با استفاده از ژاکت بتنی

یکی دیگر از روش های قدیمی تقویت سازه های بتنی است . ژاکت بتنی از طریق افزایش میزان شکل پذیری و سختی اجزای سازه ، مقاومت کلی ساختمان را افزایش می دهد . حین اجرای این روش ساختمان قابل بهره برداری نمی باشد . بکار بردن بتن آرمه در مقاوم سازی سازه های بتنی علاوه بر افزایش سختی موجب افزایش ابعاد سازه ی بتنی مورد نظر نیز می شود که همین امر مقدار بار مرده ی وارد بر سازه را بیشتر می کند و این پدیده از معایب این روش است .

مزایای روش مقاوم سازی با ژاکت بتنی چیست؟

• مکان اصلاح همزمان کلیه مشکلات سختی و مقاومتی در قاب های بتنی
• اصلاح اتصالات در قاب ها
• امکان اصلاح باربری ثقلی ستون ها
• سهولت ایجاد پیوستگی بین اعضا
• عدم نیاز به پوشش ضد حریق
• هدف از مقاوم سازی سازه بتنی با ژاکت بتنی

هدف از اجرای این روش، کاهش قابلیت تغییر شکل اعضای ناکارآمد است، چراکه این اعضا در شرایط طراحی و مطابق واکنش‌ های ساختمان به وضعیت حدی تعیین‌ شده خود نخواهند رسید. ژاکت‌ های بتن آرمه زمانی به‌کار می‌ روند که اعضای سازه‌ ای دچار آسیب‌ دیدگی شدید شده باشند یا مقاومت لرزه‌ ای آن ها ناکافی باشد. در صورت امکان، ژاکت بتنی دور تا دور اجزای سازه‌ ای و در غیر این صورت در یک یا چند وجه آن ها اجرا می‌شود.

تقویت سازه های بتنی با دیوار برشی

مقاوم سازی سازه های بتنی با از تکنیک های متداول و اقتصادی است . هزینه ی ساخت پایین ، نصب سریع و قدرت جذب بالای انرژی سبب استفاده از این روش شده است . دیوار برشی از طریق افزایش شکل پذیری ، اعضای بتنی را تقویت می کند و از بروز خسارت شدید در زلزله جلوگیری می کند . باید توجه داشت که اجرای دیوار برشی و مقاوم سازی با دیوار برشی مستلزم آماده سازی فونداسیون جهت تحمل نیروی وارد بر آن است .

دیوار برشی فولادی در مقاوم سازی سازه بتنی با سخت کننده که در آن سخت کننده ها ظرفیت کمانشی ورق جان دیوار برشی را بالا می برد.  دیوار برشی فولادی مرکب سختی مورد نیاز برای ورق فلزی جان دیوار به وسیله بتن آرمه تأمین می شود. از بتن سخت کننده می توان در یک سمت یا هر دو سمت ورق جان دیوار استفاده کرد. کاربرد این سیستم در منطقه های زلزله خیز به علت جذب و اتلاف انرژی زیاد مناسب و به صرفه است.

 

مقاوم سازی سازه بتنی با استفاده از کاشت میلگرد:

• یکی از روش های مقاوم سازی سازه بتنی استفاده از کاشت میلگرد در سازه می باشد، لازم به ذکر است که کاشت میلگرد در بتن سخت به چند منظور انجام می گیرد:
• میلگرد ریشه ستون و دیوار برشی بر روی فونداسیون (ضعف طراحی یا عدم اجرای میلگرد های انتظار )
• میلگرد دوخت برای اتصال بتن قدیم و جدید در کف سازی ها و سقف های باربر یا اتصال شبکه فولادی به عضو
• میلگرد کششی شناژ در فونداسیون

میلگرد برای جوش و اتصال براکت یا قطعه فلزی به جسم بتن

در تمام مواردی که در بالا ذکر شد، الزاماتی چون طول مهاری برای اورلب دو میلگرد ، عمق کاشت و قطر سوراخ کاری که در فصل 2 نشریه بهسازی لرزه ای ساختمان – نشریه 345- به آن اشاره شده است الزامیست. یک نکته بسیار مهم که باید به آن توجه داشته باشید، این است که حفره ها پیش از کاشت آرماتور باید از گرد و غبار با کمپرسور باد ، بلوور یا دستمال خشک پاک شوند.