روش های تعمیر و تقویت ساختمان های اسکلت فلزی و بتنی

برای افزایش ایمنی ساختمان های بتن آرمه در برابر نیروی زلزله، همچنین جبران ضعف ساختمان های موجود در برابر زلزله روش های مختلفی تاکنون به کار گرفته شده است:

1) اضافه کردن دیوار برشی:
این روش اگر چه یک روش مناسب برای تقویت ساختمان ها می باشد و اصولا اولین راه حلی است که درباره یک ساختمان بتنی به نظر می رسد ولی مشکلاتی ممکن است وجود داشته باشد که نتوانیم از آن استفاده کنیم.

مثلا ممکن است معماری ساختمان به شکلی باشد که استفاده از دیوار برشی غیر ممکن باشد و یا افزودن دیوار کاربری ساختمان را کم کند.

ممکن است ضعف ساختمان به قدری نباشد که نیاز به دیوار برشی باشد و یا اصولا ممکن است به کار بردن دیوار برشی منتهی به مخارج زیادی بشود.

از دهه 1970 تاکنون دیوارهای برشی فولادی به عنوان سیستم اصلی باربر جانبی در بسیاری از ساختمان ها به کار برده شده اند.

در طی دهه 1970 دیوارهای برشی فولادی عموما به عنوان سیستم های باربر جانبی در ساختمان های نوساز در ژاپن و برای مقاوم سازی ساختمان های موجود در آمریکا مورد استفاده قرار گرفتند.

در دهه های 1980 و 1990 دیوارهای برشی فولادی که فاقد سخت کننده بودند در مقیاس کم در برخی ساختمان ها در آمریکا و کانادا به کار گرفته شدند، در بعضی موارد نیز این گونه دیوارها با لایه هایی از بتن پوشانده می شدند که با یکدیگر نوعی سیستم مرکب تشکیل می دادند.

در سال 1970 بنای اولین ساختمانی که در آن از سیستم دیوار برشی فولادی استفاده شده بود به پایان رسید.

وظیفه دیوار برشی:
این ساختمان که معمولا از آن تحت عنوان ساختمان فولادی نیپون یاد می شود در توکیوی ژاپن واقع است.

سیستم باربر جانبی در این ساختمان ترکیبی از قاب های خمشی و واحدهایی از دیوارهای ورق های فولادی است.

نمونه دیگری از ساختمان هایی که دارای دیوار برشی فولادی هستند و در دهه 1970 ساخته شده اند ساختمان مرتفع 53 طبقه دیگری در شهر توکیو است.

این ساختمان در ابتدا قرار بوده که دارای دیوارهای برشی بتنی باشد ولیکن بعدها به دلیل بروز برخی مشکلات در آن از دیوارهای برشی فولادی استفاده گردید.

از دیوارهای برشی فولادی در مناطقی که شدت لرزه خیزی کم ولیکن بارگذاری باد نسبتا شدیدی دارند نیز استفاده شده است.

به عنوان نمونه ساختمان سی طبقه هتلی در دالاس تگزاس را می توان برشمرد. از سوی دیگر در شهر لس آنجلس ایالت کالیفرنیا از دیوارهای برشی فولادی برای ساخت بیمارستانی 6 طبقه استفاده شده است که نمونه ای از کاربرد این سیستم را در منطقه ای با شدت لرزه خیزی شدید و بنایی با اهمیت زیاد را نشان می دهد.

در این بیمارستان تمامی بارهای قائم توسط قاب های فولادی و بارهای جانبی در دو طبقه اول به واسطه دیوارهای برشی بتنی و در طبقات بعدی به واسطه دیوار برشی فولادی تحمل می شوند.

یکی از مهم ترین سازه هایی که دارای دیوار برشی می باشند و در عین حال در منطقه ای با لرزه خیزی شدید قرار گرفته است، ساختمانی 35 طبقه واقع در کوبه ژاپن است.

این ساختمان در سال 1988 بنا گردید و در زلزله سال 1995 کوبه عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داد. سیستم باربر جانبی در این سازه ترکیبی از قاب های خمشی فولادی و دیوارهای برشی فولادی می باشد.

در سه طبقه زیرزمینی این ساختمان دیوارهای برشی بتنی، در دو طبقه اول دیوار کامپوزیت بتن مسلح و فولاد و در بقیه طبقات صرفا دیوارهای برشی فولادی کار گذاشته شده اند.

وظیفه اصلی یک سیستم دیوار برشی فولادی مقابله در برابر 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 تیرهای افقی می باشد. این مجموعه با یکدیگر به مانند یک تیر ورق عمودی عمل می نماید.

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.

مقایسه دیوار برشی فولادی با تیر ورق:
برخی فواید استفاده از دیوارهای برشی فولادی عبارتند از:

1- چنانچه دیوارهای برشی فولادی به درستی طراحی شوند، سیستم هایی با شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی بالا حاصل می شود. در نتیجه این مساله دیوارهای برشی فولادی را می توان سیستم های باربر جانبی بسیار کارآمد و اقتصادی دانست.

2- سیستم دیوار برشی فولادی در مقایسه با سیستم های باربر جانبی دیگر دارای سختی اولیه بالایی است، بر این اساس این سیستم تغییر مکان های جانبی نسبی را کاهش می دهد.

3- دیوارهای برشی فولادی در مقایسه با دیوارهای برشی بتنی بسیار سبک تر می باشند که این مساله به نوبه خود می تواند باعث کاهش بارهای وارده بر ستون ها و فونداسیون سازه و همچنین کاهش بارهای جانبی زلزله در نتیجه وزن کمتر سازه باشد.

4- چنانچه در نصب دیوارهای برشی فولادی از جوش کارگاهی و پیچ های پای کار استفاده شود، فرآیند نصب سریع تر و هزینه های ساخت و ساز، بازدید و کنترل کمتر خواهد بود.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]

از سوی دیگر استفاده از بتن پیش ساخته تقریبا تاریخی صد ساله دارد و اولین نمونه های آن به اواخر سده نوزدهم باز می گردد.

در اواسط قرن بیستم با بکارگیری اعضای بتنی پیش ساخته در انواع سازه ها، استفاده از بتن پیش ساخته گسترش و رواج بیشتری یافت و پس از آن با گذشت 20 الی 30 سال پیشرفت ها در زمینه سیستم های قاب پیش ساخته به قدری بود که در بسیاری از کشورهای اروپایی سهم قابل توجهی در ساخت و ساز را به خود اختصاص داد.

به طور کلی تفاوت های موجود میان بتن پیش ساخته و درجا از دو دیدگاه سازه ای و غیر سازه ای قابل بررسی می باشد.

از نقطه نظر تفاوت های غیر سازه ای می توان به مسائلی چون سرعت و هزینه های اجرا و همچنین دقت کار اشاره نمود.

ولیکن از دیدگاه سازه ای بزرگ ترین تفاوت میان بتن پیش ساخته و درجا در اتصالات آن ها و به ویژه اتصالات تیر به ستون نهفته است.

برخلاف سازه های بتنی درجا که دارای اتصالات صلب و یک پارچه می باشند و در آن ها تعادل میان لنگرهای خمشی و پیچشی با مسلح نمودن اتصالات حاصل می گردد،

در سازه های پیش ساخته اتصالات معمولا توانایی انتقال لنگرها را ندارند و عملکرد آن ها در برابر بارهای جانبی وارده غالبا به صورت مفصلی و یا نیمه صلب در نظر گرفته می شود.

با توجه به آن چه گفته شد لزوم استفاده از انواع سیستم های باربر جانبی در سازه های بتنی پیش ساخته کاملا مشخص می باشد، این سیستم های باربر جانبی می توانند شامل برخی سیستم های متداول مانند دیوارهای برشی بتنی پیش ساخته باشند.

افزودن دیوار برشی:
2) اضافه کردن بادبند:

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.

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.

پر کردن دهانه قاب ها با مصالح بنایی مقاوم:
این عمل باعث افزایش باربری افقی سازه به میزان قابل توجهی نمی شود و بنابراین برای ساختمان هایی که ضعف زیادی دارند مطلوب نیست.

همچنین در ساختمان های بلند افزایش وزن طبقات با استفاده از این مصالح می تواند به جذب نیروی زیادتری در هنگام زلزله منجر گردد.

همچنین تیرهایی که بار این مصالح را حمل می کنند ممکن است خود نیاز به تقویت پیدا کنند و در کل در ساختمان های بلند روش مناسبی نیست ولی برای ساختمان های با تعداد طبقات کم مناسب می باشد.

تقویت ساختمان های بتن مسلح با استفاده از بادبند فلزی و پانل فلزی:
تقویت سازه های بتن مسلح با بادبند فلزی؛ در سال های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته و کارهای مطالعاتی؛ تحقیقاتی و آزمایشگاهی گسترده ای نیز در این زمینه انجام گرفته است.

در ژاپن ساختمان های زیادی با این روش تقویت شده است. روش های مختلفی که تاکنون جهت اجرای بادبند فلزی در ساختمان های بتن 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 فیکس می شود.

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.