در هنگام وقوع زلزله سازه‌ها باید توانایی تحمل نیروهای ناشی از زلزله را داشته باشند. مهمترین پارامترهایی که بر رفتار سازه تحت اثر نیروهای ناشی از زلزله تاثیر می‌گذارند عبارتند از: جرم، سختی، میرایی، هندسه، مقاومت، شکل‌پذیری اجزای سازه‌ای و پارامترهای جنبش زمین که همه‌ی این موارد باید در طراحی سازه لحاظ شوند. اولین گام در بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌سازی سازه‌ها، ارزیابی آسیب پذیری لرزه‌ای آنهاست که مبتنی بر ارزیابی‌های کیفی و کمی سازه‌ها می‌باشد. در روش‌های کیفی با توجه به شرایط لرزه‌خیزی منطقه و بر اساس آمار زلزله‌های گذشته، اطلاعات لازم جمع آوری شده و از آنها جهت برآورد اولیه و تقریبی مقاومت لرزه‌ای سازه استفاده می‌شود. در روش کمی با توجه به اطلاعاتی که در مرحله‌ی کیفی تهیه شده‌اند مشخصات سازه با دقت و جزئیات بیشتری مورد مطالعه قرار می‌گیرد و مدلسازی سازه با توجه به شرایط فعلی و با استفاده از روش‌های ارزیابی آسیب پذیری لرزه‌ای سازه‌ها انجام می‌گیرد. با توجه به هزینه های بالایی که برای اجرای ساختمان وجود دارد، ساخت سازه جدید از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست، باید به دنبال روش‌های مناسب جهت مقاوم سازی ساختمان‌ها و ترمیم و تقویت آنها باشیم.
تعریف و اهداف
مقاوم سازی ساختمان چیست؟
بر اساس بررسی و ارزیابی‌هایی که بر روی سازه انجام می‌شود، کاستی‌ها و ضعف‌های سازه مشخص می‌گردند. برای اصلاح این کاستی‌ها، باید از روش‌های بهسازی و مقاوم سازی مناسب استفاده کنیم. مقاوم سازی ساختمان را می‌توان بالا بردن مقاومت یک ساختمان در برابر نیروهایی که به آن وارد می‌شود معنا کرد و منظور از این بالا بردن مقاومت، بهبود عملکرد اجزای ساختمان در برابر زلزله است.
هدف بهسازی و مقاوم‌سازی ساختمان چیست؟
هدف بهسازی به میزان اهمیت و سطح عملکرد ساختمان مورد نظر بستگی دارد و شامل یک یا چند هدف عملکردی است. سطح عملکرد لرزه‌ای مورد انتظار از سازه معمولاً با تعیین حداکثر خرابی مجاز اعضای سازه‌ای و غیر سازه‌ای و برای سطح مشخصی از خطر پذیری لرزه‌ای بیان می‌شود.
در بهسازی مبنا انتظار می‌رود که تحت زلزله سطح خطر ۱ ایمنی جانی ساکنین ساختمان تامین بشود. در بهسازی مطلوب انتظار می‌رود که هدف بهسازی مبنا تامین شود و علاوه بر آن تحت زلزله سطح خطر ۲ ساختمان فرو نریزد. بهسازی ویژه نسبت به بهسازی مطلوب عملکرد بالاتری برای ساختمان مدنظر دارد به همین دلیل سطح عملکرد بالاتری برای ساختمان تحت همان سطوح خطر زلزله مورد استفاده در بهسازی مطلوب در نظر گرفته شده یا با حفظ سطح عملکرد مشابه با بهسازی مطلوب سطح خطر زلزله بالاتری در نظر گرفته می‌شود. در بهسازی محدود عملکرد پایین تری از بهسازی مبنا در نظر گرفته می‌شود. بهسازی موضعی بخشی از یک طرح بهسازی کلی است که هدف آن طبق بهسازی های قبلی انتخاب می‌شود و با توجه به شرایط موجود فقط بخشی از آن اجرا می‌شود. در این حالت بهسازی باید به گونه‌ای پیش‌بینی و اجرا شود که هدف بهسازی بخش‌های دیگر برآورده شود و باید توجه کرد که بهسازی موضعی ساختمان نباید منجر به پایین آمدن سطح عملکرد قبلی ساختمان موجود شود، بهسازی موضعی نباید سبب افزایش نیروهای ناشی از زلزله در اعضایی که وضعیت بحرانی دارند شود و بهسازی موضعی نباید منجر به نامنظم شدن یا افزایش نامنظمی ساختمان شود.
پیشنهاد آموزشی:آموزش صفر تا صد اجرا ساختمان بتنی
سطوح عملکرد ساختمان
سطوح عملکرد ساختمان برای تعیین هدف بهسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع سطح عملکرد ساختمان نشان دهنده‌ی میزان آسیب پذیری اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای ساختمان است.
سطوح عملکرد اجزای سازه‌ای
این سطوح عملکرد به چهار سطح عملکرد اصلی و دو سطح عملکرد میانی دسته بندی می‌شود.
سطوح عملکرد اصلی:
الف) سطح عملکرد 1 : قابلیت استفاده بی‌وقفه :
یعنی در اثر وقوع زلزله محتمل، مقاومت و سختی اجزای سازه تغییر قابل توجهی پیدا نکنند و استفاده بی‌وقفه از آن میسر باشد.
ب) سطح عملکرد 3 : ایمنی جانی :
یعنی در اثر وقوع زلزله محتمل، خرابی در سازه ایجاد شود اما میزان آن به اندازه‌ای نباشد که منجر به خسارت جانی شود.
پ) سطح عملکرد 5 : آستانه‌ی فروریزش :
یعنی در اثر وقوع زلزله محتمل، خرابی گسترده در سازه ایجاد شود اما سازه فرو نریزد و تلفات جانی به حداقل برسد.
ت) سطح عملکرد 6 : لحاظ نشده :
اگر برای عملکرد اجزای سازه‌ای سطح عملکرد خاصی انتخاب نشده باشد، سطح عملکرد آنها لحاظ نشده نامیده می‌شود.
سطوح عملکرد میانی:
ث) سطح عملکرد 2 : خرابی محدود :
یعنی در اثر وقوع زلزله محتمل، خرابی در سازه به میزان محدود ایجاد شود بگونه‌ای که پس از زلزله با تعمیر بخش‌های آسیب دیده بتوان به سادگی از سازه بهره برداری کرد.
ج) سطح عملکرد 4 : ایمنی جانی محدود :
یعنی در اثر وقوع زلزله محتمل، خرابی در سازه ایجاد شود اما میزان آن به اندازه‌ای باشد که منجر به خسارت جانی حداقل شود.
سطوح عملکرد اجزای غیرسازه‌ای
الف) سطح عملکرد A : خدمت‌رسانی بی‌وقفه :
یعنی اجزای غیرسازه‌ای در اثر زلزله محتمل بگونه‌ای دچار خرابی بسیار جزئی شوند که خدمت‌رسانی سازه بطور پیوسته انجام شود.
ب) سطح عملکرد B : قابلیت استفاده بی‌وقفه :
یعنی اجزای غیرسازه‌ای در اثر زلزله محتمل بگونه‌ای دچار خرابی جزئی شوند که پس از زلزله راه‌های دسترسی و فرار مثل درها، راهروها، پله‌ها، آسانسورها و روشنایی آنها مختل نشود و استفاده از ساختمان بی‌وقفه میسر باشد.
پ) سطح عملکرد C : ایمنی جانی :
یعنی خرابی اجزای غیرسازه‌ای در اثر زلزله محتمل خطر جدی برای جان ساکنین بوجود نیاورد.
ت) سطح عملکرد D : ایمنی جانی محدود :
یعنی خرابی اجزای غیرسازه‌ای در اثر زلزله محتمل به میزانی باشد که خسارت جانی حداقل شود.
ث) سطح عملکرد E : لحاظ نشده :
اگر برای عملکرد اجزای غیرسازه‌ای سطح عملکرد خاصی انتخاب نشده باشد، سطح عملکرد آنها لحاظ نشده نامیده می‌شود.
راهبردهای بهسازی
راهبرد بهسازی روش اساسی برای بهبود عملکرد سازه‌ای در برابر زلزله و کاهش خطر دستیابی به ترازی معین و قابل قبول از عملکرد و نیاز سازه به طور همزمان است که شامل دو دسته راهبردهای فنی و راهبردهای مدیریتی می‌شود. راهبردهای فنی شامل افزایش مقاومت سازه، اصلاح موضعی اجزا، افزایش سختی سازه و … و راهبردهای مدیریتی شامل تغییر کاربری ساختمان، بهسازی تدریجی، تخریب و احداث ساختمان جدید و … می‌گردند. پس از انتخاب راهبرد بهسازی، راهکار بهسازی مناسب جهت دستیابی به سطح عملکرد مورد نظر انتخاب می‌شود.
اصلاح موضعی اجزا
در صورتی كه سيستم كلی سازه شامل ديافراگم‌ها، ديوارها، قاب‌ها و … ظرفيت كافی برای تحمل نيروهای جانبی وارد به سازه را دارا باشند ولی به منظور تأمين و تضمين كارايی سيستم نياز به اصلاح برخی از جزئيات باشد، اصلاح موضعی اجزا سازه ضروری است. در اين وضعيت، نقطه عملكردی سازه در نقطه قابل قبولی است و خرابی عمده‌ای در سازه رخ نمی‌دهد و فقط به طور موضعی، در نقاط محدودی خرابی ايجاد می‌گردد. اصلاح موضعی اجزا سازه به تنهايی تاثير چندانی بر روی رفتار كلی سازه نخواهد داشت.
کاشت میلگرد یا پیچ
در مواردی برای تقویت عضو مورد نظر لازم است میلگرد یا پیچ در داخل بتن کاشته شود. به این میلگرد یا پیچ کاشته شده در بتن اصطلاحا میخچه گفته می‌شود و در اکثر موارد عمل کاشت باید طوری انجام شود که مقاومت گيرايي بيش از مقاومت كششي ميلگرد يا پيچ باشد. با سه روش می‌توان این کار را انجام داد :
پیشنهاد آموزشی: کتاب هنر بتن ریزی+ فایل صوتی
- كاشت با استفاده از مواد پايه سيمانی
- كاشت با استفاده از چسب اپوكسی
- كاشت با استفاده از مهار مكانيكی
در كارهای ساختمانی به علت فراموشی در تعبيه ريشه‌های ستون، اجرای ستون در محل‌هایی غير از محل استقرار ستون در نقشه، رفع خطا در محل ميلگردهای انتظار و بالاخره عمليات بهسازی از کاشت با استفاده از مواد پایه سیمانی استفاده می‌شود. برای این کار در ابتدا سوراخی به قطر 5 میلیمتر بزرگ از قطر میلگرد و به طول مهاری آن یا بیشتر در بتن ایجاد شده و داخل آن با حجم مناسبی از ملات روان پر می‌شود. این ملات ترکیبی از آب، سیمان، ماسه، مواد ضد انقباض و روان‌کننده می‌باشد. پس از پرشدن نسبی سوراخ با ملات میلگرد با فشار به داخل آن رانده می‌شود. ملات داخل سوراخ طي مدت زمان لازم عمل‌آوری مي‌گردد تا سيمان به مقاومت لازم برسد. اگر ميلگرد آجدار باشد و محيط سوراخ مضرس باشد نتيجه نهایی رضايت بخش‌تر خواهد بود.
كاشت با استفاده از مواد اپوکسی مشابه با مواد پایه سیمانی است که در آن بجای سیمان از چسب اپوکسی استفاده می‌شود. به دلیل چسبندگی فوق‌العاده زياد چسب‌های اپوكسی، قطر سوراخ و طول مهاری كوچكتر خواهد شد، لذا عمليات سوراخ كاری راحت‌تر می‌شود اما قيمت مواد اپوكسی گران‌تر است.
پیشنهاد آموزشی:مینی دوره متره کارگاهی | آموزش متره و برآورد سرانگشتی ساختمان
چسب‌های اپوكسی قدرت گيرش فوق‌العاده زيادی دارند. در بعضی حالات داخل كپسول تعبيه می‌شوند. كپسول را وارد سوراخ كرده و ميلگرد را به درون سوراخ می‌كوبند، مواد در همان جا با هم تركيب شده و چسبندگی به وجود می‌آید. در بعضی موارد هم اجزا چسب‌های اپوكسی در داخل نازل تركيب و سپس درون سوراخ تزريق می‌گردند.
در کاشت به کمک مهار مکانیکی هم ابتدا سوراخی به قطر حدود 2 ميليمتر بزرگتر از قطر پيچ در بتن ايجاد می‌گردد، سپس پيچ با مهار مكانيكی را داخل سوراخ قرار میدهند. اين پيچ در انتهای خود دارای پره‌های مخصوصی است كه با پيچاندن پيچ باز می‌شوند و به جدار سوراخ می‌چسبند. پيچ آنقدر سفت می‌گردد تا زمانی که پره‌ها تا جايی كه ممكن است به ديوار بچسبند. در اين روش نيز طول مهار بسيار كوتاه است. ممکن است برای بارهای ديناميكی مناسب نباشند، چون پره‌ها می‌توانند بتن محيطی خود را خرد نمايند ولی در كارهای استاتيكی بسيار عالی هستند.
بهسازی شالوده و پی
می‌دانیم که بارهای ساختمان از طريق شالوده به خاک زير آن يعنی پی منتقل مي‌گردد لذا نقش شالوده و پی در ايمنی ساختمان مهم می‌باشد.آسیب‌هایی مثل وجود نيروی كششی بلند كننده، عدم كفايت ظرفيت خمشی يا برشی مقطع، عدم كفايت مقاومت جانبی برای تحمل نيروهای جانبی وارده، وجود نيروی فشاری يا كششی بيش از ظرفيت سازه‌ای در شمع‌ها و … به شالوده وارد می‌شوند و آسیب‌هایی مثل وجود نشست‌های زياد و غيرقابل قبول در پی، وقوع تنش فشاری بيش از ظرفيت باربری پی در زير شالوده، عدم پايداری ساختگاه سازه، وجود پتانسيل روانگرایی، ماسه سريع و تورم در خاک زير شالوده و … از جمله آسیب‌هایی است که به پی وارد می‌شود.
با توجه به ضعف موجود، از طریق بهسازی سازه‌ای شامل افزایش ابعاد شالوده، افزودن شناژ به شالوده موجود، تقویت خمشی و برشی شالوده با کابل‌های پیش‌تنیده، افزایش مقاومت شمع‌های موجود و همچنین از طریق بهسازی ژئوتکنیکی شامل تزریق، ریز شمع، احداث شمع و تقویت از زیر شالوده (پی‌بندی کردن) می‌توان شالوده و پی را تقویت نمود.
بهسازی سازه‌ای
با افزايش ابعاد شالوده می‌توان سطح تماس بر پی را افزايش داد و از تنش‌های اعمالی بر پی كاست كه اين اقدام منجر به افزايش ظرفيت باربری شالوده می‌شود. همچنين با افزايش ابعاد شالوده و به دنبال آن كاهش تنش موجود در پی، نشست‌های پی خاک نیز کاهش می‌یابد.
زمانی که بادبند يا ديوار برشی جديد بين دو ستون احداث شود، یکپارچه‌سازی شالوده مورد توجه قرار می‌گیرد. علاوه بر افزايش ظرفيت برشی و خمشی شالوده، مقاومت جانبی برای تحمل نيروهای جانبی وارد بر شالوده نيز افزايش می‌یابد.
معمولا وقتی افزايش عمق شالوده از بالا به دليل معماری ممكن نباشد، ظرفيت خمشی مثبت و منفی مقطع را می‌توان با عبور كابل‌های پيش تنيده، در حفره‌های تعبيه شده سراسری در طول شالوده يا در بتن جديد روی وجوه آن و پيش تنيده كردن آنها، افزايش داد . نيروهای پيش تنيدگی فوق در دو امتداد عمودی و افقی به شالوده اعمال می‌شوند. نيروهای پيش تنيدگی قائم باعث افزايش ظرفيت برشی و نيروهای پيش تنيدگی افقی باعث افزايش ظرفيت برشی و خمشی به طور همزمان می‌شوند. پيش تنيدگی افقی بوسيله كابل‌ها و مفتول‌های متداول و پیش تنیدگی قائم با استفاده از مصالح FRP صورت می‌گیرد.
راهکارهای افزایش مقاومت شمع‌ها بصورت زیر است :
- كندن زمين تا سطحی كه خرابی شمع مشهود باشد.
- لايه برداری ازسطح شمع تا قسمت‌های داخلی آن به شكلی كه خرابی و خوردگی كاملا از سطح شمع برداشته شود.
- اجرای آرماتورهای دور شمع و بتن ژاكت دور آن كه بر اساس نتايج تحليل سازه، طراحی شده باشد.
- پرکردن مجدد شالوده با خاک دانه‌ای متراکم.
- اجرای کف.
بهسازی ژئوتکنیکی
در روش بهسازی ژئوتكنيكی سعی بر افزایش باربری زمين زير شالوده به كمک بهبود شرايط خاک و يا انتقال نيرو يا اضافه نيروی شالوده به لايه‌های تحتانی، بدون افزايش ابعاد هندسی شالوده می‌باشد.
در بهبود شرایط خاک، اختلاط در جای خاک با مواد افزودنی از قبيل سيمان، آهک و … به روش تزريق است. هدف از اختلاط خاک، دست‌يابی به پارامترهای ژئوتكنيكی اصلاح شده از قبيل مقاومت فشاری، مقاومت برشی و يا نفوذپذيری است. اختلاط خاک برای محدود كردن و يا ثابت نمودن مواد شيميايی مضر در خاک نيز كاربرد دارد. معمولاً سيمان بصورت دوغاب با خاک مخلوط می‌شود. هر چند امكان استفاده از سيمان بصورت خشک نيز مقدور است، برحسب نوع خاک حجم دوغاب بين 20 تا 30 درصد حجم خاک انتخاب می‌شود. افزودنی‌ها شامل سيمان، خاكستر آتشفشانی، سرباره كوره، آهک، ساير مواد شيميایی است. خاک‌های غيرچسبنده معمولا ساده‌تر از خاک‌های چسبنده مخلوط می‌شوند. به خاک‌های نباتی مقادير قابل ملاحظه‌ای از مواد افزودنی بايد اضافه نمود و قبل از شروع عمليات اجرايی لازم است از عملكرد سيستم اختلاط در آزمايشگاه اطمينان حاصل كرد.
ريزشمع‌ها، شمع‌هایی با قطر 100 تا 200 ميليمتر هستند كه می‌توانند به صورت عمودی يا مايل در اطراف و جسم شالوده ايجاد شوند. در صورتيكه به علت محدوديت‌های فضایی در نزديکی شالوده موجود نتوان از شمع برای افزايش ظرفيت باربری پی استفاده نمود، می‌توان از ريز شمع‌ها به جای شمع استفاده كرد. با اجرای ريز شمع‌ها بدليل نفوذ دوغاب سيمان در خاک، خواص مکانیکی خاک بهبود يافته و ظرفيت باربری آن افزايش می‌يابد. همچنين ريزشمع‌ها در عمقی بيشتر از عمق شالوده نفوذ كرده و بارها را به عمقی بيشترمنتقل می‌كنند.
همچنین به منظور افزايش ظرفيت باربری ژئوتکنیکی و سازه‌ای شمع‌های موجود، می‌توان با احداث شمع‌های جديد و اتصال آنها به سرشمع موجود، به ظرفيت فشاری، کششی و خمشی گروه شمع موجود اضافه نمود.
در صورتيكه شالوده موجود بر روی خاکی با ظرفيت کم احداث شده باشد، با استفاده از پی‌بندی کردن می‌توان بارهای روسازه را به لايه‌های تحتانی خاک كه دارای شرايط مناسب‌تری می‌باشند، منتقل نمود.
بهسازی دال
دال‌ها عملا وظيفه تحمل بارهای قائم را دارا می‌باشند ولی چون عملكرد ديافراگم افقی را نيز دارند، بايد با اعضای مقاوم جانبی سازه اتصال داشته و از سختی و مقاومت كافی برخوردار باشند. آسيب‌های دال معمولا در قسمت‌های نامنظم آن مانند محل برخورد با راه پله، ديوار برشی و يا در نزديكی بازشوهای كف مشاهده می‌شوند. اصلاح دال‌ها نسبت به ساير اعضای سازه ساده‌تر می‌باشد و در صورتی كه دال به هر دليلی مقاومت لازم در برابر بارهای وارد بر آن را نداشته باشد می‌توان از روش‌های بسيار ساده‌ای برای بهسازی آن استفاده كرد.
شکل مقاوم سازی دال
با توجه به ضعف موجود در دال می‌توان از راهکارهای زیر جهت تقویت آن استفاده کرد:
- تعمیر موضعی : برای تعمير ترک‌های موجود در بتن، مواد پليمری اپوكسی يا دوغاب سيمان را می‌توان در داخل ترک‌ها تزريق نمود. برای خردشدگی بتن و كمانش و شكست ميلگردها بايد از راهكارهای تعويض استفاده نمود.
- افزایش ضخامت دال (از بالا یا پایین) : در مواردی كه مقاومت و سختی دال كم باشد، با افزايش ضخامت آن می‌توان اين عيب را رفع نمود. اگر افزايش ضخامت از قسمت فوقانی آن صورت بگيرد، مقاومت خمشی نيز افزايش می‌يابد، زيرا علاوه بر افزايش عمق مؤثر، آرماتورهای منفی نيز اضافه می‌شوند. اگر افزايش ضخامت از قسمت زيرين دال باشد، مقاومت خمشی به علت افزايش آرماتورهای كششی اضافه می‌شود. با بتن‌ريزی معمولی می‌توان ضخامت دال را از قسمت فوقانی افزايش داد ولی برای افزايش ضخامت دال از قسمت تحتانی آن بهتر است از روش بتن پاشی استفاده نمود.
- اضافه کردن تیرک فولادی : به سادگی اجرا شده و وزن دال افزایش پیدا نمی‌کند. از مزایای دیگر آن می‌توان به افزایش ارتفاع موثر دال، کاهش ارتعاش کف، ایجاد خیز معکوس برای رفع افتادگی و افزایش سختی دیافراگم کف اشاره نمود. 2 نوع آرایش برای اجرای تیرک فولادی می‌توان در نظر گرفت. آرایش موازی که در آن تیرک‌ها بصورت یکطرفه عمل می‌کنند و آرایش متقاطع که تیرک‌ها عمود بر هم در زیر دال قرار می‌گیرند.
- اضافه نمودن نوارهای فولادی :یعنی اضافه نمودن ورق‌های فولادی از طريق چسباندن و يا پیچ كردن آنها در وجوه افقی دال. با این روش مقاومت خارج از صفحه دال به شکل کاملا محسوسی افزایش می‌یابد. در این روش هم وزن دال افزایش پیدا نمی‌کند.
- استفاده از مصالح FRP : یعنی بكارگيری مصالح پليمری مسلح شده با الیاف. این مصالح سبک هستند و مقاومت کششی بالایی دارند. نحوه اجرای آن بسیار ساده و ارزان است اما خود مصالح قیمت بالایی دارند. برای مقاوم‌سازی دال‌ها، مصالح مرکب FRP را می‌توان بصورت نوارها و یا صفحاتی برا روی سطوح تحت کشش اجرا نمود.
- مقاوم‌سازی اتصال دال به دیوار برشی : می‌توان به کمک میلگردهای اتصال (ریشه) این بهسازی را انجام داد. پس از ايجاد شكاف در دال و قسمت‌هایی از ديوار، سوراخ‌هایی در ديوار تعبيه می‌گردند به گونه‌ای كه بتوان ميلگردهای ريشه را از طريق اين سورا خ‌ها توسط چسب اپوكسی به ديوار متصل نمود سپس شكاف موجود با بتن قوی منبسط شونده‌ای پر می‌گردد تا از عملكرد صحيح اتصال اطمينان حاصل گردد. يكی ديگر از روش‌های تقويت اتصال دال به ديوار برشی اضافه كردن تيرهای لبه‌ای و تقويت در نواحی مرزی می‌باشد. در اين روش می‌توان قسمت مرزی دال و ديوار را تخريب و با كاشت آرماتور، تيرهای لبه‌ای ايجاد نمود. روش ديگر برای مقاوم‌سازی اتصال دال به ديوار برشی، پيچ نمودن نبشی در محل تماس دال با ديوار می‌باشد. اين روش برای سيستم‌های پيش ساخته نيز بسيار مناسب می‌باشد.
- بهبود عملکرد دیافراگمی دال : دال‌ها علاوه بر تحمل بار قائم، وظيفه انتقال بارهای جانبی را نيز بر عهده دارند. لذا می‌توان راهكارهایی مانند اضافه نمودن مهاربند افقی برای اصلاح سختی ديافراگم و يا بهسازی بازشوهای موجود در دال را بكار گرفت.
بهسازی تیرها
تيرها عموما بصورت افقی و يا شيبدار در سازه قرار می‌گيرند و بارهای قائم وارده بر محور خود را به ستون‌ها منتقل می‌نمايند. در سازه‌های با قاب خمشی، تيرها علاوه بر تحمل بارهای ثقلی بايد بارهای جانبی ناشی از زلزله را نيز تحمل نمايند. در زلزله‌های شديد ستو ن‌ها نبايد آسيبی ببينند و مفصل‌های خميری خمشی و برشی بايد به تيرها و يا بادبندها منتقل شوند لذا به هنگام مقاوم‌سازی، همواره تير مقاوم‌سازی شده نبايد قوی‌تر از ستون متصل به آن باشد. از عوامل موثر در انتخاب طرح مقاوم‌سازی تیرها می‌توان به ميزان دسترسی به تير در محل (دسترسی به كل محيط تير)، وضعيت بارهای وارده (بارهای یکنواخت، بارهای متناوب و رفت و برگشتی)، ميزان افزايش مقاومت برشی و خمشی مورد نياز، دسترسی به انواع مصالح برای مقاوم‌سازی، ملاحظات اقتصادی اشاره کرد.
تیرهای بتن مسلح
شكست‌های برشی و خمشی، دو حالت عمده شكست در تيرهای بتن مسلح می‌باشند. شكست خمشی عموما نسبت به شكست برشی ارجح است زيرا رفتار شكل‌پذيرتری از خود نشان می‌دهد. شكست نرم امكان پخش مجدد تنش را فراهم می‌آورد و به كاربران و حاضران در محل نيز فرصت بيشتری براي پی بردن به وضعيت بحرانی تير می‌دهد. خرابی تير بتن مسلح می‌تواند به علت تهاجم يون‌های شیمیایی هم صورت بگيرد. برای تقويت تيرهای بتن مسلح می‌توان از راهكارهای زير استفاده نمود:
- روکش بتن مسلح : می‌توان از روكش بتنی در سه و يا چهار وجه تير برای بهسازی و افزايش مقاومت آن استفاده نمود. با اين روش می‌توان ناحيه کششی و فشاری تير را با روکش‌های بتنی جديد تقويت كرد. برای تکميل مکانيسم انتقال نيرو بين مصالح قديم و جديد، زبر نمودن سطح بتن قديمی و جوش دادن ميلگردهای اتصال با آرماتورهای جديد و قديم ضروری می‌باشد. اجرای روكش بتنی در هر چهار وجه تير موثرترين روش برای مقاوم‌سازی تيرهای بتنی می‌باشد. اجرای روكش بتنی در سه وجه تير برای افزايش ظرفيت خمشی و برشی تير در برابر بارهای قائم انجام می‌شود، اما به دليل آنكه در اين حالت، افزايش ظرفيت باربری مقاطعی از تير كه در نزديكی تكيه‌گاه‌ها قرار دارند امكان‌پذير نيست، تير را نمی‌توان در مقابل بارهای جانبی زلزله تقويت نمود. موفقيت اين روش مستلزم مهار مناسب خاموت‌ها از ضلع‌های بالایی روكش است. به دليل آنكه استفاده از قالب و ريختن بتن از بالای تير امكان‌پذير نیست تنها راه ممكن استفاده از بتن پاشی می‌باشد.
- روکش فولادی : برای تقويت خمشی تيرها می‌توان ورق‌هایی به ضخامت كم را با رزين اپوكسی به وجه كششی تير چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تيرها در نزديكی تكيه‌گاه‌ها موجب افزايش ظرفيت برشی و چسباندن ورق به بال تحتانی موجب افزايش ظرفيت خمشی تير می‌گردد. در صورت نياز به استفاده از ورقه‌هایی با ضخامت بيشتر بايد از پيچ‌های مهاری برای انتقال برش استفاده نمود. همچنین می‌توان بجای استفاده از ورق‌های فولادی كه در وجوه تير نصب می‌شوند از قفسهای فولادی بصورت نبشی و رکابی استفاده نمود.
- استفاده از مصالح FRP : از جمله خواص این مصالح می‌توان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم اشاره کرد. از این مصالح می‌توان برای افزايش مقاومت خمشی، مقاومت برشی و مقاومت پيچشی تير استفاده کرد. برای جلوگيری از كنده شدن صفحه FRP و چسب از روی سطح بتن، اين سطح بايد به نحو مناسبی قبل از چسب زدن آماده‌سازی گردد لذا تمام موارد ناصافی و ناهمواری‌ها بايد صاف و هموار گردند.
- پیش تنیدگی خارجی در تیر : مقاوم‌سازی بدين روش می‌تواند موضعی و يا كلی باشد. در حالت كلی نيروهای پيش تنيدگی كه به سازه مقاوم شده القا می‌گردند، منجر به باز توزيع نيروهای داخلی گشته و باعث كاهش تنش‌ها در اعضا نسبت به حالت اوليه آنها می‌شوند. با اين حال ممكن است در برخی ديگر از اعضای سازه، پيش تنيدگی موجب افزايش تنش گردد لذا در استفاده از پيش تنيدگی خارجی بايد آناليز تنش در سازه مقاوم‌سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گيرد. به هنگام استفاده از كابل‌های پيش تنيدگی يک سری المان‌های اضافی كه اكثرا شامل انواع مختلفی از سخت كننده‌هاست، مورد نياز است. اين امر به ويژه در پيش تنيدگی موضعی ديده می‌شود زيرا پيش تنيدگی، نيروهای متمركز جديدی شامل نيروهای محوری اضافی در اعضا بوجود می‌آورد، از اين رو اعضا بايد بصورت موضعی برای حفظ پايداريشان تقويت شوند.
بهسازی تیرهای فولادی
عمده خرابی موجود در تيرهای فلزی شامل كمانش كلی و موضعی بال و جان و گسيختگی در محل درزها و وصله‌ها می‌باشد. از آنجایی كه قسمتی از مقطع تحت فشار است، خطر كمانش در اين ناحيه وجود دارد. اين كمانش به دو صورت ممكن است رخ دهد:
- کمانش موضعی : بدين ترتيب كه بال و يا جان نيمرخ به طور موضعی در مقابل تنش‌های فشاری كمانش كند.
- کمانش کلی : بدين ترتيب كه ناحيه فشاری مقطع، همانند ستون تحت فشار به صورت كلی دچار كمانش شود.
از دلایل اصلی این خرابی‌ها می‌توان به سطح مقطع كم تير، لاغری بيشتر از حدود مجاز، عدم فشردگی مقطع، ضعف درجوش‌ها، زنگ‌زدگی و خوردگی تير، ايجاد ناحيه متأثر از حرارت بر اثر جوشكاری زياد و خستگی اشاره کرد.
برای تقویت و بهسازی تیرهای فلزی می‌توان از راهکارهای زیر استفاده نمود :
- تقویت با روکش فلزی : از جمله راه‌های افزايش ظرفيت خمشی و محوری تيرهای فولادی، تقويت با روكش فولادی می‌باشد. با افزايش ضخامت بال از كمانش موضعی بال تير نيز جلوگيری شده است.
- اضافه نمودن ورق‌های موازی با جان تیر : برای تقویت و افزایش مقاومت برشی تیر.
- اضافه نمودن سخت‌کننده‌های جان : يكی از مؤثرين روش‌های افزايش مقاومت برشی تير می‌باشد. سخت‌كننده‌های عرضی ورق‌هایی هستند كه به صورت تيغه‌های قائم و در فواصل معينی از يكديگر قرار داده می‌شوند و به جان و بال فشاری جوش می‌شوند.
- استفاده از روکش بتنی برای افزایش مقاومت تیرهای فلزی : با محصور نمودن تير فلزی، سختی آن افزايش يافته كه اين امر موجب بالا رفتن سختی برشی و خمشی می‌گردد. در صورتی كه تير فلزی دچار خوردگی شديد شده باشد، استفاده از روكش بتنی به عنوان راه حلی مؤثر توصيه می‌گردد. تيرهای فلزی پس از مقاوم‌سازی با روكش بتنی در برابر آتش‌سوزی نيز مقاومت خوبی دارند.
- استفاده از پیش تنیدگی خارجی برای مقاوم‌سازی تیر فولادی : مقاوم‌سازی بدين روش می‌تواند موضعی و يا كلی باشد. در حالت كلی نيروهای پيش تنيدگی كه به سازه مقاوم شده القا می‌گردند، منجر به باز توزيع نيروهای داخلی گشته و باعث كاهش تنش‌ها در اعضا نسبت به حالت اوليه آنها می‌شوند. با اين حال ممكن است در برخی ديگر از اعضای سازه، پيش تنيدگی موجب افزايش تنش گردد لذا در استفاده از پيش تنيدگی خارجی بايد آناليز تنش در سازه مقاوم‌سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گيرد. به هنگام استفاده از كابل‌های پيش تنيدگی يک سری المان‌های اضافی كه اكثرا شامل انواع مختلفی از سخت كننده‌هاست، مورد نياز است. اين امر به ويژه در پيش تنيدگی موضعی ديده می‌شود زيرا پيش تنيدگی، نيروهای متمركز جديدی شامل نيروهای محوری اضافی در اعضا بوجود می‌آورد، از اين رو اعضا بايد بصورت موضعی برای حفظ پايداريشان تقويت شوند.
بهسازی ستون‌ها
ستون‌ها اعضایی هستند كه تحت نيروی محوری با و يا بدون نيروی برشی و لنگر خمشی قرار دارند. در قاب خمشی، ستون‌ها علاوه بر انتقال بارهای ثقلی به فونداسيون، بايد تلاش‌های ناشی از بارهای جانبی ناشی از زلزله را نيز تحمل نمايند. رعايت اصل ستون قوی- تير ضعيف از اصول طراحی است و در طراحی همواره سعی بر آن است كه تشكيل مفصل خميری به تيرها و يا بادبندها منتقل گردد تا فلسفه ستون قوی، تير ضعيف رعايت گردد.
بهسازی ستون‌های بتن مسلح
ستون‌های بتنی مطابق آيين‌نامه‌های طراحی بايد از حداقل بعد عرضی كافی برخوردار باشند. زمانی كه ستون‌های بتنی دارای نسبت طول به عرض زياد می‌باشند تحت خمش‌های دو محوره دچار خرابی می‌گردند. مقاوم‌سازی ستون‌های بتنی به منظور افزايش مقاومت محوری، خمشی و برشی و همچنين برای افزايش ظرفيت شكل‌پذيری ستون در نزديكی محل اتصال به تير و مقاوم نمودن محل وصله‌های ضعيف نيز صورت می‌پذيرد. در ستون‌های بتن مسلح خرابی‌های ناشی از زلزله مربوط به شكست‌های ناشی از طول وصله ناكافی، شكست‌های ناشی از برش، خمش و اندركنش برش و خمش، شكست ستون كوتاه و گسيختگی‌های ناشی از كمانش ميلگردهای طولی می‌باشد. روش‌های بهسازی ستون‌های بتنی مسلح بصورت زیر می‌باشند :
روکش بتنی :
روكش بتنی شامل لایه‌ای از بتن، ميلگردهای طولي و خاموت‌های بسته می‌باشد. روكش بتنی مقاومت خمشی و برشی ستون را افزايش می‌دهد و افزايش شكل‌پذيری ستون در اين حالت كاملا مشهود است.
شکل روكش بتنی
روكش بتن آرمه در مواردی كه ميزان شدت آسيب‌های وارده به ستون زياد باشد و يا ستون از ظرفيت كافی در برابر نيروهای جانبی برخوردار نباشد، بكار گرفته می‌شود. روكش بتنی بسته به شرايط می‌تواند دور تا دور ستون و يا در يک وجه آن اجرا شود. مناسب بودن طرح روكش بتنی به پيوستگی آن با عضو بستگی دارد. اگر ضخامت روكش بتنی كم باشد، افزايش سختی در ستون مقاوم‌سازی شده محسوس نمی‌باشد. روكش بتنی باعث افزايش ابعاد ستون می‌گردد كه علاوه بر مسائل معماری، وزن ساختمان را نيز افزايش می‌دهد. درصورتی كه روكش بتنی تنها در قسمتی از ستون اجرا گردد، بايد خاموت‌های قديم نمايان شده و خاموت‌های جديد به آنها جوش شوند. اگر بنا به دلايلی افزايش ظرفيت برشی بدون افزايش ظرفيت خمشی مد نظر باشد، پوشش بكار گرفته شده می‌تواند به سقف و تيرها متصل نباشد و اگر افزايش ظرفيت خمشی ستون نيز مد نظر است پوشش بكار گرفته شده بايد از سقف عبور نمايد. اگر افزايش ظرفيت خمشی ستون مد نظر باشد، آرماتورهای اضافه شده طولی بايد در فونداسيون مهار شده و به صورت پيوسته از داخل سقف‌ها نيز عبور نمايند.
روکش فولادی :
در این روش ابعاد و وزن ستون افزایش ناچیزی دارند. این روش زمانی موثر است که روکش دارای سختی مناسبی در برابر تغییر شکل‌های جانبی بتن دارد.
شکل روکش فولادی
روکش می‌تواند بصورت پیوسته یا قفسهای باشد. ورق‌های فولادی روكش در تمامی طول خود به هم جوش می‌شوند و فضای اندک بين روكش و ستون توسط ملات منبسط شونده پر می‌گردد. برای بهبود عملكرد مجموعه می‌توان از كاشت ميلگرد برای انتقال برش بين ورق و بتن استفاده نمود. استفاده از روكش فولادی می‌تواند به عنوان روشی موقت برای بهسازی ستون‌هایی كه پس از زلزله دچار آسيب شده‌اند، بكار گرفته شود. روكش فولادی مقاومت برشی و تا حدودی دورگيری ستون را افزايش می‌دهد. در صورت عدم پيوستگی بين روكش‌های فولادی ستون در طبقات مختلف، ظرفيت نيروی محوری ستون افزايش نمی‌يابد. تا زمانی كه نتوان ورق‌های روكش فولادی را به فونداسيون متصل كرد و پيوستگی بين روكش فولادی طبقات مختلف را از ميان دال ايجاد نمود، مقاومت خمشی ستون افزايش نمی‌يابد. روكش فولادی را می‌توان با نيمرخ‌های فولادی و تسمه‌های اتصال به شكل قفسه اجرا نمود.
استفاده از الیاف مسلح پلاستیکی FRP :
در ستون‌های بتنی استفاده از FRP ضمن افزايش ظرفيت برشی ستون،مد گسيختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغيير داده و شکل‌پذيری را به ميزان قابل توجهی افزايش می‌دهد. دورپيچی اعضای فشاری با الياف FRP باعث افزايش مقاومت فشاری آنها می‌گردد. اين امر همچنين باعث افزايش شكل‌پذيری اعضا تحت تركيب نيروهای محوری و خمشی می‌شود.
شکل استفاده از الیاف مسلح پلاستیکی FRP
برای محصور كردن عضو بتنی، لازم است راستای الياف تا حد امكان عمود بر محور طولی عضو باشد. در اين وضعيت، الياف حلقوی مشابه تنگ‌های بسته يا خاموت‌های مارپيچی فولادی عمل می‌كنند.
بهسازی ستون‌های فولادی
عمده خرابی موجود در ستون‌های فولادی شامل كمانش موضعی و كلی و گسيختگی در محل درزها و وصله‌ها می‌باشد. از جمله دلایل اصلی این خرابی‌ها می‌توان به سطح مقطع كم ستون، لاغری بيشتر از حدود مجاز، عدم فشردگی مقطع، ضعف در جوش‌ها، عدم رعايت اصل تير ضعيف و ستون قوی، زنگ‌زدگی و خوردگی ستون، ايجاد ناحيه متأثر از حرارت بر اثر جوشكاری زياد، خستگی و آتش‌سوزی اشاره کرد. راهکارهای متداول برای بهسازی ستون‌های فلزی عبارتند از :
- اضافه نمودن ورق‌های پوششی به بال ستون : از جمله راه‌های افزايش ظرفيت خمشی و محوری ستون، اضافه نمودن ورق‌های پوششی به بال ستون می‌باشد. در اين روش با افزايش ضخامت بال از كمانش موضعی بال ستون نيز جلوگيری می‌گردد.
- اضافه كردن ورق‌های موازی با جان ستون و تبديل مقطع به شكل جعبه‌ای : این روش منجر به افزايش مقاومت خمشی و محوری ستون می‌شود. اضافه نمودن ورق‌های موازی با جان ستون، افزايش ممان اينرسی در امتداد موازی با جان را در پی دارد.
- استفاده از روکش بتنی : اين روش برای مقاوم‌سازی مقاطع فولادی باز مثل مقاطع I و H بكار می‌رود. با محصور نمودن ستون فولادی، سختی آن افزايش يافته كه اين امر موجب بالا رفتن سختی برشی نيز می‌گردد. برای بالا بردن سختی خمشی ستون، بايد روكش بتنی ستون فولادی در طبقات مختلف پيوسته باشد. در صورتی كه ستون فولادی دچار خوردگی شديد شده باشد، استفاده از روكش بتنی به عنوان راه حلی موثر توصيه می‌گردد.
- پر نمودن ستون فولادی با بتن : این روش برای مقاطع فولادی بسته بکار می‌رود. مقاوت برشی ستون‌های فولادی پر شده با بتن برابر با بزرگ‌ترین مقدار مقاومت برشی مقطع فولادی تنها و مقاومت برشی بخش بتن آرمه تنها می‌باشد. بار وارده به ستون‌های فولادی پرشده با بتن بايد بين قسمت فولادی و بتنی انتقال يابد.
بهسازی اتصالات
اتصالات و رفتار آنها نقش بسيار مهمی در رفتار كلی سازه‌های قاب خمشی ايفا مي‌كنند. به عبارت ديگر بحرانی‌ترين ناحيه در قاب‌های خمشی برای مقاومت در برابر بارهای لرزه‌ای، محل اتصال تير به ستون می‌باشد. بطور كلی بدليل عدم شناخت كافی از رفتار اتصالات خمشی، آسيب‌های ايجاد شده در سازه‌های خمشی از ضعف در طراحی يا اجرای اتصالات آنها ناشی می‌شود. در سيستم‌های باربر جانبی، اتصالات و اجزای آن بايد به گونه‌ای مقاوم‌سازی شوند كه پس از مقاوم‌سازی دارای سختی، مقاومت و هندسه متناسبی باشند و با عملكرد ارتجاعی اجزای خود، شرايط لازم برای رفتار غيرارتجاعی چرخ‌های ساير اعضا را فراهم و پيوستگی مسير انتقال بار را نيز تأمين نمايند.
روش‌های مقاوم‌سازی اتصالات بتنی :
- تعمیرات جزئی : تزريق چسب اپوكسی را می‌توان برای تعمير ترک‌های با عرض كم بكار برد. در اين روش هيچ تخريبی در بتن ايجاد نمی‌شود. البته اين روش برای بتن آسيب ديده كاربرد ندارد. در اين روش بايد ترک به وجود آمده در بتن را كاملا با روش‌هایی مانند دميدن هوا در ترک پاک نمود و سپس با تزريق چسب ترک را پر نمود.
- روکش بتنی : روكش بتنی بايد به گونه‌ای اجرا گردد كه كليه اعضای اتصال به صورت يكپارچه عمل نمايد. عموما اين روش زمانی بكار می‌رود كه هم تير و هم ستون اتصال مستعد ترک خوردگی باشند. برای اتصال مناسب بين بتن قديم و جديد و همچنين برای جوش نمودن ميلگردهای جديد و موجود بايد قسمت پوشش بتنی ميلگردها را تخريب نمود. ضخامت مناسبی برای روكش بتنی در نظر گرفته شود تا كليه ميلگردهای طولی تير و ستون و همچنين تنگ‌ها را در بر گيرد. در استفاده از اين روش بكارگيری خاموت‌ها با فاصله مناسب بسيار حائز اهميت می‌باشد. ميلگردهای قائم و افقی و خامو ت‌ها بايد به گونه‌ای تعبيه شوند كه محدوده مسلح شده‌ای در اتصال بوجود آيد. در طراحی اتصال، محصور شدن اتصال توسط اعضایی كه عمود بر صفحه نيروهای مورد نظر هستند، نقش بسيار مهمی را ايفا می‌نمايد. روكش بتنی بايد تمام وجه تيرها و ستون‌های منتهی به اتصال را در برگيرد. تنگ‌های افقی مقاومت برشی مورد نياز را تامين می‌نمايد. ميلگردهای قائم عرضی توسط تنگ‌های عرضی به يكديگر متصل می‌شوند. در استفاده از اين روش، روكش بتنی همواره بايد سطح رویی دال را نيز بپوشاند.
- روکش فولادی (ورق فولادی مسلح کننده) : استفاده از ورق فولادی مسلح كننده روشی است كه با استفاده از آن می‌توان بدون افزايش ابعاد اتصال، مقاومت آن را افزايش داد. در روش استفاده از ورق فولادی مسلح كننده موقعيت اتصال تأثير بسزایی بر ميزان افزايش مقاومت اتصال دارد. ورق فولادی تقويت كننده بهتر است با چسب اپوكسی به اتصال چسبانده شود و سپس با پيچ‌های پيش‌تنيده به اتصال محكم گردد. چسب اپوكسي می‌تواند سطوح ناهموار اتصال را نيز اصلاح نمايد. حداقل ضخامت ورق تقويت 4 ميليمتر می‌باشد. قبل از انجام عمليات فوق ضروريست كه اتصال به طور موضعی مرمت شود. ورق‌های فولادی مسلح كننده ضعف‌های عمده سازه‌های بتن مسلح يعنی فقدان ميلگرد برشی كافی و نياز به ميلگردهای محصور كننده هسته بتنی را كاهش می‌دهد. به منظور بهسازی لرزه‌ای اتصالات كناری و ميانی در صورتی می‌توان از روكش فولادی استفاده نمود كه ورق‌های فولادی مسلح كننده را در كليه وجوه تير و ستون بكار برد و آنها را مستقيما و يا از طريق نبشی به يكديگر جوش نمود.
- پوشش FRP : با محصور نمودن اعضای اتصال با پوشش FRP می‌توان ظرفيت خمشی و همچنين ظرفيت برشی اتصال را افزايش داد. به علت دورگيری، بكارگيری اين روش ميزان شكل‌پذيری اتصال را نيز افزايش می‌دهد. با استفاده از اين روش می‌توان بدون افزايش ابعاد اتصال، مقاومت آن را افزايش داد. استفاده از FRP نسبت به روكش فولادی ارجح است، زيرا FRP بر خلاف فولاد دچار خوردگی نمی‌شود و می‌تواند در مقابل خوردگی اسيدها، بازها و مواد مهاجم مشابه در دامنه وسيعی از دما مقاومت كنند. در نتيجه نياز به سيستم‌های حفاظت از خوردگی نمی‌باشد و آماده كردن سطوح اعضا قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداری از آنها بعد از نصب، آسان‌تر از صفحات فولادی است. لازم به ذكر است كه در استفاده از اين روش بر خلاف روش مقاوم‌سازی با روكش بتنی نياز به افزايش ابعاد اتصال و عمليات ساختمانی پر حجم نمی‌باشد.
- استفاده از تنگ خارجی برای افزایش ظرفیت برشی اتصالات : پس از آنكه ايرادات ترک‌های سطحی با تزريق چسب اپوكسی بر طرف شدند و سطح بتن كاملا تميز شد، اتصال با استفاده از تنگ‌های خارجی كه پيش‌تنيده شده‌اند، تقويت می‌شود. پس از اين مرحله اتصال با شبکه‌ای از مفتول‌های به هم جوش شده پوشانده شده و بتن پاشی می‌شود. وقتی كه چهار تير به اتصال وارد می‌شود استفاده از تنگ در دو طرف ممكن نيست زيرا قادر به عبور از اتصال نيستند. لازم به ذكر است استفاده از تنگ خارجی در يک جهت به هيچ عنوان برای بارهای لرزه‌ای مناسب نمی‌باشد زيرا اين تنگ‌ها كششی كار كرده و به هيچ عنوان ظرفيت تحمل نيروی فشاری را ندارند.
راهکارهای بهسازی اتصالات فولادی :
- استفاده از ورق روسری و زیر سری مضاعف : در صورتی كه از جوش ورق‌های زيرسری و روسری به ستون اطمينان نداشته و يا در حين زلزله به آنها صدمه وارد آمده باشد، استفاده از ورق‌های زيرسری و روسری مضاعف می‌تواند مفید باشد.
شکل مقاوم سازی استفاده از ورق روسری و زیر سری مضاعف
- استفاده از ماهیچه : اضافه كردن اين ماهيچه باعث انتقال مفصل پلاستيك از بر ستون به داخل تير مي گردد. اضافه نمودن ماهيچه در صورت امكان بهتر است تنها در بال پايينی صورت گيرد زيرا تجربيات حاصل از زلزله، نشانگر شروع خرابی از بال تحتانی تير است و همچنين اضافه نمودن ماهيچه در بال بالایی مستلزم خراب نمودن دال می‌باشد. اضافه كردن ماهيچه در پايين در صورتی كه ساختمان دارای سقف كاذب باشد، عملی می‌باشد و نياز به تعمير جوش ورق زيرسری به ستون را از بين می‌برد. در صورتی كه از جوش ورق روسری به ستون نيز اطمينان نداشته باشيم و نخواهيم آن را سنگ زده و تعمير نماييم، مي‌توانيم ماهيچه را در بالا نيز اجرا نماييم. در اين حالت احتمال تداخل ماهيچه با كف سازی وجود دارد.
جزئیات ماهیچه تحتانی برای تقویت اتصالات فلزی
- لچکی‌های قائم در بال فوقانی و تحتانی : تعداد لچكی‌ها می‌تواند يک و يا دو عدد باشد.
تقویت اتصالات فلزی با لچکی
- استفاده از ورق کناری : در اين روش نيروهای كششی و فشاری بال‌های فوقانی و تحتانی تير به كمک ورق‌های گونه به ستون انتقال داده می‌شود.
شکل تقویت استفاده از ورق کناری
- استفاده از مقطع T شکل : در بعضی از موارد مقطع را تنها در بال پايينی اتصال اجرا می‌نمايند كه با استفاده از اين روش می‌توان بدون تخريب دال اتصال را مقاوم‌سازی نمود. ورق‌های پيوستگی را در امتداد مقاطع T شکل نیز باید اجرا نمود.
تقویت با استفاده از مقطع T شکل
- مقاوم‌سازی اتصال با پیش تنیدگی خارجی بوسیله کابل کششی : كابل با مقاومت بالا معمولا در قسمت ميانی تير تعبيه می‌گردد. اين روش را با چهار كابل نيز می‌توان اجرا نمود. حسن استفاده از چهار كابل اين است كه با از بين رفتن يک كابل عملكرد اتصال مختل نمی‌گردد. مقاومت برشی اتصال توسط دو نبشی كه در قسمت فوقانی و تحتانی قرار دارد و نيروی اصطكاكی بين تير و ستون كه به علت پيش‌تنيدگی كابل نيز افزايش يافته، تامين می‌گردد.
- افزایش طول ورق انتهایی و استفاده از سخت کننده در اتصال پیچی با ورق انتهایی : در اين اتصال ورق انتهایی با استفاده از جوش به تير متصل می‌گردد به نحوی كه بال‌های تير با جوش شياری نفوذی و جان تير با جوش گوشه به ورق انتهایی متصل می‌شوند. در نهايت نيز ورق انتهایی با پيچ به ستون متصل می‌گردد. جوشكاری بال تير به ورق انتهایی بدون سوراخ دسترسی انجام می‌شود. محدوده‌های پائين ورق انتهایی نسبت به بال‌های تير، بوسيله سخت كننده‌های عمومی سخت می‌شوند. اين سخت كننده‌ها، با جوش شياری نفوذی دو طرفه به بال تير و ورق انتهایی متصل می‌شود. اين اتصال را می‌توان در قاب‌های خمشی معمولی و قاب‌های خمشی ويژه با رعايت اندازه اعضا استفاده كرد. در اين روش با افزايش طول ورق انتهایی با جوش نمودن ورق اضافه شده به ورق انتهایی موجود و پيچ نمودن ورق انتهایی اضافی به بال ستون می‌توان مقاومت خمشی اتصال را افزايش داد.
مقاوم‌سازی با استفاده از جداگرهای لرزه‌ای
در بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها، به جای افزايش ظرفيت باربری سازه تحت نيروهای جانبی می‌توان نيروهای وارد بر آنها را كاهش داد. در روش جداسازی لرزه‌ای، سازه بر روی تكيه‌گاه‌هایی كه قابليت تغييرشكل جانبی زيادی دارند قرار می‌گيرد. در صورت وقوع زلزله، عمده تغييرشكل‌ها در تكيه‌گاه رخ داده و سازه مانند جسمی صلب با تغييرشكل‌های كوچكی ارتعاش می‌كند. در سال‌های اخير، تكنولوژی جداسازی لرزه‌ای پيشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته است. نصب سيستم‌های جداساز لرزه‌ای منجر به افزايش زمان تناوب اصلی سازه و كاهش نيروهای وارد بر آن می‌گردد. اين روش برای ساختمان‌های كوتاه و متوسط بدليل پایین بودن زمان تناوب آنها، موثرتر ازساختمان‌های بلند می‌باشد. نصب جداگر باعث افزايش زمان تناوب و ميرایی سازه می‌گردد.
جداساز لرزه‌ای برای سازه‌ای مناسب است که :
- سازه دو طبقه یا بیشتر باشد
- سایت اجازه جابجایی پایه در حدود 8 اینچ را بدهد.
- بار جانبی بصورت باد و سایر بارهای غیر زلزله کمتر از 10 % وزن ساختمان باشند.
برخی از انواع سیستم‌های جداسازی:
- سيستم‌های الاستومر : در انواع سیستم‌های سازه‌ای از قبیل پل، ساختمان‌ها و … استفاده می‌شود. این جداگرهای لرزه‌ای شامل ورق‌های فولادی است که این ورق‌ها با استفاده از پلاستیک در کنار هم نگه داشته شده‌اند و عملکرد یکپارچه‌ای از خود بروز میدهند. جداگرهای الاستومر به دو دسته کلی زیر تقسیم بندی می‌شوند:
- جداسازهای لرزه ای با میرایی کم
- جداسازهای لرزه ای با میرایی زیاد
- جداگرهای لاستیکی با هسته سربی : دارای يک يا چند هسته سربب بوده به همين دليل از ميرايی بالایی برخوردار می‌باشند. هسته‌های سربی در برابر نيروهای برشی تغييرشكل داده و سبب ايجاد پاسخ دوخطی در نشيمن می‌شوند. سختی و ميرایی موثر نشيمن‌های با هسته سربی، وابسته به مقدار جابجایی آن می‌باشد. محاسبه تغييرمكان متناظر با مقدار ميرایی لازم از ضروری‌ترين سنجش‌های كار با اين نوع جداگر می‌باشد.
اضافه نمودن مهاربند
به منظور بهسازی سازه‌ها می‌توان از انواع مهاربندهای متداول و جديد شامل مهاربندهای فولادی همگرا (CBF)، مهاربندهای فولادی واگرا (EBF)، مهاربندهای ضد كمانش (BRBF) و انواع ميراگرهای مهاربندی استفاده نمود. از جمله مزایای این روش می‌توان به افزايش مقاومت و شكل‌پذيری سازه، اعمال وزن كمتر نسبت به ساير سيستم‌ها، امكان استفاده از بازشو و پنجره در قاب مهاربندی شده، اجرای آسان و … اشاره کرد.
مهاربندهای فولادی همگرا (CBF)
اين نوع از مهاربندها كه جز سيستم‌های مقاوم سخت شناخته شده‌اند، با شكل‌های متنوع خود امكان سازگاری با نيازهای متداول معماری را كم و بيش فراهم می‌سازند. اين اعضا با استفاده از مقاطعی نظير I شكل، ناودانی، نبشی و سپری بصورت جفت و يا منفرد، لوله و … ساخته شده و در اشكال ضربدری، قطری (مورب تک) و جناغی قابل استفاده هستند.
مهاربندهای فولادی واگرا (EBF)
این مهاربندها اگرچه سختی کمتری نسبت به CBF دارند اما رفتار شکل‌پذیرتری از خود نشان میدهند. در اين نوع مهاربندها رفتار خميری در موضعی از پيش تعيين شده و تقويت شده برای اين منظور بنام تير پيوند، سبب اتلاف انرژی وارده می‌شود و شكل‌پذيری موثر سازه را افزايش می‌دهد. مهاربندهای واگرا بسته به محل قرار گيری تير پيوند، در اشكال متنوعی قابل استفاده هستند.
مهاربندهای ضد كمانش (BRBF)
نوع جديدی از سيستم‌های مهاربندی همراه با اتلاف انرژی می‌باشد كه با استفاده از جزئياتی سعی در بهبود رفتار CBF دارد. در اين سيستم عضو مهاربندی در غلافی قرار می‌گيرد كه از كمانش اين عضو جلوگيری می‌نمايد. با اين تجهيزات، رفتار مهاربند در فشار همانند رفتار آن در كشش با تسليم (و نه كمانش) همراه است و در نتيجه شكل‌پذيری و اتلاف انرژی بسيار بهتری را نسبت مهاربندهای معمولی از خود نشان می‌دهد. شكل‌های اجرايی مهاربندهای BRBF مثل مهاربندهای همگرا شامل آرايش ضربدری، قطری (تک مورب ) وجناغی می‌باشد. با توجه به جزئيات غلاف مهاربند، آرايش ضربدری از نظر اجرایی مشكل و غير متداول می‌باشد.
اضافه كردن مهاربندهای بتنی پيش تنيده و پيش ساخته
استفاده از روش‌هایی مانند اضافه نمودن ديوار برشی، افزايش مقاومت ديوار موجود، اضافه نمودن مهاربندهای فلزی، روكش كردن ستون‌ها با فولاد و FRP و … اگرچه باعث افزايش سختی و مقاومت جانبی سازه می‌شوند ولی استفاده از اين راهكارها مستلزم هزينه زياد اجرا، وقفه طولانی مدت در بهره‌برداری از ساختمان و … می‌باشد. هدف استفاده از مهاربند پيش ساخته و پيش تنيده افزايش مقاومت و سختی جانبی سازه می‌باشد، ولی بر خلاف ساير روش‌های عنوان شده بكارگيری اين روش احتياجی به ميلگرد اتصال برای متصل نمودن مهاربند جديد و قاب ندارد. مهاربند ضربدری بتنی پيش‌تنيده دارای 4 عضو پيش‌ساخته می‌باشد. اين اعضا در داخل كارگاه سرهم و مونتاژ می‌شوند و دو عضو تحتانی مهاربند مطابق شكل زير پيش‌تنيده می‌شوند. فاصله بين انتهای مهاربند و قاب با ملات منبسط شونده پر می‌گردد. پس از سخت شدن ملات نيروی پيش تنيدگی از روی عضو برداشته می‌شود. سپس مهاربند X شكل افزايش طول داده (به علت برداشتن بار پیش‌تنيدگی) و در جای خود كاملا محكم می‌گردد. وقتی اين نوع مهاربندها تحت نيروهای جانبی قرار می‌گيرد تنها عضو فشاری آن كار می‌كند زيرا بتن توانایی تحمل نيروهای كششی را ندارد و اين امر مستلزم بكارگيری روش‌هایی برای جلوگيری از به وجود آمدن كشش در مهاربند می‌باشد.
اضافه کردن دیوارهای برشی و میانقاب
استفاده از انواع ديوارها در افزايش ظرفيت لرزه‌ای ساختمان و كاهش تغيير مكان جانبی موثر است. با استفاده از اين روش مقاومت ساختمان و همچنين شكل‌پذيری آن افزايش می‌يابد. به دليل وزن نسبتا زيادی كه ديوارها می‌توانند به سازه اوليه اعمال نمايند، بايد از آنها تنها در قاب‌هایی كه ظرفيت برشی ضعيفی دارند استفاده شود و از استفاده بيش از اندازه آنها جلوگيری شود. همچنين در اجرای ديوار برشی جديد در قاب‌ها بايد به تقويت فونداسيون نيز توجه شود.
دیوار برشی بتنی
اين سيستم دارای سختی مناسب برای كنترل تغييرشكل سازه بوده و همچنين با ارضای ضوابط طراحی، اين ديوارها دارای مكانيسم شكست شكل‌پذير با اتلاف انرژی بالا می‌باشند. با توجه به مقاومت بالای اين ديوارها، استفاده از آنها در ساختمان‌های بلند مرتبه بسيار اقتصادی بوده ولی در مورد ساختمان‌های با ارتفاع كم و متوسط، مسائل جانبی از قبيل تقويت اجزای سازه‌ای مجاور به آن، تاثير زيادی بر جنبه‌های اجرایی و اقتصادی آن می‌گذارند. از نكات مهمی كه در مورد اجرای ديوارهای برشی بايد مد نظر قرار گيرد، افزايش وزن سازه، تقارن در سيستم باربر جانبی جديد و همچنين تقويت فونداسيون به خاطر افزايش نيروهای واژگونی می‌باشد.
در صورتی كه به هر دليل مقاومت خمشی، برشی، شكل پذيری و يا سختی ديوار برشی كم باشد، ديوار را می‌توان با روش‌های روكش بتنی، استفاده از ورق های فولادی و يا FRP تقويت نمود. افزايش ضخامت ديوار بوسيله بتن پاشی، احداث ديوار برشی جديد در مجاورت ديوار قديمی و پركردن باز شوها با بتن مسلح می‌تواند سبب افزايش سختی و مقاومت جانبی ديوار گردد. در اين روش اتصال بتن قديم و جديد از طريق كاشت پیچ‌ها امكان‌پذير می‌باشد. در اين روش آرماتورهای جديد داخل ديافراگم و ستون نيز كاشته می‌شوند. به هر حال بايد در نظر داشت تقويت ديوارها، سبب شكست برشی ترد ديوار نگردد، بلكه بايد شكست بصورت خمشی نرم ايجاد گردد. اتصال ورق‌های فولادی با انكربولت به ديوار بتنی در يک يا دو طرف نيز می‌تواند باعث افزايش مقاومت و شكل‌پذيری ديوارها گردد.
میان‌قاب‌ها
با توجه به مصالح مصرفی، ميان‌قاب‌ها می‌توانند آجری، بتنی و … باشند. البته اضافه نمودن ميان‌قاب‌های بنایی به عنوان روشی برای افزايش مقاومت و سختی جانبی سازه‌ها به هيچ عنوان توصيه نمی‌شود زيرا تحت بارهای لرزه‌ای، ميان‌قاب‌های بنایی تنها در برابر سيكل‌های اول بارگذاری مقاومت می‌نمايند و وزن سازه را نيز به شدت افزايش میدهند. برای افزودن ميان‌قاب بتنی به ستو ن‌های بتن مسلح موجود دو روش زير بكار برده می‌شود:
- در روش اول آرماتورهای انتظار در داخل ستون موجود و ديافراگم سقف كاشته می‌شود و آرماتورهای اصلی ديوار با آنها همپوشانی پيدا كرده و به عملكرد لازم می‌رسند.
- در روش دوم با ايجاد مقطع بزرگتر و با آرماتوربندی پيرامون ستون‌ها و تيرهای موجود آرماتورهای اصلی ديوار در بتن محصوركننده جديد جاگذاری می‌شوند.
دیوار برشی فولادی
ديوارهای برشی فولادی به دو نوع سخت‌شده و سخت‌نشده تفكيک می‌شوند. ديوار برشی فولادی بايد در برابر تغييرشكل‌ها و نيروهای ناشی از تركيبات بارگذاری مقاومت كند. خصوصيات ديوار برشی فولادی را می‌توان با اجرای كامپوزيت آن با ديوارهای بتنی بهبود بخشيد. در اين حالت علاوه بر مشاركت ديوار بتنی در سختی و مقاومت سيستم، با تأمين برش‌گيرها در فواصل مناسب، از كمانش موضعی ورق جلوگيری به عمل آمده و رفتار بهتری برای ورق فولادی حاصل می‌شود. بتن اين گونه ديوار برشی‌ها می‌تواند در جا و يا پيش‌ساخته باشد.
منابع
- دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود ( نشریه شماره 360)
- راهنمای روش‌ها و شیوه‌های بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود و جزئیات اجرایی ( نشریه شماره 524)
- بسته آموزشی پاراپلاس، مهندس امیرطه نوروزی
