بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های بتنی
در این پست تصمیم داریم در مورد روش های بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های بتنی مطالبی را در اختیار شما بازدیدکنندگان محترم قرار دهیم. با ما همراه باشید.
مقدمه
بسیاری از سازه‌های بتن آرمه عمری بیش از چند دهه دارند و به دلیل حوادث طبیعی از قبیل زلزله، باد و یا بر اثر خستگی مصالح و یا عوامل خورنده آسیب پذیرند و یا بر اساس آئین نامه‌های قدیمی با ضرایب ایمنی پایین طراحی شده‌اند. از آنجا که این سازه‌ها اهمیت زیادی دارند و تعداد آنها نیز فراوان است، جایگزین کردن آنها با سازه‌های جدید، اکثرا فاقد توجیه اقتصادی بوده و از نظر اجرایی غیر عملی می‌باشد. در حالی که تعمیر و تقویت آنها در بیشتر موارد امری ضروری و مقرون به صرفه می‌باشد و اهمیت ویژه‌ای به خود گرفته است. عمده این سازه‌ها معمولا با توجه به آیین نامه‌های قدیمی ساخته شده‌اند و در آنها نیروهای ناشی زلزله یا به درستی محاسبه نشده یا در محاسبات طراحی منظور نشده است. این عامل و استفاده از مصالح ضعیف و غیر استاندارد و همچنین ضعف در اجرا باعث می‌شود که در برابر زلزله سازه مقاومت لازم برای مقابله و جذب انرژی را نداشته باشد.
هدف بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان
از مهمترین اهداف بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان تحقق موارد زیر است:
1 . تامین مقاومت در برابر زلزله‌های خفیف بدون هیچگونه آسیب
2 . تامین مقاومت در برابر زلزله‌های متوسط بدون هیچگونه آسیب سازه‌ای، ولی احتمال برخی خسارت‌های غیر سازه‌ای وجود دارد.
3 . تامین مقاومت در برابر زلزله‌های شدیدی که در محل سازه قبلا رخ داده یا قابلیت وقوع دارد، بدون فروریزی، ولی احتمال برخی خسارت‌های سازه‌ای وجود دارد.
برای مقاوم سازی تیر و ستون بتنی و تامین شکل پذیری و مقاومت لرزه ای مورد نیاز در آنها، روش های مختلفی پیشنهاد شده است. به طور کلی این روش ها به یکی از سه گروه زیر تعلق دارند:
1 . تقویت با استفاده از ژاکت فولادی (ورق های فولادی)
2 . تقویت با استفاده از ژاکت بتنی مسلح
3 . تقویت با استفاده از ژاکت پلیمری الیافی (FRP)
كاربرد كامپوزيت هاي پليمري FRP در مقاوم سازي سازه‌هاي بتني
انواع كامپوزيت‌هاي پليمري FRP متداول در مهندسي عمران به شرح زیر است :
1 . كامپوزيت پليمري تقويت شده با الياف كربن CFRP
2 . كامپوزيت پليمري تقويت شده با الياف شيشه GFRP
3 . كامپوزيت پليمري تقويت شده با الياف آراميد Kevlar
پیشنهاد مطالعه : تعریف ورق FRP و نحوه اجرای آن در مقاوم سازی ساختمان
شكل 1 . مقاوم سازی لرزه ای ساختمان با كامپوزيت FRP
استفاده از ژاکت بتن مسلح برای مقاوم سازی لرزه ای ساختمان
در تیرها می‌توان از ژاکت بتنی تیر در سه و یا چهار وجه تیر برای مقاوم‌سازی تیر بتنی و افزایش مقاومت آن استفاده نمود. با این روش می‌توان ناحیه کششی و فشاری تیر را با ژاکت بتنی تیر جدید تقویت کرد.
برای تکمیل مکانیسم انتقال نیرو بین مصالح قدیم و جدید، زبر نمودن سطح بتن قدیمی و جوش دادن میلگردهای اتصال با آرماتورهای جدید و قدیم ضروری می‌باشد. اجرای ژاکت بتنی تیر در هر چهار وجه تیر موثرترین روش برای مقاوم‌سازی تیر بتنی می‌باشد. در این شیوه ضخامت بتنی که به وجه بالایی تیر افزوده می‌گردد باید در ضخامت سقف گم شود. اجرای تنگ ها نیز از طریق سوراخ هایی که در فواصل نزدیک به هم در دال سقف ایجاد می‌شود امکان پذیر می‌باشد.
اجرای ژاکت بتنی در سه وجه تیر برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی تیر در برابر بارهای قائم انجام می‌شود، اما به دلیل آنکه در این حالت، افزایش ظرفیت باربری مقاطعی از تیرکه درنزدیکی تکیه‌گاه ها قراردارند امکان‌پذیر نیست، تیر را نمی‌توان درمقابل بارهای جانبی زلزله تقویت نمود. موفقیت این روش مستلزم مهار مناسب خاموت ها از ضلع های بالایی روکش است. بـه دلیل آنکه استفاده از قالب و ریختن بتن از بالای تیر امکان‌پذیرنیست تنها راه ممکن استفاده از بتن پاشی می‌باشد.
مقاوم سازی ستون با استفاده از روكش بتني
روكش بتني شامل لایه اي از بتن، ميلگردهاي طولي و خاموت‌هاي بسته مي‌باشد. روكش بتني مقاومت خمشي و برشي ستون را افزايش مي‌دهد و افزايش شكل پذيري ستون در اين حالت كاملاً مشهود است.
روكش بتن آرمه در مواردي كه ميزان شدت آسيب‌هاي وارده به ستون زياد باشد و يا ستون از ظرفيت كافي در برابر نيروهاي جانبي برخوردار نباشد، بكار گرفته مي‌شود. روكش بتني بسته به شرايط مي‌تواند دور تا دور ستون و يا در يك وجه آن اجرا شود. مناسب بودن طرح روكش بتني به پيوستگي آن با عضو بستگي دارد.
اگر ضخامت روكش بتني كم باشد، افزايش سختي در ستون مقاوم‌سازي شده محسوس نمي‌باشد. روكش بتني باعث افزايش ابعاد ستون مي‌گردد كه علاوه بر مسائل معماري، وزن ساختمان را نيز افزايش مي‌دهد.
روكش بتن آرمه در مواردي كه ميزان شدت آسيب هاي وارده به ستون زياد باشد و يا ستون از ظرفيت كافي در برابر نيروهاي جانبي برخوردار نباشد، به منظور مقاوم سازی لرزه ای ساختمان بكار گرفته مي‌شود. روكش بتني بسته به شرايط مي‌تواند دور تا دور ستون و يا در يك وجه آن اجرا شود. مناسب بودن طرح روكش بتني به پيوستگي آن با عضو بستگي دارد. اگر ضخامت روكش بتني كم باشد، افزايش سختي در ستون مقاوم‌سازي شده محسوس نمي‌باشد. روكش بتني باعث افزايش ابعاد ستون مي‌گردد كه علاوه بر مسائل معماري، وزن ساختمان را نيز افزايش مي‌دهد.
مزایای استفاده از ژاکت بتنی برای مقاوم سازی لرزه ای ساختمان
1 . امکان اصلاح همزمان کليه مشکلات سختي و مقاومتي در قاب‌هاي بتني
2 . اصلاح اتصالات در قاب‌ها
3 . امکان اصلاح باربري ثقلي ستون‌ها
4 . سهولت ايجاد پيوستگي بين اعضا
5 . عدم نياز به پوشش ضد حريق
6 . دخالت ناچيز در معمار
معایب استفاده از ژاکت بتنی
1 . افزايش وزن قابل توجه در سازه
2 . افزايش ابعاد تير و ستون‌ها و کاهش فضاي مفيد
3 . زمان زياد براي اجراي طرح
4 . هزينه نسبتا زياد
5 . نياز به قالب بندي و عمليات اجرايي متعدد
مقاوم‌سازی ستون‌ها با استفاده از روكش فولادی
استفاده از ژاکت فلزی روشی مناسب برای مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های بتنی بوده ضمن افزایش مقاومت و شکل‌پذیری اعضای این نوع سازه‌ها وزن قابل ملاحظه‌ای را نیز به ساختمان اضافه نمی‌نماید. در این روش ورق‌های فلزی در محل آسیب پذیر ساختمان بر روی سطح بتنی عضو قرار گرفته و توسط بولت به عضو مربوطه متصل می‌گردد.
مقاوم‌سازی با ژاکت فلزی بر حسب مورد می‌تواند به صورت دورپیچ، نواری و یا موضعی باشد. در مواردی که اتصال تیرها و ستون‌های ساختمان بتنی ضوابط شکل‌پذیری از جمله فاصله بین خاموت‌ها را رعایت نمی‌کنند ورق ها پیرامون تیرو ستون قرار گرفته و با جوشکاری به یکدیگر متصل می‌گردند. همچنین این ورق‌ها باید با بولت به تیرها و ستون‌ها وصل گردند تا بتوانند در تحمل لنگرهای خمشی و نیروهای برشی ایجاد شده در اتصال مشارکت نمایند. ورق‌های فلزی پیرامونی به علاوه با ایجاد محصور شدگی در محل اتصال تیرها و ستون‌ها خرد شدگی بتن را به تاخیر انداخته و باعث افزایش مقاومت فشاری آن می‌گردند.
همچنین برای مقاوم‌سازی ستون‌های ضعیف سازه که فاقد آرماتورهای عرضی و یا طولی کافی می‌باشند استفاده از ژاکت فلزی مرسوم است. برای این کار نیز ورق‌های فلزی در اطراف ستون قرار گرفته و توسط بولت به ستون متصل می‌گردند. این ورق‌ها همچنین در بالا و پایین ستون باید به نحو مناسبی به تیرها و فونداسیون متصل گردند. استفاده از ژاکت فلزی برای مقاوم‌سازی ستون‌ها ضمن افزایش مقاومت برشی و خمشی ستون با ایجاد تنش محصورشدگی مقاومت فشاری بتن را نیز افزایش داده و همچنین از کمانش آرماتورهای طولی جلوگیری می‌نماید.
در مواردی که هدف مقاوم‌سازی تنها افزایش مقاومت برشی تیر و یا جبران کمبود خاموت در ستون‌ها برای جلوگیری از کمانش آرماوتورهای طولی باشد به جای ورق فلزی می توان از نوارهای فلزی پیرامونی استفاده نمود.
بنابراین محصور نمودن ستون‌هاي بتني با پوشش فولادي (روكش فولادي) از ديگر روش‌هاي بهسازي لرزه‌اي ستون‌هاي بتني مي‌باشد. یک نمونه در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2 . ژاکت فولادي با 6 ورق اتصال در هرطرف
در اين روش، افزايش ناچيزي در ابعاد و وزن ستون بوجود مي‌آيد. موثر بودن اين روش منوط به سختي مناسب روكش در برابر تغيير شكل‌هاي جانبي بتن مي‌باشد. ورق‌هاي فولادي روكش در تمامي طول خود به هم جوش مي‌شوند و فضاي اندك بين روكش و ستون توسط ملات منبسط شونده پرمي‌گردد. براي بهبود عملكرد مجموعه مي‌توان از كاشت ميلگرد براي انتقال برش بين ورق و بتن استفاده نمود.
معایب و مزایای مقاوم سازی و تقویت ستون بتنی ژاکت فولادی
1 . روكش فولادي مقاومت برشي و تا حدودي دورگيري ستون را افزايش مي‌دهد.
2 . در صورت عدم پيوستگي بين روكش‌هاي فولادي ستون در طبقات مختلف، ظرفيت نيروي محوري ستون افزايش نمي‌يابد.
3 . تا زماني كه نتوان ورق‌هاي روكش فولادي را به فونداسيون متصل كرد و پيوستگي بين روكش فولادي طبقات مختلف را از ميان دال ايجاد نمود، مقاومت خمشي ستون افزايش نمي‌يابد.
منابع:
1 . مقاله ی مقایسه تاثیر مقاوم سازی لرزه ای ستون بتنی با استفاده از ژاکت بتنی، ژاکت فولادی و FRP به و سیله‌ی مدلسازی عددی از عطیه دائمی و علیرضا خالو
2 . مقاله‌ی بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان های بتنی از دکتر عباسعلی تسنیمی
3 . جزوه روش های مختلف ترميم و مقاوم‌سازی سازه‌ها از حسین سالاری
