سازه های بتنی

دلایل مقاوم سازی سازه های بتنی

سازه های بتنی به عنوان بخش گسترده ای از سازه ها چنانچه بر حسب محاسبات دقیق و روابط شکل پذیری طراحی و اجرا شوند ساختمان های بسیار مطلوبی خواهند بود اما کیفیت ساخت در برخی سازه ها به دلایل مختلف بسیار نامطلوب است.

کیفیت بد بتن، آرماتور گذاری نامناسب، اجرای بد بتن ریزی، مصالح نامرغوب، خطاهای طراحی، خطاهای اجرایی، افزایش بار سازه، تاثیر شرایط محیطی مخرب و خطر زلزله در اکثر نقاط کشور ایران از جمله عواملی هستند که باعث ضعف سازه های بتنی و نیاز آن ها به مقاوم سازی ساختمان می شوند.

بسياري از سازه‌هاي بتن‌آرمه موجود كه بر مبنای آئین‌نامه‌های قبل از سال ۱۹۷۰ طراحي و اجرا گرديده‌اند، دارای جزئیات ضعيف آرماتورگذاري بوده كه مشكلاتي همچون ظرفيت تغيير مكان جانبي پايين، قابليت استهلاك انرژي پائين، زوال مقاومت و بروز مكانيزم در محل‌هاي نامطلوب در سازه را به همراه داشته كه كليه اين موارد منجر به فروپاشي و انهدام سازه مي‌گردد. جزئیات غيرشكل‌پذير در يك سازه بتن‌آرمه در قالب مواردي همچون مقاومت برشي ضعيف اتصال بواسطه عدم آرماتورگذاري عرضي در هسته اتصال، ظرفيت برشی پائين ستون منتهی به اتصال، كم بودن طول هم‌پوشانی آرماتورهای طولی ستون، عدم رعایت ناحیه خاموت گذاری فشرده در تیر و طول مهاری ناكافي آرماتورهای تير در ناحيه اتصال مطرح می باشد. ضعف در ناحيه اتصال تير به ستون به همراه عامل نامطلوب ستون ضعيف-تير قوی پايداری سازه را به مخاطره مي‌اندازد. وقوع مكانيزم در تير در مقايسه با ستون ارجح بوده و مكانيزم ستون در مقايسه با ناحيه اتصال غير بحراني‌تر می باشد. بروز مكانيزم و تشكيل مفصل در ناحيه اتصال تير به ستون، منجر به دوران‌های فزاينده در تير و ستون گشته که باعث از بين رفتن ظرفيت باربری ستون مي‌گردد و ايمني سازه را متأثر مي‌نمايد.

جهت بررسی مقاوم سازی سازه های بتنی، بدون تردید شناسایی گونه‌های مختلف خسارت در ساختمان های بتنی امری مهم و اجتناب ناپذیر می‌باشد. بنابراین انواع مختلف ضعف‌های سازه های بتنی به شرح زیر می‌باشد:

• ایجاد ترک های مورب در هسته بتن
• ورقه ورقه شدگی هسته مرکزی بتن دراکثر ترکهای مورب رفت و برگشتی ناشی از زلزله
• جدا شدگی پوشش بتن
• کنده شدن تنگها و خاموتها و خارج شدن از محل های خود
• شکست برشی المان‌های کوتاه یا اعضایی که به اطراف متصل شده اند و طول موثر آزاد آنها کم است.
• پدیده کمانش در آرماتورهای طولی
• خارج شدن میلگردها از محل‌های اولیه و در رفتن به نواحی تنش های متناوب زیاد
• گسیخته شدگی دال ها بتن آرمه در کناره های غیر ممتد
• ترک های مورب در دیوار برشی، بخصوصبه صورت متمرکز در اطراف بازشوها
• ایجاد ترک برشی در محل گره ها و محل اتصال تیر ستون

بتن مصالح ساختمانی با مقاومت فشاری نسبتا خوب و مقاومت کششی پایین است و در صورتی که عضو بتنی بدون میلگرد در نظر گرفته شود با اعمال بار در عضو ترک خوردگی ایجاد شده و این ترک خوردگی تا تخریب نهایی عضو پیش می رود (گسیختگی بتن تنها به صورت ترد و ناگهانی می باشد). در بتن مسلح با استفاده از آرماتورهای تقویت کششی این مشکل بر طرف می‌گردد. این مسئله از جمله نقاط ضعف سازه های بتنی مسلح و پیچیدگی آن در امر تقویت، ترمیم و مقاوم سازی آن می باشد. ارزیابی و انتخاب مصالح تعمیری موجود مرحله دشواری در تعمیر بتن و بازسازی بتن می باشد ضرورت تعداد بیشمار مصالح تعمیری و تقویتی جدید در سال‌های اخیر، باعث توسعه روشهای مختلف مقاوم سازی سازه های بتنی شده است می‌باشد.

دلایل مقاوم سازی سازه های بتنی

مقاوم سازی با ژاکت بتنی و ژاکت فولادی

یکی از ایده های ابتدایی و تکنیک‌های مرسوم بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتنی و تقویت سازه‌ها، شکافتن پوشش بتنی عضو سازه ای و قرار دادن میلگردهای فولادی اضافی در المان و سپس پوشاندن آن قسمت به وسیله‌ چسب‌ها و رزین های پر مقاومت بوده است. این ایده علی رغم آنکه ظرفیت سازه را مقداری بهبود می‌بخشد لیکن هم چنان مشکل خوردگی میلگردهای فولادی را بی پاسخ می‌گذارد؛ تکنیک دیگری که برای تقویت سازه های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بکارگیری ورق های فولادی یا تکنیک ژاکت فولادی هست که در آن ورقهای فولادی از بیرون به اجزاء بتنی چسبانده می‌گردد. روش اتصال ورق فولادی، روشی ساده و اقتصادی است؛ اما از جهات زیر مسئله‌ ساز است:

• وزن بالای ورق های فولادی و مشکلات ساخت این اجزاء
• دسترسی سخت به اجزاء و نیاز داشتن داربست
• ضعف ایجاد شده در چسبندگی بین فولاد و بتن که ناشی از خوردگی فولاد می‌باشد
• داشتن محدودیت طولی در انتقال ورقهای فولادی به کارگاه با توجه به این نکته که در پروژه های مقاوم سازی سازه های بتنی، طولهای تیر عموماً بلند می‌باشند.

روش سنتی دیگر در مقاوم ‌سازی سازه های بتنی، استفاده از ژاکت های بتنی یا پوشش‌هایی از نوع بتن‌آرمه، می‌باشد. استفاده از این روش سبب افزایش سختی و شکل ‌پذیری و در مجموع تقویت سازه های بتنی می‌باشد؛ از ضعف های این روش افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه بتنی می‌باشد. استفاده از این روش همچنین نیازمند تخلیه ساختمان و تخریبهای زیاد سازه بتنی است و باعث افزایش نامطلوب سختی اعضای بتنی می‌گردد.

                                                                          دلایل مقاوم سازی سازه های بتنی

مقاوم سازی با دیوار برشی فولادی

در سال های اخير به طور مكرر ديوارهای برشی فولادي به عنوان سيستم مقاوم در برابر بارهاي جانبی درطراحی و مقاوم سازی سازه ها به كار برده می شوند. هزينه ساخت كم، نصب سريع، پتانسيل جذب انرژي بالا و… ديوار برشی فولادی را يك سيستم بسيار مناسب جهت مقاوم سازی سازه های موجود ساخته و اين سيستم در حال حاضر در كشورهايی مثل ايالات متحده، ژاپن و كانادا در مقاوم سازی ساختمان ها كاربرد بسياری يافته است. ديوار برشی فولادی می تواند به آسانی به قاب های فلزی موجود اضافه شود، اما مقاوم سازی لرزه ای قاب های بتنی توسط ديوار برشی فولادی مراحل ابتدائی پيشرفت خود را طی می كند.

با مقايسه رفتار قاب های بتنی با و بدون ديوار برشی فولادی مشخص گرديده است كه تاثير پارامتر مقاومت فشاری بتن برظرفيت قاب های بتنی با ديوار برشی ورق فولادی بيشتر است كه علت آن را ميتوان تاثير ورق فولادی بر عناصر مرزی دانست.

مقاوم سازی با استفاده از مهاربندهای فولادی

اضافه نمودن مهاربندی های فولادی به سازه بتنی، افزایش سختی، کاهش نیاز شکل پذیری و افزایش مقاومت برشی سیستم را به همراه خواهد داشت ضمن آنکه افزایش ناچیزی را در وزن سازه موجب می شود. عموما استفاده از سیستم های مهاربندی واگرا (EBF) در ساختمان های بتنی به دلیل پر هزینه بودن و مشکلات موجود در اجرا و تامین جزییات تیر پیوند مرسوم نمی باشد. اما انواع سیستم های مهاربندی همگرا می تواند در این نوع بهسازی مورد توجه قرار می گیرد.

مقاوم سازی با استفاده ازمیان قاب های صفحه ای بتنی یا بنایی

افزایش مقاومت و سختی سیستم و همچنین کاهش نیاز شکل پذیری اعضا و اجزای سازه را می توان با اضافه نمودن میان قاب های صفحه ای بتن مسلح و یا دیوارهای آجری ایجاد نمود که یکی از رایج ترین روش ها در سازه های بتنی است. دیوارهای اضافه شده می توانند به صورت دیوار های برشی جدید که در محل اجرا شده و یا دیوارهای بنایی شاتکریت شده باشند.

در بهسازی سازه ها با استفاده از این روش باید به این موضوع توجه نمود که آیا قاب بتنی موجود می تواند به عنوان قسمتی از سیستم مرکب باشد یا خیر. به عبارت دیگر باید کفایت باربری ستون های موجود سازه در صورتی که به عنوان اعضا و اجزای مرزی دیوارهای برشی عمل نمایند مورد کنترل قرار می گیرد.در صورت عدم کفایت مقاومتی ستون های سازه می توان دیوار برشی را به صورت کامل به همراه اعضا و اجزا مرزی و به صورت مجزا از قاب بتنی موجود احداث نمود و یا با تقویت ستون های سازه دیوار بتنی را به این اعضا متصل نمود. مزیت حالت دوم استفاده از بار محوری فشاری ستون های موجود در کاهش بار برکنش اعمالی ناشی از زلزله می باشد.

منبع: افزیر