مقاوم سازی ساختمان های با مصالح بنایی در برابر زلزله

کشور های توسعه یافته و یا در حال توسعه که خطر زلزله به عنوان اصلی ترین  در قرن حاضر در کلیه

دانشمندان و مهندسان برای پیدا کردن راه <جان انسان های بی پناه را تهدید می کند<خطر طبیعی

گسترده را آغاز نموده اند هایی جهت تقویت ساختمان های ساخته شده موجود در برابر زلزله تحقیقات

که حاصل عملکرد آنها تدوین آیین نامه ها و دستورالعمل های طرح تقویت و بهسازی لرزهای ساختمانها

.بوده است

ژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و تعدادی از دانشگاه های ت ساختمان و پدر ایران نیز مرکز تحقیقا

معتبر مطالعاتی و تحقیقاتی در این زمینه اغاز نموده اند که پس از زلزله رودبار با جدیت بیشتری دنبال

شده که نتیجه آن امروزه به شکل تدوین یافته جهت طرح تقویت ساختمان های موجود در برابر زلزله

.تفاده قرار می گیرداس

در مقاله درباره طرح تقویت ساختمان های مسکونی و ارتقای ایمنی آنها و رساندن آن به سطح ایمنی

کشور بنا می گردد به ثقلی و لرزه ای ساختمان جدیدی که بر اساس آیین نامه های طراحی فعلی

باربر خارجی و ستون هایی در  خصوص ساختمان هایی که در سال های گذشته با استفاده از دیوار های

و بدون عناصر مقاوم (اصطلاحا مخطتلط)وسط و با ملات ماسه و سیمان یا ماسه و اهک احداث گردیده اند

.جهنبی می باشند

:در ابتدا بهتر است با عناوین زیر آشنا شویم

:سطوح عملکرد

عملکرد یک بنا در برابر العمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود پنج سطح برای براساس دستور

:زلزله جهت انجام مراحل مقاوم سازی به شرح زیر تعریف می شود

):1 (قابلیت استفاده بی وقفهسطح عملکرد

زای سازه این سطح عملکرد به سطح عملکردی اطلاق می گردد که در اثر بروز زلزله مقاومت و سختی اج

.از آن ممکن باشدتغییر قابل توجهی پیدا نکند و استفاده بی وقفه

):2(خرابی محدودسطح عملکرد

این سطح عملکرد به سطح عملکردی اطلاق می گردد که پیش بینی شود در اثر وقوع زلزله خرابی در

ادامه بهره برداری از سازه به میزان محدودی ایجاد گردد و با انجام مرمت بخش های آسیب دیده

.ساختمان میسر باشد

:4 (ایمنی جانی محدود)سطح عملکرد

در این سطح عملکرد به سطح عملکردی اطلاق می گردد که پیش بینی شود در اثر وقوع زلزله خرابی

.سازه ایجاد شود اما میزان خرابی ها به اندازه ای باشد که خسارت جانی حداقل گردد

):5 (آستانه فروریزشسطح عملکرد

این سطح عملکرد به سطح عملکردی اطلاق که پیشبینی شود در اثر وقوع زلزله خرابی گسترده در س

.حداقل برسدایجاد می گردد اما ساختمان فرو نریزد و تلفات جانی به

.انتخاب پارامتری حرکت قوی در سطح زمین بر اساس هدف مقاوم سازی به دو صورت بیان میشود

.:استفاده از طیف طرح استاندارد و دوم:استفاده از طیف طرح ویژه ساختگاهاول

: بر این اساس سه سطح خطر جهت مقاوم سازی ساختمان های موجود به شرح زیر تریف می شود

:1سطح خطر

سال می باش10 % احتمال رویداد در 50 سال که معادل دوره بازگشت 457 این سطح خطر بر اساس

..سطح خطر 1 در استاندارد 2800 ایران زلزله طرح نامیده می شودتعیین می شود

: 2سطح خطر

سال می باش2 % احتمال رویداد در 50 سال که معادل دوره بازگشت 2475 این سطح خطر بر اساس

.تعیین می گردد

.این سطح خطر به عنوان بیشینه محتمل نامیده می شود

:3سطح خطر

.این سطح خطر برای موارد خاص و با ملاحظات ویژه مناسب می باشد

در طرح مقاوم سازی برای هر واحد مسکونی یکی از انواع تعریف شده مقاوم سازی در زیر با توجه به

:قبل در نظر گرفته میشوداهمیت و سطوح خطر بیان

:مقاوم سازی مبنا

ای1 در بهسازی مبنا انتظار می رود که تحت زلزله سطح خطر

:سازی مطلوب

در بهسازی مطلوب انتظار می رود که هدف بهسازی مبنا تامی

.2 ساختمان فرو نریزدخطر

:وم سازی ویژهمقا

در بهسازی ویژه نسبت به بهسازی مطلوب عملکرد بهتری بر

منظور سطح عملکرد بالاتری برای ساختمان تحت همان سط

مطلوب یا سطح خطر بالاتری برای نیل به همان سطوح عملک

.است

:مقاوم سازی محدود

در بهسازی محدود عملکرد پایین تری از بهسازی مبنا در نظر

:مقاوم سازی موضعی

در بهسازی موضعی بخشی از یک طرح بهسازی کلی اجرا م

.های دیگر در مراحل بعدی برآورده گردد

:ل کارشرح مراح

در قدم اول باید از ساختمان مورد نظر بازدید به عمل آید تا به

در صورت پاسخ مثبت تمامی مشاهد.مقام سازی دارد یا خیر

.شود

در این مشاهدات وضعیت فعلی معماری و سازه ای بنا به هم

بدین ترتیب که ابتدا کروکی و موقعیت و سپس شکل معماری

.عینا با مقیاس و دقت کامل ترسیم می شود

در هنگام برداشت آنچه اطلاعات از پی و سقف و عناصر سازه

یادداشت میشود و در نقشه ثرسیمی ذکر می گرددتا از روی

به طور خلاصه می توان کل عمتیات اجرایی لازم جهت مقاوم

:شرح زیر بیان نمود

از م-ایجاد کلاف های فولادی افقی در تراز سقف با استفاده 1

مهارهای مکانیکی برای تامین محصور شدگی هسته دیوار ه

ایجاد کلاف های فولادی قائم به استفاده از نبشی و مهاره-2

ایجاد اتصاموجود و کلاف های فولادی افقی ایجاد شده جهت

اضافه کردن رویه بتنی مسلح به صورت شبکه میلگرد به تع-3

برشی دیوارهای ساختمان با استفاده از میلگرد نمره حداقل

تیرچه های سقف با است-استفاده از دیافراگم عرضی در دل 4

متری جهت ایجاد صلبیت جانبی سقف و ایجاد یکپارچگی در س

ایجاد رویه بتنی مسلح به صورت شبکه میلگرد بروی سقف-5

.12یکپارچه با استفاده از میلگرد نمره حداقل

اید بر اساس نقشه های تهیه شده قبلی اقدام به در ادامه ب

.میزان و مقادیر علمی عددی لازم برای مرحله اجرا نمود

مقاوم سازی محدود

در بهسازی محدود عملکرد پایین تری از بهسازی مبنا در نظر گرفته می شود.

مقاوم سازی موضعی:

در بهسازی موضعی بخشی از یک طرح بهسازی کلی اجرا می گردد به گونه ای که هدف بهسازی بخش های دیگر در مراحل بعدی برآورده گردد.

شرح مراحل کار:

در قدم اول باید از ساختمان مورد نظر بازدید به عمل آید تا به این نتیجه برسیم که اصلا مورد فوق توجیه مقام سازی دارد یا خیر.در صورت پاسخ مثبت تمامی مشاهدات در فرم ارزیابی ساختمان با دقت درج می شود.

در این مشاهدات وضعیت فعلی معماری و سازه ای بنا به همراه عکس برداری مورد ارزیابی قرار می گیرد بدین ترتیب که ابتدا کروکی و موقعیت و سپس شکل معماری و وضیعت تیغه بندی ها برداشت شده و عینا با مقیاس و دقت کامل ترسیم می شود.

در هنگام برداشت آنچه اطلاعات از پی و سقف و عناصر سازه ای یا دیوار های باربر می توان کسب نمود یادداشت میشود و در نقشه ثرسیمی ذکر می گرددتا از روی آن اقدام به محاسبات مقاوم سازی گردد.

به طور خلاصه می توان کل عمتیات اجرایی لازم جهت مقاوم سازی بناهای با مصالح بنایی را در 5 بند به شرح زیر بیان نمود:

1-ایجاد کلاف های فولادی افقی در تراز سقف با استفاده از مقاطع فولادی استاندارد مانند نبشی و مهارهای مکانیکی برای تامین محصور شدگی هسته دیوار هایو ایجاد یکپارچگی عملکرد سقف.

2-ایجاد کلاف های فولادی قائم به استفاده از نبشی و مهارهای مکانیکی و اتصال آنها به دیوار آجری موجود و کلاف های فولادی افقی ایجاد شده جهت ایجاد اتصال و یکپارچگی در عملکرد دیوار هایو سقف.

3-اضافه کردن رویه بتنی مسلح به صورت شبکه میلگرد به تعدادی از به منظور تامین کمبود ظرفیت برشی دیوارهای ساختمان با استفاده از میلگرد نمره حداقل 10 در هر طبقه و به صورت متقارن.

4-استفاده از دیافراگم عرضی در دل تیرچه های سقف با استفاده از ناودانی نمره حداقل 8 در فواصل 2 متری جهت ایجاد صلبیت جانبی سقف و ایجاد یکپارچگی در سقف.

5-ایجاد رویه بتنی مسلح به صورت شبکه میلگرد بروی سقف جهت ایجاد یک دیافراگم و ایجاد سقف یکپارچه با استفاده از میلگرد نمره حداقل 12.

در ادامه باید بر اساس نقشه های تهیه شده قبلی اقدام به انجام یک سری محاسبات جهت رسیدن به میزان و مقادیر علمی عددی لازم برای مرحله اجرا نمود.

1-کنترل سطح دیوار نسبی:

-

در این بخش به محاسبات درصد دیوار نسبی موجود در ساختمان طبق برداشت قبلی پرداخته می شود.توجه به این نکته ضروری است که به منظور مهار بارهای جانبی از پوشش های بتنی مسلح بر روی دیوار های باربر به صورت میان قاب برای تحمل این بارها در دو یا چند دهانه تقریبامتقارن در هر دو جهت ساختمان بهره گرفته می شود.

2-کنترل ابعاد بازشوهای دیوار:

طبق بند 3-5-2 آیین نامه 2800 باید ابعاد بازشو های موجود در ساختمان کنترل و اصلاح گردد به طوری که:

الف)مجموع سطح بازشوها از 3/1 سطح دیوار بیشتر نباشد.

ب)مجموع طول بازشوها از 2/1 طول دیوار بیشتر نباشد.

پ)فاصله اولین بازشو از بر خارجی ساختمان یا ابتدای طول دیوار  کمتر از 3/2 ارتفاع بازشو یا کمتر از 75 سانتی متر نباشد مگر آنکه در طرفین بازشو کلاف قائم قرار داده شود.

ت)فاصله افقی دو بازشو از 3/2 ارتفاع کوچکترین بازشوی طرفین خود کمتر نبوده و از 6/1 مجموع طول آن دو بازشو نیز کمتر نباشد.در غیر این صورت جرز بین دو باز شو محسوب می شود و نباید آن را به عنوان دیوار به حساب آورد و نعل درگاه روی بازشو ها نیز باید به صورت یکسره با دهانه ای برابر مجموع طول بازشوها به اضافه طول جرز بین آنها محاسبه گردد.

ث)هیچ یک از ابعاد بازشو از 5/2 متر بیشتر نباشد.در غیر این صورت باید طرفین بازشو را تعبیه کلاف های قائم که به کلاف های افقی بالا و پایین آن طبقه متصل میشوند و همچنین با مهار نعل درگاه بازشو در کلاف های قائم طرفین تقویت نمود.

3-بارگذاری:

با توجه به اینکهدر ساختمان از چه نوع سقفی در تراز بام و یا طبقات ساختمان مورد نظر استفاده گردیده و با توجه به جزئیات معمول برای این سقف ها وزن واحد سطح آن در قسمت های مختلف و برای دیوارها و سر بار تیغه بندی باید محاسبه شود.

همچنین به توجه به کاربردی ساختمان بار زنده بام و طبقات نیز باید در نظر گرفته شده و در محاسبات بارگذاری وارد شود.

4-کنترل ظرفیت برشی ساختمان:

در این بخش بر اساس دستور العمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود مقادیر تنش های موجود در ساختمان بر اساس نیروی برشی ایجاد شده در دیوار ها و همچنین پیچش طبقه برآورد شده و با مقادیر مجاز مقایسه می گردد.

5-محاسبه مرکز سختی و مرکز جرم:

در این بخش اقدام به محاسبه مختصات مرکز سختی و مرکز ساختمان مورد نظر بر اساس فرمول های استاندارد 2800 می گردد.

بند 2-3-10-4 استاندارد 2800 ایران اظهار می دارد که در صورت واقع شدن مرکز سختی و مرکز جرم در فاصله ای کمتر از 5 % بعد ساختمان از یکدیگر در هر راستا محاسبه پیچش لازم نیست لذا بر اساس بند مزبور مقادیر فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی کنترل شده و در صورت ارضا نشدن آیین نامه برش ناشی از لنگر پیچشی نیز علاوه بر برش مستقیم محاسبه می گردد.

6-محاسبه جرم ساختمان:

همانطور که در آیین نامه ذکر شده است نیروی زلزله باید در مرکز جرم به صورت متمرکز اعمال گردد.در محاسبه نیروی زلزله ساختمان ترکیب بار مرده به علاوه 20 % بار زنده موثر است.

7-محاسبه نیروی برش پایه:

با توجه به مطالب پیش گفته محاسبات نیروی برشی بر طبق استاندارد 2800 محاسبه می گردد.

اکنون باید نیروی برش پایه و توزیع آن در ارتفاع ساختمان بر اساس استاندارد 2800 و با توجه به ضریب اهمیت ساختمان و ضریب بازتاب و عوامل دیگر در هر دو جهت بنا محاسبه گردد.

8-تنش برشی مقاوم :

توجه نمودید که چنانچه بر اساس محاسبات دیوارهای ساختمان به تنهایی قادر به تحمل تنش برشی حاصل از زلزله نباشد لازم است توسط رویه بتنی به ضخامت حدود 5 سانتی متر مقاوم شوند.از آنجا که بتن ریزی با ضخامت کم (حدود 5 سانتیمتر ) روی دیوار ها کاری مشکل است و نیاز به دستگاه های بتن پاشی مانند شات کریت دارد می توان به زدن ملات ماسه و سیمان توسط بنای ماهر اکتفا نمود لذا در جهت اطمینان می توان از مقاومت برشی بتن صرف نظر کرد و فقط توسط آرماتور های برشی ظر فیت برشی را تامین نمود.

9- طراحی گل میخ های اتصال کلاف افقی به سقف:

برای اتصال کلاف افقی به سقف مطابق با دستور العمل بهسازی لرزه ای ساختمان موجود از گل میخ هایی به قطر 20 میلی متر با مقاومت برشی حداقل 230 کیلو گرم می توان استفاده نمود.

درباره پی ساختمان:

نکته ای که در اینجا باید بیان نمود درباره پی یا شالوده ساختمان می باشد.جهت بررسی وضعیت و نوع پی ها و حتی خاک زیر پی الزاما" باید اقدام به سونداژ نمود.پس از بررسی و محاسبه بر اساس بارگذاری چنانچه ابعاد یا مصالح بکار رفته در پی سازی قابل قبول نباشد در نتیجه در توجیه طرح مقاوم سازی آن بنا به طور کلی اثر خواهد گذاشت.حتی اگر فقط ازدیاد ابعاد پی مطرح باشد به دلیل یکپارچه نشدن مصالح پی قدیم  با پی جدید عمل باربری همچنان توسط پی قدیم انجام خواهد گرفت.لذا ساختمانی که چند سال از ساخت آن می گذرد و آثار نشست در آن دیده نشده و با پی فعلی عمل باربری را انجام داده است با تقریب خوبی میتوان یکپارچه نمودن بنا را فقط از روی زمین به باتا انجام داد.

جزئیات اجرایی طرح

ایجاد صلبیت و یکپارچگیدر ساختمان:

به منظور ایجاد یکپارچگی در سیستم ساختمان از کلاف های افقی فولادی در محل اتصال سقف و دیوار و کلاف های قائم فولادی روی دیوار ها با استفاده از نبشی که پروفیل مناسبی است و به راحتی در گوشه ها و کنج ها می خوابد استفاده می شود.

برای اتصال اعضای کلاف بندی به بدنه آجری موجود پس از سوراخی اعضا اقدام به ایجاد سوراخ های لازم در دیوار های موجود نموده و مهار نبشی ها با استفاده از پیچ در این سوراخ ها به صورت زیر انجام می گیرد.

الف) برای دیوار های داخلی کلاف های طرفین دیوار با پیچ و مهره به یکدیگر و به دیوار بسته میشوند و برای  دیوار های مجاور به همسایه با استفاده از بولت های بازشونده به دیوار های متصل می گردد.

ب) برای اتصال کلاف ها به سقف اعضا به تیرچه های سقف با اتصال جوشی متصل و یا با اتصالات مکانیکی به سقف متصل می گردند.

نحوه ی انجام عملیات کلاف بندی افقی و قائم:

1-کلاف های قائم محل تقاتع دیوار ها با استفاده از اتصالات مکانیکی نصب میگردد.

2-کلاف افقی در امتداد مرز تلافی دیوار و سقف نصب و در دو  انتها به کلاف های قائم اتصال داده می شود.