مقاوم سازی سازه های بنایی تخریب شده در زلزله

در بسیاری از مناطق زلزله خیز جهان از جمله ایران تعداد زیادی از ساختمان های بنایی وجود دارند که بسیاری از آن ها برای بار های لرزه ای طراحی نشده اند. زلزله های اخیر نشان داده است که این ساختمان ها در برابر بارهای لرزه ای آسیب پذیر بوده و نیاز به مقاوم سازی دارند. بر پایه تحقیقات به عمل آمده بیش از 70 درصد از سازه های موجود در سرتاسر جهان ساختمان های بنایی هستند. زلزله های قوی و متوسط می توانند صدمات و خسارت جبران ناپذیری را بر این گونه سازه ها وارد نمایند که بخش عمده ی این خسارات برای سازه های بنایی است. بنابراین بررسی آسیب پذیری و مقاوم سازی ساختمان  این نوع بنا ها تحت اثر زلزله دارای اهمیت خاصی می باشد .همچنین اغلب سازه هایی که دارای اهمیت تاریخی می باشند، با استفاده از مصالح بنایی ساخته شده اند.

از طرفی با توجه به اینکه خرابی و جایگزینی این ساختمان ها به دلایل بسیاری امکان پذیری نیست احتیاج به روش های مقاوم سازی ساختمان های غیر مسلح بیشتر احساس می شود. روش های متعارف مقاوم سازی متفاوتی موجود است که هر کدام از این روش ها بر پایه افزایش مقاومت و یا شکل پذیری دیوارهای غیر مسلح بنایی استوار است. به منظور بهسازی سازه های بنایی در استاندارد ACI 440.7R-10 پیشنهادهایی ارائه شده است.
وزن زیاد، ضعف مقاومتی ملات، کمبود نسبی دیوارهای بنایی (تراکم کم) و وجود بازشوهای بزرگ باعث ضعف مقاومتی ساختمان شده و ساختمان با وجود انسجام کافی ممکن است قابلیت عملکردی مورد نظر را نداشته باشد.
سازه های بنایی به دو دسته بنایی مسلح و بنایی غیر مسلح تقسیم می شوند. سازه های بنایی مسلح سازه هایی هستند که محاسبات سازه ای برای آن ها به طور کامل انجام شده است و سازه های بنایی غیر مسلح سازه هایی هستند که محاسبات سازه ای برای آنها در نظر گرفته نشده اما المان ها و اجزایی برای مهار بار جانبی در آن تعبیه شده است.
ساختمان های بنایی از مصالح آجر و ملات ساخته شده اند که درز ملات این بناها به عنوان یک نقطه ضعف اصلی در بار جانبی زلزله می باشد. به این دلیل مودهای شکست ، لغزش درز ملات و کشش قطری در رفتار درون صفحه ای و کمانش خارج از صفحه دیوارها در زلزله های گذشته بیشترین عامل تخریب ساختمان را داشته است.

روش های مقاوم سازی سازه های بنایی

مطابق با اصل ضروری در مقاوم سازی سازه های بنایی در برابر زلزله برای داشتن استحکام و مقاومت در برابر بارهای لرزه ای به هم پیوسته بودن سقف، دیوار و فونداسیون به یکدیگر است. در اصطلاح به این عملکرد سازه، عملکرد جعبه ای می گویند. علاوه بر این که سازه باید عملکرد جعبه ای خوبی داشته باشد میزان باز شو های آن نیز باید محدود و به خوبی مهار شوند.

مودهای شکست دیوار آجری

مود های شکست یک دیوار آجری مجزا به دو گروه عمده شکست درون صفحه ای و شکست برون صفحه ای تقسیم می شوند.

در حالت شکست درون صفحه ای معمولا یکی از مودهای زیر رخ می دهد:

1. درصورتی که دیوار تحت بار قائم زیاد بوده و نسبت ارتفاع به طول دیوار کمتر از واحد باشد، مود شکست
   برشی رخ می دهد.
2. همچنین اگر نسبت ارتفاع به طول بزرگتر از واحد باشد (تقریبا برابر2) و مقدار بار قائم بسیار زیاد باشد، باز هم امکان شکست برشی وجود دارد.
3. در صورتی که مقاومت برشی دیوار، اندک بوده و بار جانبی در مقایسه با بار قائم، بزرگ باشد، شکست برشی – لغزشی رخ خواهد داد .در این حالت معمولا نسبت ارتفاع به طول دیوار در حدود 1.5 به 1 می باشد.

در صورتی که مقاومت برشی دیوار به اندازه کافی باشد و نسبت ارتفاع به طول ستون در حدود 2 به 1 باشد، آنگاه شکست خمشی رخ می دهد.در حالت شکست برون صفحه ای معمولا یکی از مودهای زیر رخ می دهد:

1. اگر تنش کششی منجر به شکست، موازی درزهای افقی آجرها باشد، ترک قائم در ارتفاع دیوار به وجود می آید. این شکست معمولا هنگامی رخ می دهد که طول دیوار بزرگ باشد.
2. اگر تنش کششی منجر به شکست، عمود بر درزهای افقی آجرها باشد، ترک افقی در میانه دیوار به وجود می آید .این شکست معمولا هنگامی رخ می دهد که ارتفاع دیوار بزرگ باشد.

تعمیر سطوح

تعمیر سطوح از روش های متداول مقاوم سازی می باشد. تکنیک های متفاوتی برای تعمیر سطوح وجود دارد که مهم ترین آن ها ملات با تور سیمی و بتن پاشی است. این روش ها به طور طبیعی با پوشش خارجی سطوح بر روی ظاهر معماری و تاریخی بنا تاثیر گذار بوده و از جمله نقاط ضعف این نوع مقاوم سازی می باشد.

ملات با تور سیمی

ملات با تور سیمی شامل چندین لایه از شبکه میلگرد با قطر کم و با چشمه های بسیار ریز است که در شکل زیر نمایش داده شده است. ملات سیمان با مقاومت بالا با ضخامتی در حدود 10 الی 55 میلی متر بر روی مش مذکور ریخته می شود.

بتن پاشی

یکی دیگر از روش های موجود برای مقاوم سازی ساختمان های بنایی غیرمسلح پوشش دادن دیوار و یا پایه ها با شاتکریت می باشد. روش کار بدین صورت است که پوشش بتن بر روی شبکه آرماتورهای موجود پاشیده می شود. در این روش اگر طراحی به درستی صورت پذیرد، فولادهای استفاده شده برای مسلح سازی ظرفیت بالایی از جذب انرژی را به ساختمان های بنایی غیرمسلح اضافه می نمایند. باید توجه نمود که حداقل آرماتورهای شبکه همان میزان آرماتور افت وحرارت جهت کنترل ترك باشد. برای این که دیوار و بتن پاشیده شده مانند یک جسم مرکب عمل کنند باید اتصالات برشی میان آن دو تعبیه شود. برای پر نمودن سوراخ هایی که برای ثابت نگه داشتن اتصالات برشی به کار می روند نیز می توان از اپوکسی و یا گروت سیمانی استفاده نمود. ضخامت پوشش بتن پاشیده نیز با توجه به میزان لرزه خیزی منطقه متفاوت است که حداقل 60 میلی متر می باشد. جهت ایجاد چسبندگی لازم میان آجر و پوشش شاتکریت باید ابتدا آجر را به حالت اشباع در آورد تا آب موجود در شاتکریت را جذب نکرده و سبب ایجاد ترك در بتن پاشیده شده نشود و سپس لایه ای مانند اپوکسی را برروی آجر پاشیده و بعد از آن بتن پاشیده شده را بر روی اپوکسی شوت نماییم. اگر بتن پاشی به طریقه بالا صورت پذیرد می توان مقدار بار نهایی ساختمان های بنایی غیر مسلح را افزایش دهد.

در این روش، شبکه میلگردهای افقی و قائم به دیوار نصب شده و لایه هایی از بتن به روی شبکه میلگردها پاشیده می شود. این روش شامل مراحل ذیل می باشد:

• تعبیه شبکه میله گردهای افقی و قائم و اتصال آن بوسیله آرماتورهای دوخت به دیوارموجود
• عملیات پاشیدن بتن به ضخامت معین به سطح شبکه آرماتور(شاتکریت)
• اتصال شبکه آرماتوربه فونداسیون

روش اصلاح نقاط ترک خورده

این روش به منظور ایجاد عملکردی یکنواخت و یکپارچه در دیوار بنایی استفاده می شود.
مراحل اجرای آن به صورت خلاصه به شرح زیر است:
الف) مقاوم سازی سازه بنایی با استفاده از دوخت قطعات بنایی در محل ترك با استفاده از میله فولادی
ب) مقاوم سازی سازه بنایی با استفاده از دوخت قطعات بنایی در محل ترك با استفاده از شبکه فولادی (مش فولادی)

افزودن دیوارهای داخلی یا پشت بند جهت بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان بنایی

این روش یک روش مقاوم سازی ارزان برای سازه های بنایی محسوب می شود .این روش با مصالح مرسوم و ارزان قابل اجرا است. برای اجرای این روش نیروی متخصص لازم نیست و حتی معمارهای محلی در روستاها نیز قادر به اجرای آن هستند.

پر کردن باز شوها

یک روش ساده برای مقاوم سازی در صفحه یک دیوار برشی پر کردن بخش و یا تمام پنجره ها یا درهای غیر ضروری میباشد. این عمل از تمرکز تنش که در گوشه های باز شوها تولید می شود و سبب ایجاد ترك است جلوگیری می نماید و همچنین باعث افزایش سختی جانبی دیوار می شود. نکته مهم در پر کردن بازشوها این است که قسمت های پر شده با قسمت های موجود به شکل در هم تنیده اجرا شود و یا نوعی از اتصالات برشی بین آن دو تعبیه شود. این عمل باعث ایجاد عملکرد واحد دیوارهای موجود با بازشوهای پرشده می گردد.

بزرگ کردن باز شوها

متناوبا بزرگ کردن بازشوها به وسیله حذف کردن بخشی از مصالح بنایی نیز یکی از راه حل های پیشنهادی می باشد. در این روش چون شکست برشی دیوار باعث آسیب بیشتر خواهد شد، در بعضی حالات با افزایش نسبت ارتفاع به طول دیوار میتوان شکست برشی را تبدیل به شکست خمشی نمود. این تکنیک برای افزایش نسبت طول به عرض پایه ها به کار برده می شود و باعث می شود تا رفتار آن از حالت برشی به حالت خمشی تبدیل شود. این عمل شکل گسیختگی را از حالت شکننده به شکل پذیر تغییر می دهد.

افزایش بارهای قائم

افزودن بارهای قائم به ساختمانهای بنایی غیرمسلح معمولا عملکرد دیوار را تحت بارهای داخل و خارج از صفحه بهبود می بخشد. بارهای قائم در کنار هم نگه داشتن ماتریس بنایی کمک میکند و همچنین بعد از وقوع ترك سبب تولید نیروهای اصطکاکی بیشتری می شود. در این روش، مقاوم سازی میتواند به سادگی و با افزودن وزن سازه انجام شود و یا با اجرای میله و یا کابلهای پس تنیده تنش قائم بر روی اجزا دیوار اعمال کرد. البته این روش باید به دقت انجام گیرد زیرا به مانند نیروهای قائم تنشها روی ساختمان های بنایی غیرمسلح افزایش می یابد و می تواند به گسیختگی شکننده ناشی از خرد شدگی منجر شود. همچنین طراح باید افت کشش ناشی از خزش و انقباض مصالح بنایی را در محاسبات وارد نماید.

تقویت اتصالات دیوار دیافراگم

یک مشکل عمده در رابطه با ساختمانهای بنایی غیرمسلح ناکافی بودن و یا کاهش یافتن پیوستگی میان دیوار و دیافراگم است. این ارتباط از آنجا که سبب مهار بندی دیوار می شود و در مورد دیافراگم های صلب دیوارهای موازی را مجبور می نماید تا با یکدیگر عمل کنند، معیار مهمی در رفتار کلی ساختمان می باشد.

تعبیه شبکه میله گردها و اتصال آن به دیوار موجود

1. کلیه اندودهای دیوار آجری (پلاستر گچ و گچ خاك) با هر ضخامتی که دارند برداشته شوند. در حین انجام این کار باید توجه شود که به سطح دیوار آجری آسیبی نرسد، همچنین بعد از برداشتن پلاسترها باید سطح دیوار با برس فلزی تمیز شود.
2. سوراخ هایی به فاصله افقی 25 سانتی متر و عمودی 50 سانتی متر از هم به عمق 20 سانتی متر روی دیوار آجری به منظور قرار دادن آرماتور های دوخت ایجاد شود. آرماتورهای برشگیر (دوخت)، با طول حداقل 30 سانتی متر که قسمت انتهایی آنها به صورت قلاب 180 درجه با طول خم 4سانتی متر می باشد، در سوراخ ها قرار داده می شوند و در نهایت سوراخها با چسب اپوکسی پر شده تا آرماتورها در جای خود محکم شوند ( انجام این مرحله با روش خاص شرکت مجری تخصصی کاشت بلامانع است).
3. در مرحله بعد باید شبکه هایی از آرماتورهای افقی و قائم روی سطح دیوار قرار داده شوند. به همین منظور آرماتورهای 6φ
با فواصل افقی و عمودی 6 سانتی متر روی دیوار قرار داده شده و برای اینکه آرماتورها در روی دیوار آجری محکم شوند تا در هنگام بتن پاشی از آن جدا نگردند، لازم است در محل تقاطع با آرماتورهای برشگیر با مفتول به آنها وصل شوند.
4. در این مرحله باید عملیات شاتکریت، تا جایی که شبکه های آرماتور درون بتن مدفون گردند، انجام شود. به همین منظور باید ضخامت بتن پاشیده شده بر سطح دیوار حداقل 8 سانتیمتر باشد. مقاومت بتن شاتکریت حدود 100 کیلو گرم بر سانتی متر مربع می باشد. پاشش شاتکریت به دیوار به دو صورت پاشش » تر «و » خشک « قابل انجام است. در روش پاشش تر بتن تازه با هوای فشرده مخلوط شده و با پمپ به دیوار بنایی پاشیده می شود. در روش پاشش خشک بتن خشک با هوا مخلوط شده و پس از هدایت به محل، با آب پرفشار نیز مخلوط و سپس به دیوار پاشیده می شود. در روش پاشش خشک، فشار هوا در پمپ برای
طول لوله 30 متر باید حداقل 0.3 مگا پاسکال باشد و برای طولهای بیشتر به ازای هر 05 متر،0.033 مگا پاسکال به فشار اضافه می شود .همچنین فشار آبی که در روش خشک به مخلوط تزریق می شود حداقل 0.1 مگا پاسکال بیشتر از فشار هوای مخلوط است.

تزریق اپوکسی و گروت

برای اجرای این روش بایستی تجهیزات تزریق رزین خریداری شود؛ ولی این روش میزان مصرف رزین را به سبب اینکه تنها نیاز به پر کردن ترك ها وجود دارد، بهینه می کند. برای اجرای این روش نیز حداقل یک نیروی متخصص لازم است. از جمله راههای متداول مقاوم سازی بوده که در این روش برای برگرداندن مقاومت ساختمان های بنایی غیر مسلح، تركها و حفره های توخالی که به علت تخریب شیمیایی و فیزیکی سطح یا فعالیتهای مکانیکی به وجود آمده است توسط گروت یا اپوکسی پر می شود. برتری این روش نسبت به روش تعمیر سطوح عدم تخریب سطح و به تبع آن حفظ زیبایی معماری و بافت تاریخی ساختمان های بنایی غیر مسلح است. موفقیت این روش به تکنیک تزریق و یکسان بودن مقاومت، مدول الاستیسیته و مشخصات حرارتی گروت با مصالح بنایی موجود بستگی دارد.
برای تركهای کوچکتر از 5 میلیمتر از رزین اپوکسی و برای تركهای بزرگتر و حفره ها میتوان از گروت های 8 میلیمتر پیشنهاد شده که از گروت سیمانی همراه با ماسه استفاده نمود. بررای سوراخهای بزرگتر از 8 میلی متر پیشنهاد شده که از گروت سیمانی که دارای سیمان پرتلند تیپ 3 همراه با مواد منبسط کننده و نسبت آب به سیمان 75 استفاده شود.

دوخت فونداسیون

برای مقاوم سازی کامل ساختمان باید مقاوم سازی فونداسیون آن نیز در صورت نیاز به نحو مطلوبی انجام گردد تا بتواند نیروهای ناشی از زلزله را به خاك منتقل نماید. در صورت عدم مقاومت کافی فونداسیون تحت لنگرهای خمشی و نیروهای برشی وارده از طرف سازه دچار گسیختگی می گردد. همچنین در صورت عدم کفایت سطح تماس فونداسیون با خاك زیر آن احتمال تسلیم شدن خاك و در نتیجه ایجاد نشست ماندگار خاك زیر پی افزایش می یابد. برای تقویت فونداسیون موجود می توان شبکه هایی از آرماتور در اطرف پی موجود در نواحی ضعیف قرار داد و بتن ریزی نمود. اتصال فونداسیون الحاقی به فونداسیون جدید توسط آرماتورهای دوخت صورت می گیرد. از آن جاییکه مصالح لازم برای اجرای این روش به آسانی پیدا می شود و اجرای آن نیز بسیار راحت است، هزینه این روش بسیار پایین است. برای اجرای این روش نیروی متخصص لازم نیست و حتی معمارهای محلی در روستاها نیز قادر به اجرای آن هستند و این مسائل این روش را به عنوان روشی آسان برای مقاوم سازی دیوارهای بنایی ترك خورده مبدل کرده است.

استفاده از روش مقاوم سازی با مصالح FRP

سابقه استفاده از مصالح در صنعت ساختمان کشور ایران به حدود یک دهه می رسد اما امروزه استفاده از کامپوزیت های با زمینه پلیمری در بهسازی سازه ها از رشد قابل توجهی برخوردار بوده است که دلیل اصلی آن نیاز به افزایش عمر بهره برداری و ارتقای اساسی زیرساخت ها در تمامی نقاط دنیا می باشد. الیاف FRP ساخت شرکت CTech-LLC آلمان می توانند توسط روش های دستی، دورپیچی با دستگاه مکانیزه، دستگاه آغشته ساز الیاف و… بر روی المان های مورد نظر نصب گردند.
1. آماده سازی سازه مقاوم سازی: قبل از هرگونه اقدام به تقویت با ورقه های FRP بایستی در صورت نیاز بتن تخریب شده را جدا کرده و در صورت رسیدن به آرماتور خورد شده اقدامات مربوط به ترمیم و یا تعویض آن ها را صورت دهیم.
2. به کار بردن آستری یا پرایمر FRP: برای افزایش چسبندگی و جلوگیری از جدایش ورقه FRP از لایه چسب یا رزین اپوکسی بین بتن و ورقه، با غلتک یک لایه اپوکسی FRP با لزجت کم به طور موضعی روی سطح مورد نظر به عنوان پرایمر می مالند.
3. بتونه کردن سطح مقاوم سازی: یک لایه چسب FRP با ویسکوزیته بالا برای پرکردن خلل و فرج و فرورفتگیها در محلهای مورد نیاز به کار برده می شود. چسبندگی مناسب الیاف یا لمینت FRP با اجرای مستقیم مصالح ترمیم بر روی لایه زیرین که به درستی آماده شده است حاصل می شود.
4. بریدن شیت بر روی یک سطح تمیز و آماده که عاری از هر گونه آلودگی، چسب و ناصافی است ورقه FRP مطابق مشخصات و جزئیات ارائه شده بریده می شود.
5. اشباع کردن الیاف FRP: در پروژه های بزرگ مقاوم سازی ورقه ها با دستگاه های گرداننده خاص در کارخانه اشباع می شوند و لایه اپوکسی یا ماتریس رزین به آن اضافه می شود و فقط کافی است در محل مورد نظر چسبانده شود ولی در کارهای کوچکتر در محل کارگاه رزین FRP روی سطح موردنظر مالیده شده سپس ورقه FRP خشک و بدون چسب بر روی سطح چسبانده می شود.
6. نظارت بر کنترل کیفیFRP: در زمان عمل آوری 2 تا 6 ساعت بسته به شرایط حاکم، سطح مقاوم سازی شده با FRP چک و کنترل می شوند تا هیچ گونه حباب هوا بین لایه FRP و بتن حبس نشده باشد و خم شدگی یا بیرون زدگی وجود نداشته باشد.
7. اطمینان از کیفیت اجرای مقاوم سازی باFRP: گزارش های کنترل کیفیت تهیه شده و به خوبی نگهداری می شوند تا اطمینان از اجرای موفقیت آمیز ترمیم، تقویت و تعمیر با FRP حاصل شود.
8. لایه رویه FRP: پس از عمل آوری و نظارت بر کیفیت اجرای مقاوم سازی، ورقه های FRP به منظور حفاظت، نگهداری و حفظ زیبایی و معماری با یک لایه بتن رویین یا ماده ای دیگر پوشانده می شوند.

بیشتر بدانید:

• مقاوم سازی ساختمان های بنایی در زلزله
• روش های مقاوم سازی با استفاده از FRP
• کاربردهای FRP در مقاوم سازی ساختمان