روشهاي مقاوم سازي

پيشگفتار
«وا… جعل لكم من بيوتكم سكنا» خداوند خانه‌هاي شما را محل آسايش شما قرار داده است.
«سوره مباركه نحل آيه ۸۰»
با استناد به آيه فوق و آيه‌هاي مشابه آن در مي‌يابيم كه آسايش و فراهم كردن آن چقدر حائز اهميت است كه در كتاب ا… توسط پروردگار متعال به آن اشاره شده است.
مقاوم سازي و فراهم نمودن امنيت و پايداري سازه‌ها يكي از پارامترهاي بسيار مهم در مهندسي امروز به شمار مي‌رود.

احداث يك سازه شيك و قابل توجه و چشم‌گير آنقدر اهميت ندارد كه بناي يك سازه مقاوم اهميت دارد.
در اين پروژه و تحقيق به مسائل مربوط به مقاوم سازي و انواع روشهاي آن پرداخته و اصول مقاوم سازي ساختمانها مورد بررسي قرار مي‌گيرد.
كشور ايران، با قرار داشتن در كمربند لرزه خيز آلپ – هيماليااز نظر خط زمين لرزه، از جمله كشورهاي آسيب پذير جهان به شمار مي‌آيد.
زلزله‌هاي بزرگي كه خصوصاً در ساليان اخير رخ داده خود گويا و گواه اين مطلب است.

بطور مثال زلزله‌هاي زرند، بم، آوج، منجيل و…
مطالب اين پرژوه در خصوص انواع روشهاي مقاوم سازي در سازه‌هاي مختلف است. كه گردآوري آنرا در دو گروه مقاوم سازه‌هاي بتني و سازه‌هاي فولادي انجام داده‌ام.
مقاوم سازي
تعريف:

مقاوم سازي عبارتست از مجموعه اقداماتي كه سبب افزايش سختي و تقويت عنصر در برابر نيروهاي وارد به سازه مي‌گردد.
تعريف بهسازي:
مجموعه راهكارها و تمهيداتي است كه بتوان رفتار عضو يا سازه را در برابر نيروهاي جانبي ناشي از زلزله بدون نياز به تقويت مستقيم اعضا بهبود بخشيد.
هدف از بهسازي و مقاوم سازي:

هدف بهسازي عبارت از انتخاب سطوح عملكرد مورد انتظار تحت اثر زلزله‌هاي با سطح خطر معين مي‌باشد.
از نظر كلي به شش دسته زير تقسيم‌بندي مي‌شوند:
دسته اول: بهسازي و مقاوم سازي مبنا
در اين حالت تحت اثر زلزله سطح خطر – I سطح عملكرد ايمني جانبي C-3 بايد براي ساكنين ساختمان تأمين گردد.
دسته دوم: بهسازي و مقاوم سازي مطلوب:
در اين سطح از بهسازي و مقاوم سازي انتظار مي‌رود كه ابتدا هدف بهسازي تأمين گردد و دوم ساختمان تحت اثر زلزله سطح خطر II در سطح عملكرد آستانه فرو ريزش (E-S) قرار گيرد.
دسته سوم: بهسازي و مقاوم سازي ويژه:
در اين سطح سازه مقاوم شده نسبت به بهسازي مطلوب از تراز عملكرد بيشتري تحت همان سطوح خطر زلزله قرار گيرد.
دسته چهارم: بهسازي و مقاوم سازي محدود:

در صورتيكه به دليل محدوديت‌هاي اقتصادي و مالي امكان بهسازي مبنا ميسر نباشد ممكن است بهسازي در سطح عملكرد پايين‌تري در نظر گرفته شود.
دسته پنجم: بهسازي و مقاوم سازي موضعي:
چنانچه به دلايل اجرائي و يا مالي امكان بهسازي تمام سازه ميسر نباشد عمليات بهسازي ممكن است در چند قسمت انجام شود. و در اينصورت در هر مرحله نبايد خللي در تراز عملكرد سازه يا ادامه عمليات ايجاد شود.

دسته ششم: عدم بهسازي و يا مقاوم سازي:
برآورده نمودن ضوابط آئين نامه ۲۸۰۰ و يا عدم صرفه اقتصادي مي‌تواند بر عدم بهسازي و يا مقاوم سازي ساختمان دلالت داشته باشد.
راهكارهاي مقاوم سازي لرزه‌اي:
راههاي زير را مي‌توان به صورت منفرد يا در تركيب با يكديگر براي بهسازي و مقاوم سازي در سازه به كار بست.
۱- تأمين پايداري لازم براي مجموعه سازه

۲- تغيير كاربري سازه
۳- استخدام سيستم‌هاي غيرفعال اتلاف انرژي
۴- كاهش جرم سازه
۵- به كارگيري سيستم‌هاي جداسازي لرزه‌اي
۶- تأمين سختي جانبي لازم براي كل سازه

۷- اصلاح اجزايي از سازه كه عملكرد مناسبي در برابر زلزله ندارند
۸- حذف و يا كاهش بي‌نظمي در ساختمان
بهسازي در سازه‌ها بايد به گونه‌اي صورت گيرد كه در صورت ايجاد خرابي در بخشي از اعضا سازه تخريب گسترش نيابد به طوري كه با تخريب يك يا چند عضو كل سازه ناپايدار نشود.
شرح موارد فوق:

۱- هنگامي كه سازه داراي ضعف فراگير است به طوري كه در اكثر اعضاي آن نسبت تقاضا به ظرفيت و تغيير شكلهاي غيرخطي بزرگ باشد به جاست كه براي كل مجموعه ساختمان، سيستم باربري جانبي با ظرفيت كافي ايجاد شود.
براي اين منظور مي‌توان قابهاي مهاربندي شده، قابهاي نقشي يا ديواره‌هاي برشي به سازه مذكور اضافه نمود.
در چنين شرايطي اندر كنش سازه موجود و سيستم باربر جانبي جديد بايد مورد توجه قرار گيرد.
چنانچه قاب مهاربندي شده يا ديوار برشي داراي سختي زيادي باشد ممكن است بخش قابل توجهي از بارهاي جانبي را به خود معطوف كند.
آگر افزايش ظرفيت با اضافه كردن قاب خمشي ايجاد شود به دليل نرمي قاب اندر كنش سازه موجود و قاب خمشي موجب توزيع بار بين هر دو سيستم مي‌گردد.

ح) تغيير كاربري سازه يكي ديگر از روشهاي بهسازي است.
چنانچه امكان بهسازي يك ساختمان براي سطح عملكرد مورد نياز ميسر نباشد يا هزينه آن قابل توجه نباشد با تغيير كاربري مي‌توان سطح عملكرد مورد نياز را پايين آورد و نياز به بهسازي را حذف و يا به حداقل رساند.

۳) استخدام و به كارگيري سيستم‌هاي جذب انرژي براي كنترل و كاهش تغيير شكل ساختمان يكي از روشهاي بهسازي است. در مجموعه هايي كه داراي سختي جانبي كافي نيستند با تعبيه اجزاء جذب انرژي در سازه مي‌توان تغيير شكلهاي ساختمان را محدود كرد.
براي اين منظور اجزا خاص طراحي شده اند كه با ايجاد اصطكاك و يا تغيير شكل چيزي يا استفاده از ويسكوزيته سيالات بخشي از انرژي سازه را جذب مي‌كنند بدين ترتيب تغيير شكلهاي سازه محدود مي‌شود.

۴- در سازه هايي که داراي ضعف کلي از نظر سختي جانبي يا ظرفيت باربري مي‌باشند يکي از راهکارهاي مفيد براي بهسازي کاهش جرم ساختماني است.
با کاش جرم مي‌توان ميزان تغيير شکلها و نيروهاي داخلي ناشي از زلزله را در اعضا تقليل داد.
براي اين منظور مي‌توان با تخريب طبقات فوقاني تغيير نماي سازه، تغيير مشخصات ديوارهاي داخلي يا انتقال تجهيزات و انبارهاي سنگين به نقاط ديگر جرم سازه را کاهش داد.

۵) به کارگيري سيستم‌هاي جدا سازي لرزه‌اي راهکار مناسبي براي کاهش اثرات زمين لرزه بر روي سازه مي‌باشد.
هنگامي که حفاظت از تجهيزات مهم و اجزا غير سازه‌اي مدنظر باشد با استفاده از روشهاي جداسازي لرزه‌اي مي‌توان انتقال انرژي موجود در حرکات ارتعاشي زمين را به ساختمان محدود نمود.

جهت اين منظور تکيه گاههاي مناسب با شکل پذيري بسيار زياد در ساختمان تعبيه مي‌شود.
هنگام وقوع زلزله تغيير شکلهاي ساختمان در تکيه گاهها که قابليت شکل پذيري زيادي دارند متمرکز شده و سازه مانند جسم صلب با تغيير شکلهاي کوچک ارتعاش مي‌کند.
اين روش براي مقاوم سازي ويژه ساختمانها مناسب مي‌باشد.
روش جداسازي براي ساختمانهاي کوتاه و نسبتاً صلب مؤثر مي‌باشد و براي ساختمانهاي بلند و نرم کارايي ندارد.
۶) چنانچه مشخص شود که ضعف ساختمان در کمبود سختي جانبي آن و در نتيجه تغيير مکانهاي زياد مي‌باشد مي‌توان با افزايش مهاربندي‌ها يا ديوارهاي برشي، سختي جانبي را براي سازه فراهم کرد.

۷) زماني که تعدادي از اعضاي سازه داراي ظرفيت کافي براي حمل نيروها يا تحمل تغيير شکلها نيستند مي‌توان به صورت موضعي نسبت به تقويت اعضا و اتصالات آنها به سازه اقدام نمود به نحوي که ظرفيت کافي براي حمل نيروها و تحمل تغيير شکلها در اين اعضا ايجاد گردد.
۸) حذف يا کاهش بي نظمي در سازه مي‌تواند يک راه مناسب براي بهسازي سازه هايي باشد که به دليل بي نظمي فاقد سطح عملکرد مطلوب مي‌باشد.
براي اين منظور لازم است نتايج تحليل مدل سازه مورد بررسي قرار گيرد و با توجه به ميزان تغيير شکلها، نسبت تقاضا به ظرفيت، توزيع تغيير شکلهاي غيرخطي و بي نظمي سازه‌ها از نظر توزيع سختي، جرم و ظرفيت اعضا مشخص مي‌شود.

نامنظمي در سازه معمولاً به دليل عدم پيوستگي در اجزا باربر جانبي بوجود مي‌آيد.
در چنين شرايطي با ايجاد تغييراتي در سيستم باربري جانبي ممکن است بتوان از نامنظمي سازه کاست.
در ساختمانهايی که داراي طبقه نرم هستند مي‌توان با اضافه نمودن مهاربندي ها، سختي جانبي را متناسب با طبقات ديگر افزايش داد.
در مورد بي نظمي‌هاي پيچشي نيز مي‌توان با اضافه کردن عناصر باربر جانبي فاصله مرکز جرم و سختي را کاهش داد.
ايجاد درز جدايي در سازه نامنظم و تبديل آن به دو يا چند ساختمان کوچکتر اما منظم يکي ديگر از روشهاي بهسازي است.
مقاوم سازي پي ها

مقاوم سازي سازه‌هاي موجود و عملکرد لرزه‌اي آنها بدون توجه به پي‌ها و مخاطرات ژئوتکنيکي محتمل امکانپذير نمي باشد.
غالباً پي‌ها در ساختارهايي که پتانسيل جابجايي زمين در اثر گسلش، زمين لغزشي يا روانگرايي وجود ندارد، عملکرد خوبي دارند.
از سويي ديگر معمولاً مقاوم سازي در تراز شالوده بدليل محدوديت فضاي کاري ناشي از وجود ساختمان بسيار پرهزينه مي‌باشد.
از اين رو تقبل هزينه‌هاي گزاف و سنگين مقاوم سازي آن با توجه به نقش آن در پاسخ لرزه‌اي کل سازه بايد بدقت مورد ارزيابي قرار گيرد.
مخاطرات ساختگاهي

خطرات ساختماني شامل گسلش، روانگرايي، نشست ناهمگوني و زمين لرزه مي‌باشد.
کاهش مخاطرات ساختگاهي:
در برخي شرايط امکان بهبود عملکرد لرزه‌اي ساختگاه و سازه با هزينه‌هاي معقول وجود دارد و در برخي حالات ديگر کاهش خطرات ممکن است از نظر اقتصادي توجيه پذير نباشد.
گسلش:

حرکات بزرگ توسط گسلها غالباً از نظر اقتصادي قابل کنترل نخواهد بود.
اگر با توجه به سطح لرزه‌اي مورد نظر ميزان حرکت افقي و قائم گسل براي هر يک از اجزاي سازه، شامل خرد سازه و شالوده آن قابل قبول نباشد اجزاي مذکور بايد تا حد مقاومت لرزه‌اي مورد نياز سخت و مقاوم گردند.
روانگرايي:
راه حل اول ـ تقويت سازه
راه حل دوم ـ تقويت پي
راه حل سوم ـ بهسازي خاک
نشست ناهمگون:
تکنيک بهسازي خاک مانند آنچه ياد شد مي‌تواند براي کاهش خطر نشست ناهمگون که از تراکم خاکهاي سست نتيجه مي‌شود مورد استفاده قرار گيرد.

زمين لغزه:
به طور کلي روشهاي پايدار سازي شيبها را مي‌توان در چهار گروه زير تقسيم بندي نمود.
ـ تغيير هندسه شيب به منظور کاهش نيروهاي محرک و يا افزايش نيروهاي مقاوم
ـ کنترل آبهاي سطحي جهت کاهش نيروهاي تراوشي
ـ کنترل تراوش جهت کاهش نيروهاي محرک
ـ تقويت شيب جهت افزايش نيروهاي مقاوم.

روشهاي بهسازي و مقاوم سازي پي ها
پي سطحي
افزايش سطح پي
در اين حالت پي با سطح افزايش يافته بايد ظرفيت کافي براي انتقال برش و لنگر در سطح تماس بين قسمتهاي قديم و جديد را داشته باشد.
روش زير دوخت
عبارت است از برداشتن خاک نامناسب زير پي و جايگزين فوري آن با بتن در گامهاي زماني و مکاني کوتاه بنحويکه پايداري سازه به خطر نيفتد. اينکار براي افزايش سطح پي و نيز انتقال بار به لايه‌هاي باربر در اعماق پايين تر استفاده مي‌گردد.
شمع‌ها و ميکرو پايل‌هاي کششي
با سوراخ کردن خاک زير پي و تثبيت مهارهاي درون آن بوسيله پر کردن حفره از بتن يا گروت مي‌توان مقاومت پي را تا حد لزوم افزايش داد.
افزايش عمق موثر پي
در اين روش براي افزايش مقاومت برشي و خمشي، بتن جديد توسط آرماتور دوخت کافي به بتن قديم متصل مي‌گردد و اگر لازم باشد آرماتور افقي نيز جهت مقاله با خمش در بتن جديد استفاده مي‌گردد. اين روش هم براي پي‌هاي تکي و هم پي‌هاي گسترده قابل اجرا است.
تغيير سازه ساختمان
با کاهش جرم يا تعداد طبقات مقدار بارهاي وارده به پي کاهش مي‌يابد، يا مي‌توان از ديوار برشي يا مهاربندي جديد براي کاهش نيرو يا تغيير مکان پي‌هاي موجود نيز استفاده نمود.
اضافه نمودن پي‌هاي نواري جديد
با اضافه نمودن پي‌هاي نواري جديد بين پي‌هاي تکي اجرا شده و اتصال آنها به يکديگر، بارهاي جانبي بين پي‌هاي مختلف توزيع مي‌گردد.
ارتقاء کيفيت خاک موجود
اين روش شامل روتينگ خاک موجود براي بهبود آن مي‌باشد.
پي‌هاي عميق

تقويت پي‌هاي عميق مي‌تواند توسط يکي از صورتهاي زير انجام گيرد:
تعبيه شمع‌ها يا چاهک جديد
افزايش عمق موثر سر شمع

ارتقاء کيفيت خاک مجاور سر شمع موجود
افزايش سطح مربوط به فشار مقاوم در سر شمع
تغيير سيستم باربر ساختمان براي کاهش پاسخ لرزه اي

ساخت شمع‌ها يا چاهکهاي مايل جديد
افزايش ظرفيت کششي شمع يا چاهک
مقاوم سازي سازه‌هاي فولادي
محدوده کاربرد
دستورالعمل بهسازي و مقاوم سازي در اين فصل هم براي اجزاء فولادي ساختمان موجود و هم براي اجزاي فولادي تقويت شده با اضافه شده به سيستم سازه‌اي کاربرد دارد.
مشخصات مصالح