بهسازی لرزه ای ساختمان فولادی

استفاده از دیوار برشی فولادی در سال های اخیر در ساختمان های نوساز و در مقاوم سازی ساختمان های موجود مورد توجه واقع شده است. این سیستم دارای سختی مناسب برای کنترل تغییر شکل سازه و همچنین دارای مکانیزم شکست شکل پذیر و اتلاف انرژی بالا است. سختی و اتلاف انرژی دیوار برشی فولادی بهتر از دیوارهای برشی بتنی و اجرای آنها در یک ساختمان در حال بهره برداری بسیار ساده تر است.

دیوارهای برشی فولادی به عنوان سیستم مقاوم جانبی از سال 1970 در ساختمان های مهمی در کشورهای ژاپن و آمریکا مورد استفاده قرار گرفته اند. دو مورد از این ساختمان ها از جمله یک ساختمان اداری 35 طبقه، تحت زلزله های شدید قرار گرفته و خسارت سازه ای بسیار کمی را متحمل شده اند. تکنولوژی طراحی و ساخت دیوار برشی فولادی طی سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است و ضوابط طرح و اجرای آن در آیین نامه های مختلف مانند آیین نامه فولاد کانادا، آیین نامه لرزه ای AISC و ضوابط FEMA 450 وارد شده است.

سیستم دیوار برشی فولادی شامل پانل های صفحه ای فولادی، دو ستون مرزی و تیرهای افقی کف است. رفتار این سیستم شباهت زایدی به یک تیر ورق طره دارد. ستون ها مانند بال تیر ورق، پانل های دیوار مانند جان تیر ورق و تیرهای کف مانند سخت کننده های عرضی جان تیر ورق عمل می کنند. با طراحی مناسب این سیستم شکل پذیری و اتلاف انرژی بالایی را دارا است. همچنین سختی قابل ملاحظه آن به کنترل تغییر شکل طبقات و در نتیجه پایداری سازه از یک سو و رفتار مناسب اجزای غیر سازه ای از سوی دیگر منجر می شود.

مکانیزم مناسب برای خمیری شدن سیستم دیوار برشی، جاری شدن جان آن است. در کاربردهای اولیه پانل های دیوار دارای سخت کننده های افقی و عمودی بودند. تحقیقاتی که در حالت بدون سخت کننده روی رفتار این پانل ها انجام گرفت، نشان داد که در این حالت نیز شکل پذیری و اتلاف انرژی قابل ملاحظه ای وجود دارد و در سال های اخیر استفاده از پانل های بدون سخت کننده از لحاظ اجرایی و اقتصادی مقبولیت بیشتری در کشورهای آمریکا و کانادا یافته است.

طرح بهسازی لرزه ای ساختمان

با بررسی های انجام شده روی سازه ساختمان حتی با اعمال فرضیات خوش بینانه و بهره گیری از تمام پتانسیل های موجود سازه ضعف های عمده ساختمان در تحمل نیروهای حاصل از زلزله در سطوح خطر مختلف و لزوم بهسازی آن به اثبات رسید. عمده ترین بخش طرح بهسازی افزون سیستم باربر جانبی مناسب طبق اصول و ضوابط آیین نامه به طبقات ساختمان است.

با توجه به محدودیت های اجرایی، به منظور کاهش عملیات اجرایی زمان مورد نیاز و ایجاد کمترین توقف در بهره برداری از ساختمان سعی می شود با استفاده از سیستم هایی که تواماً سه ویژگی سختی، مقاومت و شکل پذیری را دارا است. طرح بهسازی، در کمترین تعداد دهانه اجرا شود. در راستای طولی استفاده از مهاربندهای برون محوری EBF پیشنهاد می شود. در راستای عرضی با توجه به محدودیت های معماری، تعداد کم و طول ناکافی دهانه ها از گزینه دیوار برشی فولادی استفاده می شود. تعداد اختصاص یافته به دیوار برشی فولادی به 4 دهانه محدود می شود که در بالاترین طبقات به دو دهانه کاهش می یابد.

استفاده از دیوار برشی فولادی با توجه به محدودیت های معماری مانند کم بودن تعداد دهانه های قابل به کارگیری برای مهاربندی و کم بودن طول این دهانه ها مناسب ترین راه بهسازی قابل به کارگیری در این ساختمان است. مکانیزم اتلاف انرژی در دیوارهای برشی فولادی تشکیل میدان کششی و جاری شدن جان (همانند تیر ورق های عمیق) است.

این طح نیازمند تقویت نسبتاً سنگینی در فونداسیون ها، ستون ها و تیر فوقانی است که قسمت عمده هزینه های اجرایی را شامل می شود اما با کاهش تعداد دهانه از نظر حجم عملیات اجرایی از جمله تخلیه ساختمان، تخریب و اجرای تقویت ها از یک سو و کاهش زمان توقف بهره برداری ساختمان از سوی دیگر دارای مزایای عمده ای است.