مقاوم سازی ساختمان های بنایی

احداث ساختمان ها با مصالح بنایی در جهان و همینطور در کشور ما همواره پرکاربرد و رایج می باشد. استفاده از چوب، سنگ، آجر و بلوک به همراه ملات برای ساخت ساختمان، در گذر زمان، به دلیل ضعف سازه های ساخته شده با مصالح یاد شده در برابر زلزله همواره مهندسان را با چالش های زیادی روبه رو کرده است. به دلیل هزینه پایین مصالح، دسترسی آسان به مصالح و عدم نیاز به تکنولوژی پیچیده و خاص امکان ساخت این نوع از سازه‌ها را به دست افراد غیر متخصص بالا برده است.

با توجه به لرزه خیزی کشور ما، و به دلیل عدم توجه به ضوابط مربوط به ساخت ساختمان های بنایی، عموماً این سازه ها در برابر زلزله بسیار آسیب پذیر هستند. همین مساله اهمیت مقام سازی ساختمان های بنایی را پررنگ می کند.
از مهم ترین عوامل موثر در تخریب ساختمان ­ها با مصالح بنایی می­توان به استفاده از آجرهای بی کیفیت، استفاده از ملات سست و ضعیف، کمبود المان­های عمودی محدودکننده و ضعف دیوارهای باربر اشاره نمود.

 مقاوم سازی مجموعه اقداماتی است که سبب افزایش سختی، مقاومت یا شکل پذیری عضو در برابر نیروهای وارده و بهبود یکپارچگی سازه می گردد. با تقویت المان های افقی و عمودی و افزایش مقاومت جانبی دیوارهای بنایی با روش های مختلف می توان مقاومت رابالابرد و همینطور با اتصال کف ها و دیوارها به یکدیگر با استفاده از کلاف ها در نقاط مختلف سازه از روش های موثر در بهبود یکپارچی سازه می باشد.ما در مطالب گذشته در خصوص مقاوم سازی سازه های فولادی و بتنی صحبت نمودیم حال به بررسی روش های مقاوم سازی سازه های بنایی می پردازیم.

روش های مقاوم سازی ساختمان های بنایی عبارت است از:

• پرکردن ترک های دیوار آجری با مصالح پرکننده (ملات، گروت و یا اپوکسی)
• استفاده از شبکه میلگرد یا تور سیمی ‌و بتن پاشی (شاتکریت) روی سطوح
• بندکشی سیمانی دیوارهای آجری و یا دوغاب ریزی دیوارهای سنگی
• اجرای دیوارهای سازه ای جدید
• اجرای دیوار برشی مسلح بتنی
• پر کردن باز شوها
• بزرگ کردن باز شوها
• اجرای مهاربند
• اجرای کلاف
• نوارهای فولادی
• افزودن پشت بند
• افزایش بارهای قائم(نظیر وزن سازه)
• افزودن هسته‌های مرکزی
• استفاده از الیاف FRP

پرکردن ترک های دیوار آجری با مصالح پرکننده (ملات، گروت و یا اپوکسی)

یکی از راههای متداول مقاوم سازی ساختمانهای بنایی غیرمسلح ، پر کردن ترکها و حفره های توخالی که به علت تخریب شیمیایی و فیزیکی سطح و یا فعالیتهای مکانیکی به وجود آمده است می باشد. با توجه به عرض ترک های دیوار می توان با مصالح پرکننده این ترک ها را از بین برد.

• برای ترک های با عرض کم (تا 3 ملیمتر) با کمک رزین های اپوکسی می توان ترک را پرکرد.
• برای ترک های با عرض 5 تا 10 میلیمتر می توان از گروت های سیمانی همراه با ماسه برای پر کردن ترک ها استفاده کرد.
• اگر عرض ترک ها بیش از 10 میلیمتر باشد نیاز به تعویض مصالح ترک خورده می باشد.
• برای ترک های عمیق می توان از تزریق دوغاب های دارای ترکیب های ضد انقباض استفاده کرد.

استفاده از شبکه میلگرد  ‌یا تور سیمی و بتن پاشی (شاتکریت) روی سطوح

در این روش شبكه اي از ميلگردهاي افقي و قائم با چشمه 5 تا6 سانتیمتر روي ديوار نصب مي شود و سپس بر روي آن بتن با ضخامت حداقل ۶۰ میلیمتر (با توجه به میزان لرزه خیزی منطقه) مي پاشند. در صورت عدم امکان باز سازی ترک های دیوار نیز این روش توصیه می شود. قبل از استفاده از پوشش بتن مسلح نیاز است ترک های دیوار با ملات ماسه سیمان و یا با دوغاب ریزی بسته شوند.

برای اینکه دیوار و بتن پاشیده شده یکپارچه شوند هم می توان در ديوار شيارهاي قائم ايجاد كرد تا پس از پاشيدن بتن اين شيارها همچون كلاف قائم عمل كرده و سبب  تقويت مقاومت خمشي ديوار شود و یا اتصالات برشی میان دیوار و روکش بتنی تعبیه شود. برای پر نمودن سوراخهایی که برای ثابت نگه داشتن اتصالات برشی نیز می‌توان از اپوکسی و یا گروت سیمانی استفاده نمود. جهت ایجاد چسبندگی لازم میان آجر و پوشش شاتکریت باید ابتدا آجر را به حالت اشباع با سطح خشک در آورد تا آب موجود در شاتکریت را جذب نکرده و سبب ایجاد ترک 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.

بندکشی سیمانی دیوارهای آجری و یا دوغاب سیمانی دیوارهای سنگی

بندکشی مجدد دیوارهای آجری با ملات با کیفیت خصوصیات مکانیکی دیوار را بهبود می دهد.  و نیز با دوغاب ریزی ساختمان ها سنگی با دوغاب سیمانی می توان سبب پیوستگی بیشتر دیوار موجود شد و همینطور سنگ های شل بیشتر بهم میچسبند.

اجرای دیوارهای سازه ای جدید

انطباق مرکز جرم و سختی روی هم می توان جلوی پیچش ساختمان را در هنگام زلزله گرفت.  برای اینکار احداث دیوارهای جدید (با حفظ اصول معماری) برای ایجاد تقارن در ساختمان و حتی احداث دیوارهای متقاطع در دیوارهای طویل  برای افزایش قدرت باربری آن ها راهگشا خواهد بود. و باید با استفاده از كليدهاي فولادي و بتني تعبيه شده در ديوارهاي قديمي گيرداري بين ديوارهاي جديد و قديم را فراهم نمود.

اجرای دیوار برشی مسلح بتنی

یکی از روش های مقاوم سازی ساختمان های بتنی اضافه نمودن دیوار برشی می باشد. دیوار برشی مقاومت، سختی و شکل پذیری سازه را بشدت افزایش می دهد و باعث بهبود رفتار لرزه ای سازه و کاهش تغییر شکل های و خسارات وارد به دیگر المان های بتنی سازه می گردد.

چنانچه تیر و ستون های سازه بتنی قابلیت تحمل بارهای ثقلی را داشته اما تحت بارهای لرزه ای آسیب پذیر باشد اضافه نمودن دیوار برشی باعث جذب نیروی جانبی لرزه ای توسط این دیوارها شده و از اعمال نیروها و تغییر شکل های لرزه ای به تیر ها و ستون ها جلو گیری می نماید. در نتیجه اضافه نمودن تنها دو یا چهار دیوار برشی باعث کاهش آسیب پذیری تمامی تیر ها و ستون ها می گردد. البته باید توجه داشت که بعلت سختی زیاد دیوارهای برشی، معمولا نیروهای زیادی در فونداسیون زیر آنها ایجاد می گردد که مقابله با آنها مستلزم تقویت شدید فونداسیون موجود و یا اضافه نمودن شمع در پای دیوارهای برشی می باشد.

اتصال دیوار برشی به سازه باید به نحوی باشد که بتواند نیروی طبقه را به دیوار منتقل نماید تا دیوار بتواند نیروی زلزله را به خود جذب کند و با سختی خود از تغییر شکل های جانبی ساختمان را کاهش دهد. برای این منظور در تراز سقف ها باید اتصالات مناسبی توسط کاشت بولت بین دیوار برشی و دال بر قرار گردد. همچنین می توان با استفاده از کاشت بولت در تیر و ستون و پوشاندن این المان ها در بتن دیوار برشی انسجام خوبی بین دیوار و سازه موجود بر قرار نمود. همچنین آرماتورهای دیوار برشی باید در طبقات بصورت پیوسته باشد تا نیروهای لرزه ای بتواند بصورت پیوسته در ارتفاع دیوار از بالا به پایین و نهایتا به فونداسیون منتقل گردد.

پر کردن باز شوها

یک روش ساده برای مقاوم سازی در صفحه یک دیوار برشی پر کردن بخشی و یا تمام پنجره‌ها یا درهای غیر ضروری میباشد. این عمل از تمرکز تنش که در گوشه‌های باز شوها تولید می‌شود و سبب ایجاد ترک است جلوگیری می‌نماید و همچنین باعث افزایش سختی جانبی دیوار می‌شود. نکته مهم در پر کردن بازشوها این است که قسمتهای پر شده با قسمتهای 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 میگردد.

بزرگ کردن باز شوها

متناوباً بزرگ کردن بازشوها بوسیله حذف کردن بخشی از مصالح بنایی نیز یکی از راه حلهای پیشنهادی میباشد. 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 پایه‌ها بکار برده میشود و باعث میشود تا رفتار آن از حالت برشی به حالت خمشی تبدیل شود. این عمل شکل گسیختگی را از حالت شکننده به شکل پذیر تغییر میدهد.

اجرای مهاربند

یک روش بدیهی برای بهبود رفتار ساختمان، متصل نمودن اعضای مهاربند فولادی شامل صفحات و پروفیلهای فولادی است برای زیاد کردن سختی ساختمانهای بنایی غیرمسلح میباشد. در این حالت سیستمهای فولادی به طور مستقیم به دیوار ویا دیافراگم سازه بنایی اضافه میشوند. در نظر گرفتن سختی نسبی سازه غیرمسلح از طرفی و از طرف دیگر مهاربندهای فولادی در محاسبات فاکتور مهمی‌میباشد که باید به آن توجه نمود. این روش در مواردی که ساختمان دارای انحراف زیادی باشد قابل استفاده است. همچنین فولادهای اضافه شده شکل پذیری ساختمان را افزایش میدهند.

استفاده از کلاف های قائم

در اثر زلزله، ریزش جزئی و جدایی دیوار ها در کنج ها و اتصالات T شکل ساخته شده از مصالح سنگی لاشه ای، بسیار مشاهده شده است. زمانی که این خرابی ها به وجود می آید ولی همچنان دیوار ها پابرجا می باشند، برای ایجاد کلاف های قائم نیاز است بخش های مجاور، با دقت کامل برداشته شود. لازم به ذکر است اجرا کلاف ها باید به در پلان متقارن باشد و این کلاف ها در تراز طبقات به یکدیگر متصل باشند.ابعاد کلاف ها با توجه به ابعاددیوار های متصل به آن تعیین میشود و در هر صورت این ابعاد نباید کمتر از 20 سانتی متر باشد. فاصله این کلاف ها از هم نباید بیشتر از 5 متر شود.

در مواردی که مصالح آجری در کنج ها خسارت ندیده باشند و یا برداشتن آنها غیر ممکن است، بجای ساخت کلاف های قائم از میلگرد های مجزا در داخل دیوار استفاده می شوند. در این حالت، میلگردها درون کانال های عمودی بریده شده در داخل آجر کاری قرار داده می شوند و توسط قلاب های عرضی به نام رکاب به دیوارها تکیه کرده و گیردار می شوند.

نوارهای فولادی

افزودن نوارهای فولادی عمودی و قطری به سطح خارجی یک دیوار و یا سازه بنایی مقاومت لرزهای و شکل پذیری ساختمانهای بنایی غیرمسلح را بالا خواهد برد. اگر این نوارها به درستی به دیوار مهار شوند، فولادها میتوانند به شکل یک خرپا عمل نمایند.

افزودن پشت بند

در سازه های بنایی ساختن ديوار پشت بند امري است معمول و ارزان كه اجراي آن به صورت قائم و يا مورب انجام مي گردد. ساختن اين ديواره ها به صورت رج به رج انجام مي شود تا پيوند و اصطلاحاً (( قفل و بست )) در اسكلت بنا به وجود آيد. ديواره هاي پشت بند معمولاً در محل تقاطع ديوار و به شكل بعلاوه ساخته مي شوند كه بنا را از هر طرف مقاوم ساخته و سبب افزايش مقاومت در مقابل نيروي رانش و زلزله خواهد شد. اگر شكل بنا طوري باشد كه فضاها به يكديگر تكيه داشته باشند مجموعه فضاها همراه با ديوارهاي ضخيم در مقابل زلزله مقاومت بیشتری خواهد داشت. این روش سبب بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان بنایی می گردد.

افزایش بارهای قائم

افزودن بارهای قائم به ساختمانهای بنایی غیرمسلح معمولا عملکرد دیوار را تحت بارهای داخل و خارج از صفحه بهبود میبخشد. بارهای قائم در کنار هم نگه داشتن ماتریس بنایی کمک میکند و همچنین بعد از وقوع ترک سبب تولید نیروهای اصطکاکی بیشتری میشود. 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 بمانند نیروهای قائم تنشها روی ساختمانهای بنایی غیرمسلح افزایش مییابد و میتواند 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.

افزودن هسته‌های مرکزی

 یک هسته تثبیت شده بوسیله گروت میتواند به یک دیوار ساختمانهای بنایی غیرمسلح اضافه شود تا رفتار آن را به یک دیوار مسلح تغییر دهد. گروت باید پیوستگی کافی را میان عناصر تقویتی و مصالح بنایی موجود ایجاد کند تا بتواند نیروی زلزله را منتقل کند. مشخصات مقاومتی و مدول گروت باید با مصالح بنایی موجود سازگار باشد.

استفاده از الیاف FRP

پلیمرهای مسلح فیبری FRP، مواد مرکب ساخته شده از الیاف در محیط رزین پلیمری، پلیمرهای مسلح شده با الیاف می باشند که به دلیل مقاومت بالایی که دارند برای ساخت سازه ها و مقاوم سازی لرزه ای کاربرد دارند.

محصولات پلیمری مورد استفاده در سازه ها به شکل ورق های پلیمری FRP ، میلگردها یا آرماتور FRP ، مش های FRPو پروفیل FRP وجود دارند. از این مصالح پلیمری FRP برای استفاده می شود..

با چسباندن یک یا چندلایه نوارهاي توليد شده پيش ساخته FRP دیوارها و بخش هایی از بنا را که در اثر فرسایش ملات و سایر مصالح در کنار تاثیر عوامل آسیب زا , خرد و شکننده شده اند را تقویت کرد.

همینطور با استفاده از میله های FRP و گروت بخش هایی از سازه که وظیفه ی انتقال نیروهای قائم به فونداسیون و مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی را دارند , تقویت می شوند . به کمک تزریق ملات ترمیمی تمام بخش های داخلی که پوک شده اند , پر می شوند و تزریق تا مرحله ای ادامه می یابد که ملات های قدیمی منسجم می شوند و فضای موجود یکدست و یکپارچه می شود .

یک گزینه دیگر در برابر پوشش کامل دیوارها توسط FRP قرار دادن نوارهای FRP در طول محیط بازشوهای پیجره‌ها و همچنین متناوبا به شکل عمودی در طول دیوار است.