اﺳﺘﻔﺎده از ﺑﺎدﺑﻨﺪ ﻓﻠﺰی در ﻣﻘﺎوم ﺳﺎزی ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﻫﺎی ﺑﺘﻦ آرمه

به‌طورکلی مقاوم‌سازی ساختمان‌ها بر اساس دو روش انجام می‌شود. شامل (1) افزایش مقاومت سازه(2) شکل‌پذیری ساز درروش اول با نصب و اجرای دیوارهای برشی یا بادبندها مقاومت سازه افزایش می‌یابد  ساکن استفاده از بادبندها از اهمیت ویژه‌ای در ساختمان‌های اسکلت بتنی برخوردار است. توجه به این نکته که ایران به لحاظ جغرافیایی در طول کمربند زلزله‌خیز آلپ- هیمالالیا قرار دارد اهمیت استفاده از بادبندها را پررنگ‌تر می‌کند. لازم به ذکر است که افزایش انعطاف‌پذیری در معماری، وزن کم سیستم، آسانی و سرعت ساخت و قابلیت انتخاب چندین سیستم را می‌توان از اصلی‌ترین مزیت‌های بادبند فلزی دانست. اگرچه در بسیاری از کشورهای زلزله‌خیز یا کشورهای پیشرفته که ساخت ساختمان‌های اسکلت بتنی بلندمرتبه و کوتاه مرتبه در آن‌ها امری رایج است، تحقیقات گسترده‌ای درزمینهٔ استحکام‌بخشی با بادبندهای فلزی انجام‌شده است ولی بومی‌سازی این روش امری لازم و ضروری است. نگاهی به خسارت‌های زلزله‌های گذشته نشان می‌دهد که درصد بالایی از ساختمان‌های بتنی که تاکنون در کشور ساخته‌شده‌اند مقاومت کافی و قابل قبولی ندارند. ازاین‌رو نیز ضرورت تقویت این ساختمان‌ها برای مقابله با نیروهای جانبی و روش مقاوم‌سازی قابل‌اعتماد، احساس می‌شود. استفاده از بادبندهای فولادی در قاب‌های بتنی یک سیستم ترکیبی ایجاد می‌کند که تقریباً ازنظر خصوصیات رفتاری با سازه‌های بتنی متفاوت است. البته شکل بادبند میزان بلندی ساختمان( طبقات)تأثیر زیادی روی عملکرد بادبند در این ساختمان‌ها دارد.

عمده تحقیقات انجام‌شده در کشور درزمینهٔ مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی با بادبندهای فلزی را می‌توان به‌صورت زیر دسته‌بندی نمود:

1. بررسی تأثیر بادبند بر رفتار تغییر مکان نسبی و یا جابه‌جایی
2. بررسی تأثیر بادبند بر توزیع نیروهای برشی
3. توزیع بادبندها
4. تأثیر نوع بادبند روی عملکرد آن
5. ترکیب بادبند و دیوار برشی
6. تأثیر تعداد طبقات روی عملکرد بادبند

که فعالیت‌های فوق در دو حوزه محاسباتی( شبیه‌سازی) و آزمایشگاهی انجام‌شده است.

در این زمینه محققین ایرانی تحقیقات هدفمندی انجام داده‌اند و به نتایج قابل‌توجهی رسیده‌اند که با مرور کلی نتایج به‌دست‌آمده از تحقیقات آن‌ها می‌توان به جمع‌بندی مناسبی درباره نتایج به‌دست‌آمده رسید

مقایسه انواع روش‌های مقاوم‌سازی

در این قسمت سعی می‌شود تا مقاوم‌سازی توسط بادبند با سایر روش‌های مقاوم‌سازی مقایسه شود. بررسی تغییرات نیروی برشی برحسب درصد تغییر مکان نسبی می‌تواند راه مناسبی برای سنجش عملکرد مقاوم‌سازی باشد، به همین دلیل از این شیوه استفاده می‌شود تا عملکرد بادبند فلزی با سایر روش‌های مقاوم‌سازی مقایسه شود. این مقایسه در شکل (1) نشان داده‌شده است. این شکل نشان می‌دهد که رفتار قاب و بادبند در رتبه‌ای پایین‌تر قاب و دیوار برشی قرار می‌گیرد ولی نسبت به سایر روش‌های مقاوم‌سازی( مانند هیئت‌رئیسه پیش‌ساخته و یا بلوک بتنی)مرتبه‌ای بالاتر را احراز می‌کند .

 

بررسی اتصالات و مقایسه عملکرد انواع بادبند فلزی

شکل (2) انواع بادبندهای فلزی جهت مقاوم‌سازی را نشان می‌دهد. بادبندها به حالت‌های فشاری، کششی، فشاری کششی و یا پس کشیده طرح و به اشکال Ʌ، V، X، لوزی و زانویی اجرا می‌شود.

نوع دیگر استفاده از بادبندها به‌صورت بادبند خارج از قاب است که ساختمان را همانند کلافی محصور می‌کند.

 

ازجمله موارد اساسی نحوه اتصال بادبند فلزی و قاب بتنی هست. که تأثیر مستقیمی در عملکرد بادبند در سازه دارد. طبق تحقیقات و آزمایش‌های انجام‌شده ملات به‌کاررفته بین قاب فولادی و بتنی از اهمیت خاصی برخوردار است و در میزان مقاومت جانبی قاب مؤثر است. طبق مطالعات آزمایشگاهی برای ساختمان بتن مسلح، اتصال پیچ و مهره‌ای بادبند بااتصال به تیر و ستون، سختی قاب را به مقدار زیادی افزایش می‌دهد به‌طوری‌که این تقویت برای ساختمان‌های کوتاه تا متوسط مناسب تشخیص داده‌شده است، درحالی‌که اتصال با استفاده از پوشش فولادی و بدون چسب و اپوکسی به دلیل لغزش پوشش فولادی عملکرد مناسبی نداشته است. نکته مهم در امر مقاوم‌سازی با بادبند نحوهٔ توزیع بادبندها در ساختمان هست، در طرح سیستم مهارکننده شاید ازلحاظ توزیع یکنواخت مقاومت و سختی بهتر باشد که تمام دهانه‌ها را بادبندی کرد اما با توجه محدودیت‌های معماری غیرممکن است. مزیت یک سیستم مهارکننده محیطی واقع در خارج سازه آن است که با حفظ تقارن، مقاومت پیچشی سازه را نیز افزایش می‌دهد. جهت انتخاب پیکربندی توجه به دو نکته لازم است:

1. پیکربندی بادبند: توزیع المان به‌گونه‌ای که نیروی بلند شدگی ناشی از نیروهای واژگونی کمتر شود
2. در طراحی اعضا نحوه انتقال نیروها مدنظر باشد

شکل (4)تأثیر چیدمان بادبند در میزان باربری سایر اعضای سازه در طبقات را نشان می‌دهد. در پیکربندی‌های(4-ج و 4-د ) تیرهای طبقات، تنها نیروهای زلزله همان طبقه را حمل خواهد کرد. درصورتی‌که برای پیکربندی‌های(4-الف و 4-ب)برای تیرهای b1 و b2 بیشتر در نظر گرفته‌شده است.

تحقیقات بیان می‌کند که قاب مهاربندی برون‌محور (EBF )برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی با شکل‌پذیری کمتر مناسب هست، به‌طوری‌که ضمن افزایش سختی، شکل‌پذیری سیستم را نیز بهبود می‌بخشد. شکل(5)نحوهٔ تقویت اسکلت ساختمان به کمک بادبندهای هم‌محور و برون‌محور را نشان می‌دهد.

جهت اجرای بادبند ضربدری در اسکلت بتنی می‌بایست المان‌های افقی سیستم مهاربند به دیافراگم متصل شوند به‌طوری‌که از تمرکز شدید نیروی برشی در انتهای ستون جلوگیری گردد. با توجه به اینکه پیچ مهاری در المان‌های بتنی تنها نیروی برشی را متصل می‌کنند بهتر است المان‌های افقی و قائم جهت انتقال نیروی المان‌های ضربدری توسط پیچ ای معماری کاملاً به تیر و ستون متصل شود، چراکه اتصال صرف به ستون سبب تمرکز تنش برشی در انتهای ستون می‌شود .

بررسی شکل‌پذیری ساختمان‌های بتنی با بادبندهای همگرا

در تحقیقی که توسط معتمد و همکارانت انجام‌شده است پنج نوع چیدمان برای بادبند در نظر گرفته‌شده است و به بررسی تأثیر حضور بادبندهای همگرا در سازه‌های بتنی و همچنین تأثیر جانمایی‌های مختلف بر شکل‌پذیری ساختمان پرداخته‌شده است. نتایج کلی نشان داده است که در بین چیدمان‌های منظم، هسته مرکزی، نامنظم، کنج، و خمشی که در شکل (6)نشان داده‌شده است، کمترین ضریب شکل‌پذیری و کمترین جابه‌جایی مربوط به چیدمان چهار کنج بوده و بیشترین مقدار مربوط به چیدمان صرفاً خمشی بوده است.

نتایج مطالعات معتمد نشان می‌دهد بادبند فلزی همگرا از نوع X به‌طور فراوان ای به‌سختی سازه و کاهش تغییر مکان قاب‌ها کمک می‌کند. در این تحقیق مشخص‌شده است هرچقدر جابه‌جایی سازه بیشتر باشد، ضریب شکل‌پذیری بیشتری نیز دارد

بررسی رفتار ترکیبی بادبند فلزی و دیوار برشی در ساختمان اسکلت بتنی

نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که اگر در یک سازه بتنی که دارای قاب خمشی و دیوار برشی است و با بادبند فلزی تقویت‌شده است، تغییر مکان جانبی از یک حد مجاز کند مساحت بادبند تا مقدار مشخصی می‌تواند مؤثر شود و بعدازآن تأثیر چندانی بر روی رفتار سازه ندارد، به‌هرحال با افزایش مساحت بادبند جذب برش توسط قاب کاهش می‌یابد و بعد از یک حد مشخصی بادبندها نقش خاصی را در جذب برش زلزله ندارند.

شکل (7) پلان سازه موردبررسی خیر والدین را نشان می‌دهد، حالت‌های در نظر گرفته‌شده در این تحقیق عبارت‌اند از قاب بتن آرمِ تنها، قاب و دیوار برشی، قاب و دیوار برشی و بادبند فلزی، قاب و بادبند فلزی هست، این تحلیل برای ساختمانی ده طبقه انجام‌شده است و نتایج نشان داده است که عملکرد دیوار برشی در سیستم قاب و دیوار برشی در طبقات بالا عملکرد منفی داشته و بار اضافی برسازه تحمیل می‌کند. عملکرد بادبند فازی در ترکیب قاب و بادبند و دیوار برشی مستقل از تعداد طبقات بوده و دارای عملکرد بهبود بخش است. اما عملکرد بادبند فلزی در ترکیب قاب و بادبند فلزی در طبقات پایین مثبت و بالا منفی هست، لذا بهتر است در طبقات بالا بادبند ادامه نیابد. رفتار بادبند و قاب در طبقات پایین و میانی تقریباً مشابه بوده و جذب برش زلزله توسط هریک تقریباً برابر است.

نتیجه گیری:

در تحقیق حاضر بر اساس مطالعات مروری روی نتایج به‌دست‌آمده توسط محققان ایرانی نتایج زیر به‌صورت خلاصه به دست

آمد

• اتصال پیچ و مهره‌ای بااتصال به تیر و ستون، سختی قاب را افزایش داده و مناسب برای ساختمان‌های کوتاه و متوسط است
• اتصال با استفاده پوشش فولادی و بدون چسب و اپوکسی به دلیل لغزش پوشش فولادی عملکرد مناسبی نداشته است.
• مزیت سیستم مهارکننده واقع در خارج سازه آنکه با حفظ تقارن، مقاومت پیچشی سازه را نیز افزایش می‌دهد.
• پیکربندی بادبندها در ارتفاع ساختمان مهم و در پیکربندی لازم است نیروی بلند شدگی ناشی از نیروهای واژگونی کم‌تر شود و در طراحی اعضا نحوه انتقال نیروها مدنظر باشد.
• بادبند فلزی همگرا از نوع X به‌طور فراوان ای به‌سختی سازه و کاهش تغییر مکان قاب‌ها کمک می‌کند
• چیدمان بادبندها در پلان مهم و کمترین ضریب شکل‌پذیری و کمترین جابه‌جایی مربوط به چیدمان چهار کنج بیشترین مربوط به صرفاً خمشی است.
• رفتار بادبند فلزی در ترکیب سازه‌ای قاب خمشی، دیوار برشی و بادبند فلزی در طول طبقات تقریباً ثابت و با تأثیر مثبت است.

بااین‌حال مشخص شد که عمده تحقیقان انجام‌شده در کشور روی چیدمان بادبند فلزی هست، درحالی‌که در ساختمان‌های بلندمرتبه نتایج متناقضی در منابع مشاهده می‌شود. لذا دربارهٔ عملکرد بادبندهای فلزی در دستگاه‌های مرکب همراه با دیوار برشی نیاز به تحقیقات جامع‌تری هست، علاوه بر این در بسیاری از مناطق کشور نیروهای جانبی قابل‌توجهی به دلیل بادخیز بودن آن مناطق روی ساختمان‌های بلندمرتبه عمل می‌کند، درحالی‌که بیشتر تحقیقات روی نیروهای ناشی از زلزله متمرکزشده است لذا جای خالی انجام تحقیقات متمرکز و هدفمند در این زمینه نیز احساس می‌شود.

 

 

سوالات متداول

لزوم استفاده از بادبند فلزی در مقاوم سازی ساختمانهای بتن آرمه ؟

بسیاری از سازه های قدیمی تر بدون در نظر گرفتن ضوابط لرزه ای ساخته شده و مقاومت مورد نظر برای رویارویی با زلزله احتمالی را ندارد از این جهت نیاز به مقاوم سازی دارند یکی از روش های متداول برای افزایش مقاومت سازه در برابر بارهای جانبی افزودن بادبند فلزی است.

مزایای روش تقویت بادبندی فلزی چیست؟

افزایش مناسب در مقاومت – سختی – جذب انرژی ، کم بودن وزن آن در مقایسه با دیوارهای برشی، سهولت و تسریع دراجرا و هزینه نسبتا پائین ، مشکلات کمتر در معماری

در مقاوم سازی به روش افزودن مهاربند فلزی به چه نکاتی باید توجه کرد؟

اتصال بین قاب بتنی با مهاربند فلزی، چینش مهاربندهای افزوده شده به سازه ، جانمایی مهاربند افزوده شده ، انتخاب نوع مهاربند فلزی