شرایط لرزه های کشور ایران، ایجاب می کند روش مقاوم سازی و بهسازی سازه فلزی که موضوع مقاوم سازی ساختمان ها از هر لحاظ در مقابل آثار زلزله به طور جدی در دستور کار قرارگیرد. هدف از بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان ها بهبود عملکرد اجزاء سازه است. مقاوم سازی به مجموعه تمهیداتی گفته می شود که قابلیت انجام وظیفه یا وظایفی در سازه ایجاد می کنند که سازه قبل از انجام مقاوم سازی قادر به انجام آن ها به طور کامل نبوده است.

همان گونه که در ساخت بناهای جدید، رعایت استانداردهای طراحی ساختمان ها در برابر زلزله الزامی می باشد، ایمن سازی ساختمان های موجود که در هنگام ساخت ضوابط لازم کنونی جهت طراحی وجود نداشته است نیز ضرورت دارد. با توجه به اهمیت ساختمان های آموزشی ومدارس که جمعیت زیادی از آن استفاده می کنند، مقاوم سازی و بهسازی این گونه سازه ها درجه اهمیت بالاتری دارد.

در کل سازه های بسیاری وجود دارند که از زمان ساخت آن ها بسیار گذشته است و به دلیل استفاده و بهره برداری و هم چنین تأثیر عوامل مخرب، باید مقاوم سازی شوند و سازه های فلزی نیز از این قاعده مستثنی نبود و مقاوم سازی سازه های اسکلت فلزی از اهمیت بسیار بالایی بر خوردار هستند.

سازه فلزی چیست؟

سازه های فلزی یکی از انواع سازه در ساختمان سازی است که مصالح اصلی آن از فلز (فولاد) تشکیل شده که بسیار مقاوم بوده و نیروی زیادی را می تواند تحمل کند. اتصالات به کار رفته در این نوع سازه از نوع پرچی جوش یا پیچ می باشد که بسته به نوع اتصالات قطعات مربوطه طراحی شده و اقدامات و کنترل های مربوطه روی آن انجام می شود.

سازه های فلزی از پیش ساخته شده به دلیل تسریع در امر ساخت و ساز و امکان ساختن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی در ساختمان بسیار مورد توجه همگان قرار گرفته و خواهان بسیاری پیدا کرده است. سازه های فلزی به دلیل عمل کرد سه بعدی و انعطاف بسیار بالایی که دارند امکان ایجاد سازه هایی با قوس و گنبدی شکل را نیز فراهم آورده است.

فولاد به دلیل استحکام و مقاومتی که در نیروهای کششی دارد، مورد توجه مهندسان قرار گرفته است، اما از معایب قابل توجهی که در فولاد وجود دارد این است که در هنگام نیروی فشاری ممکن است از خود ضعف نشان دهد و دچار کمانش شود البته لازم به ذکر است که مهندسان و طراحان برای جلوگیری از این مسئله تدابیر خاصی را اندیشیده اند.

مزایای سازه های فلزی در ساخت و ساز

از مزایای سازه های فلزی نسبت به سایر سازه ها این است که تولید فولاد در کارخانه می باشد که در شرایط بهتری می‌توان کیفیت آن را کنترل و تضمین نمود سازه های فولادی (فلزی) از نظر به صرفه بودن اقتصادی و سرعت زیاد در ساخت و ساز و نصب و انعطاف پذیر بودن آن با هیچ سیستم ساخت و ساز دیگری قابل مقایسه نیست و هم چنین به دلیل آن که قابلیت شکل پذیری فولاد نسبت به سایر مصالح ساختمانی دیگر بهتر است، در هنگام وقوع زلزله از خود رفتار مناسب تری را نشان خواهد داد.

راه کارهای مقاوم سازی لرزه ای با اسکلت فلزی :

 راه کار های متفاوتی وجود دارد که به وسیله آن می توان مقاوم سازی اسکلت فلزی را انجام داد و از این روش ها می توان به صورت زیر اشاره کرد :

• روش مقاوم سازی و بهسازی سازه فلزی با افزودن قاب پیرامونی ( بتنی یا فولادی )  :

یکی از روش مقاوم سازی و بهسازی سازه فلزی ساختمان های بنایی استفاده از ( قاب پیرامونی یا قاب بیرونی و یا قاب خارجی )  در تمام اطراف ساختمان می باشد که باعث افزایش چشم گیر مقاومت و شکل پذیری ساختمان می شود. در این روش به علت اجرای سازه تقویت در پیرامون ساختمان حجم تخریب فضای داخلی کاهش یافته و درنتیجه باعث کاهش هزینه و زمان اجرای پروژه می شود.

بر خلاف روش هایی مانند دیوار برشی و مهاربندی فلزی، قاب پیرامونی باعث تمرکز نیروهای جانبی لرزه ای در یک قسمت از ساختمان نمی گردند و در عوض این نیروها در تمام گستره قاب پخش شده و تحمل می گردند. در نتیجه تمرکز در فونداسیون و دال طبقات ایجاد نمی گردد. در واقع این سیستم تمام سازه را محصور نموده و باعث افزایش یک پارچگی و پیوستگی کل سازه می گردد.

• مقاوم سازی سازه ها با ژاکت فولادی :

یکی از روش های مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده از ژاکت فولادی می باشد. ژاکت فولادی می تواند در مقاوم سازی المان های سازه های بتنی اعم از تیر، ستون و… به کار رفته و یا می توان به عنوان یک روش کلی در مقاوم سازی ساختمان به کار گرفته شود.

استفاده از ژاکت فلزی روشی مناسب برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی بوده ضمن افزایش مقاومت و شکل پذیری اعضای این نوع سازه ها وزن قابل ملاحظه ای را نیز به ساختمان اضافه نمی نماید. در این روش ورق های فلزی در محل آسیب پذیر ساختمان بر روی سطح بتنی عضو قرار گرفته و توسط بولت به عضو مربوطه متصل می‌گردد. مقاوم سازی با ژاکت فلزی بر حسب مورد می تواند به صورت دورپیچ، نواری و یا موضعی باشد.

استفاده از ژاکت فلزی برای مقاوم سازی مهم ترین کاربرد این روش است. در پروژه های مختلف ساختمانی با توجه به جزئیات پیشنهاد شده توسط کارشناسان ممکن است مقاوم سازی با ژاکت فلزی مورد استفاده قرار بگیرد.

مقاوم سازی با ژاکت فولادی معمولا نسبت به مقاوم سازی با الیاف FRP هزینه بیشتری را در بر دارد. با این حال در برخی موارد ناگزیر به استفاده از این روش هستیم. خصوصا برای تقویت اتصالات از جمله تقویت اتصال تیر به ستون یا اتصال ستون به فونداسیون به دلیل عدم کاربرد روش frp معمولا ژاکت فلزی مناسب ترین روش مقاوم سازی می باشد.

مزایای استفاده از مقاوم سازی با ژاکت فولادی

• افزایش شدید مقاومت های مورد نیاز جهت مقاوم سازی المان مورد نظر
• بکارگیری این روش در هر بخش و طبقه از ساختمان میسر بوده و نیازی نیست که المان مورد نظر ( مانند ستون) از روی فونداسیون تا طبقه مورد نظر مقاوم سازی گردد.
• مصالح  مقاوم سازی ارزان قیمت نسبت به سایر روش های مقاوم سازی ساختمان
• عدم تغییر در ابعاد المان بعد از مقاوم سازی و در نتیجه عدم تغییر در فواصل و فضای مورد نیاز معماری
• سهولت تقریبی در اجراء نسبت به مقاوم سازی با ژاکت بتنی

ژاکت های فولادی می توانند در عرصه مقاوم سازی سازه ها بسیار پر کاربرد باشند و با توجه به نظر مهندس طراح، می توان انواع روش های مقاوم سازی سازه های فولادی را به کار برد.

کاربرد روش مقاوم سازی با استفاده از ژاکت فولادی

• محصور سازی بتن
• افزایش مقاومت برشی عضو
• افزایش مقاومت خمشی عضو
• افزایش سختی جانبی سازه (تا حدودی)

مقاوم سازی با استفاده از مهاربند فلزی Steel Brace :

ساختمان های فلزی بسیاری در کشور وجود دارند که به علت فقدان مهاربند اسکلت فلزی و یا وجود مهاربندهای فلزی با اتصالات نامناسب و ضعیف تحت زلزله بسیار آسیب پذیر می باشند و نمی توانند نیروی زلزله را به خوبی کنترل کنند به همین دلیل می توان با استفاده از روش های مقاوم سازی سازه های فولادی آن ها را مقاوم سازی کرده تا نسبت به بار های وارده از خود مقاومت و استحکام کافی را نشان دهد.

این گونه ساختمان ها هم چنین به علت عدم وجود اتصال گیردار تیر ها و ستون ها دارای سیستم قاب خمشی نیز نمی باشند. برای افزایش سختی و مقاومت جانبی این نوع سازه ها تحت نیروهای لرزه ای یکی از روش های مناسب که به سرعت قابل اجراست اضافه نمودن مهاربند های فلزی می باشند. با اضافه کردن مهاربند های فلزی، سازه در برابر نیرو های جانبی مانند زلزله و باد از خود رفتار مناسب تری را نشان خواهد داد.

مهاربندهای فلزی ضمن افزایش سختی و مقاومت جانبی ساختمان باعث تشکیل منحنی هیسترسیس پایدار می گردند که باعث استهلاک انرژی ورودی ناشی از ارتعاشات لرزه ای می شود. استفاده از مهاربند های فلزی همان گونه که ذکر شد، باعث افزایش سختی و درنتیجه کاهش جابجایی جانبی ساختمان می گردد که این امر باعث کاهش تغییر شکل های ایجاد شده در اجزای ساختمان فولادی و درنتیجه کاهش آسیب پذیری آن ها می شود.

باید بدانید که افزایش سختی ساختمان توسط مهاربند فلزی باعث جذب بخش عظیمی از نیروی زلزله توسط مهاربند و در نتیجه ایجاد نیروی برکنش زیاد در فونداسیون زیر این المان ها می گردد. برای جلوگیری از افزایش بیش از حد سختی می توان به جای استفاده از مهاربند ضربدری از مهاربند شورن استفاده کرد. در نتیجه اثر افزایش سختی ناشی از اضافه نمودن مهاربند های فلزی در ساختمان ها باید در طراحی اجزای مختلف ساختمان مد نظر قرار گیرد.

مقاوم سازی برای چه سازه هایی کاربرد خواهد داشت؟

سازه هایی که با استفاده از آیین نامه های گذشته طراحی و ساخته شده اند نیاز به مقاوم سازی و بهسازی در قسمت های مختلف دارند به دلیل آن که امروزه آیین نامه ها بسیار کامل تر و جامع تر شده است و با توجه به رفتار های سازه در هنگام زلزله و بار های وارده جمع آوری شده اند .

انواع سازه هایی که به مقاوم سازی نیاز دارند به صورت زیر می باشد:

• مقاوم سازی سازه های بتنی
• مقاوم سازی سازه های فولادی
• مقاوم سازی سازه های بنایی

هر کدام از سازه ها روش های متفاوتی برای مقاوم سازی دارند که در این مقاله به مقاوم سازی اسکلت فلزی و انواع روش های آن اشاره شد.

در مقاوم سازی سازه های بتنی روش های متفاوت و بسیار کاربردی وجود دارد که از آن می توان به صورت زیر اشاره داشت:

• مقاوم سازی با الیاف frp
• مقاوم سازی با استفاده از ژاکت فولادی
• مقاوم سازی سازه بتنی به وسیله دیوار های برشی و کاشت میلگرد در آن ها