مقاوم سازی اسکلت فلزی به چه صورت است؟ هر سازه یک سیستم هندسی و پایدار متشکل از اعضایی با رفتار خاص خود است که بارهای وارده را به تکیه گاه های خود منتقل می کند. بنابراین برای طراحی هر سازه ای، شناخت رفتار عناصر و مصالح آن و میزان و شکل ضربه بارهای موجود بسته به عناصر مورد استفاده از جمله میلگرد و تیرآهن ضروری است. زلزله که مهم‌ترین عامل تخریب ساختمان‌ها است، همواره مورد توجه مردم بوده و متخصصان سعی در شناخت ماهیت و علل آن و چگونگی تأثیر آن بر ساختمان‌ها داشته‌اند. وقوع هر زلزله مانند آزمایشی برای دانشمندان و مهندسان است تا آنچه را که تجربه و تصور کرده اند بررسی، رد یا تأیید کنند. شناخت تدریجی نیروها و نحوه تأثیر آنها بر سازه و عناصر آن از جمله میلگرد و همچنین رفتار و واکنش و قابلیت های سازه ها، نحوه تحلیل و طراحی سازه ها را تغییر می دهد و در نتیجه قوانین ساختمانی را بهبود می بخشد. در سال‌های اخیر، طراحی عملکردی سازه‌ها در برابر تحریك زلزله توسط مهندسان و محققین بر اساس کاربری مورد نظر انجام شده است. در مهندسی زلزله مبتنی بر عملکرد، هدف اصلی از مطالعات ارائه راهکارهای مناسب برای طراحی سازه بهینه با پشتوانه علمی است که کارفرمایان را قادر می سازد تا تصمیمات آگاهانه در زمینه خطرات لرزه ای سازه ها اتخاذ کنند. روش های مختلفی برای مقاوم سازی سازه ها پیشنهاد شده است که از جمله آنها می توان به روش های زیر اشاره کرد.
تقویت سازه های بتن آرمه با براکت های فلزی
در سال های اخیر توجه ویژه ای در کارهای مطالعاتی به آن شده است؛ تحقیقات و کارهای آزمایشگاهی گسترده ای در این زمینه انجام شده است. روش های مختلفی که برای اجرای تکیه گاه های فلزی در ساختمان های بتن آرمه پیشنهاد شده است به شرح زیر است: یک قاب فلزی ویژه برای نصب براکت ها یا پانل های فلزی استفاده می شود؛ قاب بر روی یک قاب بتن مسلح ثابت می شود. مانند مورد اول، اما بدون قاب فلزی خاص تکیه گاه مستقیماً توسط تسمه و جوش به قاب بتن مسلح متصل می شود که به آن روش اتصال مستقیم می گویند. برای اتصال ساپورت یا پانل فلزی به اسکلت بتن آرمه از ملات یا بتن و میلگردهای فولادی اتصال تعبیه شده در بدنه اصلی قاب استفاده می شود. این روش را روش غیر مستقیم می نامند. مزایا و معایب استفاده از براکت ها و صفحات فلزی برای مقاوم سازی ساختمان ها.
مزایا این نوع میله فولادی شکل پذیر بوده و با انجام آن به وزن ساختمان اضافه نخواهد شد. امکان نصب پنجره ها و دریچه ها در دهانه های تکیه گاه وجود دارد (در میله های فولادی جامد این امکان وجود ندارد). امکان عملکرد بهتر، کنترل بهتر و دقت ساخت کافی را دارد. معایب این نوع آرماتور نیازمند اقدامات لازم برای جلوگیری از آتش سوزی و زنگ زدگی است. در تغییر شکل های بزرگ، براکت خم می شود. برای نصب براکت ها یا پانل های فلزی ابتدا باید دیوارهای غیر سازه ای تخریب و میلگردهای فولادی اتصال دهنده در تیرها و ستون های اسکلت بتنی نصب شود. سپس ساپورت یا پانل فلزی با اسکلت فلزی پیش ساخته مخصوص در جای خود قرار می گیرد و پس از بسته شدن آرماتور مارپیچ، محل اتصال اسکلت فلزی و اسکلت بتنی با ملات سیمانی یا ملات اپوکسی پر می شود.
تقویت تیرهای فولادی تحت کمانش جانبی پیچشی با کامپوزیت های FRP
در سازه های فولادی به تیرها اعضای خمشی می گویند. از آنجایی که بخشی از مقطع در حالت خمش تحت فشار است، خطر کمانش در این ناحیه وجود دارد. برای مناطق فوق دو حالت کمانش در نظر گرفته شده است. در حالت اول، بال ها یا هسته مقطع به صورت جداگانه و موضعی کمانش می کنند، در حالت دوم، ناحیه فشاری مقطع ممکن است به طور کلی کمانش شود. دو عامل تعیین کننده خصوصیات هندسی مقطع و فاصله مجاور یا محدودیت جانبی نقش عمده ای در جلوگیری از دو حالت کمانش فوق دارند. در طراحی عضو خمشی، اگر مشخصات ابعادی پروفیل، نسبت عرض به ضخامت عضو را کوچکتر از موارد ذکر شده در مشخصات طراحی کند و شرایط فشار را برآورده نکند، بال یا قسمت هسته به صورت موضعی ناپایدار می شود و خم شده علاوه بر این، اگر طول تیر در فاصله بین دو تکیه گاه جانبی از حد معینی بیشتر شود یا به عبارت دیگر در فاصله مناسب تکیه گاه جانبی وجود نداشته باشد، تیر قبل از رسیدن به حداکثر تنش خمشی خود ناپایدار و تخریب می شود. در واقع حد بالها ناپایدار و نابود می شوند. این آسیب ناشی از افزایش تنش فشاری بال ناشی از خم شدن تیر از یک طرف و در نهایت نتیجه آن آسیبی است که به طور ناگهانی به دلیل عدم نگهداری تیر و خمش عرضی تیر به صورت ترکیبی از پیچش و کمانش پیچشی- جانبی تیر نامیده می شود به وجود می آید. در مرحله طراحی عضو خمشی موارد فوق ذکر شد و مهندسین کلیه ضوابط را در نظر گرفته و مقطع نهایی را به روشهای مختلف با خیال راحت طراحی می کنند تا امکان کمانش جانبی پیچشی تیر به حداقل برسد. اما ممکن است در حین کارکرد سازه مشکلاتی به وجود بیاید و کفایت این قطعه را به خطر بیندازد. اینها شامل ضعف در عملکرد اجزاء، تغییر در کاربری سازه، آسیب به سازه در اثر بلایای طبیعی و کاربردهای باری بیش از بارهای پیش بینی شده است. در این صورت یکی از راه حل های موجود در اختیار طراحان تقویت اعضای موجود است. در چند دهه گذشته، یکی از متداول‌ترین روشهای مقاوم‌سازی تیرهای فولادی، استفاده از پیچ یا جوش برای اتصال صفحات فولادی اضافی به سطوح مقطع مورد نیاز است. با توجه به وزن صفحه و انعطاف ناپذیری آن، روش تقویت فوق دارای مشکلاتی است. چسباندن صفحات اضافی با جوش نیز باعث افزایش تنش پسماند قطعه می شود که البته ایده آل به نظر نمی رسد.غلاف بتنی
ژاکت های بتنی را می توان در سازه های فولادی که نیاز به تقویت اجزا و افزایش شکل پذیری دارند استفاده کرد. استفاده از روکش بتنی در ستون باعث افزایش صلبیت و استحکام مقاوم سازی اسکلت فلزیو همچنین مقاومت بیشتر در برابر کمانش می شود. استفاده مقاوم سازی ساختمان با ژاکت بتنی در تیر باعث افزایش مقاومت خمشی و برشی تیر می شود. لازم به ذکر است در صورت استفاده از روکش بتنی در تیر باید به قاعده تیر ضعیف و ستون مستحکم توجه شود.
از صفحات مناسب برای تقویت لوازم و قطعات استفاده کنید
به دلیل درک ناکافی رفتار اتصالات، آسیب های زیادی به سازه در اثر طراحی یا اجرای نامناسب اتصال ایجاد می شود. بنابراین بررسی آسیب های اتصال دهنده ها در زلزله های گذشته ضروری است. آسیب های مشترک ناشی از زلزله در گذشته را می توان به آسیب های تیر، ستون، جوش، اجزاء و نقطه اتصال تقسیم کرد. آسیب اتصال ممکن است یکی از موارد فوق یا چندین نوع مختلف باشد. مشاهده گسترده چنین آسیب هایی در مفاصل اتصال در اثر زلزله های گذشته بسیار تکان دهنده است. هنگام طراحی اتصال باید توجه داشت که اتصال باید حداکثر ظرفیت باربری قطعه را تحمل کند. اگر اینطور نیست، مفاصل باید تقویت و مقاوم سازی شوند. در سازه های فولادی، به ویژه در قاب های منحنی، گره ها بخش بسیار مهمی از سازه هستند.ایجاد سختی در طبقات با پتانسیل کف های نرم
در صورتی که مشخص شود ضعف اصلی سازه عدم صلبیت جانبی است و به دلیل تغییرات در بسیاری از نقاط می توان صلبیت جانبی لازم را از طریق راه حل های مناسب از جمله افزودن تکیه گاه ها یا دیوارهای برشی به سازه رساند. در این حالت، تعامل بین سازه موجود و سیستم باربر جانبی جدید باید به دقت مورد توجه قرار گیرد. اگر قاب نگهدارنده یا دیوار برشی بیش از حد صلب باشد، ممکن است بخش زیادی از بار جانبی را جذب کند. اگر ظرفیت با افزودن قاب منحنی افزایش یابد، اثر متقابل سازه موجود و قاب منحنی به دلیل انعطاف پذیری قاب، توزیع بار بین دو سیستم را به همراه خواهد داشت. در این حالت باید رفتار اعضای شکننده سازه ای در اثر تغییر شکل ساختمان اصلاح شده به دقت بررسی شود. اگر صلبیت یا جوشکاری یا جزئیات اتصال ساختمان نادرست باشد، افزودن تکیه گاه به مقاوم سازی اسکلت فلزی روش موثری است که می تواند به استحکام سازه فولادی کمک کند. لازم به ذکر است که اگر از تکیه گاه ها برای تثبیت ساختمان استفاده می شود، ستون ها باید کنترل شوند تا از مقاومت کمانشی موضعی اطمینان حاصل شود. به دلیل مقاوم سازی اسکلت فلزی ضعیف تیرهای طراحی شده برای گرانش، به ندرت از تکیه گاه های واگرا در بهسازی ساختمان های موجود استفاده می شود و معمولاً استفاده از بخشی از آن به عنوان تیر اتصال برای بهسازی پرهزینه و دشوار است. تکیه گاه فولادی کواکسیال استحکام را افزایش می دهد و چرخش در محل اتصالات تیر-ستون را محدود می کند و ساختار کلی و جابجایی نسبی اجزاء سازه را کاهش می دهد. اما به دلیل کاهش دوره ای سازه، ساختمان باید کنترل شود تا در برابر نیروهای لرزه ای بیشتر مقاومت کند. لازم به ذکر است در صورت اضافه شدن تکیه گاه یا دیوارهای برشی، فونداسیون ساختمان برای کنترل نیروهای وارده و بالابر نیاز به تجزیه و تحلیل دارد.
یک ستون اضافه کنید
افزودن ستون بر روی کف نرم در هر دو جهت باعث بهبود ساختمان می شود 1- به دلیل افزایش سختی 2- سطح باربر تیر را کاهش می دهد و در نتیجه ظرفیت باربری تیر را افزایش می دهد.دیوار برشی اضافه کنید
در سال های اخیر استفاده از دیوارهای برشی در ساختمان های جدید و بهسازی ساختمان های موجود مورد توجه قرار گرفته است. این سیستم دارای سختی مناسب برای کنترل تغییر شکل سازه بوده و با رعایت استانداردهای طراحی، این دیوارها دارای مکانیزم شکست شکل پذیر با اتلاف انرژی بالا می باشند. به دلیل استحکام بالای این دیوارها، استفاده از آن ها در ساختمان های بلندمرتبه بسیار مقرون به صرفه است، اما در ساختمان های با ارتفاع کم و متوسط، مسائل حاشیه ای مانند مقاوم سازی اعضای سازه ای مجاور تاثیر زیادی در اجرا و مدیریت دارد.افزودن میانقاب یا همان رابط
یکی از راه های افزایش مقاوم سازی اسکلت فلزی و صلبیت جانبی افزودن قاب های بین قاب سازه می باشد که افزودن دیوارهای بین قاب باعث افزایش صلبیت و کاهش حدود 25درصدی زمان چرخش سازه می شود که تأثیر آن را نشان می دهد.هنگام استفاده از قاب ها برای ایجاد سختی، تعامل بین عناصر سازه و قاب باید در نظر گرفته شود. با توجه به مصالح استفاده شده، قاب میانی می تواند آجر، بتن و... باشد البته افزایش سطح مشترک بنایی به عنوان روشی برای افزایش مقاومت سازه و صلبیت جانبی توصیه نمی شود، زیرا تحت تاثیر بار زلزله. ، فقط در برابر مورد اول مقاومت می کند پس از چرخه بار، وزن سازه بسیار افزایش می یابد. دیوارهای بتنی در چارچوب ساختمان می توانند تقویت شده یا غیر مسلح باشند.کاربرد دیوار پرکننده با مصالح ساختمانی یا بتن مسلح در بهسازی ساختمان
در مقاوم سازی ساختمان ها از مصالح ساختمانی یا دیوارهای پرکننده بتن مسلح استفاده کنیداجرای دیوارهای باربر
گاهی به دلایل مختلف نمی توانیم عناصر سازه ای را تقویت کنیم. راه حل مناسب این است که یک دیوار باربر در زیر تیر اجرا شود تا خیز تیر را کنترل کند و به ستون شکننده کمک کند تا در برابر گرانش مقاومت کند. این روش در بارگذاری ثقلی بسیار مفید است، اما زمانی که تحت بارهای جانبی زیاد قرار می گیرد، موثر نیست.