افزودن دیوار برشی یکی از روش‌های مؤثر برای بهسازی لرزه‌ای و افزایش ظرفیت سیستم باربر جانبی ساختمان‌های موجود است. در این روش، دیوار یا دیوارهای جدید در محل مناسب به سازه اضافه می‌شوند تا بخشی از نیروهای جانبی ناشی از زلزله و سایر بارهای جانبی را تحمل و به فونداسیون منتقل کنند.
برخلاف روش‌هایی مانند ژاکت بتنی یا FRP که عمدتاً با هدف تقویت یک عضو موجود انجام می‌شوند، افزودن دیوار برشی یک مداخله در سطح سیستم سازه‌ای است.
بنابراین، محل دیوار، ابعاد و سختی آن، نحوه اتصال به کف‌ها، اتصال به فونداسیون و اثر آن بر توزیع نیرو در کل ساختمان باید هم‌زمان بررسی شود.
افزودن دیوار برشی می‌تواند در شرایطی مورد بررسی قرار گیرد که ساختمان موجود با یکی از مشکلات زیر مواجه باشد:
در هر پروژه باید ابتدا مشخص شود که مسئله واقعاً با افزودن دیوار برشی حل می‌شود یا خیر.
محل قرارگیری دیوار یکی از مهم‌ترین تصمیم‌های طراحی است.
دیوار جدید باید تا حد امکان در موقعیتی قرار گیرد که:
قرار دادن یک دیوار برشی در یک نقطه از ساختمان، بدون بررسی توزیع سختی و مقاومت، می‌تواند حتی باعث افزایش نامطلوب پیچش و تمرکز نیرو شود.
دیوار برشی جدید بخشی از نیروی جانبی ساختمان را جذب می‌کند و از طریق دیافراگم‌های کف، نیروی جانبی به دیوار منتقل می‌شود.
مسیر کلی انتقال نیرو را می‌توان به‌صورت زیر در نظر گرفت:
بار جانبی ← دیافراگم کف ← اتصال دیافراگم به دیوار ← دیوار برشی ← ناحیه پای دیوار ← فونداسیون ← خاک
هر بخش از این مسیر باید ظرفیت و جزئیات مناسب داشته باشد.
اگر یکی از این اجزا نتواند نیروی موردنظر را منتقل کند، افزایش ظرفیت خود دیوار لزوماً باعث بهبود عملکرد کل ساختمان نخواهد شد.
یکی از موضوعات مهم در افزودن دیوار برشی، اتصال دیوار جدید به طبقات موجود است.
دیافراگم کف باید بتواند نیروهای جانبی را به دیوار منتقل کند.
بسته به شرایط پروژه، اتصال می‌تواند با استفاده از موارد زیر تأمین شود:
جزئیات اتصال باید بر اساس نیروی واقعی انتقال‌یافته از دیافراگم طراحی شود.
پای دیوار یکی از بحرانی‌ترین بخش‌های سیستم جدید است.
دیوار برشی می‌تواند نیروهای قابل‌توجهی شامل:
به فونداسیون منتقل کند.
بنابراین در بسیاری از پروژه‌ها، اجرای دیوار جدید بدون تقویت یا توسعه فونداسیون امکان‌پذیر نیست.
بسته به شرایط، ممکن است نیاز به موارد زیر وجود داشته باشد:
در اثر خمش ناشی از بار جانبی، دو انتهای دیوار می‌توانند تحت نیروهای فشاری و کششی قابل‌توجه قرار گیرند.
به همین دلیل، طراحی نواحی مرزی، آرماتورهای طولی و عرضی و نحوه انتقال نیرو به فونداسیون اهمیت زیادی دارد.
در دیوارهای بلند یا تحت تقاضای لرزه‌ای قابل‌توجه، رفتار نواحی مرزی باید به‌صورت مستقل بررسی شود و نمی‌توان دیوار را صرفاً یک صفحه بتن‌آرمه ساده در نظر گرفت.
اگر دیوار جدید دارای در، پنجره یا بازشوهای معماری باشد، مسیر انتقال نیرو تغییر می‌کند.
در این شرایط، بخش‌های بین بازشوها، نواحی اطراف بازشو و در صورت وجود، تیرهای کوپلینگ باید در تحلیل و طراحی لحاظ شوند.
بنابراین ایجاد بازشو پس از طراحی اولیه دیوار بدون بررسی مجدد، می‌تواند رفتار سیستم را به‌طور قابل‌توجهی تغییر دهد.
افزودن دیوار برشی معمولاً باعث تغییر سختی و مقاومت سازه می‌شود.
این تغییر می‌تواند موجب:
به همین دلیل، پس از اضافه‌کردن دیوار باید رفتار کل سازه دوباره ارزیابی شود.
هندسه ساختمان، سیستم باربر، مصالح، وضعیت اعضا، فونداسیون و مسیر انتقال نیرو بررسی می‌شود.
ظرفیت و عملکرد ساختمان در برابر بارهای جانبی بررسی و مشخص می‌شود که چه مقدار مقاومت یا سختی جدید موردنیاز است.
محل دیوار با توجه به رفتار سازه، معماری، مسیر انتقال نیرو و شرایط فونداسیون تعیین می‌شود.
ابعاد دیوار، آرماتورها، نواحی مرزی، اتصال به دال‌ها و جزئیات پای دیوار طراحی می‌شوند.
ظرفیت فونداسیون موجود بررسی شده و در صورت نیاز تقویت یا توسعه پیدا می‌کند.
محل اتصال دیوار به دال‌ها و اجزای موجود آماده و جزئیات کاشت یا اتصال اجرا می‌شود.
آرماتورهای قائم، افقی، نواحی مرزی و سایر اجزای موردنیاز نصب می‌شوند.
قالب‌بندی، بتن‌ریزی، تراکم و عمل‌آوری مطابق مشخصات فنی انجام می‌شود.
اتصال دیوار به دال‌ها، تیرها، فونداسیون و سایر اجزای موردنیاز تکمیل می‌شود.
عملکرد سیستم جدید و اثر آن بر سازه موجود بررسی و کنترل می‌شود.
کنترل کیفیت باید شامل موارد زیر باشد:
افزودن دیوار برشی همیشه بهترین گزینه نیست.
محدودیت‌های احتمالی شامل:
این روش می‌تواند زمانی گزینه مناسبی باشد که مشکل اصلی ساختمان در سطح سیستم باربر جانبی باشد و بررسی‌ها نشان دهد که افزایش ظرفیت و سختی از طریق ایجاد یک سیستم دیوار جدید می‌تواند عملکرد کلی ساختمان را بهبود دهد.
اما انتخاب محل و ابعاد دیوار باید حاصل تحلیل سازه باشد، نه صرفاً محدودیت فضای موجود یا انتخاب یک محل مناسب از نظر معماری.
افزودن مهاربند فلزی یکی از روش‌های متداول برای بهسازی لرزه‌ای و افزایش ظرفیت سیستم باربر جانبی ساختمان‌های موجود است. در این روش، اعضای فولادی جدید به قاب سازه اضافه می‌شوند تا بخشی از نیروهای جانبی ناشی از زلزله و سایر بارهای جانبی را از طریق نیروی محوری کششی و فشاری تحمل کنند.
در مقایسه با روش‌هایی مانند ژاکت بتنی یا FRP که عمدتاً با هدف تقویت اعضای موجود انجام می‌شوند، افزودن مهاربند فلزی یک تغییر در سیستم باربر جانبی ساختمان محسوب می‌شود.
بنابراین فقط طراحی خود مهاربند کافی نیست؛ بلکه قاب موجود، اتصالات، تیرها، ستون‌ها، دیافراگم کف و فونداسیون نیز باید برای نیروهای جدید بررسی شوند.
مهاربند فلزی می‌تواند با اهداف مختلفی در بهسازی سازه مورد استفاده قرار گیرد:
با این حال، افزایش سختی همیشه به معنی بهبود عملکرد کل سازه نیست. تغییر سختی و مقاومت باید در مقیاس کل ساختمان بررسی شود.
بسته به سیستم سازه‌ای، هندسه قاب و هدف مقاوم‌سازی، آرایش‌های مختلفی از مهاربند قابل استفاده است.
یک عضو مورب در دهانه قاب قرار می‌گیرد.
این سیستم از نظر اجرایی نسبتاً ساده است، اما ممکن است با درها، پنجره‌ها و مسیرهای معماری تداخل داشته باشد.
دو عضو مورب یک دهانه را به‌صورت X تشکیل می‌دهند.
این آرایش می‌تواند ظرفیت جانبی مناسبی ایجاد کند، اما در بسیاری از ساختمان‌ها از نظر معماری محدودیت بیشتری دارد.
اعضای مهاربندی از دو طرف به یک نقطه در تیر متصل می‌شوند.
در این سیستم، رفتار تیر و اتصال محل تقاطع مهاربندها اهمیت ویژه‌ای دارد.
در برخی سازه‌ها ممکن است از آرایش‌های خاصی برای هماهنگی با معماری و هندسه موجود استفاده شود؛ اما انتخاب آن باید با توجه به رفتار لرزه‌ای سیستم انجام شود.
در سازه‌های موجود، صرفاً امکان اجرای هندسی یک آرایش، دلیل مناسب‌بودن آن نیست.
مسیر کلی انتقال نیرو در یک سیستم مهاربندی را می‌توان به شکل زیر در نظر گرفت:
بار جانبی ← دیافراگم کف ← تیر و ستون ← اتصال مهاربند ← مهاربند فولادی ← اتصال پای قاب ← فونداسیون ← خاک
در بعضی آرایش‌ها، نیرو مستقیماً بین مهاربند و تیر و ستون توزیع می‌شود.
بنابراین ظرفیت واقعی سیستم فقط به مقطع مهاربند وابسته نیست.
مهاربند قوی با اتصال ضعیف، یک سیستم قوی ایجاد نمی‌کند.
یک سیستم مهاربندی جدید می‌تواند شامل اجزای زیر باشد:
یکی از بحرانی‌ترین قسمت‌های این روش، اتصال مهاربند جدید به قاب موجود است.
اتصال باید بتواند نیروی محوری مهاربند را به تیر و ستون منتقل کند.
بسته به شرایط پروژه ممکن است از موارد زیر استفاده شود:
نوع اتصال باید بر اساس نیروی واقعی طراحی و رفتار مورد انتظار در زلزله تعیین شود.
افزودن مهاربند باعث می‌شود نیروهای جدیدی به اعضای موجود وارد شود.
بنابراین باید مشخص شود که:
در صورت وجود ضعف، ممکن است هم‌زمان نیاز به ژاکت فولادی، ژاکت بتنی، ورق تقویتی یا سایر روش‌های موضعی وجود داشته باشد.
یکی از موضوعات مهم در افزودن مهاربند، انتقال نیروهای جدید به فونداسیون است.
مهاربند می‌تواند نیروهای قابل‌توجهی در پای قاب ایجاد کند و در سیستم‌های لرزه‌ای، ترکیبی از نیروهای فشاری، کششی و برشی ممکن است به فونداسیون منتقل شود.
بنابراین باید موارد زیر بررسی شوند:
در صورت ناکافی‌بودن ظرفیت، ممکن است نیاز به تقویت یا توسعه فونداسیون باشد.
در مقاوم‌سازی لرزه‌ای، انتخاب نوع مهاربند اهمیت زیادی دارد.
صرفاً افزایش مقاومت کافی نیست؛ بلکه باید مکانیزم خرابی و شکل‌پذیری سیستم نیز مورد توجه قرار گیرد.
بسته به سیستم طراحی، رفتار اعضای مهاربندی می‌تواند شامل:
بنابراین جزئیات اتصال و انتخاب مقطع باید به‌گونه‌ای باشد که رفتار مورد انتظار سیستم در تحلیل و طراحی با رفتار واقعی در زمان زلزله تا حد امکان منطبق باشد.
یکی از مهم‌ترین اثرات افزودن مهاربند، تغییر سختی جانبی ساختمان است.
افزایش سختی می‌تواند موجب کاهش دریفت شود، اما هم‌زمان ممکن است توزیع نیرو بین اجزای موجود و جدید را تغییر دهد.
بنابراین پس از افزودن مهاربند باید موارد زیر دوباره بررسی شوند:
سیستم سازه‌ای، ابعاد اعضا، اتصالات، مصالح، آسیب‌ها و وضعیت فونداسیون بررسی می‌شود.
مشخص می‌شود که مشکل ساختمان کمبود مقاومت، سختی، شکل‌پذیری یا ترکیبی از این موارد است.
محل مهاربندها بر اساس رفتار سازه، معماری، مسیر انتقال نیرو و وضعیت فونداسیون تعیین می‌شود.
نوع مهاربند، مقطع، اتصالات، گاست‌پلیت و جزئیات اتصال به سازه موجود طراحی می‌شوند.
در صورت ناکافی‌بودن ظرفیت تیر، ستون یا اتصال، تقویت موضعی انجام می‌شود.
سطوح، محل نصب صفحات، انکرها و اجزای فولادی برای اجرای اتصال آماده می‌شوند.
اعضای فولادی ساخته، کنترل ابعادی و سپس در محل پروژه نصب می‌شوند.
جوش، پیچ، گاست‌پلیت، انکر و سایر اتصالات مطابق نقشه‌های اجرایی اجرا می‌شوند.
کیفیت فولاد، ابعاد، جوش‌ها، پیچ‌ها، انکرها، شاقولی و موقعیت اعضا کنترل می‌شود.
پوشش ضدخوردگی و در صورت نیاز حفاظت حریق اجرا می‌شود.
اثر سیستم جدید بر عملکرد کل سازه بررسی و با اهداف طراحی مقایسه می‌شود.
کنترل کیفیت باید حداقل شامل موارد زیر باشد:
در اتصالات جوشی و پیچی، بازرسی باید متناسب با اهمیت اتصال و مشخصات فنی پروژه تعیین شود.
این روش زمانی می‌تواند گزینه مناسبی باشد که بررسی سازه نشان دهد ایجاد یک سیستم باربر جانبی جدید یا تقویت سیستم موجود می‌تواند عملکرد ساختمان را بهبود دهد و امکان ایجاد مسیر مناسب برای انتقال نیرو از سقف‌ها تا فونداسیون وجود داشته باشد.
انتخاب نوع مهاربند، محل قرارگیری و جزئیات اتصال باید حاصل تحلیل و طراحی باشد؛ نه صرفاً بر اساس سهولت ساخت یا موجودبودن یک مقطع فولادی.
میراگرها از جمله سیستم‌های پیشرفته مورد استفاده در بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود هستند. برخلاف بسیاری از روش‌های متداول مقاوم‌سازی که با افزایش ظرفیت یا سختی اعضای سازه‌ای عمل می‌کنند، میراگرها با اتلاف بخشی از انرژی واردشده به سازه در اثر زلزله، پاسخ لرزه‌ای ساختمان را کنترل می‌کنند.
در یک سیستم مجهز به میراگر، هدف این نیست که تمام انرژی زلزله توسط اعضای اصلی سازه تحمل شود؛ بلکه بخشی از انرژی از طریق المان‌های میراگر جذب و مستهلک می‌شود تا تقاضای لرزه‌ای وارد بر اعضای اصلی کاهش یابد.
بنابراین نصب میراگر باید به‌عنوان یک سیستم مهندسی‌شده برای کنترل پاسخ سازه دیده شود، نه صرفاً نصب یک تجهیز در دهانه قاب.
در هنگام وقوع زلزله، سازه دچار تغییرشکل و حرکت نسبی طبقات می‌شود.
میراگر در مسیر این تغییرشکل قرار می‌گیرد و با ایجاد نیروی مقاوم، بخشی از انرژی حرکت را مستهلک می‌کند.
مسیر کلی عملکرد را می‌توان به‌صورت زیر در نظر گرفت:
زلزله ← حرکت سازه ← تغییرمکان نسبی طبقات ← فعال‌شدن میراگر ← استهلاک انرژی ← کاهش پاسخ سازه
عملکرد واقعی میراگر به عواملی مانند عوامل زیر وابسته است:
میراگرها بر اساس مکانیزم استهلاک انرژی به چند گروه اصلی تقسیم می‌شوند.
در این سیستم، انرژی از طریق حرکت سیال در داخل یک تجهیز و ایجاد مقاومت وابسته به سرعت مستهلک می‌شود.
نیروی میراگر تابعی از سرعت تغییرمکان است و به همین دلیل رفتار آن با میراگرهای اصطکاکی یا تسلیم‌شونده متفاوت است.
میراگرهای ویسکوز می‌توانند برای موارد زیر مورد استفاده قرار گیرند:
نکته مهم :طراحی این سیستم فقط به انتخاب ظرفیت میراگر محدود نیست؛ سرعت، کورس حرکتی، محل نصب و مشخصات اتصال باید هم‌زمان بررسی شوند.
این سیستم‌ها از مواد ویسکوالاستیک برای اتلاف انرژی استفاده می‌کنند.
رفتار آن‌ها می‌تواند تابعی از موارد زیر باشد:
به همین دلیل شرایط محیطی و دامنه عملکرد تجهیز در طراحی اهمیت دارد
جداسازی لرزه‌ای یکی از روش‌های پیشرفته بهسازی لرزه‌ای است که با ایجاد یک لایه یا سیستم جداساز با سختی و مشخصات دینامیکی کنترل‌شده بین سازه و تکیه‌گاه آن، رفتار ساختمان در برابر حرکت زمین را تغییر می‌دهد.
در سازه معمولی، حرکت زمین مستقیماً از طریق فونداسیون به سازه منتقل می‌شود. در سیستم جداسازی لرزه‌ای، جداسازها در مسیر انتقال نیرو قرار می‌گیرند و با ایجاد انعطاف‌پذیری و در بسیاری از سیستم‌ها همراه با استهلاک انرژی، پاسخ سازه فوقانی را کنترل می‌کنند.
بنابراین هدف اصلی جداسازی لرزه‌ای، کاهش تقاضای لرزه‌ای وارد بر سازه فوقانی است؛ نه صرفاً افزایش ظرفیت اعضای موجود.
در هنگام زلزله، زمین حرکت می‌کند و فونداسیون نیز همراه با آن حرکت خواهد کرد.
جداساز باعث می‌شود حرکت نسبی عمده در محل مشخصی از سیستم اتفاق بیفتد و در نتیجه پاسخ سازه فوقانی کنترل شود.
به‌صورت ساده:
حرکت زمین ← فونداسیون ← سیستم جداساز ← سازه فوقانی
در سیستم طراحی‌شده، جداساز می‌تواند:
میزان این اثر کاملاً به مشخصات دینامیکی ساختمان و سیستم جداساز وابسته است.
سیستم‌های جداساز را می‌توان بر اساس مکانیزم عملکرد به چند گروه اصلی تقسیم کرد.
این جداسازها از لایه‌های الاستومری و صفحات تقویتی تشکیل می‌شوند و امکان تغییرشکل افقی کنترل‌شده را فراهم می‌کنند.
از انواع شناخته‌شده این گروه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
در این سیستم‌ها ترکیبی از انعطاف‌پذیری افقی و ظرفیت قائم موردنیاز سازه تأمین می‌شود.
در این نوع، هسته سربی در داخل جداساز قرار می‌گیرد و علاوه بر تأمین ویژگی‌های موردنیاز سیستم، در فرآیند اتلاف انرژی نیز نقش دارد.
در نتیجه سیستم هم‌زمان می‌تواند:
در این سیستم، حرکت نسبی کنترل‌شده از طریق لغزش روی یک سطح مشخص اتفاق می‌افتد.
از نمونه‌های این خانواده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
رفتار سیستم به عواملی وابسته است، مانند:
در سیستم پاندولی اصطکاکی، حرکت نسبی روی یک سطح کروی انجام می‌شود.
این حرکت باعث ایجاد یک رفتار بازگرداننده در سیستم می‌شود و مشخصات دینامیکی جداساز را می‌توان بر اساس ویژگی‌های هندسی و اصطکاکی سیستم تعیین کرد.
این سیستم‌ها برای پروژه‌هایی که کنترل دقیق رفتار لرزه‌ای اهمیت دارد، می‌توانند مورد بررسی قرار گیرند.
یک سیستم جداسازی لرزه‌ای معمولاً فقط شامل خود جداساز نیست.
اجزای مهم می‌توانند شامل موارد زیر باشند:
بنابراین باید کل سیستم جداسازی و اجزای مرتبط با آن طراحی و کنترل شوند.
اجرای جداساز در یک ساختمان جدید نسبتاً ساده‌تر از اضافه‌کردن آن به ساختمان موجود است.
در ساختمان موجود، جداسازی به معنی ایجاد یک ناپیوستگی کنترل‌شده در مسیر انتقال نیرو است و همین موضوع اجرای آن را بسیار پیچیده می‌کند.
برای اجرای جداساز در ساختمان موجود باید بتوان:
به همین دلیل، این روش نیازمند طراحی و اجرای بسیار دقیق است.
جداسازها معمولاً در تراز مشخصی در پایین سازه فوقانی قرار می‌گیرند.
این محل ممکن است بسته به ساختمان انتخاب شود:
انتخاب تراز جداسازی باید با توجه به موارد زیر انجام شود:
یکی از مهم‌ترین الزامات سیستم جداسازی، فراهم‌کردن فضای کافی برای تغییرمکان نسبی سازه است.
اگر ساختمان پس از نصب جداساز نتواند آزادانه تغییرمکان طراحی‌شده را انجام دهد، عملکرد سیستم مختل خواهد شد.
بنابراین باید مواردی بررسی شود، مانند:
در واقع، درز جداسازی بخشی از سیستم لرزه‌ای است، نه یک جزئیات معماری فرعی.
جداساز باید بارهای قائم ساختمان را با اطمینان منتقل کند.
بنابراین لازم است موارد زیر بررسی شوند:
هرگونه اختلال در مسیر انتقال بار قائم می‌تواند پیامدهای جدی داشته باشد.
یکی از ویژگی‌های اصلی سیستم جداسازی، ایجاد تغییرمکان نسبی در محل جداساز است.
بنابراین طراحی باید ظرفیت سیستم را برای تغییرمکان‌های مورد انتظار بررسی کند.
پارامترهای مهم شامل:
در برخی پروژه‌ها، جداساز به‌تنهایی پاسخ موردنظر را تأمین نمی‌کند.
در این شرایط ممکن است سیستم جداسازی با تجهیزات دیگری مانند میراگر ترکیب شود.
در این حالت:
جداساز ← کاهش انتقال و تغییر مشخصات دینامیکی
و
میراگر ← استهلاک انرژی
را بر عهده خواهد داشت.
این ترکیب باید به‌عنوان یک سیستم واحد تحلیل و طراحی شود.
پس از جداسازی، پاسخ دینامیکی سازه تغییر می‌کند.
ممکن است:
بنابراین نباید صرفاً کاهش نیرو را معیار موفقیت سیستم دانست؛ تغییرمکان جداساز و تمام اجزای متصل به ساختمان نیز باید کنترل شوند.
سیستم سازه‌ای، فونداسیون، اعضا، آسیب‌ها و وضعیت کلی ساختمان بررسی می‌شود.
مشخص می‌شود که آیا ساختمان از نظر هندسی، سازه‌ای و اجرایی قابلیت جداسازی دارد یا خیر.
محل مناسب قرارگیری سیستم جداساز تعیین می‌شود.
رفتار ساختمان قبل و بعد از جداسازی بررسی می‌شود.
نوع و مشخصات جداساز بر اساس نیاز پروژه تعیین می‌شود.
جزئیات انتقال بار ساختمان به جداساز و از جداساز به فونداسیون طراحی می‌شود.
اتصالات و اجزایی که نیروهای جانبی را منتقل می‌کنند طراحی می‌شوند.
در ساختمان موجود، نحوه انتقال موقت بار برای نصب جداساز باید به‌صورت مرحله‌ای و کنترل‌شده طراحی شود.
جداسازها، صفحات اتصال و اجزای مرتبط نصب می‌شوند.
بار سازه به سیستم جدید منتقل می‌شود.
اجزای معماری و تأسیسات که مانع حرکت نسبی هستند اصلاح می‌شوند.
موقعیت، عملکرد و جزئیات سیستم کنترل و مستندسازی می‌شود.
کنترل کیفیت سیستم جداسازی باید شامل مواردی باشد، مانند:
در پروژه‌های حساس، مستندسازی دقیق مشخصات، آزمون‌ها و سوابق نصب اهمیت ویژه‌ای دارد.
جداسازی لرزه‌ای یکی از پیچیده‌ترین روش‌های بهسازی است و محدودیت‌های مهمی دارد:
افزودن قاب فولادی و اعضای باربر جدید یکی از روش‌های سیستم‌محور مقاوم‌سازی سازه است. در این روش به‌جای آنکه تمام تقاضای جدید به اعضای موجود تحمیل شود، با ایجاد اعضای سازه‌ای جدید، بخشی از بارهای ثقلی یا جانبی به مسیر باربری جدید منتقل می‌شود.
این روش می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
هدف اصلی، اصلاح مسیر انتقال نیرو و توزیع مجدد تقاضا در سیستم سازه‌ای است.
در روش‌هایی مانند FRP، ژاکت بتنی یا ژاکت فولادی، عضو موجود تقویت می‌شود.
اما در این روش:
عضو جدید ← مسیر باربری جدید ← کاهش یا بازتوزیع تقاضا در اعضای موجود
ایجاد می‌شود.
بنابراین این روش بیشتر در گروه تغییر و بهسازی سیستم سازه‌ای قرار می‌گیرد.
افزودن قاب یا اعضای باربر جدید می‌تواند برای اهداف زیر استفاده شود:
بسته به نیاز پروژه، می‌توان از سیستم‌های مختلفی استفاده کرد.
در این سیستم تیر و ستون فولادی از طریق اتصالات خمشی، نیروهای جانبی را تحمل می‌کنند.
قاب می‌تواند با مهاربندهای:
تکمیل شود.
در برخی پروژه‌ها می‌توان قاب جدید را در پیرامون سازه ایجاد کرد.
در صورت امکان معماری، اعضای فولادی جدید می‌توانند در داخل ساختمان اضافه شوند.
گاهی مسئله محدود به یک مسیر باربری مشخص است و افزودن یک عضو جدید می‌تواند راهکار مناسب‌تری نسبت به تقویت گسترده اعضای موجود باشد.
یکی از مهم‌ترین موضوعات در این روش، مشخص‌کردن مسیر نیرو است.
برای بار جانبی، مسیر کلی می‌تواند به شکل زیر باشد:
زلزله ← دیافراگم کف ← اتصال به قاب جدید ← تیر و ستون/مهاربند ← پایه قاب ← فونداسیون ← خاک
برای بار ثقلی:
بار طبقات ← دال ← تیر ← ستون/عضو جدید ← فونداسیون ← خاک
اگر هر بخش از این مسیر ظرفیت کافی نداشته باشد، افزودن قاب جدید به‌تنهایی راهکار کامل محسوب نمی‌شود.
محل قرارگیری قاب یکی از مهم‌ترین تصمیمات طراحی است.
باید موارد زیر بررسی شوند:
قرار دادن یک قاب بسیار سخت در یک سمت ساختمان ممکن است به‌جای حل مسئله، پیچش سازه را افزایش دهد.
بنابراین محل قاب نباید صرفاً بر اساس فضای خالی معماری انتخاب شود.
قاب‌های اضافه‌شده می‌بایست نسبت به مرکز جرم ساختمان به‌صورت متقارن جایگذاری شوند.
قاب جدید زمانی می‌تواند در رفتار سازه مشارکت کند که نیروهای لازم بین سازه موجود و قاب جدید منتقل شوند.
اتصالات ممکن است شامل موارد زیر باشند:
ظرفیت اتصال باید متناسب با نیروی طراحی بررسی شود.
در مقاوم‌سازی لرزه‌ای، کف ساختمان نقش مهمی در انتقال نیروهای جانبی دارد.
اگر قاب جدید ایجاد شود ولی اتصال مناسبی بین دیافراگم و قاب وجود نداشته باشد، نیروهای لرزه‌ای مورد انتظار به قاب منتقل نمی‌شوند.
بنابراین باید بررسی شود:
دال ← دیافراگم ← اتصال ← قاب جدید
ظرفیت کافی دارد یا خیر.
در صورت نیاز، ممکن است خود دال نیز به تقویت نیاز داشته باشد.
این بخش یکی از بحرانی‌ترین قسمت‌های روش است.
قاب جدید می‌تواند نیروهای قابل‌توجهی را به پایه منتقل کند، از جمله:
بنابراین فونداسیون موجود باید برای نیروهای جدید بررسی شود.
ممکن است نیاز باشد از موارد زیر استفاده کرد:
یکی از کاربردهای مهم افزودن قاب جدید، اصلاح طبقه‌ای است که نسبت به طبقات دیگر سختی یا مقاومت جانبی کمتری دارد.
در این حالت، قاب جدید می‌تواند:
اما نباید صرفاً یک طبقه تقویت شود و رفتار کل ساختمان نادیده گرفته شود.
تغییر ناگهانی سختی در ارتفاع می‌تواند توزیع نیرو را تغییر دهد.
در برخی ساختمان‌ها، توزیع نامناسب عناصر مقاوم جانبی باعث ایجاد پیچش می‌شود.
افزودن قاب جدید می‌تواند برای اصلاح توزیع سختی و مقاومت مورد استفاده قرار گیرد.
اما محل و مشخصات قاب باید بر اساس تحلیل سه‌بعدی و رفتار کل ساختمان تعیین شود.
در برخی پروژه‌ها، امکان اجرای قاب جدید در نمای خارجی وجود دارد.
مزیت احتمالی این روش:
اما باید موارد زیر بررسی شوند:
گاهی مشکل اصلی کمبود ظرفیت یک مسیر باربری است.
در این حالت می‌توان ستون جدید اضافه کرد.
اما ستون جدید فقط زمانی در باربری مؤثر خواهد بود که:
بار بتواند به آن منتقل شود.
اگر ستون جدید بدون جزئیات مناسب در زیر تیر یا دال قرار گیرد، الزاماً سهم قابل‌توجهی از بار را دریافت نمی‌کند.
در برخی پروژه‌ها برای فعال‌شدن عضو جدید، نیاز به:
وجود دارد.
تیرهای جدید می‌توانند برای موارد زیر استفاده شوند:
در این حالت نیز باید مشخص شود تیر جدید چگونه وارد مدار باربری می‌شود.
یکی از ویژگی‌های مهم این روش این است که ممکن است رفتار کل سازه تغییر کند.
برای مثال، افزودن یک قاب مهاربندی‌شده می‌تواند:
بنابراین تحلیل سازه باید بعد از اضافه‌کردن سیستم جدید تکرار شود.
نباید تصور کرد که افزودن قاب جدید همیشه نیروهای اعضای موجود را کاهش می‌دهد.
بسته به موقعیت و سختی قاب جدید، ممکن است بعضی اعضای موجود:
بنابراین بازتحلیل کامل سازه ضروری است.
ترتیب کلی اجرا می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
هندسه، مصالح، اتصالات، آسیب‌ها و وضعیت فونداسیون بررسی می‌شود.
رفتار سازه موجود و کمبودهای آن مشخص می‌شود.
نوع قاب، محل قرارگیری و نحوه اتصال تعیین می‌شود.
دیافراگم، اتصال‌ها، اعضای جدید و فونداسیون بررسی می‌شوند.
محل نصب و اتصالات آماده می‌شوند.
قطعات فولادی ساخته و نصب می‌شوند.
پیچ، جوش، انکر و سایر جزئیات اجرا می‌شوند.
مسیر انتقال نیروی جانبی تکمیل می‌شود.
پایه قاب و فونداسیون برای انتقال نیرو تکمیل می‌شوند.
هندسه، اتصالات، تغییرمکان‌ها و عملکرد سیستم کنترل می‌شوند.
کنترل کیفیت شامل مواردی است، مانند:
افزودن قاب فولادی یا اعضای باربر جدید می‌تواند گزینه مناسبی باشد زمانی که:
وقتی یک عضو جدید به سازه اضافه می‌شود، فقط ظرفیت سازه را تغییر نمی‌دهیم؛ مسیر انتقال نیرو و رفتار کل سیستم را تغییر می‌دهیم.
بنابراین این روش باید با نگاه سیستم سازه‌ای طراحی و اجرا شود، نه صرفاً با نگاه عضو.
سیستم ترکیبی مقاوم‌سازی به رویکردی گفته می‌شود که در آن دو یا چند روش مقاوم‌سازی، به‌صورت هدفمند و بر اساس تحلیل مهندسی، برای بهبود عملکرد یک عضو یا کل سازه با یکدیگر ترکیب می‌شوند.
هدف از ترکیب روش‌ها، صرفاً افزایش تعداد اجزای تقویتی نیست؛ بلکه استفاده از قابلیت‌های مکمل آن‌ها برای رفع محدودیت‌هایی است که ممکن است با اجرای یک روش منفرد برطرف نشوند.
برای مثال، یک روش ممکن است ظرفیت خمشی تیر را افزایش دهد، درحالی‌که روش دیگری برای بهبود محصورشدگی ستون، اصلاح اتصال یا کاهش تغییرمکان جانبی سیستم انتخاب شود. در این شرایط، هر روش باید نقش مشخصی در عملکرد نهایی داشته باشد و نحوه تعامل اجزا از نظر مقاومت، سختی، شکل‌پذیری، انتقال نیرو و توالی اجرا بررسی شود.
اصل اساسی: ترکیب چند روش، به‌خودی‌خود موجب عملکرد بهتر نمی‌شود. اگر سازگاری مکانیکی، توزیع نیرو و توالی اجرای سیستم به‌درستی طراحی نشود، ترکیب روش‌ها می‌تواند به تمرکز تنش، انتقال نامطلوب نیرو یا ایجاد حالت شکست جدید منجر شود.
سیستم‌های ترکیبی ممکن است برای دستیابی به یک یا چند هدف زیر انتخاب شوند:
ترکیب روش‌ها را می‌توان بر اساس هدف، مقیاس مداخله و نوع مکانیزم عملکرد دسته‌بندی کرد.
| نوع ترکیب | نمونه روش‌ها | هدف اصلی | ملاحظات کلیدی |
|---|---|---|---|
| ترکیب روش‌های مقاوم‌سازی یک عضو | ژاکت بتنی و FRP | افزایش ظرفیت عضو و بهبود برخی ویژگی‌های رفتاری | توالی اجرا، پیوستگی، مهار و سازگاری تغییرشکل |
| ترکیب تقویت عضو و اتصال | تقویت تیر یا ستون همراه با تقویت گره | جلوگیری از باقی ماندن ضعف در ناحیه اتصال | بررسی سلسله‌مراتب مقاومت و شکل‌پذیری |
| ترکیب روش موضعی و سیستمی | FRP یا ژاکت اعضا همراه با مهاربند یا دیوار برشی جدید | اصلاح ظرفیت اعضا و رفتار کلی سازه | بازتوزیع نیرو و کنترل فونداسیون |
| ترکیب تقویت و کنترل پاسخ | تقویت اعضا همراه با میراگر | تأمین ظرفیت اعضا و کاهش تقاضای لرزه‌ای | تحلیل دینامیکی و طراحی اتصالات |
| ترکیب مقاوم‌سازی و اصلاح پی | افزودن دیوار برشی یا قاب جدید همراه با تقویت فونداسیون | تأمین مسیر انتقال نیرو تا زمین | اندرکنش سازه و خاک و توالی انتقال بار |
| ترکیب روش‌های ترمیم و مقاوم‌سازی | ترمیم بتن و آرماتور همراه با FRP یا ژاکت | اصلاح آسیب اولیه و ارتقای عملکرد عضو | رفع علت آسیب پیش از اجرای تقویت |
| ترکیب روش‌های تقویت پی | افزایش ابعاد فونداسیون همراه با شمع یا ریزشمع | افزایش ظرفیت و اصلاح مسیر انتقال بار | سختی نسبی، توزیع بار و رفتار گروهی |
| ترکیب سیستم‌های کنترلی | جداساز لرزه‌ای همراه با میراگرهای مکمل | کنترل پاسخ لرزه‌ای در محدوده عملکرد طراحی | جابه‌جایی جداسازی، نیروهای انتقالی و سازگاری دینامیکی |
این ترکیب‌ها نمونه‌هایی از گزینه‌های قابل بررسی هستند، نه نسخه‌های عمومی و مناسب برای همه سازه‌ها.
در این ترکیب، ابتدا آسیب بتن و وضعیت آرماتورها ارزیابی و اصلاح می‌شود. سپس، بر اساس هدف طراحی، افزایش مقطع با ژاکت بتنی و استفاده از FRP برای بخش‌هایی از عملکرد عضو بررسی می‌شود.
کاربرد احتمالی:
موارد ضروری:
در این روش، عضو با اجزای فولادی تقویت می‌شود و اتصالات مرتبط نیز به‌صورت مستقل طراحی و اصلاح می‌شوند.
این ترکیب زمانی قابل بررسی است که افزایش ظرفیت عضو بدون اصلاح اتصال، موجب ایجاد ضعف در مسیر انتقال نیرو شود.
نکات اصلی:
در برخی سازه‌ها، ضعف صرفاً به ظرفیت اعضای منفرد محدود نیست و سیستم باربر جانبی نیز به اصلاح نیاز دارد.
در این شرایط، ممکن است افزودن دیوار برشی یا مهاربند با تقویت موضعی تیرها، ستون‌ها، اتصالات یا دیافراگم همراه شود.
تحلیل باید مشخص کند:
در این رویکرد، تقویت موضعی برای رفع ضعف‌های ظرفیت یا جزئیات سازه‌ای انجام می‌شود و میراگرها با هدف کنترل پاسخ و اتلاف انرژی به سیستم افزوده می‌شوند.
میراگر جایگزین خودکار مقاوم‌سازی اعضای آسیب‌پذیر نیست. اعضا، اتصالات و مسیرهای انتقال نیرو باید برای تقاضاهای حاصل از تحلیل سیستم ترکیبی بررسی شوند.
اگر افزودن دیوار برشی، مهاربند یا قاب جدید موجب افزایش نیروهای منتقل‌شده به فونداسیون شود، ممکن است اصلاح پی نیز بخشی از راهکار باشد.
گزینه‌ها می‌توانند شامل افزایش ابعاد فونداسیون، اتصال فونداسیون‌های مجاور، استفاده از شمع یا ریزشمع و سایر راهکارهای ژئوتکنیکی متناسب با شرایط پروژه باشند.
در این حالت، طراحی روسازه و پی نباید به‌صورت دو مسئله مستقل انجام شود؛ زیرا عملکرد نهایی به سازگاری آن‌ها و رفتار خاک وابسته است.
پیش از انتخاب سیستم ترکیبی، باید مشخص شود هر جزء چه مسئله‌ای را حل می‌کند. برای نمونه، یک روش ممکن است برای افزایش ظرفیت، روش دیگر برای اصلاح شکل‌پذیری و جزء سوم برای انتقال نیرو به فونداسیون به کار رود.
اگر نقش یک جزء در عملکرد نهایی مشخص نباشد، ضرورت استفاده از آن باید دوباره ارزیابی شود.
روش‌های مختلف ممکن است سختی، ظرفیت و رفتار غیرخطی متفاوتی داشته باشند. در نتیجه، نحوه توزیع نیرو میان آن‌ها به رفتار واقعی سیستم وابسته است.
باید موارد زیر بررسی شوند:
مسیر انتقال نیرو باید از محل ورود بار تا اعضای باربر، اتصالات، فونداسیون و خاک پیوسته و قابل اتکا باشد.
تقویت موضعی یک عضو بدون کنترل اجزای رابط می‌تواند باعث شود جزء تقویت‌شده نیروهای بیشتری جذب کند، اما اتصال یا فونداسیون توان انتقال آن نیروها را نداشته باشد.
در بسیاری از سیستم‌های ترکیبی، نتیجه نهایی به ترتیب اجرای روش‌ها وابسته است.
برای مثال، اگر یک عضو تحت بار تقویت شود، ممکن است اجزای جدید سهم محدودی از بارهای موجود را جذب کنند؛ مگر اینکه طرح اجرا شامل باربرداری، جک‌گذاری یا انتقال کنترل‌شده بار باشد.
بنابراین، وضعیت بارگذاری در هر مرحله، زمان فعال‌شدن اجزای جدید و محدودیت‌های بهره‌برداری باید در طراحی و روش اجرایی لحاظ شوند.
ارزیابی نباید فقط به ظرفیت اعضای تقویت‌شده محدود شود. در مقاوم‌سازی لرزه‌ای، رفتار کلی سازه، تغییرمکان جانبی، پیچش، توزیع تقاضا، شکل‌پذیری، دیافراگم و فونداسیون باید در محدوده موردنیاز بررسی شوند.
برای مدیریت سیستم ترکیبی، کنترل کیفیت باید برای هر جزء و همچنین برای ارتباط میان اجزا تعریف شود.
مدارک اصلی عبارت‌اند از:
مراجع مورد استفاده به نوع سازه و روش‌های ترکیب‌شده بستگی دارند. از جمله:
