مروری بر مطالعات مرتبط با مقاوم سازی ساختمان های بتن مسلح

در ساختمان هایی که بنا به هر دلیلی دچار آسیب می شوند، سازه اولیه فاقد سختی و استحکام مناسب بوده و می بایست نسبت به مقاوم سازی آن اقدام شود. با توجه اینکه عمر بسیاری از ساختمان های موجود در کشور زیاد شده است و در در دوره ی بهره برداری نیز کم و بیش تحت بارهای لرزه ای قرار گرفته اند: نیاز است که نسبت به مقاوم سازی آنها تحقیقات لازم انجام شود. از این رو در مطالعه ی حاضر انواع روش های متعارف مقاوم سازی ساختمان های بتن مسلح معرفی خواهد شد و سپس مروری بر تعدادی از مطالعات انجام شده در زمینه ی مقاوم سازی ساختمان های بتن مسلح که توسط محققین مختلف انجام گرفته است، پرداخته خواهد شد. نتایج ارائه شده در این مطالعه می تواند اطلاعات ارزشمندی را در اختیار جامعه مهندسین در زمینه استفاده از روش های نوین و مرسوم مقاوم سازی در ساختمان های بتن مسلح قرار دهد.

زلزله های مخرب و فاجعه آمیز چند دهه اخیر نشان داد که ایران کشوری زلزله خیز است و هیچ نقطه ای ازآن از خطر زلزله در امان نیست. از آنجا که متأسفانه برخی از شهر های ایران در حاشیه گسل ها شکل گرفته اند و حرکت های افقی یا عمودی آنها منجر به بروز زلزله در این گونه شهر ها یا نواحی پیرامون آنها می شود، از اینرو ضرورت مقاوم سازی ساختمان ها با معیارهای علمی احساس می شود.

نگاهی به خسارت های ناشی از زلزله های گذشته نشان می دهد که درصد بالایی از ساختمان های بتن مسلح که تاکنون ساخته شده اند در برابر زلزله مقاوم نیستند و یا مقاومت کافی و قابل قبولی ندارند، زیرا سازه های بتن مسلح موجود بر اساس آیین نامه های قدیمی طراحی شده و اکثر آنها الزامات آیین نامه های جدید زلزله را ارضا نمی کنند. همچنین ضعف های اجرایی مزید بر علت شده و ساختمان ها را آسیب پذیر ساخته است. از این رو ضرورت تقویت این ساختمان ها به خصوص برای مقابله با نیروهای جانبی و با روش های مقاوم سازی قابل اعتماد، آسان، سریع و اقتصادی احساس می شود.

از آنجا که تعداد قابل توجهی از ساختمان های آسیب پذیر قبلا ساخته شده اند، افزایش مقاوم سازی لرزه ای آنها به شیوه های گوناگون، کم و بیش مشکلات اجرایی و تغییر در معماری سازه را در بر خواهد داشت. از این رو در مطالعه ی حاضر انواع روش های متعارف مقاوم سازی ساختمان های بتن مسلح معرفی خواهد شد و سپس مروری بر تعدادی از مطالعات انجام شده در زمینه ی مقاوم سازی ساختمان های بتن مسلح که توسط محققین مختلف انجام گرفته است، پرداخته خواهد شد.

انواع روش های مقام سازی ساختمان های بتن مسلح

مقاوم سازی با استفاده از ژاکت های فولادی

استفاده از ژاکت فلزی روشی مناسب برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی بوده که ضمن افزایش مقاومت و شکل پذیری اعضای این نوع سازه ها وزن قابل ملاحظه ای را به ساختمان اضافه نمی نماید. در این روش ورق های فلزی در محل های آسیب پذیر ساختمان بر روی سطح بتنی عضو قرار گرفته و توسط بولت به عضو مربوطه متصل می گردد. مقاوم سازی با ژاکت فلزی بر حسب مورد می تواند بصورت دور پیچ، نواری و یا موضعی باشد. در مواردی که اتصال تیرها و ستون های ساختمان بتنی ضوابط شکل پذیری از جمله فاصله بین خاموت ها را رعایت نمی نمایند ورق های فلزی پیرامون تیر و ستون قرار گرفته و با جوشکاری به یکدیگر متصل می گردند. همچنین این ورق ها باید با بولت به تیر ها و ستون ها وصل گردند تا بتوانند در تحمل لنگر های خمشی و نیرو های برشی ایجاد شده در اتصال مشارکت نمایند. ورق های فلزی پیرامونی بعلاوه با ایجاد محصور شدگی در محل اتصال تیرها و ستون ها خردشدگی بتن را به تاخیر انداخته و باعث افزایش مقاومت فشاری آن می گردند. همچنین برای مقاوم سازی ستون های ضعیف سازه که فاقد آرماتور های عرضی و یا طولی کافی می باشند استفاده از ژاکت فلزی مرسوم است. برای اینکار نیز مشابه قبل ورق های فلزی در اطراف ستون قرار گرفته و توسط بولت به ستون متصل می گردند. این ورق ها همچنین در بالا و پایین ستون باید بنحو مناسبی به تیر ها و فونداسیون متصل گردند. استفاده از ژاکت فلزی برای مقاوم سازی ستون ها ضمن افزایش مقاومت برشی و خمشی ستون با ایجاد انحصار مقاومت فشاری بتن را نیز افزایش داده و همچنین از کمانش آرماتورهای طولی جلوگیری می نماید.

مقاوم سازی با استفاده از دستک های فلزی:

یکی از روش هایی را که در مقاوم سازی قاب ها و اتصالات بتن آرمه برای بهبود رفتار موضعی و کلی قاب بویژه زمانی که تیر بتنی از نظر تغییر مکان قائم تحت بار ثقلی یا تغییر مکان جانبی قاب تحت بار جانبی دچار مشکل باشد می توان پیشنهاد کرد، استفاده از دستک و طوقه فلزی است. اتصالات تیر – ستون بتنی در ناحیه چشمه اتصال در زلزله های اخیر بیشترین خرابی و خسارت را داشته اند که این خسارات ناشی از ضعف در اجرای اتصالات بتنی )عدم یا ناکافی بودن خاموت های ستون در چشمه اتصال( است و در نتیجه موجب ایجاد مفصل پلاستیک و ضعف برشی در اتصال می شود. در این روش مقاوم سازی، طوقه های فلزی روی تیر و ستون بتن آرمه در فواصل معین از اتصال تیر به ستون قرار گرفته و دستک فلزی، دو طوقه فلزی را به هم متصل می کند.

مقاوم سازی با اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند

استفاده از دیوار برشی بتنی و یا بادبند در ساختمانها یکی دیگر از روشهای مقاومسازی سازه و مقاوم سازی ساختمان ها می باشد. به علت سختی بیشتر دیوار برشی نسبت به بادبند، تعداد دهانه های لازم برای تعبیه دیوار برشی کمتر از دهانه های لازم برای بادبند است که در نتیجه طرح مقاوم سازی مشکلات کمتری در زمینه معماری بوجود میآورد. برای اتصال دیوار به ستون باید از خاموت یا بولت به عنوان برشگیر در ارتفاع ستون استفاده کرد. همچنین برای اتصال دیوار به سقف هم باید تمهیداتی اندیشید. نکته مهم دیگری هم که در مورد استفاده از دیوار برشی باید به آن توجه کرد این است که نیروی زیادی در پی دیوار برشی بوجود میآید، که برای انتقال این نیروها به زمین احتمالا نیاز به تعبیه شمع وجود دارد. از سوی دیگر استفاده از بادبند فلزی در سازه های بتنی به خاطر اجرای آسان، اقتصادی بودن و قابلیت ایجاد نورگیر در دهانه های بادبندی شده نسبت به دهانه های دارای دیوار برشی و همچنین مقاوم کردن ساختمان بتنی ضعیف موجود در برابر زلزله در چند دهه اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است.

مقاوم سازی با استفاده از ورق های با FRP

ماده FRP علاوه بر اینکه در محیط های خورنده مقاوم است و سختی کششی آن برابر با فولاد و حتی بیشتر از آن می باشد دارای وزن کمی بوده و به سهولت قابل اجرا است. به همین دلیل تقویت اعضای بتن آرمه با پوشش موضوعی پر اهمیت می باشد. مقاوم سازی ستون های بتن مسلح به منظور افزایش مقاومت خمشی، برشی و ظرفیت شکل پذیری ستون ها صورت می پذیرد. در مورد ستون های بتن مسلح خرابی های ناشی از زلزله مربوط به شکست های ناشی از طول وصله ناکافی، شکست های ناشی از برش، شکست های خمشی به علت عدم شکل پذیری کافی و گسیختگی های ناشی از کمانش میلگردهای طولی و عدم محصور شدگی مناسب می باشد. وجود عوامل مذکور منجر به شکست ستون قبل از تشکیل مفصل پلاستیک می شود. در نتیجه روش های مختلفی برای بهبود رفتار لرزه ای ستون ها با ایجاد محصورشدگی جانبی ارائه شده است. تنش های چند محوره با محصور کردن بتن به روش های مختلفی ایجاد می شوند که استفاده از ورق های پلیمری مسلح شده به الیاف کربنی یکی از جدیدترین روش های مقاوم سازی و بهسازی ساختمان های بتن مسلح می باشد که در سالیان اخیر به طور موفقیت آمیزی برای تقویت خمشی، برشی و افزایش شکل پذیری سازه های بتنی استفاده شده است.

مطالعات نشان می دهد که استفاده از وررق های FRP می تواند نقش اثر گذاری را داشته باشد و با توجه به قیمت بالای این الیاف، چیدمان و نحوه قرارگیری آن ها می تواند باعث بهینه تر شدن عملکرد این سازه ها شود. با توجه به اینکه CFRP می تواند مصالح مناسبی جهت کارکرد در تقویت سازه های بتن مسلح باشند؛ اما با توجه به هزینه ی نسبتاً بالای این مصالح نوین، در صورت عدم طراحی مناسب، تعادل مناسبی بین هزینه و تقویت حاصله ایجاد نمی شود. از این رو و با توجه به استفاده از روش های نوین نظیر استفاده از ورق های FRP در تقویت و بهسازی ساختمان ها انجام مطالعات بیشتر در این زمینه با هدف دستیابی به طرح بهینه تر ضروری به نظر می رسد.