روش های مقاوم سازی سازه ها و ساختمان ها
مقاوم سازی سازه ها و به طور کلی ساختمان ها به صورت خاص از اوایل دهه ۱۳۸۰ در ایران متداول گردیده است. این بدین معنی نیست که مقاوم سازی سازه ها در زمان های گذشته وجود نداشته بلکه به این معنی است که در زمان های گذشته برای رفع ضعف سازه ها روش های مقاوم سازی مشخصی مانند مفاهیم مقاوم سازی امروزی وجود نداشته و در زمانهای دور هر کس متناسب با دانش و تجربه خود اقدام به مقاوم سازی ساختمان ها و مقاوم سازی سازه های متداول در گذشته ( مانند مقاوم سازی پل ها ) می نموده است .
در دهه های اخیر، روش های مختلف مقاوم سازی در کشور های صنعتی متداول گردید و برخی از روش های مقاوم سازی در این مطلب عنوان شده است.
ساختمان‌هایی که به هر دلیلی رفتارشان در مقابل زلزله‌های احتمالی منطقه مناسب نبوده و آسیب‌پذیر و از نظر سازه‌ای مشکل دار است و نیز بد اجرا شده باشد، یا درجاتی از آسیب‌پذیری در بخش سازه و پی داشته باشد، باید مقاوم شود. در گام اول رفتار ساختمان ارزیابی می‌شود به طوری که تشخیص داده شود کدام اجزای ساختمان در مقابل زلزله بد عمل می‌کند.
از این رو نقشه‌های محاسباتی و طراحی ساختمان دریافت و بررسی می‌شود که آیا اولا طراحی‌ها درست انجام شده است سپس محاسبات در مقابل بارهای لرزه‌ای سنجیده می‌شود، چنانچه این موارد درست بود گام بعدی این است که مطمئن شویم نقشه بخوبی اجرا شده باشد.
از سوی دیگر چنانچه ساختمان نیازمند مقاوم‌سازی، نقشه اجرایی نداشته باشد ابتدا باید نقشه اولیه برای ساختمان تهیه شود سپس نمونه‌گیری از سازه، بتن و فولاد صورت گرفته و مورد تست قرار می‌گیرد تا ساختمان از نظر کیفیت و نحوه اجرا ارزیابی شود. پس از مشخص شدن مشکل ساختمان، اقدامات ترمیمی و بهسازی رفتار ساختمان انجام می‌شود.
برای مقاوم سازی سازه ها و ساختمان ها روش های زیادی وجود دارد که برخی از این روش های رایج عبارتند از :
- مقاوم سازی سازه ها با FRP
سیستم مقاوم سازی سازه های بتنی با کامپوزیت FRP می باشد. در این روش دسته های الیاف پس از آغشته شدن در رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت منشوری را به وجود می آورند.
از FRP در تقویت ستون ها و تیرها، مقاوم سازی دال ها و اتصالات، دیوارهای برشی بتنی، دیوارهای آجری، مقاوم سازی پایه و عرشه پل ها و . . . می توان استفاده نمود. در مقایسه با استفاده از تنگ ها و مارپیچ فولادی، تکنیک محصور سازی با استفاده از FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند. همچنین این مواد دارای خواص ذاتی مطلوبی (نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترو مغناطیسی) هستند به گونه ای که می توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت آمیزی از آنها بهره گرفت FRP .می تواند در مقاوم سازی تیرها و دال های بتنی به عنوان جایگزین بخشی از میلگرد کششی مورد نیاز بکار رود. همچنین FRPدر اتصالات بتنی می تواند استفاده گردد و شکل پذیری اتصال را افزایش دهد (تقریبا هیچ روش دیگری نمی تواند چنین تاثیری داشته باشد). از FRP در تقویت دیوارهای برشی نیز استفاده می گردد.
FRP می تواند شکل پذیری دیوارهای بنایی را افزایش داده و آنها را مهار نماید بنابراین برای مقاوم سازی سازه های بنایی نیز مناسب می باشد.
پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی، مقاوم سازی با FRP به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتور های فولادی کششی در بتن پیشنهاد شد. از این مواد به جای آرماتور های فولادی یا کابل های پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و یا غیر پیش تنیده استفاده می شود.
۲٫ مقاوم سازی سازه ها با اضافه نمودن دیوار برشی و یا مقاوم سازی سازه ها با اضافه نمودن بادبند فلزی
استفاده از دیوار برشی بتنی در مقاوم سازی ساختمان‌ها یکی دیگر از روش‌های مقاوم‌سازی می‌باشد. به علت سختی بیشتر دیوار برشی نسبت به بادبند، تعداد دهانه‌های لازم برای تعبیه دیوار برشی کمتر از دهانه‌های لازم برای بادبند است که در نتیجه طرح مقاوم سازی مشکلات کمتری در زمینه معماری بوجود می‌آورد. برای اتصال دیوار به ستون باید از خاموتهای دورپیچ ستون یا بولت به عنوان برشگیر در ارتفاع ستون استفاده کرد. همچنین برای اتصال دیوار به سقف هم باید تمهیداتی اندیشید. نکته مهم دیگری هم که در مورد استفاده از دیوار برشی باید به آن توجه کرد این است که به علت نیروی زیادی که در پی دیوار برشی بوجود می‌آید، احتمالا نیاز به شمع دارد تا بتواند نیرو‌ها را به زمین منتقل کند.
۳٫ مقاوم سازی سازه ها با استفاده از میراگر یا دمپر
در روش های کنترل غیر فعال سازه نظیر استفاده از مستهلک کننده های ویسکوز و ویسکوالاستیک، جذب انرژی حاصل از حرکات نیرومند زمین توسط مستهلک کننده ها صورت گرفته و به سیستم سازه اجازه داده نمی شود که وارد ناحیه غیر خطی گردد. این امر موجب می شود که مقاومت سازه در برابر زلزله های با دوره بازگشت طولانی تر (که طبیعتا شدیدتر نیز می باشند) بیشتر گردد یا به تعبیر دیگر احتمال فرو ریزش سازه در برابر این زلزله ها کاهش می یابد. سیستم های جاذب یا مستهلک کننده انرژی (Dampers) بر پایه افزایش ضریب میرایی ساختمان بنا شده اند. مهم ترین تاثیر میرایی، کاهش دامنه نوسان و پاسخ ساختمان نسبت به نیروهای وارده می باشد و بدین وسیله قسمت عمده ای از انرژی ارتعاشی را قبل از رسیدن پاسخ سازه به حد نهایی به هدر می دهند. اتلاف کننده های انرژی ممکن است در مهاربندی ها، اتصالات و اجزای غیر سازه ای و یا دیگر مکان های مناسب در ساختمان های موجود قرار داده شوند، لیکن ساده ترین و پرکاربردترین آنها استفاده از میراگر در مهاربندها می باشد که می توان از آنها در تمامی طبقات ساختمان سود جست. در برخی از انواع میراگرها ملاحظات زیبایی نیز مد نظر قرار گرفته شده است تا چنانچه بصورت نمایان بکار برده شوند مشکلی از لحاظ معماری ایجاد ننمایند.
۴٫ مقاوم سازی سازه ها با استفاده از از ژاکت های فلزی و بتنی
ساختمان های بتنی یکی از رایج ترین نوع سازه ها می باشند که در صورت عدم طراحی مناسب توسط آیین نامه های معتبر داخلی و خارجی تحت زلزله های محتمل شدیدا آسیب پذیر بوده و تلفات جانی و مالی زیادی را ایجاد می نمایند. آسیب پذیری لرزه ای ساختمان های بتنی ممکن است به علت عدم شکل پذیری و یا مقاومت کافی تیر و ستون باشد. برای مقاوم سازی لرزه ای این ساختمان ها روش های متعددی وجود دارند که از بین آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- مقاوم سازی با دیوار برشی
- مقاوم سازی با پوشش بتنی
- مقاوم سازی با ژاکت فلزی
- مقاوم سازی با الیاف پلیمری
در این میان استفاده از ژاکت فلزی روشی مناسب برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی بوده که ضمن افزایش مقاومت و شکل پذیری اعضای این نوع سازه ها وزن قابل ملاحظه ای را به ساختمان اضافه نمی نماید. در این روش ورق های فلزی در محل های آسیب پذیر ساختمان بر روی سطح بتنی عضو قرار گرفته و توسط بولت به عضو مربوطه متصل می گردد.
مقاوم سازی با ژاکت فلزی بر حسب مورد می تواند بصورت دور پیچ، نواری و یا موضعی باشد.
در مواردی که اتصال تیرها و ستون های ساختمان بتنی ضوابط شکل پذیری از جمله فاصله بین خاموت ها را رعایت نمی نمایند ورق های فلزی پیرامون تیر و ستون قرار گرفته و با جوشکاری به یکدیگر متصل می گردند. همچنین این ورق ها باید با بولت به تیرها و ستون ها وصل گردند تا بتوانند در تحمل لنگر های خمشی و نیرو های برشی ایجاد شده در اتصال مشارکت نمایند. ورق های فلزی پیرامونی بعلاوه با ایجاد محصور شدگی در محل اتصال تیرها و ستون ها خردشدگی بتن را به تاخیر انداخته و باعث افزایش مقاومت فشاری آن می گردند.
همچنین برای مقاوم سازی ستون های ضعیف سازه که فاقد آرماتور های عرضی و یا طولی کافی می باشند استفاده از ژاکت فلزی مرسوم است. برای اینکار نیز مشابه قبل ورق های فلزی در اطراف ستون قرار گرفته و توسط بولت به ستون متصل می گردند. این ورق ها همچنین در بالا و پایین ستون باید بنحو مناسبی به تیرها و فونداسیون متصل گردند. استفاده از ژاکت فلزی برای مقاوم سازی ستون ها ضمن افزایش مقاومت برشی و خمشی ستون با ایجاد انحصار مقاومت فشاری بتن را نیز افزایش داده و همچنین از کمانش آرماتورهای طولی جلوگیری می نماید.
در مواردی که هدف مقاوم سازی تنها افزایش مقاومت برشی تیر و یا جبران کمبود خاموت در ستون ها برای جلوگیری از کمانش آرماتورهای طولی باشد بجای ورق فلزی می توان از نوارهای فلزی پیرامونی استفاده نمود. مشاهده می گردد که برای ایجاد محصور شدگی بتن و در نتیجه افزایش مقاومت فشاری ستون از نوارهای فلزی استفاده شده است.
۵٫ مقاوم سازی سازه ها با استفاده از بادبند های کمانش تاب
کشور ما به علت واقع شدن بر روی کمربند زلزله خیز آلپاید، همواره درمعرض خطرات بسیاری است. شناخت رفتار سازه و سیستم های مقاوم لرزه ای ما را در طراحی صحیح سازه ها یاری می کند. از رایج ترین سیستم های مقاوم در برابر نیروهای جانبی، مهاربند می باشد که این مهاربندها به علت صرفه اقتصادی و راحتی اجرا، علی رغم ضعف های عمده در بسیاری از سازه ها بکار برده شده اند. یکی از مشکلات مهاربندی های هم مرکز، وقوع کمانش در هنگام اعمال بار فشاری است که این مساله باعث می شود مهاربند قبل از رسیدن به حد تسلیم دچار ناپایداری شود.
از گزینه های برتر در طراحی و مقاوم سازی سازه ها که در سال های اخیر مورد توجه کارشناسان سازه قرار گرفته به کارگیری مهاربندی با جذب انرژی بیشتر و سختی مناسب می باشد. قاب های مهاربندی شده هم مرکز انرژی را بوسیله تسلیم کششی عناصر قطری و رفتار پس از کمانش مهاربند مستهلک می کنند. با توجه به معایب رفتار لرزه ای مهاربندهای هم مرکز معمولی از نظر شکل پذیری و منحنی هیستر زیس نامتقارن در کشش و فشار، کمانش و استهلاک نه چندان مناسب این گونه مهاربندها، مهاربند کمانش ناپذیر یا کمانش تاب (BRB) به عنوان نسل جدید مهاربندی پیشنهاد شده است، BRB از یک هسته مرکزی و پوشش پیرامونی تشکیل یافته و دارای سختی زیاد و قابلیت جذب انرژی بالایی می باشد. برای جلوگیری از کمانش کلی هسته در فشار، هسته داخل یک تیوپ فولادی قرار داده می شود و فضای بین تیوب و هسته فولادی باملات یا بتن پر می گردد. نتایج نشان می دهد وزن فولاد مصرفی در مهاربند کمانش ناپذیر کاهش پیدا کرده و به علت ایجاد سختی در سازه، تغییر مکان در اثر زلزله به شدت کاهش می یابد.
در صورتیکه بتوان به نحوی جلوی کمانش مهاربندها را گرفت تا در کشش و فشاری رفتار یکسانی داشته و به حد تسلیم برسند، انتظار می رود که یک سیستم مقاوم جانبی بسیار پایدار و اقتصادی با ظرفیت اتلاف انرژی بالا، بدست آید.
۶٫ مقاوم سازی سازه ها با استفاده از جداگرهای لرزه ای
نصب جداسازهای لرزه ای در تراز پایه ساختمان، با هدف جداسازی حرکتی بین سازه و زمین صورت می گیرد. جداسازهای لرزه ای، المان هایی هستند که سختی جانبی آنها نسبت به سختی محوریشان بسیار کمتر می باشد، لذا با وقوع زلزله، این المان ها می بایستی مانع انتقال نیرو به سازه ی اصلی شوند و سازه ی اصلی یک حرکت صلب را در حین وقوع لرزش های زمین تجربه نماید. این روش بصورت خیلی محدود و فقط برای ساختمان های دارای وزن و ارتفاع مناسب موثر بوده و به همین دلیل کمتر از سایر روش ها در جهان مورد استقبال کارشناسان قرار گرفته است.
۷٫ روش مقاوم سازی هاپکن :
روش دیگری که برای مقاوم سازی سازه ها مورد استفاده قرار می گیرد تحت عنوان روش هاپکن شناخته می شود.
ساخت خانه‌های متحرک یکی از متدهای پیشرفته در امر مقاوم سازی در برابر زلزله است. از این روش در ساخت ساختمان‌ها، آپارتمان‌ها، کارخانه‌ها و ساختمان‌های تجاری استفاده می‌شود.
این روش بسیار کم خرج است و در مناطقی که از نظر مقاومت در مقابل زلزله از سطح پایینی برخوردارند و در نواحی زلزله خیز سراسر جهان واقع شده‌اند، بسیار مناسب و مقرون به صرفه است.
بدین ترتیب تمامی اصول ساختمان سازی به سمت ساختمان سازی مکانیکی متحول می‌شود.
این ساختمان‌ها در برابر بلایای طبیعی از قبیل سیل، رانش زمین، آتشفشان و همچنین در مقابل زلزله های خطرناک و مهیب هم مقاوم است. این طریقه مقاوم سازی که شیوه مهندسی ساختمان «هاپکن» نام دارد نوعی مهندسی مکانیکی است که مدیریت و ابداع و سنجش تکمیلی آن را فردی به نام هاپکن به انجام رسانیده است.
دیوارهای این خانه از بتن ساخته شده و به وسیله میله‌های فلزی کششی عمودی کاملا فشرده می‌شود.
بدین ترتیب به دلیل استفاده از مواد جامد فشرده و سنگین نیروی وارده به اجزای پایینی ساختمان بسیار افزایش می‌یابد.
البته باید گفت که دیوارهای هر طبقه به صورت کنترل شده‌ای به آنها فشار وارد می‌آورد و البته میزان فشار وارده در تمامی طبقات یکسان است. علاوه بر یک میله عمودی در هر طبقه از سه میله افقی هم استفاده می‌شود.
در این ساختمان‌ها از مصالحی استفاده می‌شود که کار گذاردن آنها به آسانی صورت می‌گیرد که به این دلیل دیوارهای ساختمان با به کار بردن میله‌های کششی محکم و مقاوم می‌شوند.
در واقع با بلوک‌های سیمانی که در بسیاری از ساختمان‌ها در سراسر دنیا از آن استفاده می‌شود که در هر یک از آنها دو سوراخ وجود دارد، ساخته می‌شود.
این نوع بلوک‌ها بسیار ارزان قیمت است و در آن فقط از میزان کمی ملات (گل و آهک) استفاده می‌شود. پس از این که مصالح ساختمانی تهیه شد، کار ساخت ساختمان شروع می‌شود.
این ساختمان می‌تواند طوری ساخته شود که در آن اصلا از ملات استفاده نشود، دیوارها فقط از طریق همان میله‌های کششی به اندازه کافی محکم و مقاوم می‌شوند. بدین ترتیب سوار کردن دیوارها بر روی ساختمان، تغییر شکل ظاهری آنها و جابه‌جا کردن آنها بسیار آسان می‌شود.
این ساختمان‌های ضد زلزله از اجزای خاصی ساخته شده‌اند که این اجزا همان مصالحی هستند که ساختمان را در مقابل زمین لرزه‌های مهیب و عظیم مقاوم می‌سازد.
این شیوه برای سرزمین‌های آباد در معرض زلزله در سراسر جهان مفید واقع خواهد شد که اصول اساسی خود را از ساختمان‌سازی مکانیزه عاریت گرفته است.
