مقاوم سازی سازه ها و مقاوم سازی ساختمانها

برای مقاوم سازی سازه ها و مقاوم سازی ساختمانها روشهای زیادی وجود دارد که برخی از روش های رایج درمقاوم سازی سازه ها در زیر شرح داده می شوند. قابل ذکر است برای مقاوم سازی سازه ها روش های بسیار متنوعی وجود دارد که روش های مقاوم سازی مذکور  در واقع متداول ترین روش های مقاوم سازی محسوب می شوند.:
1- مقاوم سازی سازه ها و مقاوم سازی ساختمان ها  با FRP

2- مقاوم سازی سازه ها  و مقاوم سازی ساختمان ها با اضافه نمودن دیوار برشی و یا مقاوم سازی سازه ها  و مقاوم سازی ساختمان ها با اضافه نمودن بادبند فلزی

3-مقاوم سازی  و مقاوم سازی ساختمان ها سازه ها با استفاده از میراگر یا دمپر

4-مقاوم سازی سازه ها  و مقاوم سازی ساختمانها با استفاده از جرم های متمرکز پاندولی

5-مقاوم سازی سازه ها و مقاوم سازی ساختمانها  با استفاده از از ژاکت های فلزی و بتنی

6-مقاوم سازی  سازه ها و مقاوم سازی ساختمانها با استفاده از بادبند های کمانش تاب

7-مقاوم سازی سازه ها  و مقاوم سازی ساختمانها با استفاده از  جداگرهای لرزه ای

 

1- مقاوم سازی با FRP

بطور کلی مقاوم سازی سازه­ های بتنی و به طور کل مقاوم سازی ساختمان ها به منظور تقویت آنها برای تحمل بارهای وارده ، بهبود نارسایی ­های ناشی از فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه یا سایر موارد با استفاده از مصالح مناسب و شیوه ­های اجرایی صحیح انجام می ­گردد. 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 مدرن مقاوم سازی و جایگزین مصالح سنتی و شیوه­ های موجود شناخته می شود. مصالح FRP از ترکیب الیاف و رزین ساخته می شوند، در فرایند مقاوم سازی از رزین (رزین اپوکسی) برای ایجاد لایه یکپارچه، همچنین چسبیدن سیستم FRP به سطح بتن زیرین و ایجاد پوشش به منظور محافظت مصالح استفاده می شود. استفاده از FRP به دلیل وزن کم‏‏، سرعت اجرای بالا‏، مقاومت بالا و عدم ایجاد محدودیت معماری به خصوص در ساختمان های بتنی بسیار مورد توجه می باشد.

 

2- مقاوم سازی با اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند

استفاده از دیوار برشی بتنی و یا بادبند در ساختمان‌ها یکی دیگر از روش‌های مقاوم‌سازی سازه و مقاوم سازی ساختمان ها 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 مقاومسازی مشکلات کمتری در زمینه معماری بوجود می‌آورد. برای اتصال دیوار به ستون باید از خاموت 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 نیروی زیادی در پی دیوار برشی بوجود می‌آید، که برای انتقال این نیرو‌ها به زمین احتمالا نیاز به تعبیه شمع وجود دارد.

 3-مقاوم سازی 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 المان­ها میبایستی مانع انتقال نیرو به سازه­ ی اصلی­ شوند و سازه­ ی اصلی یک حرکت صلب را در حین وقوع لرزش­ های زمین تجربه  نماید. عملکرد جداگرها فقط در محدوده خاصی از جرم و ارتفاع ساختمان مطلوب است و به همین دلیل  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 کارشناسان قرار گرفته و درپروژه های بسیار کمی مورد استفاده قرارگرفته است.

 

4-مقاوم سازی با استفاده از سیستم های جاذب انرژی (دمپر)

در روش­های 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 نمی­شود که وارد ناحیه غیر خطی گردد. این امر موجب می­شود 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 فروریزش سازه در برابر این زلزله­ ها کاهش می­ یابد .سیستمهای جاذب یا مستهلک کننده انرژی  (Dampers) بر پایه افزایش ضریب میرایی ساختمان بنا شده ­اند. مهمترین 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 مکانهای مناسب در ساختمانهای موجود قرار داده شوند، لیکن ساده­ ترین و  پرکاربردترین آنها استفاده از میراگر در مهاربندها می باشد که می­توان 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.

تعمیر سطوح

تعمیر سطوح از روشهاي متداول مقاوم سازي میباشد. تکنیکهاي متفاوتی براي تعمیر سطوح وجود دارد که مهمترین آنها ملات با تور سیمی و بتن پاشی است. این روشها به طور طبیعی با پوشش خارجی سطوح بر روي ظاهر معماري و تاریخی بنا تاثیر گذار بوده و از جمله نقاط ضعف این نوع مقاوم سازي میباشد.

ملات با تور سیمی

ملات با تور سیمی شامل چندین لایه از شبکه میلگرد با قطر کم و با چشمه بسیار ریز است که در شکل زیر نمایش داده شده است. ملات سیمان با مقاومت بالا با ضخامتی در حدود 10 الی 55 میلیمتر بر روی مش مذکور ریخته می شود.

 

شبکه مش بندی

بتن پاشی

یکی دیگر از روشهاي موجود براي مقاوم سازي ساختمانهاي بنایی غیرمسلح پوشش دادن دیوار و یا پایه ها با شاتکریت میباشد. روش کار بدین صورت است که پوشش بتن بر روي شبکه آرماتورهاي موجود پاشیده میشود. در این روش اگر طراحی بدرستی صورت پذیرد، فولادهاي استفاده شده براي مسلح سازي ظرفیت بالایی از جذب انرژي را به ساختمانهاي بنایی غیرمسلح اضافه مینماید. باید توجه نمود که حداقل آرماتورهاي شبکه همان میزان آرماتور افت وحرارت جهت کنترل ترك باشد. براي اینکه دیوار و بتن پاشیده شده مانند یک جسم مرکب عمل کنند باید اتصالات برشی میان آن دو تعبیه شود.. براي پر نمودن سوراخهایی که براي ثابت نگه داشتن اتصالات برشی نیز می توان از اپوکسی و یا گرویت سیمانی استفاده نمود. ضخامت پوشش بتن پاشیده نیز با توجه به میزان لرزه خیزی منطقه متفاوت است که حداقل 60 میلیمتر می باشد. جهت ایجاد چسبندگی لازم میان آجر و پوشش شاتکریت باید ابتدا آجر را به حالت اشباع با سطح خشک در آورد تا آب موجود در شاتکریت را جذب نکرده و سبب ایجاد ترک در بتن پاشیده شده نشود. و سپس لایه ای مانند اپوکسی را برروی آجر پاشیده و بعد از آن بتن پاشیده شده را بر روی اپوکسی شوت نماییم. اگر بتن پاشی به طریقه بالا صورت پذیرد می توان مقدار بار نهایی ساختمان های بنایی غیر مسلح را افزایش دهد.

تزریق گروت و یا اپوکسی

تزریق گروت از جمله راههاي متداول مقاوم سازي بوده که در این روش براي برگرداندن مقاومت ساختمانهاي بنایی غیرمسلح ، تركها و حفرههاي توخالی که به علت تخریب شیمیایی و فیزیکی سطح و یا فعالیتهاي مکانیکی به وجود آمده است توسط گروت و یا اپوکسی پر میشود. برتري این روش نسبت به روش تعمیر سطوح عدم تخریب سطح و به تبع آن حفظ زیبایی معماري و بافت تاریخی ساختمانهاي بنایی غیرمسلح می باشد.

موفقیت این روش به تکنیک تزریق و یکسان بودن مقاومت، مدول الاستیسیته و مشخصات حرارتی گروت با مصالح بنایی موجود بستگی دارد. براي تركهاي کوچک تر از 2 میلیمتر از رزین اپوکسی و براي تركهاي بزرگتر و حفره ها میتوان از گروتهاي سیمانی همراه با ماسه استفاده نمود.

مقاوم سازي دیوارهاي ساختمانهاي بنایی غیرمسلح در برابر بارهاي لرزهاي زمانی میتواند بیشترین اثر را داشته باشد که مقاوم سازي بر اساس مراحل زیر صورت پذیرد:

• قرار دادن ورودیهای تزریق در سوراخ و آب بندی نمودن سوراخ در اطراف ورودی
• شستن تركها و حفره ها با آب. تزریق آب از پایین تا بالای دیوار انجام میشود تا به این طریق ورودیهای فعال مشخص شود.

• تزریق گروت با فشاری 0.1 MPa از پایین به بالا بدین صوت که ابتدا پایین ترین سوراخ را پر نموده تا از سوراخ بالایی گروت به بیرون بریزد. پس از آن این عملیات برای سوراخ بالایی انجام می شود و تا بالاترین سوراخ ادامه می یابد. بعد از پر نمودن ترک های بزرگ ترک های کوچک را نیز با اپوکسی پر می نماییم.

پر کردن باز شوها

یک روش ساده برای مقاوم سازی در صفحه یک دیوار برشی پر کردن بخشی و یا تمام پنجره ها یا درهای غیر ضروری میباشد. این عمل از تمرکز تنش که در گوشه های باز شوها تولید می شود و سبب ایجاد ترک است جلوگیری می نماید و همچنین باعث افزایش سختی جانبی دیوار می شود. نکته مهم در پر کردن بازشوها این است که قسمتهای پر شده با قسمتهای موجود به شکل در هم تنیده اجرا شود و یا نوعی از اتصالات برشی بین آن دو تعبیه شود. این عمل باعث ایجاد عملکرد واحد دیوارهای موجود با بازشوهای پرشده میگردد.

بزرگ کردن باز شوها

متناوباً بزرگ کردن بازشوها بوسیله حذف کردن بخشی از مصالح بنایی نیز یکی از راه حلهای پیشنهادی میباشد. در این روش چون شکست برشی دیوار باعث آسیب بیشتر خواهد شد، در بعضی حالات با افزایش نسبت ارتفاع به طول دیوار میتوان شکست برشی را تبدیل به شکست خمشی نمود.

این تکنیک برای افزایش نسبت طول به عرض پایه ها بکار برده میشود و باعث میشود تا رفتار آن از حالت برشی به حالت خمشی تبدیل شود. این عمل شکل گسیختگی را از حالت شکننده به شکل پذیر تغییر میدهد.

افزایش بارهاي قائم

افزودن بارهای قائم به ساختمانهای بنایی غیرمسلح معمولا عملکرد دیوار را تحت بارهای داخل و خارج از صفحه بهبود میبخشد. بارهای قائم در کنار هم نگه داشتن ماتریس بنایی کمک میکند و همچنین بعد از وقوع ترك سبب تولید نیروهای اصطکاکی بیشتری میشود. در این روش، مقاوم سازی میتواند به سادگی و با افزودن وزن سازه انجام شود و یا با اجرای میله و یا کابلهای پس تنیده تنش قائم بر روی اجزا دیوار اعمال کرد. البته این روش باید به دقت انجام گیرد زیرا بمانند نیروهای قائم تنشها روی ساختمانهای بنایی غیرمسلح افزایش مییابد و میتواند به گسیختگی شکننده ناشی از خرد شدگی منجر شود. همچنین طراح باید افت کشش ناشی از خزش و انقباض مصالح بنایی را در محاسبات وارد نماید.

تقویت اتصالات دیوار دیافراگم

یک مشکل عمده در رابطه با ساختمانهای بنایی غیرمسلح ناکافی بودن و یا کاهش یافتن پیوستگی میان دیوار و دیافراگم است. این ارتباط از آنجا که سبب مهار بندی دیوار میشود و در مورد دیافراگمهای صلب دیوارهای موازی را مجبور مینماید تا با یکدیگر عمل کنند، معیار مهمی در رفتار کلی ساختمان میباشد.

نوارهای فولادی

افزودن نوارهای فولادی عمودی و قطری به سطح خارجی یک دیوار و یا سازه بنایی مقاومت لرزهای و شکل پذیری ساختمانهای بنایی غیرمسلح را بالا خواهد برد. اگر این نوارها به درستی به دیوار مهار شوند، فولادها میتوانند به شکل یک خرپا عمل نمایند.

اضافه کردن مهاربند

یک روش بدیهی برای بهبود رفتار ساختمان، متصل نمودن اعضای مهاربند فولادی شامل صفحات و پروفیلهای فولادی است برای زیاد کردن سختی ساختمانهای بنایی غیرمسلح میباشد. در این حالت سیستمهای فولادی به طور مستقیم به دیوار ویا دیافراگم سازه بنایی اضافه میشوند. در نظر گرفتن سختی نسبی سازه غیرمسلح از طرفی و از طرف دیگر مهاربندهای فولادی در محاسبات فاکتور مهمی میباشد که باید به آن توجه نمود. این روش در مواردی که ساختمان دارای انحراف زیادی باشد قابل استفاده است. همچنین فولادهای اضافه شده شکل پذیری ساختمان را افزایش میدهند.

افزودن هسته های مرکزی

همانطوریکه در شکل زیر نشان داده شده است یک هسته تثبیت شده بوسیله گروت میتواند به یک دیوار ساختمانهای بنایی غیرمسلح اضافه شود تا رفتار آن را به یک دیوار مسلح تغییر دهد. گروت باید پیوستگی کافی را میان عناصر تقویتی و مصالح بنایی موجود ایجاد کند تا بتواند نیروی زلزله را منتقل کند. مشخصات مقاومتی و مدول گروت باید با مصالح بنایی موجود سازگار باشد. فولادهای اضافه شده به مقدار زیادی شکل پذیری دیوارهای برشی را اضافه می نماید.

 

روش فیبرهای مسلح کننده پلیمری

فیبرهای مسلح کننده پلیمری به سرعت تبدیل به یکی از مواد متعارف در پروژههای مهندسی عمران بخصوص مقاوم سازی شدهاند. نسبت بالای مقاومت آنها را برای مصارف سازهای ایدهآل ساخته است. این مواد بخصوص برای مقاوم سازی لرزهای کاربرد دارند زیرا به FRP و سختی به وزن مواد اعضای اضافه شدن مقدار ناچیزی جرم مقادیر زیادی به مقاومت و سختی سازه افزوده میشود. در تعدادی از مطالعات اخیر رفتار المانهای سازه ای آزمایش شده است تا رفتار خارج و داخل از صفحه آنها مورد بررسی قرار گیرد. در این FRP ساختمانهای بنایی غیرمسلح مقاوم سازی شده توسط بخش به بررسی برخی از این تکنیکها که برای اعضای بنایی استفاده شده است میپردازیم.

پوشش کامل دیوار یا نوار با الگوی X

ساده ترین روش مقاوم سازی ساختمان های بنایی غیر مسلح به وسیله FRP که توسط محققین بسیاری مورد بررسی قرار گرفته است پوشاندن تمام المان های دیوار توسط یک یا چند لایه از مواد FRP می باشد. مطالعات نشان داده است که این روش می تواند بر روی یک و یا ثر دو سطح دیوار بدون هیج گونه تاثیر خارج از صفحه انجام گیرد. همچنین این امکان وجود دارد تا با استفاده از نوارهای FRP در الگوی X شکل به تاثیرات مشابهی دست یافت. هر دو این سیستم ها ماقومت و سختی داخل صفحه را بالا می برند و همچنین رفتار خارج از صفحه را بهبود می بخشند. ورق های FRP که بوسیله یک پوشش اپوکسی به دیوار متصل می شوند، مواد بنایی را به یکدیگر متصل می نمایند و به پخش تدریجی ترک کمک می نمایند.

در یک سازه ساختمان های بنایی غیر مسلح عادی، اتلاف انرژی از طریق تکان و لغزش در طول ترک های اولیه انجام می گیرد. پوشش FRP از این رفتار جلوگیری می کند و رها شدن اتصالات FRP مهمترین وسیله این اتلاف انرژی می باشد. این رفتار می تواند منجر به گسیختگی شکننده تر از حالت عادی شود.

مسلح کردن بازشوها

یک گزینه دیگر در برابر پوشش کامل دیوارها توسط FRP قرار دادن نوارهای FRP در طول محیط بازشوهای پیجره ها و همچنین متناوبا به شکل عمودی در طول دیوار است که در شکل زیر نشان داده شده است.