0912-1001763

88259793

از 10 صبح تا 16

جستجو

تقویت تیرآهن و نقش آن در مقاوم سازی ساختمان

تقویت تیرآهن و نقش آن در مقاوم سازی ساختمان

امروزه بسیاری از سازه ها با استفاده از فولاد ساخته شده اند و همچنین سال های سال است که بیشتر آسمان خراش ها از متریال فولاد می باشند. سازه های فولادی عملکرد بسیار مطلوبی به هنگام زلزله دارند و رفتار آن ها الاستیک می باشد. بسیاری از سازه های فولادی وجود دارند که بنا به دلایل مختلف به مقاوم سازی نیاز خواهند داشت.

این سازه ها باید به گونه ای مقاوم سازی شوند که در برابر بارهای آسیب زا از خود مقاومت مطلوبی نشان دهند و در هنگام بهره برداری با مشکل مواجه نشوند. مبحث مقاوم سازی سازه های فولادی بسیار گسترده است و ما در این مقاله از وب سایت آرین تیس به تقویت سازه های فولادی می پردازیم، بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر درباره تقویت تیر آهن ها و نقش آن ها در مقاوم سازی ساختمان، تا انتهای این مقاله با ما باشید.

خرابی در تیرهای فولادی :

شایان به ذکر می باشد که عمده خرابی تیر های فلزی شامل کمانش کلی و موضعی بال و جان و گسیختگی در محل درزها و وصله ‌ها می ‌باشد و این موضوع یکی از نگرانی های تمام مهندسان می باشد و به همین دلیل مهندسان در پی آن هستند که تیرها و همچنین ستون های فولادی را به گونه ای طراحی کنند که دچار کمانش نشوند اما اگر در تیر های فولادی خرابی رخ دهد لازم است که آن را با روش هایی مقاوم سازی کرد ( البته لازم به ذکر است که این روش ها باید به گونه ای باشد که دیگر المان های سازه ای سازه های فولادی دچار آسیب نشود ).

از آنجایی که قسمتی از مقطع تحت فشار است، خطر کمانش در این ناحیه وجود دارد و یکی از علل مهم انجام مقاوم سازی تیر فولادی این نوع خرابی می باشد.  این کمانش به دو صورت ممکن است رخ دهد که در زیر به آن ها اشاره شده است :

  • کمانش موضعی:

بدین ترتیب که بال و یا جان نیمرخ به طور موضعی در مقابل تنش های فشاری کمانش کند.

  • کمانش کلی:

بدین ترتیب که ناحیه فشاری مقطع، همانند ستون تحت فشار به صورت کلی دچار کمانش شود.

دلایل اصلی این خرابی ها که در اعضای فولادی رخ می دهد به صورت زیر می باشد :

  • سطح مقطع کم تیر

اگر سطح مقطع تیر کم باشد در تیرهای فولادی خرابی هایی رخ می دهد. نکته بسیار مهم این است که یک محدودیت عملی در میزان افزایش ارتفاع تیر وجود دارد؛ به دلیل آن که در صورت افزایش بیش از حد نسبت ارتفاع به عرض سطح، پایداری جانبی تیر کاهش می‌یابد. از این‌رو، یک تیر با سطح مقطع مستطیلی خیلی باریک، بیشتر به دلیل کمانش جانبی می ‌شکند (نه به دلیل مقاومت کم).

  • لاغری بیشتر از حدود مجاز

باید بیان شود که اگر لاغری تیرها و ستون های فولادی از حدی بیشتر شود، سبب می شود که تیرها یا ستون ها دچار خرابی و کمانش شوند و این موضوع بسیار آسیب زا می باشد. دلیل اینکه استفاده از اعضای لاغر در سازه مجاز نیست این است که اجزای آن خیلی نازک اند و وقتی تحت نیروی فشاری بزرگ قرار بگیرد، تغییرشکل های جانبی آن زیاد بوده و قبل از آن که تنش ایجاد شده در عضو به حد تسلیم یا ظرفیت عضو برسد، عضو به علت کمانش های جانبی کلی در عضو، تخریب شده و ناپایداری در سازه ایجاد می شود.

  • عدم فشردگی مقطع

مقاطع فشرده به نسبت حالت های دیگر، مقاطع ضخیم تری دارند و در بخش های سازه که تحت نیروی زلزله قرار ندارند، استفاده از آن مجاز است مانند تیرهای ساده و ستون های غیر دهانه مهاربندی. طبق بند 2-2-2-2-10 مبحث دهم، در مقاطع فشرده اولاً باید بال ها به طور سراسری و پیوسته به جان ها متصل باشند، ثانیاً نسبت پهنا به ضخامت اجزای فشاری آن از λp که در جداول 10-2-2-3 و 10-2-2-4 آمده است کمتر باشد.

  • ضعف در جوش ها

می توان اذعان داشت که یکی از مهم ترین وظایف بازرس یا تیم کنترل کیفی جوش، ارزیابی حقیقی جوش ها به منظور بررسی مناسب بودن آن ها در شرایط بهره برداری و در واقع تعیین هر گونه کمبود و نیز نامنظمی در جوش یا قطعه جوشکاری شده که عموماً ناپیوستگی نامیده می شود، می باشد. در حالی که یک ناپیوستگی، هر گونه اختلال در ساختار یکنواخت را بیان می کند، یک عیب ناپیوستگی ویژه است که مناسب بودن سازه یا قطعه را زیر سئوال می برد. شکل ناپیوستگی را می توان به دو گروه کلی خطی و غیر خطی تقسیم نمود. ناپیوستگی های خطی طولی به مراتب بیش از پهنا دارند. زمانی که در جهت عمود بر تنش اعمالی قرار گیرند، یک ناپیوستگی خطی نسبت به غیر خطی شرایط بحرانی تری را ایجاد می کند، به دلیل آن که احتمال اشاعه و در نهایت تخریب آن بیشتر خواهد بود.

  • زنگ زدگی و خوردگی تیر

لازم به ذکر می باشد که اگر سطح فولاد در طولانی ‌مدت با آب و رطوبت تماس داشته باشد، دچار زنگ‌زدگی خواهد شد. به همین دلیل است که ورق ‌های گالوانیزه، بهترین انتخاب برای مناطق مرطوب هستند. تأکید می ‌کنیم که از انبار کردن طولانی‌ مدت تیر آهن و سایر مقاطع فولادی خودداری کنید و در صورتی ‌که مجبور به این کار شدید، تمهیدات ویژه‌ای را برای انبار کردن این مقاطع فولادی در نظر بگیرید.

  • ایجاد ناحیه متأثر از حرارت بر اثر جوشکاری زیاد

یک نکته بسیار مهم که درباره جوش مقاطع فولادی باید در نظر داشته باشید، ذوب ناقص می باشد. ذوب ناقص یک ناپیوستگی در جوش است که ذوب شدن بین فلز جوش و سطوح ذوب و یا لایه های جوش رخ نداده باشد. بعلت خطی بودن و انتهای نسبتاً تیز آن، ذوب ناقص از ناپیوستگی های بارز در جوش است و در وضعیت های مختلف در منطقه جوش تشکیل می شود. نفوذ ناقص معرف حالتی است که فلز جوش به طور کامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد. موقعیت این عیب در مجاورت ریشه جوش است. ذوب و نفوذ ناکافی به علت عدم مهارت جوشکار، شکل نامناسب اتصال یا آلودگی اضافی ایجاد می شود.

  • خستگی

می توان اذعان داشت که خستگی در فلزات وقتی اتفاق می ‌افتد که فلز تحت تنش تکرار شونده یا نوسانی قرار گیرد. بنابراین لازم است پدیده خستگی در طراحی تمامی سازه ‌هایی که تحت اثر بارهای تکرار شونده و رفت برگشتی ( نوسانی ) قرار دارند، لحاظ شود و این وظیفه ‌ی یک مهندس می باشد که تمام جزئیات یک عضو را به ‌گونه ‌ای طراحی کند تا لنگر، برش و نیروی محوری اعمال ‌شده در آن عضو در هر تکرار بارگذاری، از محدوده‌ های مجاز آیین ‌نامه‌ ای فراتر نرود و تنش ‌هایی در آن اعمال نشود تا خستگی در سازه را گسترش دهد.

تقویت اعضای فولادی :

زمانی که صحبت از تقویت اعضای فولادی می شود، منظورمان المان های سازه ای  سازه است که نقش اصلی باربری را در سازه های فولادی ایفا می کنند. المان های سازه ای همان تیرها، ستون ها، دیوارهای برشی، اتصالات سازهو فونداسیون می باشد. تقويت اعضای فولادی شامل موارد زیر است :

  • تقويت تير
  • تقويت ستون
  • تقويت اتصال

روش هاي تقويت اعضا

از جمله روش های تقویت اعضای فولادی می توان به موارد زیر اشاره داشت :

  • زره بتني
  • زره فولادي
  • پيش تنيدگي خارجي

در این مطلب به تقويت تيرهاي فولادي می پردازیم، تقویت تیرهای فولادی بسیار مهم و حیاتی است، به موارد زیر توجه داشته باشید :

  • تقويت با زره فولادي

در تقویت با زره فولادی باید این تقویت برای برش و همچنین برای خمش انجام گیرد تا تیر بتواند در برابر بارهای وارده و همچنین انتقال بار از خود عملکرد بسیار مناسبی را نشان دهد. کامپوزیت های تقویت کننده FRP ترک خوردگی های اولیه را به تأخیر انداخته، سرعت رشد ترک را کاهش می دهند، طول عمر خستگی را افزایش داده و با انحطاط باقی مانده، پوسیدگی سختی را کم می کند. پلیمر تقویت شده با فیبر کربن از پیش تقویت شده (CFRP) بهترین گزینه تقویت کننده است. مهار انتهایی با کاهش فشارهای برشی و لایه برداری موضعی مکانی مانع از جداسازی نوارهای CRRP در انتهای میله می شود.

تقویت اتصالات و انواع صدمات وارد بر ساختمان

  • تقويت با زره بتن آرمه

باید بیان شود که المان مورد مقاوم سازی یک زره بتنی ایجاد می شود. این زره بتنی اطراف المان اصلی را پوشش داده و مشابه به زره فولادی از طریق افزایش سطح مقطع و همچنین ایجاد تنش سه محوره در المان اصلی به تحمل تنش بیشتر کمک می کنند. با توجه به این که زره بتنی معمولاً ابعاد بزرگی دارد، استفاده از آن دارای محدودیت هایی است. به طور کلی بیشترین کاربرد این روش برای پروژه های مقاوم سازی است.

  • پيش تنيدگي خارجي

پیش تنیدگی خارجی یکی از اصلی ترین روش های تقویت سازه های فولادی می باشد. برای مثال گاهی اوقات لازم است که کابل ها در سازه موجود، بازرسی شده و احتمالاً جایگزین یا تقویت شوند. این مورد با روش پیش تنیدگی خارجی قابل حصول است. کابل ها بیرون از سازه هستند و در طول مسیرشان در دیافراگم ها یا بلوک های انحرافی خمیده شده اند. از این روش بیشتر در جهت مقاوم سازی سازه ها استفاده می شود.

تقویت اتصالات و انواع صدمات وارد بر ساختمان فولادی چه می باشد ؟

تقویت اتصالات یکی از مهم ترین قسمت های تقویت سازه های فولادی می باشد، به همین علت زمانی که اتصالات سازه های فولادی مناسب نباشد، سازه با مشکلات بسیاری مواجه خواهد شد و در هنگام بهره برداری خطر آفرین می شود. به همین دلیل است که اگر مشکلی برای اتصالات به وجود بیاید، مهندسان موظف هستند که مشکل را بر طرف سازند و همچنین به تقویت سازه های فولادی بپردازند.

لازم به ذکر می باشد که تقویت اتصالات شامل موارد زیر می شود:

  • اتصالات صلب تیر به ستون
  • وصله ستون ها
  • وصله تیرها

انواع صدمات وارد بر ساختمان به شرح زیر می باشد :

  • گسیختگی ناشی از کمانش اعضا و اتصالات بادبندها در قاب های فولادی مهار بندی شده
  • گسیختگی صفحات پای ستون و میل مهارها در قاب های مهاربندی شده و قاب های خمشی
  • گسیختگی های اتصالات جوشی تیر به ستون در قاب های خمشی

از علت های محتمل گسیختگی چه می باشد ؟

از علت های محتمل گسیختگی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

  • تنش های پسماند در جوش بال به جان
  • تنش های بیش از حد در جوش های بال به جان به علت وقوع لنگر تسلیم M در تیر
  • وجود ناپیوستگی در جوش بال تحتانی و جنس تفاله های جوشکاری در آن
  • تمرکز تنش ناشی از ورق پشت بند تحتانی

پیش تنیدگی خارجی چیست ؟

لازم به ذکر می باشد که در بحث مقاوم سازی ساختمان، پیش‌تنیدگی خارجی جزء روش ‌های نوین و بسیار جدید مقاوم سازی تیر فولادی می‌ باشد که همین موضوع سبب شده است تا مهندسان برای تقویت سازه های فولادی از این روش بهره ببرند. کابل های پیش ‌تنیدگی بکار گرفته شده برای این کار از همان نوع کابل‌ها و مفتول های متداول در کارهای پیش‌ تنیدگی می باشند.

مقاوم سازی تیر فلزی  بدین روش می‌تواند موضعی و یا کلی باشد که در زیر توضیحات به خصوص آن داده شده است :

  • در حالت کلی نیروهای پیش‌ تنیدگی که بـه سازه مقاوم شده القا می ‌گردند، منجر به باز توزیع نیروهای داخلی گشته و باعث کاهش تنش ها در اعضا نسبت به حالت اولیه آن ها می‌شوند.
  • می توان بیان کرد که ممکن است در برخی دیگر از اعضای سازه، پیش ‌تنیدگی موجب افزایش تنش گردد. به همین دلیل در استفاده از پیش تنیدگی خارجی باید آنالیز تنش در سازه مقاوم سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گیرد.

جدا از مسئله مهارها، به هنگام استفاده از کابل های پیش ‌تنیدگی یک سری المان های اضافی که اکثراً شامل انواع مختلفی از سخت کننده هاست، مورد نیاز است. این امر به ویژه در پیش ‌تنیدگی موضعی دیده می ‌شود، به دلیل آن که پیش‌ تنیدگی، نیروهای متمرکز جدیدی شامل نیروهای محوری اضافی در اعضا به وجود می‌ آورد، بنابراین اعضا باید به صورت موضعی برای حفظ پایداریشان تقویت شوند.

تقویت ساختمان فلزی با اضافه کردن بادبند ها :

سازه های فولادی را می توان با استفاده از بادبندها تقویت کرد تا در برابر بارهای وارده مقاومت بسیاری از خود نشان دهد.

اضافه نمودن مهاربند فولادی برای مقاوم سازی سازه بتنی و همچنین تقویت سازه های فولادی، مزایای زیر را به همراه خواهد داشت :

  • افزایش سختی
  • کاهش نیاز به شکل پذیری
  • افزایش مقاومت برشی سیستم

عموماً استفاده از سیستم های مهاربندی واگرا (EBF) در مقاوم سازی و تقویت ساختمان های بتنی به دلیل پر هزینه بودن و مشکلات موجود در اجرا، مرسوم نمی‌ باشد، اما انواع سیستم های مهاربندی همگرا می توانند در این نوع بهسازی و تقویت سازه های بتنی و فولادی مورد توجه قرار گیرند.

اگر چه افزودن بادبند چه از نوع بتنی و چه از نوع فولادی آن به ساختمان های بتنی و فلزی ممکن می باشد و راه حلی برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر بارهای جانبی می باشد و می توان از انواع شکل های X و K آن استفاده کرد، ولی مشکل اتصال این اعضا با سازه موجود، همچنین مشکلاتی که ممکن است در معماری سازه به وجود آید از معایب این روش می باشد.

تقویت سازه های فولادی با استفاده از میراگرها :

می توان میراگرها را این گونه توصیف کرد که :

میراگر به ابزار یا وسیله‌ای گفته می‌شود که در سازه‌ های موجود در مناطق لرزه خیز نصب می ‌گردد تا از ارتعاشات سازه در هنگام زلزله بکاهد و در نتیجه خسارات جانی و مالی کاهش پیدا کند. به طور کلی میراگر برای نصب در سازه‌ های بلند مانند موارد زیر کاربرد خواهد داشت :

  • برج‌ ها
  • پل ‌ها در مناطق زلزله خیز و باد خیز،
  • در ساختمان ‌های استراتژیک و …

می توان اذعان داشت که میراگرها (Dampers)، سیستم های مستهلک کننده یا جاذب انرژی می باشند که بر پایه افزایش میرایی ضریب ساختمان بنا شده اند. مهم ترین تأثیر میرایی به صورت زیر می باشند :

  • کاهش دامنه نوسان و پاسخ ساختمان نسبت به نیروهای وارده می باشند.
  • میراگرها قسمت عمده ای از انرژی ارتعاشی را به هدر می دهند.

اتلاف کننده های انرژی یا همان دمپرها، ممکن است در مهاربندی ها، اتصالات و اجزای غیر سازه ای و یا دیگر مکان های مناسب در ساختمان های موجود قرار داده شوند، لیکن ساده ترین و پرکاربردترین آن ها به صورت زیر می باشد :

تقویت سازه های فولادی با استفاده از میراگرها

  • استفاده از میراگر در مهاربندها می باشد که می توان از آن ها در تمامی طبقات ساختمان استفاده کرد.

در روش های کنترل غیرفعال سازه نظیر استفاده از میراگرهای ویسکوز و ویسکوالاستیک، جذب انرژی حاصل از حرکات زمین توسط این مستهلک کننده ها صورت گرفته و به سیستم سازه اجازه داده نمی شود که وارد ناحیه غیر خطی گردد. این امر موجب می شود که مقاومت سازه در برابر زلزله های با دوره بازگشت طولانی تر، بیشتر شود یا به عبارت دیگر، احتمال ریزش ساختمان در برابر این زلزله ها کاهش یابد.نکته بسیار مهم درباره میراگرها این است که در برخی از انواع میراگرها ملاحظات زیبایی نیز در نظر گرفته می شود تا چنانچه به صورت نمایان به کار برده شوند، مشکلی از لحاظ معماری ایجاد ننمایند.

تقویت ساختمان با استفاده از جدا سازهای لرزه ای :

می توان اذعان داشت که نصب جداسازهای لرزه ای در تراز پایه ساختمان، با هدف جدا سازی حرکتی بین سازه و زمین صورت می گیرد. جدا سازهای لرزه ای می تواند سازه را در برابر بارهای جانبی مقاوم کند و سبب شود که سازه رفتار بهتر و مناسب تری را از خود نشان دهد.

جدا سازهای لرزه ای، المان هایی می باشند که سختی جانبی آن ها نسبت به سختی محوری شان بسیار کمتر می باشد، لذا با وقوع زلزله، این المان ها می بایستی مانع انتقال نیرو به سازه ی اصلی شوند و سازه ی اصلی یک حرکت صلب را در حین وقوع لرزش های زمین تجربه نماید.

نکته بسیار مهم درباره جداسازهای لرزه ای :

عملکرد جداسازها فقط در محدوده خاصی از جرم و ارتفاع سازه مطلوب است، لذا این روش به صورت خیلی محدود و فقط برای ساختمان های دارای وزن و ارتفاع مشخصی مؤثر بوده و به همین دلیل کمتر از سایر روش ها در جهان مورد استقبال مهندسین قرار گرفته و در پروژه های بسیار کمی کاربرد دارد.

سبک سازی ساختمان یکی از راه های مقاوم سازی سازه ها :

یکی از مهمترین مسائلی که مهندسان باید به آن ها توجه داشته باشند، سبک سازی ساختمان ها می باشد. سبک سازی سبب می شود که ساختمان ها در برابر بارهای لرزه ای از خود مقاومت بهتری نشان دهند اما این سبک سازی باید بر اساس اصول و ضوابط خاصی باشد تا ایراد هایی برای سازه به وجود نیاید. لازم به ذکر می باشد که روش های سبک سازی ساختمان به طور عمده به دو دسته تقسیم می گردند :

۱- سبک کردن اجزای باربر ساختمان

۲- سبک کردن سازه ساختمان

می توان اذعان داشت که بخش عمده ای از مباحث مربوط به سبک سازی و تکنیک های رایج در مورد دستیابی به وزن مناسب ساختمانی را در بر می گیرد که شامل موارد زیر می باشد :

  • شناخت مصالح سبک رایج در صنعت ساختمان (در داخل و خاج کشور) و تکنولوژی استفاده از آن ها,
  • معیارهای ارزیابی میزان کارایی این مصالح به عنوان مصالح سبک و میزان تأثیر به کارگیری مصالح نو در کاهش وزن ساختمان هزینه و زمان مورد نیاز اجرای یک ساختمان.

مصالح سبک صنعتی چیست ؟

باید بیان شود که یکی از روش های سبک سازی ساختمان ها کاهش وزن تیغه های باربر در ساختمان می باشد. یکی از روش های نیمه پیش ساخته روش ساخت و ساز به کمک پانل های ساندویچی پیش ساخته تری دی را نام برد.

پانل ها به دو گروه تقسیم می شوند:

۱- سازه ای

۲- غیر سازه ای

پانل های سازه ای در موارد سازه ای و غیر سازه ای نیز به کار برده می شود به صورت زیر می باشد :

۱- پانل های ساندویچی یا بتن پاششی

۲- پانل با هسته لانه زنبوری

۳- پانل های اف.آر.پی

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره مقاوم سازی سازه های فولادی یا تقویت آن ها می توانید به وب سایت آرین تیس مراجعه کنید و با مشاوران این مجموعه مشورت نمایید.

پانل های اف.آر.پی

انصراف از نظر
فیلترها
Sort
display