امروزه با توجه به نیاز گسترده و روز افزون جامعه به مسکن، ضرورت استفاده از روش ها و مصالح جدید جهت افزایش سرعت ساخت، سبک سازی، افزایش عمر مفید و نیز مقاوم سازی ساختمان ها بتنی و فولادی در برابر زلزله بیش از پیش مطرح شده است، چرا که تخریب های ناشی از زلزله های شدید، تهدیدی برای جان انسان ها به شمار می رود. این امر موجب شده است که تعداد زیادی از شرکت های مقاوم سازی سازه در امر بهسازی لرزه ای سازه ها و تقویت سازه ها در برابر زلزله فعالیت کنند.
مقاوم سازی ساختمان به چه معناست؟
مقاوم سازی ساختمان در علم مهندسی عمران به معنای بالا بردن مقاومت یک سازه در برابر نیروهای وارده است که امروزه این اصطلاح بیشتر در مورد نیروی زلزله به کار می رود.
در یک تعریف دقیقتر، مقاوم سازی به مجموعه روش هایی گفته می شود که قابلیت انجام وظایفی را در سازه ایجاد می کنند که سازه قبل از انجام مقاوم سازی، قادر به انجام آن ها به طور کامل نبوده است.
از دیدگاه علمی، مقاوم‌سازی واژه کاملاً درستی برای این منظور نیست، زیرا منظور از اصطلاح «مقاومت‌سازی» به‌طور قطع بالا بردن مقاومت سازه در برابر نیروی زلزله نیست، بلکه منظور، بهبود عملکرد اجزاء در برابر نیروی زلزله است. از این رو اصطلاح «بهسازی» و در حالت خاص برای نیروی زلزله، «بهسازی لرزه‌ای» اصطلاح درست تری است. به طور کلی مقاوم سازی زیر مجموعه بهسازی لرزه ای و یکی از روش های آن میباشد.
کدام ساختمان ها به مقاوم سازی نیاز دارند؟
با توجه به عملکرد ساختمان ها در زمان وقوع زلزله و بعد از آن، به طور کلی می توان آن ها را در چهار دسته تقسیم بندی کرد:
• دسته اول، ساختمان هایی هستند که به دلیل نوع کاربری و استفاده ای که دارند، امکان انتقال تجهیزات را نداشته و از طرفی باید عملکرد خود را بعد از زلزله نیز حفظ کنند. این ساختمان ها شامل مراکز درمانی، ایستگاه های مخابراتی و تلویزیونی، مراکز امنیتی و پالایشگاه ها هستند.
• دسته دوم را ساختمان هایی تشکیل می دهند که در حال حاضر شرایط ویژه ای ندارند، اما پس از زلزله به عنوان مراکز خدماتی و کمک رسانی مورد استفاده قرار می گیرند و لازم است حتما سالم باشند. برخی از سوله ها، مساجد، مدارس، مراکز مدیریت کلان و مراکز مدیریت بحران از این جمله محسوب می شوند.
• دسته سوم، ساختمان هایی هستند که قبل و بعد از زلزله اهمیت خاصی ندارند ولی در صورت آسیب جدی تلفات جانی زیادی در پی خواهند داشت مانند؛ مراکز عمومی، استادیوم، برج ها و … .
• دسته چهارم نیز ساختمان های معمولی هستند که در هیچ یک از دسته های بالا قرار نمی گیرند مانند؛ منازل مسکونی، ساختمان های اداری و تجاری معمولی.
مقاوم سازی ساختمان های دسته اول و دوم کاملا به عهده دولت است. اما دسته سوم بین دولت و مردم مشترک بوده و دسته چهارم کاملا به عهده مردم است.
باید متذکر شویم که مقاوم سازی ساختمان های دسته اول و دوم، تقریبا تأثیر مستقیم در کاهش تلفات ناشی از زلزله ندارد و تنها مقاوم سازی ساختمان های دسته سوم و چهارم است که در کاهش مستقیم تلفات زلزله نقش دارند.
مقاوم سازی در ساختمان های قدیمی
ساختمان هایی که براساس آیین نامه های قدیم، طراحی و ساخته شده اند، در مقابل بارهای جانبی و زلزله به شدت ضعیف بوده و اصولا دارای رفتار لرزه ای و خصوصیات دینامیکی مناسبی نیستند. لذا در این حالت، رفع نقاط ضعف سازه ای و تقویت ساختمان بسیار اقتصادی تر از بازسازی آن است.
در بعضی موارد ساختمان های خسارت دیده از زلزله را می توان بازسازی و تقویت کرده و مجدد مورد بهره برداری قرار داد. در این حالت لازم است تا اعضا موجود جهت تحمل بارهای اضافه شده بر سازه، تقویت شوند. در چنین حالتی وضعیت ساختمان تغییر کرده و در نتیجه خصوصیات دینامیکی آن نیز عوض می شود. لذا کنترل پاسخ لرزه ای سازه در وضعیت جدید، الزامی است تا اگر نقاط ضعف تازه ای مشاهده شد، رفع شود.
بخوانید: 7 روش برای محافظت از سازه فولادی در برابر عوامل مخرب
تفاوت شیوه های مقاوم سازی در ساختمان ها
به طور کلی تقویت ساختمان های موجود در برابر زلزله بستگی به نوع ساختمان (فولادی، بتنی، دیوار باربر و …) داشته و شیوه های مقاوم سازی به خصوصی برای هریک از انواع فوق وجود دارد. به عنوان مثال افزودن بادبند در ساختمان های فلزی بسیار ساده بوده، در حالی که در ساختمان های بتنی این کار، مشکلات اجرایی فراوانی دارد، لذا افزودن دیوار برشی می تواند راهکار عملی بهتری برای ساختمان های بتنی باشد.
روش های مقاوم سازی در ساختمان ها
مقاوم سازی سازه های بتنی و به طور کل مقاوم سازی ساختمان ها به منظور تقویت آنها برای تحمل بارهای وارده، بهبود معضلات ناشی از فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه یا سایر موارد با استفاده از مصالح مناسب و شیوه های اجرایی صحیح انجام می گردد.
روش های متعددی برای مقاوم سازی ساختمان ها وجود دارد که عبارتند از:
• مقاوم سازی ساختمان با اضافه نمودن دیوار برشی
• مقاوم سازی ساختمان با اضافه نمودن بادبند
• مقاوم سازی ساختمان با استفاده از میراگر یا دمپر
• مقاوم سازی ساختمان با FRP
• مقاوم سازی ساختمان با استفاده از از ژاکت های فلزی و بتنی
• مقاوم سازی ساختمان با استفاده از جداسازهای لرزه ای
مقاوم سازی ساختمان با اضافه نمودن دیوار برشی
یکی از روش های مقاوم سازی ساختمان های بتنی، اضافه نمودن دیوار برشی می باشد. دیوار برشی مقاومت، سختی و شکل پذیری سازه را به شدت افزایش داده و باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه و کاهش تغییر شکل ها و خسارات وارد به دیگر المان های بتنی سازه می گردد.
این روش، اگر چه یک روش مناسب بوده و اصولا اولین راه حلی است که برای یک ساختمان بتنی به نظر می رسد، اما ممکن است مشکلاتی نیز داشته باشد. به عنوان مثال، ممکن است معماری ساختمان به شکلی باشد که استفاده از دیوار برشی غیر ممکن باشد و یا افزودن دیوار، فضای کاربری ساختمان را کاهش دهد. ممکن است ضعف ساختمان به قدری نباشد که نیاز به دیوار برشی باشد و یا اصولاً ممکن است به کار بردن دیوار برشی مخارج زیادی را در بر داشته باشد.
سیستم دیوار برشی چگونه عمل می کند؟
وظیفه اصلی یک سیستم دیوار برشی فولادی، مقابله با 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 تیر افقی می باشد. این مجموعه در کنار یکدیگر، مانند یک تیر ورق عمودی عمل می کند. 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.
مقاوم سازی ساختمان با اضافه نمودن بادبند
اضافه نمودن مهاربند فولادی برای مقاوم سازی سازه بتنی، افزایش سختی، کاهش نیاز به شکل پذیری و افزایش مقاومت برشی سیستم را به همراه خواهد داشت. عموماً استفاده از سیستم های مهاربندی واگرا (EBF) در مقاوم سازی و تقویت ساختمان های بتنی به دلیل پر هزینه بودن و مشکلات موجود در اجرا، مرسوم نمی باشد، اما انواع سیستم های مهاربندی همگرا می توانند در این نوع بهسازی و تقویت سازه های بتنی و فولادی مورد توجه قرار گیرند.
اگرچه افزودن بادبند چه از نوع بتنی و چه از نوع فولادی آن به ساختمان های بتنی ممکن بوده و راه حلی برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر بارهای جانبی می باشد و می توان از انواع شکل های X و K آن استفاده کرد، ولی مشکل اتصال این اعضا با سازه موجود، همچنین مشکلاتی که ممکن است در معماری سازه به وجود آید از معایب این روش می باشد.
روش های تقویت ساختمان های بتن مسلح با استفاده از بادبند فلزی:
تقویت ساختمان های بتنی مسلح با بادبند فلزی در سال های اخیر، مورد توجه ویژه ای قرار گرفته و کارهای مطالعاتی، تحقیقاتی و آزمایشگاهی گسترده ای نیز در این زمینه انجام گرفته است.
روش های مختلفی که تاکنون جهت اجرای بادبند فلزی در ساختمان های بتنی 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 متصل می شود.
• این روش نیز مانند حالت اول بوده با این تفاوت که قاب فلزی مخصوص وجود ندارد.
• 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.
مقاوم سازی ساختمان به کمک میراگر یا دمپر
میراگرها (Dampers)، سیستم های مستهلک کننده یا جاذب انرژی هستند که بر پایه افزایش میرایی ضریب ساختمان بنا شده اند. مهم ترین تاثیر میرایی، کاهش دامنه نوسان و پاسخ ساختمان نسبت به نیروهای وارده می باشند و بدین ترتیب میراگرها قسمت عمده ای از انرژی ارتعاشی را به هدر می دهند.
اتلاف کننده های انرژی یا همان دمپرها، ممکن است در مهاربندی ها، اتصالات و اجزای غیر سازه ای و یا دیگر مکانهای مناسب در ساختمانهای 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 استفاده کرد.
در روشهای کنترل غیر فعال سازه نظیر استفاده از میراگرهای ویسکوز و ویسکوالاستیک، جذب انرژی حاصل از حرکات زمین توسط این 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، بیشتر شود یا به عبارت دیگر، احتمال ریزش ساختمان در برابر این زلزله ها کاهش یابد.
در برخی از انواع میراگرها ملاحظات زیبایی نیز در نظر گرفته می شود تا چنانچه بصورت نمایان بکار برده شوند، مشکلی از لحاظ معماری ایجاد ننمایند.
مقاوم سازی ساختمان ها با FRP
استفاده از مواد کامپوزیت به شکل پلیمرهای مسلح شده با الیاف (Fiber Reinforced Polymers) که به اختصار FRP نامیده می شوند، به عنوان یک روش جدید مقاوم سازی و جایگزین مصالح سنتی و شیوه های موجود شناخته می شود.
مصالح FRP از ترکیب الیاف و رزین ساخته می شوند که در فرآیند مقاوم سازی از رزین (رزین اپوکسی) به دلایل زیر استفاده می شود:
• ایجاد لایه یکپارچه
• چسبیدن سیستم FRP به سطح بتن تحتانی
• ایجاد پوشش به منظور محافظت از مصالح
استفاده از FRP به دلیل وزن کم، سرعت اجرای بالا، مقاومت بالا و عدم ایجاد محدودیت های معماری به خصوص در ساختمان های بتنی، بسیار مورد توجه می باشد.
مقاوم سازی ساختمان با استفاده از از ژاکت های فلزی و بتنی
یکی از روش های مقاوم سازی ساختمان های بتنی، استفاده از ژاکت (پوشش) بتنی، پیرامون المان های مختلف از جمله دیوار برشی، ستون و تیر می باشد.
در این روش ابتدا سوراخ هایی به فواصل معین در وجوه پیرامونی المان های ضعیف ایجاد می گردد. سپس یک مش فولادی با میلگردهای آجدار پیرامون عضو مورد نظر بافته می شود که اندازه و فاصله این میلگردهای فولادی از نتایج تحلیلی بدست می آید. سپس سوراخ های ایجاد شده توسط چسب اپوکسی پر شده و میلگردهای دوخت L شکل در داخل آن قرار می گیرد. درنهایت قالب هایی پیرامون عضو قرار داده شده و داخل آن با بتن پر می شود.
استفاده از ژاکت فلزی نیز، 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 نیز به سازه اضافه نمی نماید. در این روش ورق های فلزی در محل 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 به صورت دورپیچ، نواری و یا موضعی باشد.
مقاوم سازی ساختمان با استفاده از جداسازهای 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 محوری شان بسیار کمتر می باشد، لذا با وقوع زلزله، این المانها میبایستی مانع انتقال نیرو به سازه¬ ی اصلی شوند و سازه ی اصلی یک حرکت صلب را در حین وقوع لرزشهای زمین تجربه نماید.
عملکرد جداسازها فقط در محدوده خاصی از جرم و ارتفاع سازه مطلوب است، لذا این روش بصورت خیلی محدود و فقط برای ساختمانهای دارای وزن و ارتفاع مشخصی موثر بوده و به همین دلیل کمتر از سایر روش ها در جهان مورد استقبال مهندسین قرار گرفته و در پروژه های بسیار کمی کاربرد دارد.
مقاوم سازی موضعی اجزای ساختمان
راهکارهای مقاوم سازی تیرها
مقاوم سازی تیر به روش ژاکت بتنی:
یکی از تکنیک های مرسوم افزایش ظرفیت باربری ثقلی تیرها (بتنی یا فولادی) در ساختمان، اجرای ژاکت بتنی می باشد.
در این روش تیرهایی که دارای ضعف باربری بوده و یا دچار آسیب دیدگی می باشند، با اضافه کردن میلگردها و قالب بندی و اجرای بتن ریزی (معمولا بتن خودتراکم) مجدد مقاوم سازی می گردند. در مواقعی که ژاکت بتنی ضخامت کمی داشته باشد، می توان از شاتکریت بتنی جهت اجرای بتن استفاده نمود.
مقاوم سازی تیر به روش ژاکت فولادی:
از جمله راه های مقاوم سازی تیرها در ساختمان، استفاده از ژاکت فولادی می باشد. در این روش مقطع تیر با استفاده از ورق های فولادی بر حسب مورد بصورت دور پیچ، نواری v و یا موضعی تقویت می گردد.
ژاکت فولادی می تواند در مقاوم سازی تیرهای بتنی و فولادی مورد استفاده قرار گرفته و بدون افزایش قابل توجه در وزن ساختمان، شکل پذیری سازه را بهبود بخشد. روش مرسوم برای اجرای این تکنیک و ایجاد محصور شدگی، اتصال ورق های فلزی پیرامونی با بولت به تیر می باشد.
راهکارهای مقاوم سازی ستون ها
مقاوم سازی ستون به روش ژاکت بتنی:
ترمیم و مقاوم سازی ستونهای بتنی و فلزی با استفاده از ژاکت بتنی به عنوان راه حلی موثر به کار می رود.
در این روش ستون هایی که دارای ضعف باربری بوده و یا نیاز به ترمیم دارند، با افزودن لایه‌ای از بتن، میلگردهای طولی و خاموتهای بسته تقویت می گردد.
در مواقعی که آسیبهای وارده به ستون بتنی زیاد بوده و یا ستون از ظرفیت کافی در برابر نیروهای جانبی برخوردار نباشد، استفاده از طرح ژاکت بتنی برای مقاوم سازی ستون پیشنهاد می گردد. همچنین از این تکنیک مقاوم سازی می توان برای افزایش سختی برشی در ستون های فولادی با مقاطع I و H شکل استفاده نمود.
مقاوم سازی ستون به روش ژاکت فولادی:
تقویت ستون ها با استفاده ژاکت فولادی، سبب افزایش مقاومت فشاری، برشی و همچین تامین محصور شدگی جهت افزایش شکل پذیری آن می‌شود. با این روش مقاوم سازی می‌توان ظرفیت برشی، فشاری و محصور شدگی ستون ها را تامین کرد و بدین ترتیب ظرفیت باربری آنها در مقابل بارهای جانبی زلزله و قائم ثقلی نیز افزایش می‌یابد.
راهکارهای مقاوم سازی دال بتنی
افزایش ضخامت دال بتنی:
در برخی مواقع و بعلت مشکلاتی از قبیل افزایش بار وارده بر دال بتنی، ضعف در طراحی دال، خوردگی میلگردهای فولادی و یا وجود ترک در دال بتنی، می توان از روش افزایش ضخامت برای تقویت دال بتنی استفاده نمود.
اضافه کردن صفحات فولادی به دال:
یکی از روش های کنترل خیز سازه و افزایش سختی، مقاومت و یکپارچگی کف ها و سقف های بتنی، استفاده از صفحات و ورق های فولادی است. این ورق ها باید به صورت صحیح به سقف متصل و مهار شوند و فضای بین سقف و ورق با گروت یا مصالح بر پایه اپوکسی پر شوند تا ضمن چسبندگی کافی، عملکرد لرزه ای در برابر زلزله و انتقال بار مناسبی را از خود بر جای بگذارند.
در ویدئوی زیر، می توانید نحوه ی اجرای عملی چند مورد از روش های ذکرشده در بالا را مشاهده نمائید:
بخوانید: اشکالات رایج در اجرای سازه بتنی
جمع بندی
با توجه به افزایش روز افزون جمعیت و پیشرفت سریع دنیای امروز، نیاز به ساخت ساختمان هایی بادوام بالا، کارایی بالا و سرعت اجرای بالا می باشد. از این رو استفاده از مصالح جدید و همچنین مقاوم سازی سازه ها به خصوص در سازه های مهم و حساس، امری اجتناب ناپذیر است.
امروزه روش های زیادی برای مقاوم سازی سازه ها وجود دارد که استفاده از این روش ها برحسب مورد متفاوت است. باید در نظر داشته باشیم که قبل از مقاوم سازی یک سازه، ابتدا باید نوع اسکلت سازه، مصالح استفاده شده در آن و نقشه های اجرایی آن را بررسی کرده، سپس اقدام به انتخاب روش مقاوم سازی متناسب با سازه نمائیم.
روش های مرسومی که برای مقاوم سازی سازه ها وجود دارد، عبارت اند از مقاوم سازی با استفاده از دیوار برشی، مقاوم سازی به کمک بادبند، مقاوم سازی با FRP و ...
تمامی روش های ذکر شده، جهت مقاوم سازی ساختمان ها بوده تا تلفات و خسارات جانی و مالی ناشی از زلزله ها در ساختمان کاهش یابد.
