مقاله بررسی انواع روش های مقاوم سازی لرزه ای و تعمیر سازه های آسیب دیده

بخشی از مقاله

بررسی انواع روش های مقاوم سازی لرزه ای و تعمیر سازه های آسیب دیده

چکیده
ساختمان های موجود که طی سال های اخیر در ایران ساخته شده اند به عنوان جدی ترین مشکل در مطالعات آسیب پذیزی در مقابل زلزله در کشورمان محسوب می شوند، با توجه به بررسی زلزله های گذشته و شرایط ساختمان های موجود، تعداد زیادی از ساختمان ها احتمال خرابی خواهند داشت، مطالعات آسیب پذیری نیز این ادعا را تایید می کند و چون پیشگیری از وقوع زلزله ناممکن می باشد بنابراین مباحث مقاوم سازی سازه های آسیب پذیر در برابر زلزله و همچنین بهسازی سازه های آسیب دیده از زلزله، بسیار قابل اهمیت می باشد.

مقاوم سازی لرزه ای عبارت است از اصلاح خردمندانه خواص سازه های موجود به منظور بهبود عملکرد در زلزله های آینده، به دلیل گوناگونی شرایط ساختمان ها و تنوع نواقص و نیز گوناگونی مقاصد مقاوم سازی، تکنیک های مقاوم سازی نیز متفاوت می باشد.

در این پژوهش بهسازی لرزه ای ساختمان های بتنی، فولادی و مصالح بنایی مورد بررسی قرار گرفته است، در ادامه روند مطالعات اولیه و گزارشات کیفی آسیب پذیری ساختمان بر اساس فهرست خدمات مطالعات بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود[2]شرح داده شده است و سپس انتخاب روش مناسب برای مقاوم سازی سازه ها و روشهای تعمیر و تقویت لرزه ای اعضای ساختمانی[1]مورد بررسی قرار گرفته است.

واژگان کلیدی: مقاوم سازی، تعمیر و تقویت سازه ها، زلزله، بهسازی لرزه ای

.1 مقدمه
مقاوم سازی عبارت است از دستیابی به شرایط مورد انتظار ساختمان در سطح بهره برداری دلخواه برای یک شدت زلزله بخصوص، برای دستیابی به این هدف هرگونه اقدامات اصلاحی مشتمل بر سخت کردن، مقاوم سازی سازه، افزودن اجزای موضعی برای حذف بی نظمی ها، بستن اجزای سازه به یکدیگر، کاهش تقاضای زلزله در سازه از طریق روش جداسازی و یا جذب انرژی و یا کاهش ارتفاع یا جرم سازه را می توان در قالب روشهای مقاوم سازی برای حصول پایداری و مقاومت سازه در برابر بار جانبی ناشی از زلزله به عنوان تکنیک ها و روش های کاهش خطر در نظر گرفت. آیین نامه های مقاوم سازی با توجه به مطالعات قدیمی بر روی رفتار ساختمان ها در برابر زلزله و مطالعات جامع و تحلیل های غیر خطی رفتار ساختمان ها با ایجاد حداقل مزاحمت در کاربری آنها و با رعایت اصول ایمنی ومسائل اقتصادی می باشد، این آیین نامه ها برای اولین بار با مطرح کردن سطوح بهره برداری و ترکیب آن با معیارهای لرزش زمین، دیدگاهی جدید در خصوص مقاوم سازی ساختمان های غیر مقاوم در برابر زلزله ایجاد می نماید .[1]

مهمترین اهداف بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای تحقق موارد زیر می باشد:

-1 تامین مقاومت در برابر زلزله های خفیف بدون هیچگونه آسیب -2 تامین مقاومت در برابر زلزله های متوسط بدون هیچگونه آسیب سازه ای، ولی احتمال برخی خسارت های غیر سازه ای وجود دارد

-3 تامین مقاومت در برابر زلزله های شدیدی که در محل سازه قبلارخ داده یا قابلیت وقوع دارد، بدون فروریزی، ولی احتمال برخی خسارت های سازه ای و غیر سازه ای وجود خواهد داشت

.2 گام های کلی و ویژه در فرآیند بهسازی و مقاوم سازی
این گام ها برای کلیه ساختمان ها اعم از فولادی، بتنی و مصالح بنایی قابل اعمال است و بیشتر جنبه عمومی یا کلی داشته و به هیچ نوع از انواع ساختمان ها اختصاص ندارد، تقسیم بندی کلی این گام ها به شرح زیرمی باشد:[2]

-1 مبانی بهسازی و مقاوم سازی و تعیین سطوح عملکرد -2 مبانی و روشهای تحلیل -3 روش های مقاوم سازی

• مبانی بهسازی شامل موارد زیر می باشد: تعیین مشخصات ساختمان تعیین مشخصات ساختگاه

بررسی وضعیت ساختمان های مجاور • سطح عملکرد هدف به دو دسته تقسیم می گردد:

سطح عملکرد سازه ای (SP-n) (Structural Performance Level)
سطح عملکرد غیر سازه ای (NP-n) (Non-structural Performance Level)
• سطوح عملکرد سازه ای عبارتند از:
استفاده بی وقفه یا اشغال فوری (SP-1) (Immediate Occupancy)
کنترل خسارت یا خرابی محدود (SP-2) (Damage Control)
ایمنی جانی ( ( SP-3 (Life Safety)
ایمنی جانی محدود (SP-4) (Limited Life Safety)
آستانه فروریزش با پایداری سازه ای (SP-5) (Structural Stability or Near Collapse)
• سطوح عملکرد غیر سازه ای عبارتند از:
قابلیت خدمات رسانی (NP-A) (Operational)
بهره برداری بی وقفه (NP-B) (Immediate Occupancy Level)
ایمنی جانی (NP-C) (Life Safety)
کاهش خطر (NP-D) (Reduced Hazard)
لحاظ نشده (منظور نشده) (NP-E) (Not Considered)

· سطوح عملکرد ساختمان
برای به دست آوردن سطح عملکرد ساختمان لازم است، ترکیبی بین سطح عملکرد عناصر سازه ای و غیر سازه ای به وجود آید، به طور خلاصه سطوح عملکرد ساختمان را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد (جدول :(1
سطح عملکرد بهره برداری (خدمت رسانی) (A-1) سطح عملکرد بهره برداری بی وقفه (B-1)
سطح عملکرد ایمنی جانی (C-3)

سطح عملکرد در آستانه فروریزش (E-5)

شکل -1 منحنی ظرفیت در حالت کلی
· سطوح مقاوم سازی

با توجه به سطوح عملکرد مورد انتظار، روش و سطح مقاوم سازی متفاوت خواهد شد . سطوح مقاوم سازی به 4 دسته زیر تفکیک می شوند:

-1 بهسازی و مقاوم سازی محدود -2 بهسازی و مقاوم سازی مبنا
-3 بهسازی و مقاوم سازی مطلوب -4 بهسازی و مقاوم سازی ویژه
· مبانی و رو شهای تحلیلی

روش های تحلیلی که برای تعیین نیروهای داخلی و تغییر شکل های اعضای سازه در اثر نیروهای ناشی از زلزله به کار می روند عبارتند از:

-1 روش استاتیکی خطی -2 روش دینامیکی خطی
-3 روش استاتیکی غیر خطی -4 روش دینامیکی غیر خطی
این چهار روش درواقع در دو گروه روش های خطی و غیرخطی قرار می گیرند که کاربرد هر یک از این گروه ها دارای محدوده معینی است.

· انتخاب روش تحلیل

قبل از بررسی مقاوم سازی ساختمان های بتنی، بی شک شناسایی انواع خسارت در ساختمان های بتنی امری مهم تلقی می شود. انواع خسارت وارده به اعضاء این گونه ساختمان ها به شرح زیر است: [3]

ترکهای مورب در هسته از بین رفتن پوشش بتن

قطعه قطعه شدن هسته مرکزی بتن در اثر ترکهای مورب رفت و برگشتی در بتن دررفتن خاموتها به سمت خارج کمانش ارماتورهای اصلی

شکست در چسبندگی ودررفتن آرماتورها بخصوص در نواحی تنشهای متناوب زیاد شکست برشی مستقیم در اعضای کوتاه یا عضوهایی که به اطراف متصل می شوند و طول موثر آزاد آنها کوتاه است. ترکهای برشی در ناحیه اتصال تیر- ستون پاره شدن دالها در لبه های غیر ممتد و تقاطع با اعضای قائم سخت

ترک خورد گی مورب در دیوار های برشی،بخصوص به طور متمرکز در اطراف بازشوها

پس از به دست آوردن شناخت کافی از میزان خسارت های وارده به ساختمان انتخاب روش مناسب برای مقاوم سازی سازه مورد توجه قرار می گیرد، دو روش عمده برای ارتقاء شرایط موجود به منظور مقابله با آثار مخرب زلزله به صورت زیر می باشد:

-1 کاهش نیاز زلزله (Demand)
-2 افزایش مقاومت لرزه ای ساختمان ها وسازه ها

· کاهش دادن نیروی زلزله وارد بر ساختمان

نیروی زلزله وارد بر ساختمان با وزن آن نسبت مستقیم دارد، بنابراین با کاهش وزن ساختمان می توان نیروی زلزله وارد بر ساختمان را کم کرد، برای این منظور می توان از طریق تبدیل کردن دیوارهای سنگین به دیوارهای سبک، استفاده از بتن سبک سازه ای، سبک کردن سقف ها و کم کردن طبقات اقدام کرد.[4]

· افزودن سیستم سازه ای جدید برای مقابله با نیروی زلزله

یکی از راه های بسیار موثر برای مقابله با نیروی زلزله، افزودن سیستم های سازه ای جدید به ساختمان می باشد، این روش در سالیان اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است و می توان مهمترین روش های قابل انجام را به شرح زیر نام برد :

-1 افزودن سیستم دیوار برشی در یک قاب ساختمان بتن آرمه با یا بدون دیوار برشی -2 استفاده از مهار بندی های هم مرکز (CBF)

-3 استفاده از مهار بندی های غیر هم مرکز (EBF) -4 استفاده از میان قاب ها -5 استفاده از بادبندهای میراگر ویسکو الاستیک

.3 تعمیر و تقویت لرزه ای اعضای ساختمانی موجود
دورپیچ کردن با فولاد، افزایش سطح مقطع بتن با بتن ریزی و اضافه کردن آرماتور، استفاده از صفحات فولادی، استفاده از آرماتور خارجی، تزریق اپوکسی، بخیه زدن، یش تنیدگی خارجی و استفاده از روش ها و مصالح نوین مانند میراگرها، سیمان الیافی، ماد مرکب سیمانی وFRPها از جمله روش هایی هستند که اعضای ساختمانی بسته به درجه مقاومت ساختمان دربرابر زلزله، سطح خسارت محتمل، نوع اعضاء و اتصالات انها می تواند به وسیله آنها تعمیر و تقویت شوند. روشهای ذکر شده به جز روشهای استفاده از مصاح نوین، از روش های متداول و مرسومی می باشند که برخی از آنها سالیان درازی است که برای تقویت سازه های بتنی استفاده می گردد. این روشها نیاز به تخریب نداشته، اما اتصال صحیح بخش قدیم و جدید در ساختمانهای بتن مسلح در هنگام مقاوم سازی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است ولازم است قبل از اتصال جدید، ابتدا پوشش بتن قدیم برداشته شود وسپس محل تمیز گردد و بعد بتن قدیمی مضرس شده ودر نهایت با چسب اپوکسی با ملات های چسبنده و یا دوغاب سیمان آغشته شده، میله گردها به هم متصل گشته و سپس بتن ریزی یا بتن پاشی صورت گیرد.
· دور پیچ کردن با فولاد (زره پوش فولادی)
در این روش از ورق فولادی نازک جهت پوشش ستون ها استفاده می شود. پوشش ستون ها به صورت کامل بوده ودور تا دور ستون توسط ورق های فولادی که ضخامتی بین 4 تا 8 میلیمتر دارند پوشیده می شود.

· افزایش سطح مقطع با بتن ریزی و اضافه کردن آرماتور

از این روش نیز برای ستون ها یی که دچار آسیب دیدگی شده باشند استفاده می شود. این روش ظرفیت باربری ستون را افزایش داده و در عین حال می تواند مرمت عضو را نیز شامل گردد.

· تزریق اپوکسی
عمل تزریق اپوکسی جهت مرمت تیرهای با ترکهای جزئی به کار می رود.
· استفاده از آرماتور خارجی

در این روش آرماتورهای معمولی از بیرون به مقطع تیر بسته شده و در دو انتهای آن مهار می گردند. البته لازم به ذکر است که مهار آرماتورها در انتهای تیر بسیار مهم و حساس بوده و از نظر اجرا مشکل و پرهزینه می باشد.

· استفاده از پیش تنیدگی خارجی

این روش از طریق ایجاد پیش تنیدگی در کابلهایی که از بیرون در امتداد طول سازه تعبیه می گردند انجام می شود. تاریخچه استفاده از پیش تنیدگی خارجی به بعد از جنگ جهانی دوم بر می گردد که به علت بکارگیری نامناسب آن، نتیجه خوبی به دست نیامد.