مقاوم سازی در برابر زلزله
مقاوم سازی در برابر زلزله
یکی از علل اصلی گسیختگی و فرو ریزش سازه ها زلزله می باشد . نیروهای ناشی از زلزله سبب گسترش آسیب در المان های ضعیف ساختمان می گردد .ایران به عنوان یکی از نقاط زلزله خیز دنیا می باشد که با رعایت ضوابط و قوانین زمین لرزه در هنگام ساخت یا مقاوم سازی در برابر زلزله تا مقدار زیادی می توان از آسیب های ناشی از زلزله جلوگیری کزد .
اجرای عملیات مقاوم سازی ساختمان بویژه در سازه های بتنی که بدلیل ماهیت آنها در باربر نیروهای خمشی و فشاری ضعیف تر عمل می کنند اهمیت زیادی دارد و تقویت سازه های بتنی تا حد زیای سبب بهبود عملکرد آنها و مقاوم سازی در برابر زلزله می گردد
علت مقاوم سازی در برابر زلزله چیست
با گذر زمان و فرسایش عمر مصالح بکار رفته در ساختمان از میزان مقاومت و سختی آنها کاسته می شود که با مقاوم سازی ساختمان قدیمی در برابر زلزله می توان عملکرد آنرا تا حد زیادی بهبود بخشید و در برخی موارد سازه های نوساز هم بدلیل عدم رعایت ضوابط و قوانین زلزله یا ضعف در طراحی یا اجرا از سختی کافی برخوردار نمی باشند و عملکرد مناسبی از خود بروز نمی دهند . لذا این فرآیند امری ضروری تلقی شده که از ضرورت اقدامات مربوط به مقاوم سازی ساختمان تخریب شده بر اثر زلزله در آینده می کاهد.ساختمان های مقاوم در برابر زلزله
بطور کلی ساختمان ضد زلزله یا کاملا مقاوم در برابر زلزله، به گونه ای که هرگز خسارتی متوجه آن نشود وجود ندارد. در حقیقت ساختمان ها در برابر حوادث گوناگون از جمله زلزله با توجه به میزان سازگاری با آن رویداد به خصوص، سطوح متفاوتی از عملکرد را نشان خواهند داد. ساختمان های مسکونی ضد زلزله یا مقاوم در برابر زلزله، طبیعتاً در اثر اعمال نیروهای جانبی خسارت هایی خواهند دید اما این خسارت ها هرگز به گونه ای نخواهد بود که منجر به ریزش ساختمان و به خطر افتادن جان افراد شود. برای انتخاب ساختمان های با خطر کمتر در برابر زلزله باید به دهانه های بزرک بدون ستون توجه کرد چرا که این نواحی، نقاط بحرانی در برابر زلزله محسوب می شوند و وجود آنها مستلزم طراحی و اجرای تخصصی می باشد. یکی دیگر از نقاط مهم در انتخاب ساختمان ضد زلزله یا مقاوم سازی شده در برابر زلزله، وجود حداقل ۱۰ سانتی متر فاصله با ساختمان مجاور است. نواحی اطراف آسانسور نیز باید حداقل دارای سه ستون باشند. سال ساخت سازه نیز تاثیر مستقیمی در مقاومت آن در برابر زلزله دارد به گونه ای که می توان ادعا کرد ساختمان هایی که از سال ۱۳۸۷ به بعد ساخته شده اند در صورت رعایت استاندارد ها و آیین نامه ها از مقاومت بیشتری نسبت به ساختمان های قدیمی تر برخوردارند.روش های مقاوم سازی در برابر زلزله
جهت افزایش میزان سختی و تقویت سازه با توجه به در نظر گرفتن پارامترهای مهم و تاثیرگذار می توان از راه های مختلفی استفاده کرد .انواع روش های مقاوم سازی با در نظر گرفتن عمر سازه ، ایرادات سازه ، اسکلت سازه ، کاربرد سازه ، هدف از بهسازی ، میزان مقاومت کنونی و .... بهترین روش را انتخاب و اجرا می کنند . لازم بذکر است تمامی روش های تقویت سازه در برابر زلزله تایید شده می باشند و تفاوت آنها در مزایا و معایب آنها با توجه به نوع سازه خواهد بود .
راه های مقاوم سازی در برابر زلزله به اختصار عبارتند از :
۱- کاستن از وزن کلی ساختمان
۲- افزودن به ضخامت دیوارها
۳- اجرای دیوار برشی
۴- مقاوم سازی با جداسازهای لرزه ای
۵- اجرای دیوارهای کناری و پشت بند
۶- مقاوم سازی با ژاکت بتنی و فولادی
۷- مقاوم سازی اتصالات
۸- تقویت ستون ها
۹- تقویت تیرها
۱۰- اجرای قاب خمشی
۱۱- مقاوم سازی با شاتکریت
اجرای دیوار برشی برای مقاوم سازی در برابر زلزله :
یکی از مطلوب ترین روش های مقاوم سازی در برابر زلزله افزودن دیوار برشی می باشد. دیوارهای برشی به عنوان جاذب نیروهای جانبی عمل می کند و مانع از وارد شدن فشار به تیرها و ستون ها می گردد و در نتیجه از فروریزش آنها جلوگیری می کند. دیوارهای برشی از طریق افزایش سطح ویژگی شکل پذیری سبب بهبود رفتار لرزه ای ساختمان می گردد . اجرای دیوارهای برشی مستلزم عملیات سوراخ کاری ، کاشت میلگرد و آرماتورگذاری می باشد . مقاوم سازی با دیوار برشی در برابر زلزله یکی از روش های مورد تایید و مناسب جهت تقویت ساختمان های مهم است. بطور کلی دیوارهای برشی وظیفه ی خنثی سازی بارهای جانبی وارد بر سازه را بر عهده دارند. دیوارهای برشی نسبت به سایر اجزای سازه حجم بیشتری دارند تا سختی مورد نیاز در آنها تامین شود. البته نکته ی قابل توجه درباره ی دیوارهای برشی، ضرورت تقویت فونداسیون به دلیل سختی بالای دیوارهای برشی است که می توان این کار را به کمک شمع گذاری انجام داد.مقاوم سازی در برابر زلزله با افزودن قاب خمشی :
اجرای قاب خمشی عمدتا در سازه های بتنی انجام می شود و با افزایش سختی در تحمل نیروهای جانبی سبب مقاوم سازی ساختمان می شود .قاب خمشی در واقع مجموعه ای از تیرها ، ستون ها و سایر اتصالات می باشد و بطور همزمان در تحمل نیروهای جانبی و ثقلی نقش دارد .
مقاوم سازی در برابر زلزله با شاتکریت :
مقاوم سازی با شاتکریت در واقع نوعی ترمیم بتن سطحی محسوب می شود . اجرای این روش مستلزم نصب شبکه ای میلگردها با استفاده از آرماتوربندی روی سطح کار و استفاده از بتن های مخصوص می باشد. حساسیت این روش بالاست و لازم است تا توسط افراد متخصص ایجاد گردد.مقاوم سازی در برابر زلزله با افزودن قاب مهاربندی :
مقاوم سازی در برابر زلزله با افزودن قاب مهاربندی عموما در مقاوم سازی سازه های اسکلت فولادی انجام می شود که دارای ضعف در جوشکاری می باشند که در نهایت منجر به کاهش سختی آنها شده است .مقاوم سازی در برابر زلزله با افزودن ستون به طبقه ی نرم
یکی از راه های مقاوم سازی در برابر زلزله از طریق افزایش ظرفیت باربری تیرها ،اجرای ستون در طبقات نرم سازه (طبقات اول) می باشد .در این روش بخش هایی از سازه که مقاومت و سختی پایینی دارند مقاوم می شوند . ضمنا ظرفیت باربری تیرها تا حد قابل توجهی افزایش می یابد .
مقاوم سازی در برابر زلزله با ژاکت بتنی
ژاکت بتنی، یکی از روش های افزایش مقاومت فشاری، برشی و میزان شکل پذیری سازه در برابر زلزله است. ژاکت بتنی با محصور سازی عضو بتنی سبب افزایش ظرفیت باربری سازه در برابر نیروهای جانبی و ثقلی شده و به این ترتیب عملکرد سازه را در برابر زلزله بهبود خواهد بخشید. از مزایای ژاکت بتنی می توان به عدم نیاز آن به پوشش ضد حریق، افزایش سرعت پیوستگی بین اجزای سازه و فراهم کردن شرایط لازم برای اصلاح اتصالات قاب نام برد. به منظور اجرای این روش، لازم است تا سوراخ هایی با فواصل مشخص در وجه پیرامونی عضو مورد نظر ایجاد گردد سپس یک مش فولادی با آرماتورهای آجدار در نواحی عضو تعبیه شود. سپس درون سوراخ ها با استفاده از چسب اپوکسی می گردد و آرماتورها به شکل کج در آن ها قرار می گیرد. بنابراین عملیات اجرایی طولانی، قالب بندی و ضرورت صرف زمان و هزینه ی زیاد می تواند از معایب مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله به روش ژاکت بتنی باشد. علاوه بر این لازم به ذکر است که اجرای این روش سبب افزایش وزن و ابعاد اجزای سازه خواهد شد. بنابراین انتظار می رود که وزن سازه به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا کند.
مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله با ژاکت فلزی
یکی از روش های تقویت ساختمان بتنی و اجزای آن در برابر زلزله استفاده از ژاکت فولادی است. ژاکت فولادی نسبت به ژاکت بتنی از وزن سبک تری برخوردار بوده و اجرای ساده تری دارد چراکه نیازمند قالب بندی نبوده و از نظر معماری نیز تغییرات چندانی در ابعاد سازه ایجاد نمی کند. ژاکت فلزی با افزایش مقاومت فشاری، برشی، خمشی و شکل پذیری سبب مقاوم سازی در برابر زلزله می شود. در این روش ورق های فولادی از طریق بولت به اجزای مورد نظر متصل می شوند. البته همانند سایر روش، مقاوم سازی در برابر زلزله با کمک ژاکت فولادی نیز معایبی دارد. این سیستم فاقد پوشش های ضد حریق بوده و اجرای آن نیازمند حجم بالایی گروت است. این روش به مرور زمان مستعد خوردگی است و همچنین ممکن است هنگام کاشت بولت فشار زیادی به اجزای سازه وارد شود.
مقاوم سازی در برابر زلزله با اجرای FRP
یکی از متداول ترین و نوین ترین روش های بهسازی لرزه ای استفاده از سیستم مقاوم سازی با FRP می باشد . در این روش با استفاده از کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف FRP می توان مقاومت سازه را در برابر آسیب های محیطی و ضربه افزایش داد. الیاف FRP از مصالح نوینی هستند که به منظور جبران کاستی ها و یا جایگزینی روش های موجود در مقاوم سازی لرزه ای ارائه شدند. مصالح FRP که ترکیب الیاف و رزین ساخته شده اند، انواع مختلفی دارند. به منظور اتصال الیاف FRP به سطوح بتنی از رزین اپوکسی نصب FRP استفاده می شود. مقاوم سازی با FRP به دلیل عدم افزایش وزن سازه، مقاومت بالا و سهولت در اجرا در بسیاری از مواقع نسبت به روش های سنتی ارجحیت دارد. استفاده از این روش نه تنها سبب مقاوم سازی در برابر زلزله خواهد شد بلکه در برابر عوامل مخرب شیمیایی نیز از ساختمان محافظت می کند. بطور کلی می توان گفت که اجرای FRP سبب افزایش مقاومت خمشی، برشی و فشاری سازه خواهد شد. از این روش می توان برای مقاوم سازی اکثر اجزای سازه استفاده کرد و علاوه بر افزایش دوام و عمر سازه، شکل پذیری آن ها را نیز افزایش داد و ترک های بتن را نیز کنترل کرد.مقاوم سازی در برابر زلزله با افزودن تیر بین ستون ها :
در سازه هایی که تیرها از سختی کافی برای تحمل نیروهای وارد برخوردار نمی باشند و جهت افزایش پیشگیری از خیزش تیرها می توان بین ستون های اصلی سازه ، تعدادی تیرهای فرعی ایجاد کرد تا با انتقال و تقسیم شدن نیروها، وزن و فشار کمتری به تیرهای اصلی وارد شوند .مقاوم سازی در برابر زلزله با پیش تنیدگی
یکی از روش های مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده از روش پیش تنیدگی است که با استفاده از رشته های فولادی یا آرماتورهایی مقاوم صورت می گیرد. در واقع زمانی که فولاد پیش از بتن ریزی کشیده شود، به آن پیش تنیدگی گفته می شود. در این روش به منظور کاهش اثرات ناشی از تنش های بارهای مرده و زنده، یک تنش ثابت در عضو بتنی به صورت همیشگی ایجاد می شود که سبب افزایش ظرفیت باربری سازه نیز خواهد شد. برای اجرای این روش در مرحله ی کابل ها در حد فاصل دو انتهای عضو مورد نظر به روی بستر پیش ساخته کشیده خواهد شد. در نهایت پس از بتن ریزی و دستیابی سازه به مقاومت مورد نظر، کابل های پیش تنیده در نواحی انتهایی تیر بریده خواهند شد و نیروی پیش تنیدگی به شکل نیروی فشاری به عضو مورد نظر وارد می گردد. مقاوم سازی در برابر زلزله به روش پیش تنیدگی را می توان برای ساختمان، پارکنیگ ها و سایر اماکن مشابه انجام داد.مقاوم سازی در برابر زلزله به روش پس کشیدگی
در روش مقاوم سازی در برابر زلزله به روش پیش تنیدگی و پس کشیدگی، غلافی تو خالی در مسیر عبور کابل ها یا آرماتورهای پیش تنیده قرار خواهد گرفت که کابل ها از آن ها عبور داده می شوند و پس از آن بتن ریزی صورت می گیرد. در نهایت پس پس از اینکه بتن به مقاومت مورد نیاز رسید، کابل ها کشیده شده و با استفاده از مهاربند مهار می شوند. از روش مقاوم سازی در برابر زلزله به روش پس کشیدگی عمدتا در قطعات پیش ساخته ی بتنی استفاده می شود. استفاده از هر دو روش پس کشیدگی و پیش کشیدگی منجر به افزایش عمر و پایداری بتن، کاهش ابعاد فونداسیون و مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله می شود. استفاده از این سیستم ایمنی ساختمان را در برابر بارهای جانبی، ضربه و دینامیکی به مقدار زیادی افزایش می دهد. علاوه بر این استفاده از پس کشیدگی احتمال وقوع ترک در ساختمان و تغییر شکل ناشی از آن را کاهش می دهد. بتن ها و آرماتورها در این سیستم به ترتیب نقش بابری و کنترل ترک در نواحی تحتانی را به عهده دارند.مقاوم سازی در برابر زلزله با استفاده از بادبند
یکی از راه های کارآمد و تاثیرگذار در مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله استفاده از بادبند است. بادبندها با افزایش مقاومت برشی و سختی ساختمان سبب بهبود عملکرد آن در برابر زمین لرزه و کاهش نیاز به شکل پذیری می شوند. نحوه ی تأثیرگذار بادبندها شباهت زیادی به دیوارهای برشی دارد با این تفاوت که سرعت بالای اجرای این روش سبب افزایش استفاده از آن شده است. لازم به ذکر، در صورتی که بادبندها به درستی اجرا نشوند ممکن است شاهد پیچش و ناپیداری سازه باشیم. در این روش بادبندها به شکل مختلف در حدفاصل بین دو ستون در طبقات و در یک طرف یا هر دو طرف اجرا می شوند. بادبندها انواع مختلفی دارند اما به صورت کلی در دو گروه بادبندهای همگرا و واگرا قرار می گیرند. از بادبندها عموما به منظور تحمل نیروی کششی استفاده می شود. در اجرای این روش لازم است تا نسبت به مقاوم سازی ستون های مجاور و بهسازی پی اقدام گردد. اجرای بادبند برای مقاوم سازی در برابر زلزله از سرعت بالا و هزینه ی مناسبی برخوردار است. البته از معایب بادبندها می توان به ضروری مقاوم سازی فونداسیون و ستون ها اشاره کرد.مقاوم سازی در برابر زلزله با جداگر لرزه ای
یکی از روش های مقاوم سازی در برابر زلزله، استفاده از جداگرها یا جداسازهای لرزه ای است. با استفاده از این روش می توان ارتعاشات وارد بر سازه را کنترل کرد. از جداگر لرزه ای برای کاهش شتاب وارد بر سازه و در مقابل پاسخ لرزه ای سازه استفاده می شود. جداگرها یا جداسازهای دامنه ها حرکت سازه را هنگام زمین لرزه محدود کرده و مانع از انتقال بخش زیادی از نیروها از زمین به سازه می شوند به این ترتیب می توان ادعا کرد که جداگرهای لرزه ای تاثیرات مخرب ناشی از زمین لرزه را تا ۸۰ درصد کاهش می دهند. یه جداگر لرزه ای ایده ال باید توانایی تحمل نیروهای قائم ناشی از زمین لرزه را داشته باشد تا به این ترتیب بتواند از تغییر مکان سازه جلوگیری کند. جداگرهای لرزه ای را می توان به دو دسته ی کلی: جداسازه های لاستیکی و جداسازهای اصطکاکی تقسیم کرد که در ادامه به آن ها خواهیم پرداخت. جداسازهای لرزه ای می توانند نیروهای وارد بر سازه را تا بیش از ۶۰ درصد کاهش دهند. با اجرای این روش برای مقاوم سازی در برابر زلزله می توان کاربری سازه را در هنگام زمین لرزه و پس از آن حفظ کرد و خسارات سازه ای و غیرسازه ای را به میزان چشمگیری کاهش داد. استفاده از این سیستمم ضرورت استفاده از باربندهای جانبی نیز مهاربندها و دیوارهای برشی را از بین خواهد برد.مقاوم سازی در برابر زلزله با میراگر
به منظور مقاوم سازی در برابر زلزله می توان از میراگر یا دمپر به عنوان یک روش نوین برای پیشگیری از وارد شدن آسیب به ساختمان استفاده کرد. میراگرها با اتلاف انرژی وارد بر سازه مانع از تاثیر گذاری بخش اعظمی از آن به سازه خواهند شد. مقاوم سازی در برابر زلزله با میراگر از جا به جایی شدید طبقات، خسارات زیاد و هزینه ی بالای احداث پیشگیری خواهد کرد. علاوه بر این سازه های مجهز به میراگر در برابر نیروهای دینامیکی ناشی از زمین لرزه عملکرد مناسبی خواهند داشت.مقاوم سازی در برابر با مهاربند کمانش تاب
یکی از روش های تقویت در برابر زلزله، مقاوم سازی با مهاربند کمانش تاب است. استفاده از این روش برای تقویت ساختمان در برابر وقوع زمین لرزه سختی الاستیکی لازم را تامین کرده و به دلیل اتصالات بکار رفته در ساختار آن ها سرعت بالا و هزینه مناسبی برخوردار است. بعلاوه مهار بندهای کمانش تاب ظرفیت بالایی در جذب انرژی دارند و قادرند تا پایداری سازه را در برابر زلزله تامین کنند.چه ساختمان هایی در برابر زلزله مقاوم هستند؟
با توجه به اینکه این روزها بحث میزان تعیین مقاومت سازه در برابر زلزله بسیار مورد توجه قرار گرفته است برای بسیاری از افراد این سوال مطرح می شود که کدام یک از سازه های فلزی و بتنی در برابر زلزله عملکرد مناسب تری از خود نشان می دهند؟ برای پاسخ به این سوال در ابتدا لازم است بدانید که سازه های فلزی و بتنی هر کدام ویژگی های به خصوص خود را دارند که رفتار متفاوتی در برابر زلزله ایجاد می کند. برای ارائه پاسخ کامل تر به این سوال لازم است برخی از ویژگی های سازه های بتنی و فولادی و تاثیر آنها بر مقاومت سازه در برابر زلزله بررسی شود.۱-مقاومت سازه
یکی از سوالات متداولی که برای افراد پیش می اید این است که؛ ساختمان بتنی در برابر زلزله مقاوم تر است یا ساختمان فلزی؟ نمی توان پاسخ دقیقی به این سوال داد چرا که هم ساختمان بتنی و هم ساختمان فلزی با توجه به طراحی آنها می توانند از مقاومت های مختلفی برخوردارند باشند. در واقع می توان گفت که طراحی سازه از اهمیت بیشتری نسبت به بتنی یا فلزی بودن سازه برخوردار است. البته لازم بذکر است که اسکلت های بتنی بدلیل داشتن وزن بیشتر، فشار بیشتری را در برابر زلزله تحمل می کنند.
۲-طول عمر
یکی از تفاوت های مهم سازه های بتنی و فلزی با یکدیگر، طول عمر مفید آنها است که می تواند تاثیر مستقیمی در مقاومت آنها در برابر زلزله داشته باشد. سازه های بتنی برای طول عمر مشخصی طراحی می شوند و با به پایان طول عمر مفید آنها، براثر کاهش مقاومت بتن دچار زوال خواهند شد که تاثیر مستقیمی بر عملکرد آنها در برابر زلزله به جای خواهد گذاشت. در حالیکه سازه های فلزی با گذر زمان مقاومت خود را از دست نداده و دچار زوال نخواهند شد که این ویژگی یکی از مزایای مهم سازه های فلزی نسبت به سازه های بتنی است.
۳-مقاومت در برابر آتش سوزی
سازه های فلزی مقاومت کمتری در برابر حریق نسبت به سازه های بتنی دارند به طوریکه با افزایش دما این سازه های مقاومت خود را از دست می دهند و دچار زوال می شوند بنابراین لازم اس تهمیداتی برای افزایش مقاومت سازه های فلزی در برابر حریق در نظر گرفته شود که فرآیند هزینه بر خواهد بود. در مقابل سازه های بتنی در برابر حریق از مقاومت بالاتری برخوردار هستند و نیازمند صرف هزینه ی بالا برای عایق شدن در برابر حریق نمی باشند.
۴-هزینه ساخت
سازه های فولادی که از طراحی صحیحی برخوردار باشند تقریبا ۳۰ درصد بیش از سازه های بتنی مقاومت دارند. بنابراین هزینه ی ساخت سازه های فولادی به مراتب بیش تر از سازه های بتنی است که این مسئله می تواند یکی از موارد مهم در انتخاب یک سازه ی مقاوم در برابر زلزله در نظر گرفته شود.
۵-سهولت در اجرا
یا توجه به اینکه سازه های فلزی نیازمند دقت بالاتری در فرآیندهای برش کاری، جوش کاری و عمل نقل هستند، انتظار می رود که از اجرای آنها نسبت به اجرای سازه های بتنی از سهولت کمتری برخوردار باشد و نیازمند نیرویی متخصص برای اجرا، نظارت و کنترل صحیح باشد. با توجه سهولت کمتر و نیازمندی بیشتری سازه های فلزی به نیروهایی متخصص، اجرای صحیح آنها نسبت به سازه های بتنی دشوارتر است. بنابراین اجرای آسان تر سازه های بتنی یکی از مزیت های آن محسوب می شود که می تواند هنگام اجرای ساختمان هایی مقاوم در برابر زلزله مورد توجه قرار گیرد.
۶-سرعت اجرا
یکی دیگر از مواردی که برای انتخاب سازه ی مقاوم در برابر زلزله باید به آن توجه کرد، سرعت اجرا سازه است. در سازه های فلزی امکان ساخت همزمان طبقات سبب افزایش سرعت ساخت و ساز می شود که در صورت ساخت اجزای اسکلت فلزی در کارخانه، این سرعت به مراتب کاهش بیشتری خواهد داشت که می توان جبران هزینه ی تمام شده برای سازه شده و زمان رسیدن به بهره برداری را کوتاه تر کند. در مقابل سازه فلزی نیازمند صرف زمان لازم برای گیرش اولیه بتن و اجرای هر طبقه پس از طبقه زیرین هستند که این مسئله سرعت پیشرفت کار را با کندی مواجه می کند و لازم است هنگام انتخاب سازه ی مقاوم در برابر زلزله مورد توجه گیرند.