خوردگی و آسیب دیدگی سازه فولادی تحت بارهای لرزه ای و در نتیجه کمانش موضعی آن از مهمترین آسیب های سازه های فولادی است که نیاز به مقاوم سازی این سازه ها را آشکار می سازد. نیاز به مقاوم سازی نه تنها در ساختمان های قدیم و فرسوده الزامی می باشد بلکه گاهی در ساختمان های جدید نیز مجبور به تقویت اعضا می شویم. در حالیکه در صورت اجرای درست و دقیق و استفاده از نیروهای متخصص برای کاهش اشتباهات اجرایی نیاز به این مهم در ساختمان های جدید کاهش می یابد.
ما در مطالب گذشته در خصوص مقاوم سازی سازه های بنایی و بتنی صحبت نمودیم حال به بررسی روش های مقاوم سازی سازه های فولادی می پردازیم.
مهم ترین روش های مقاوم سازی ساختمان های فلزی شامل موارد زیر می باشد:
- اجرای ژاکت بتنی
- افزودن قاب پیرامونی
- اضافه نمودن ورق های فولادی
- اجرای دیوار باربر
- استفاده از میراگر
- اجرای دیوار برشی
- استفاده از مهاربند فلزی
- استفاده از جداگر لرزه ای
- استفاده از میراگر یا دمپر
- استفاده از کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیافFRP
مقاوم سازی سازه های فولادی به روش ژاکت بتنی
یکی از روش های موثر مقاوم سازی ستون های فولادی ، روش تقویت ستون فلزی با ژاکت بتنی می باشد. استفاده از ژاکت بتنی سبب افزایش سختی برشی ستون و مقاومت آن در برابر کمانش و افزایش مقاومت خمشی و برشی تیرها می گردد. علاوه بر این استفاده از این روش تقویت ستون فلزی موجب افزایش مقاومت المان در برابر کمانش می گردد.
یکی دیگر از کاربردهای ژاکت بتنی، استفاده از آن در ترمیم ستون های فلزی خورده شده می باشد، این امر موجب تقویت ستون فلزی در برابر حریق نیز می گردد.
افزودن قاب پیرامونی
مقاوم سازی سازه فولادی با افزودن قاب پیرامونی (بتنی یا فولادی) یکی از روش های افزایش سطح مقاومت و میزان شکل پذیری سازه فولادی می باشد.
در این روش قاب پیرامونی با محصور سازی تمام ساختمان موجب گسترش نیروهای جانبی لرزه ای و جلوگیری از تمرکز آن در یک قسمت از ساختمان گردیده و در نتیجه باعث افزایش یکپارچگی و پیوستگی کل سازه می شود.
قاب پیرامونی باعث تقویت پیرامون سازه می گردد که کاهش حجم خرابی فضای داخلی ساختمان و در نتیجه کاهش هزینه و وقت را بدنبال دارد .
اضافه نمودن ورق های فولادی
به منظور مقاوم سازی تیر و ستون سازه فولادی از روش مقاوم سازی با اضافه نمودن ورق هایفولادی استفاده می شود. خرابی در تیرهای فولادی عمدتا به دو صورت کمانش موضعی و کمانش کلی روی می دهد. برای مقاوم سازی تیرهای فولادی با استفاده از این روش، ورق های فولادی به صورت موازی با جان تیر و یا به عنوان سخت کننده جان و به منظور افزایش مقاومت برشی تیر مورد استفاده قرار می گیرند. در ستون های فولادی از ورق پوششی در بال ستون به منظور افزایش ضخامت بال و در نتیجه جلوگیری از کمانش موضعی آن استفاده می شود. همچنین اضافه نمودن ورق های موازی با جان ستون افزایش ممان اینرسی در امتداد موازی با جان ستون را به دلیل تبدیل مقطع آن به صورت جعبه ای در پی دارد.
اجرای دیوار باربر
در مواقعی که قادر به مقاوم سازی اجزای سازه نباشیم می توان جهت مقاوم سازی اسکلت فولادی از دیوار باربر استفاده کنیم . دیوار باربر در زیر تیر اجرا می گردد که از این طریق مانع از خیز تیرها می گردد و در افزایش ظرفیت باربری ثقلی به ستون های ضعیف کمک می کند . لازم بذکر است که تقویت اسکلت فلزی و مقاوم سازی ساختمان فولادی از طریق اجرای دیوار باربر تنها در باربر نیروهای ثقلی کارساز است و در مقابل بارهای جانبی عملکرد مطلوبی نخواهد داشت .
استفاده از میراگر
روش مقاوم سازی سازه فولادی با استفاده از میراگر یکی از روش های معمول مقاوم سازی برای تقویت سازه موجود در برابر بارهای لرزه ای است. این روش موجب تمرکز اتلاف انرژی در میراگرها شده و در نهایت تقاضای اتلاف انرژی در تیرها، ستون ها و اتصالات کاهش می یابد. استفاده از میراگر در سازه، کاهش آسیب و خرابی سازه را به سبب کاهش دامنه ارتعاشات مکانیکی سازه، در پی دارد.
اجرای دیوار برشی
روش استفاده از دیوار برشی به جهت تقویت سازه فولادی بلند از نظر اقتصادی روش مناسبی می باشد .( به دلیل صرفه جویی در مصرف فولاد)
دیوار برشی با افزایش سختی سازه، ضمن بالا بردن ظرفیت تحمل بارهای ثقلی، موجب افزایش ظرفیت تحمل سازه در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله می گردد. دیوار برشی فولادی به همراه ستون های اطراف خود همانند یک تیر ورق عمل می کند به صورتی که در آن ستون ها به عنوان بال، تیرها به عنوان سخت کننده و ورق فولادی به عنوان جان تیر ورق در نظر گرفته می شوند. از جمله مزیت های دیوار برشی نسبت به بادبند، سختی بیشتر و در نتیجه مشکلات کمتر معماری و دهانه کمتر می باشد.
استفاده از مهاربند فلزی
افزودن مهاربند به قاب های فولادی جهت تقویت ساختمان های فولادی که دارای ضعف جوشکاری و اتصالات ضعیف باشند، یک روش سریع است که افزایش سختی، افزایش مقاومت و کاهش جا به جایی جانبی سازه و استهلاک نیروهای لرزه ای را بدنبال دارد. شایان ذکر است که در صورت استفاده از مهاربندهای فلزی، ضخامت پی سازه باید کنترل شود تا در برابر نیروها و نیز بلندشدگی از مقاومت کافی برخودار باشند . همچنین اثر تسلیم شدن مهاربندهای تعبیه شده بر سایر اجزای سازه همچون تیر و ستون باید مد نظر قرار گیرد که عمدتا منجر به تقویت تیرها و ستون های اطراف دهانه های مهاربندی (با استفاده از ورق های فلزی) می شود.
علاوه بر این، در روش مقاوم سازی اسکلت فلزی با مهاربند ، عموما از مهاربندهای همگرا نسبت به نوع واگرای آن استفاده می گردد. زیرا در مقاومت تیری که فقط برای بار ثقلی طراحی شده ضعف وجود دارد و بهسازی بخشی از آن به عنوان تیر پیوند هزینه بر و دشوار است. مهاربندهای هم محور موجب بالا رفتن سختی، محدودیت چرخش در محل اتصالات تیرها و ستون ها و پایین آمدن تغییر مکان های کلی سازه و نسبی طبقه ها می شوند.
استفاده از جداسازی لرزه ای
یکی از روش های نوین مقاوم سازی در برابر زلزله است که هدف اصلی آن کاهش مقدار انرژی و نیرویی است که در اثر زلزله به سازه منتقل می شود .در این روش، سازه بر روی تکیه گاه هایی که قابلیت تغییرشکل جانبی زیادی دارند قرار میگیرد.
در واقع جداگرهای لرزه ای با جداکردن نیروی حرکتی از زمین به سازه اصلی عمل میکنند و در تراز پایه ساختمان نصب می شوند. استفاده از جداگرهای لرزه ای موجب کاهش هزینه اجرای سازه به دلیل استفاده از مقاطع با ظرفیت کمتر می گردد.
استفاده از میراگر یا دمپر
مقاوم سازی با استفاده از میراگر (دمپر) یک روش کنترل غیر فعال سازه برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله است. میراگر انرژی لرزه ای را مستهلک کرده و بخشی از انرژی ورودی به سازه را تلف می کند. از این رو خسارت وارده به سازه به طور چشمگیری کاهش می یابد. در واقع مقاوم سازی با استفاده از میراگر سبب می شود نیرویی که هنگام زمین لرزه به سازه وارد می شود کمتر از مقدار واقعی آن باشد. میراگرها ممکن است در مهاربندی ها، اتصالات سازهای و اجزای غیر سازهای قرار داده شوند که ساده ترین و پرکاربردترین روش، استفاده از میراگر در مهاربندها می باشد. در ترکیب مهاربندها و میراگرها ظرفیت میرایی میراگرها، سختی افزایش یافته ناشی از افزایش مهاربند را متعادل می کنند. در واقع میراگرها بعلت داشتن مایع ویسکوز مستهلک کننده ی انرژی، ظرفیت میرایی بالایی داشته و خصوصا در هنگام تکان های بسیار کوتاه تاثیر فوق العاده ای بر کاهش آسیب وارد به سازه دارند.
استفاده از کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیافFRP
مقاوم سازی با کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف FRP یکی از روش های مناسب جهت مقاوم سازی اسکلت فولادی (فلزی) و بتنی می باشد. می توان از کامپوزیت های FRP در تقویت اجزای اسکلت فلزی نظیر تیرها استفاده کرد که با مهاربندی آنها در برابر کمانش موضعی ، مقاوم سازی ساختمان را در پی دارد .از مزایای کامپوزیت های FRP می توان به نسبت بالای مقاومت به وزن ، سهولت در اجرا ، در دسترس بودن ، عایق بودن و … اشاره کرد .
مقاوم سازی اسکلت فولادی با FRP از طریق به تعویق انداختن کمانش پیچشی و کاهش تغییر مکان های جانبی قادر است ظرفیت باربری و تحمل نیرو را در اجزای سازه افزایش دهد و در نهایت منجر به تقویت ساختمان های فلزی گردد.
انتخاب ضخامت و ابعاد کامپوزیت ها به عوامل گوناگونی مثل شرایط محاسباتی و ملاحظات اقتصادی بستگی دارد که می تواند موجب پوشاندن بخشی از مقطع شود یا برای تقویت همه سطح مقطع به کار رود.
