مقاوم سازی ساختمان فولادی

مقاوم سازی سازه های فولادی به منظور تقویت اعضا و استحکام بخشی به سازه انجام می‌شود که این امر موجب کاهش خسارات وارده می‌گردد. روش‌های مقاوم سازی مختلفی وجود دارد که بدون تحلیل و محاسبات مهندسی قابل اجرا نمی‌باشند. طبق آمار تلفات ناشی از زلزله در سازه های فولادی کمتر می‌باشد ولی با این حال بار‌ها و نیروهای لرزه ای موجب کمانش در اسکلت فلزی می‌شود.

سازه فولادی از المان‌های فولادی که برای حمل بار و ایجاد استحکام به یکدیگر متصل شده اند، ساخته شده است. به دلیل استحکام بالای فولاد، این سازه ها قابل اعتماد بوده و به مواد اولیه کمتری نسبت به سایر سازه های دیگر مانند بتن نیاز دارند. بازسازی و مقاوم سازی ساختمان و اثبات مقاومت لرزه ای سازه‌های فولادی ابتدا با در نظر گرفتن جهت پیوندهای ضعیف در سازه ها انجام ‌می‌شود. به عنوان مثال، برای یک ساختمان سنگین با بار مرده زیاد عامل اصلی است که به افزایش بار لرزه‌ای جانبی کمک می ‌کند. بنابراین منطقی است که ابتدا کاهش بار مرده کلی موجود در نظر گرفته شود و سپس تکنیک مقاوم سازی لازم برای سیستم مقاوم در برابر بار جانبی سازه ارائه شود.

آسیب های وارد بر سازه فولادی

اما هر نوع سازه‌ای در برابر فاکتورهایی نقطه ضعف دارند و ممکن است از حالت سرویس دهی خارج شده و برای ساکنین خطرآفرین باشند. خطراتی که سازه فولادی را تهدید می‎‌کنند، خطر خوردگی آرماتورها، عدم مقاومت کافی در برابر بارهای وارده و خزش، پیچش، کمانش ستون‍ها، عدم تاب‌آوری کافی در برابر آتش سوزی و …

انتخاب روش بهینه برای مقاوم سازی ساختمان فولادی

یک امر چالش برانگیز برای مهندسان شاغل در زمینه ترمیم و مقاوم سازی ساختمان، انتخاب یک سیستم مقاوم سازی کارآمد و اقتصادی برای افزایش ظرفیت بار در سازه‌های موجود به دلیل افزایش بارهای زنده است. ارتقاء بار طراحی سازه با جایگزینی اعضای سازه‌ای آن اغلب گران تر و وقت گیرتر از بازسازی یک سازه فرسوده است. جایگزینی یک عضو سازه ای معمولاً منجر به وقفه طولانی مدت در مقایسه با مقاوم سازی می شود اگرچه روش مقاوم‌سازی با استفاده از نصب صفحات فولادی بر روی سازه فولادی (عضو اصلی) موجود است، اما کاستی‌های آن، اثربخشی چنین رویکردی را کاهش می‌دهد. بنابراین، نیاز به اتخاذ تکنیک‌های مقاوم‌سازی مقرون‌به‌صرفه با استفاده از محصولات بادوام است. یکی از روش های ممکن استحکام بخشی با استفاده از پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP) به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی برتر، برای تقویت اعضای فولادی است. استفاده از روش مقاوم سازی FRP برای تقویت سازه های بتنی از دهه 1990 بسیار موفق بوده است. این FRP ها در اشکال مختلف (ورق ها، صفحات و پارچه ها) موجود هستند که بر اساس الزامات، می توان آن ها را بسته بندی یا چسباند تا مطابق با هندسه یک سازه (انعطاف پذیری شکل و تراوش پذیری) باشد.

مقاوم سازی ساختمان فولادی در مرحله ساخت

به منظور مقاوم سازی اسکلت فولادی در مرحله ساخت می‌توان از مهاربندها طبق محاسبات و طراحی‌های صورت گرفته توسط مهندس محاسب بهره گرفت. اما در بعضی موارد پس از اتمام سازه به خاطر دلایل مختلفی از جمله اشتباه در محاسبات، خطای انسانی به هنگام اجرا و اقدامات نامناسب پس از ساخت سازه دچار آسیب دیدگی‌هایی می‌گردد که باید مقاوم سازی ‌شود. مقاوم سازی سازه فولادی در سه حوزه مقاوم سازی تیر، مقاوم سازی ستون، مقاوم سازی سقف، مقاوم سازی دیوار و مقاوم سازی پی و شالوده بررسی می‌گردد.

یک سازه فولادی از المان‌های مختلفی مانند تیر، ستون، اتصالات پیچ و مهره، اتصالات جوشی، سقف‌ها، پی و شالوده و … ساخته شده است که اگر در هر کدام از بخش های گفته شده ایراد و مشکلی رخ دهد سرویس دهی و کارایی سازه را مختل می‌نماید، بدین منظور مجموعه سازین در هر کدام از قسمت‌ها، راهکارها و روش‌هایی برای مقاوم سازی و رفع آسیب در آن نقطه ارائه می‌نماید.

روش‌های مقاوم سازی ساختمان های فولادی

1) تقویت تیرها با جوش (بزرگ کردن مقاطع با پلیت)

2) تقویت اتصالات با استفاده از

• قاب بندی
• نبشی نشیمن
• ورق انتهایی با عمق جزئی
• تعویض با بست هایی با استحکام بالا
• افزایش تعداد جوش ها در محیط اتصال و/یا تمیز نمودن جوش های موجود
• تبدیل اتصالات تک برشی به دو برشی با افزودن نبشی یا ورق
• اضافه کردن ورق تقویت جان
• اضافه کردن ورق پوششی فولادی
• تقویت وصله ستون
• تقویت اتصالات قاب های مهاربندی شده

3) کوتاه کردن طول دهانه‌های بزرگ با اضافه کردن:

• تیر
• ستون و شاه تیر
• مهاربند قطری
• دیوار با بازشو
• قاب مهاربندی شده فولادی
• دیوارهای بتنی، بنایی یا فولادی
• افزایش استحکام و شکل پذیری قاب های مهاربندی شده

4) معرفی عمل مرکب

• فولاد (به طور جزئی یا کامل) با بتن محصور شود
• اتصالات برشی

5) پس تنیدگی (یا پیش تنیدگی خارجی) تیرها و اتصالات

6) چشمه‌ در تیرهای موجود (با استفاده از برش حرارتی – برش قوس پلاسما سریعتر از سوخت اکسی است – در حالی که از بریدگی در مناطقی که در معرض برش زیاد هستند اجتناب می شود):  قبل از بریدن سوراخ ها، تقویت کننده ها (به عنوان مثال، سخت کننده ها) را قرار دهید.

7) تعویض اعضا سازه‌های

8) تقویت ستون ها

9) تبدیل قاب گرانشی به قاب خمشی

10) افزایش مقاومت تیر فولادی با استفاده از FRP

11) استفاده از ژاکت فولادی

12) استفاده از میراگرها به عنوان جاذب انرژی

چه زمانی مقاوم سازی ساختمان فولادی ضرورت دارد؟

ساختمان‌ها به دلایل متفاوتی نیاز به مقاوم سازی دارند. بر خلاف تصور رایج، مقاوم سازی فقط برای ساختمان های قدیمی استفاده نمی شود. این روش در واقع مقاومت ساختمان را در برابر نیروهایی وارده افزایش می دهد. یکی از چالش برانگیزترین نیروها نیروی زلزله می‌باشد که در صورت عدم استحکام کافی ساختمان منجر به ریزش و خرابی و تلفات جانی می‌گردد.

مزایای ساختمان فولادی برای مقاوم سازی

به منظور مقابله با خطراتی که سازه‌های فولادی را تهدید میکنند می بایست اقداماتی صورت پذیرد. مقاوم سازی سازه یکی از فرآیندهایی است که به منظور حفظ ساختمان در برابر خطراتی که آن را تهدید می‌کند صورت می‌پذیرد.

• ساختمان های فولادی به ویژه تحت طراحی مبتنی بر عملکرد موثر هستند.
• اعضای فولادی رفتار انعطاف پذیری فراتر از حد الاستیک از خود نشان می دهند، از این رو مقدار قابل توجهی انرژی را قبل از وقوع آسیب تلف می کنند.
• اعضای فولادی نسبت استحکام به وزن و هم‌چنین سختی به وزن بالاتری دارند. از این رو، ساختمان ها تحت زلزله برش پایه کمتری را جذب می‌کنند.
• کنترل کیفیت بهتر در تولید مواد و هم‌چنین ساخت و نصب آنها انجام می شود، در حالی که نتایج نزدیک به پیش بینی های نظری را تضمین می‌کند.