دلایل و راه های مقاوم سازی ساختمان

مقاوم سازی و نوسازی و بازسازی ساختمان ها با توجه به مطالعات انجام شده در دو دهه اخیر و همچنین مستندات و مشاهدات علمی که از قرن بیستم تاکنون وجود دارد، کشور ما ایران از نظر لرزه خیزی در یکی از مناطق فعال جهان قرار دارد. ایران با توجه به گسل های موجود در این منطقه مستعد زلزله های قوی و خطرناک است به همین دلیل توجه به اصول و استانداردها در ساخت و ساز شهری بسیار حائز اهمیت است.

در سناریوی کنونی زمانی که زلزله رخ می دهد با تلفات انسانی در مناطق مختلف مواجه هستیم. کشور ما از نظر تلفات جانی ناشی از زلزله به ویژه در مناطق روستایی در صدر کشورهای زلزله خیز قرار دارد. اگرچه با دانش و امکانات موجود، انسان ها هنوز موفق به کاهش تلفات خود در برابر زلزله های شدید نشده اند، اما سطح اطلاعات و آگاهی عمومی در مورد زلزله روز به روز در حال افزایش است و اصول ایمنی، موقعیت های آسیب پذیر را توسعه و بررسی می کند. ساختمان ها را می توان برای جلوگیری از آسیب و تلفات ناشی از زلزله بهینه کرد.

امروزه با شناسایی نقاط ضعف ساختمان ها و استفاده از نکات ایمنی و بازیابی به ویژه در شهرهای شلوغی مانند تهران، می توان آمادگی بیشتری برای مقابله با زلزله های شدید در آینده داشت.

اصلاح ساختمان به چه معناست؟

در واقع مفهوم بهسازی ساختمان از دیدگاه علم عمران به معنای افزایش و تقویت مقاومت ساختمان در برابر انواع فشارها از جمله عوامل طبیعی است.

یکی از کاربردهای اصلی آن افزایش مقاومت ساختمان ها در برابر زلزله است. به طور کلی به عنوان یکی از روش های بهسازی لرزه ای سازه شناخته می شود که تاثیرات زیادی در افزایش مقاومت سازه ها دارد و می توان از آن به طرق مختلف استفاده کرد. با توجه به قرار گرفتن ایران در منطقه جغرافیایی زلزله خیز، مقاوم سازی در ایران موضوع بسیار مهمی است و یکی از موارد حیاتی و مهم ساخت و ساز به شمار می رود.

دلایل نیاز به مقاوم سازی ساختمان

دلایل زیادی برای بازسازی سازه ها وجود دارد. در سراسر جهان می بینیم که بسیاری از ساختمان ها دارای نقاط ضعف هستند. اما با وجود تفاوت هایی که در این نقاط ضعف وجود دارد، تنها اجرای آنها می تواند آن ها را برطرف کند و استحکام ساختمان ها را به طور اساسی افزایش دهد و با جدیدترین متدهای روز دنیا، آنها را بازسازی کند.

برخی از این نقاط ضعف در سازه های ساختمانی عبارتند از:

1. خطا در طراحی

خطاهای عملکرد عمدتاً خطاهای ویرایش، مرتب سازی و عملیات مشابه است. چنین مشکلاتی اغلب به دلیل عدم نظارت، کمبود نیروی کار یا استفاده از مواد ارزان و بی کیفیت رخ می دهد.

2. خطا در اجرا

خطاهای عملکرد عمدتاً خطاهای ویرایش، مرتب سازی و عملیات مشابه است. چنین مشکلاتی اغلب به دلیل عدم نظارت، کمبود نیروی کار یا استفاده از مواد ارزان و بی کیفیت رخ می دهد.

3. تغییر کاربری 

گاهی اوقات بنا به دلایلی کاربری ساختمان ها تغییر می کند و انتظار استفاده از ساختمان ها افزایش می یابد. این تغییر کاربری همان چیزی است که بازسازی ساختمان ها را ضروری می کند، زیرا بارگذاری از حد مورد انتظار فراتر رفته و ساختمان از مقاومت کافی برخوردار نیست.

4. بازسازی 

در بسیاری از موارد می بینیم که طراحی ساختمان ها فرسوده و قدیمی است و دیگر به اندازه ساختمان های جدید مستحکم و بادوام نیست. در این موارد در مورد ساختمان های جدید باید با انجام اصلاحات استحکام ساختمان های قدیمی را در برابر نیروهای وارده افزایش دهیم.

بازسازی ساختمان ها و سازه های صنعتی

به منظور کاهش آسیب پذیری کشور در برابر زلزله، دولت برنامه های مختلفی را برای مطالعه و بازسازی ساختمان های مهم دولتی و همچنین سازه های صنعتی که از شریان های حیاتی اقتصاد کشور محسوب می شوند، ارائه کرد.

یکی از جنبه های مهم این برنامه ها استفاده از فناوری های جدید برای تقویت سازه ها و تجهیزات سخت افزاری لازم از جمله نرم افزارهای کامپیوتری استحکام سازه و مصالح ساختمانی مدرن و بادوام است. برای دستیابی به این هدف، در برنامه دولت یازدهم آموزش بخش های طراحی و پیمانکاران اجرا در نظر گرفته شد.

اهمیت مقاوم سازی ساختمان ها در تهران

در سال زلزله 5.2 ریشتری پاییز 1395 در غرب استان تهران، بسیاری از زمین شناسان را بر آن داشت تا مفهوم «زلزله بزرگ» در تهران را جدی تر بگیرند. این اتفاق تغییر چشمگیری در رویکرد نوسازی بناهای خشتی در تهران به وجود آورد.

بر اساس محاسبات محاسباتی زمین شناسان و همچنین سوابق زمین لرزه های تهران می توان دریافت که هر 150 تا 200 سال یک زلزله بزرگ و قوی در این مکان جغرافیایی رخ می دهد و به همین دلیل اکنون در دوره ای هستیم. زمانی که باید برای یک زلزله بزرگ آماده شویم.

اگرچه برخی از زلزله شناسان برجسته ایران این تخمین را به هیچ وجه قبول ندارند، اما زلزله 29 آذر در شهرستان ملارد و همچنین زلزله ماهدشت در جنوب کرج، گمانه زنی هایی مبنی بر فعال شدن گسل ها در منطقه شمال را به دنبال داشته است. بر اساس برآوردهای قبلی، پیش بینی می شود افزایش تنش در گسل شمال تهران، احتمال وقوع زلزله ای با بزرگای بیش از 7 ریشتر را نیز ایجاد کند.

شایان ذکر است که تنها چند روز پس از زلزله تهران و کرک، افراد زیادی در اینترنت به دنبال روش های بازسازی، مقاوم سازی ساختمان ها، مقاوم سازی تیرها و ستون ها، مقاوم سازی بتن، مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از مصالح FRP بودند. این ادعا توسط ابزار Google Trends قابل اثبات است.

تعریف مقاوم سازی با بهسازی لرزه ای

هر سازه ای تقاضای لرزه ای دارد، اگر مقاومت سازه با تقاضای لرزه ای برابر نباشد در اثر بار یا تنش ضعیف است. در توسعه، هدف این است که با استفاده از روش های تعریف شده، ظرفیت سازه تا حد امکان به نیازهای لرزه ای آن نزدیک شود.

در صورت برنامه ریزی برای افزایش ظرفیت سازه، به اصطلاح فرآیند مقاوم سازی برای سازه اجرا می شود. این فرآیند را می توان با افزایش سختی یا افزایش استحکام انجام داد. افزایش ظرفیت سازه را می توان با استفاده از مهاربندی، دیوارهای برشی یا پوشش های بتنی انجام داد.

گاهی اوقات می توان تقاضای لرزه ای سازه را به اندازه ظرفیت سازه کاهش داد. به همین دلیل نیازی به افزایش ظرفیت سازه نیست. این کار با افزایش شکل‌پذیری، کاهش جرم، کاهش بی‌نظمی‌ها و استفاده از فناوری‌های جدید مانند عایق لرزه‌ای و میراگرها نیز قابل اجراست.

بنابراین می توان نتیجه گرفت که نوسازی یکی از روش های بهسازی زلزله است که با کمک مجموعه کارهای بازسازی سیستم موجود، از آسیب و ریزش سازه ها در اثر بارهای اضافی یا عوامل محیطی جلوگیری می کند.

انواع ساختمان ها و روش های بازسازی و مقاوم سازی ساختمان با مواد FRP

FRP در واقع مخفف Fiber Reinforced Polymer است. این یک محصول کامپوزیتی است که از دو بخش فیبر و ماتریس تشکیل شده است. از الیافی که در ساخت این نوع مواد استفاده می شود می توان به کربن، شیشه و آرامید اشاره کرد.

با قاب منحنی

قاب های منحنی بر خلاف بادبندها یا دیوارهای برشی، اعضای اضافی ندارند و در نتیجه مقاومت کمتری در برابر تغییر شکل خارجی دارند. این کمک می کند تا سازه را در برابر بارهای خارجی ناشی از زلزله مقاوم کرده و از آسیب های عمده جلوگیری کند.

با دیوار برشی

به این ترتیب با افزودن دیوار برشی به سازه بتنی می توان صلبیت سازه را تا حد مطلوب افزایش داد و قابلیت حمل بارهای ثقلی را افزایش داد و ظرفیت سازه را برای تحمل بارهای جانبی ناشی از آن افزایش داد.

بادبند یا مهاربند برای تقویت مقاوم سازی ساختمان

مهاربند ها یا بادبندها سازه های مفیدی هستند که به صورت مورب به صورت ساختمان قرار می گیرند که مقاومت بار جانبی سازه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. طراحی کامیون در واقع از ساختار مثلثی الهام گرفته شده است. مانند مثلث که اگر زوایای قائم آن از نظر طول تغییر نکند، زوایای بین آنها همیشه یکسان خواهد بود و هنگامی که به تکیه گاه ثابت متصل می شود، تیر در برابر نیروهای خارجی مانند زلزله های شدید مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می دهد. این در واقع یکی از ویژگی های سازه خرپایی است.

ستون بتنی با کامپوزیت FRP

استفاده از الیاف FRP در ستون ها ظرفیت برشی را افزایش می دهد و شکست سازه از برشی به خمشی تغییر می کند. این مشکل انعطاف پذیری سازه را در برابر بارهای جانبی به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و بنابراین علاوه بر مقاومت بیشتر در برابر زلزله و خوردگی، مقاومت خوبی نیز از خود نشان می دهد.

بهبود سیستم سازه ای ساختمان

برای بهبود مقاومت لرزه ای سازه های ساختمانی از سه روش متداول استفاده می شود: دیوار برشی، قاب خمشی، دستگاه عایق لرزه ای، دمپر و بادگیر که هر کدام مزایای خاص خود را دارند.

استفاده از دمپر در بازسازی و مقاوم سازی ساختمان

ساختمان هایی با طبقات زیاد نیاز بهترین راه حل ها را دارند. دمپر در واقع وسیله ای ویژه برای جذب انرژی در سازه، جذب اثرات منفی زلزله و جلوگیری از آسیب به سازه ساختمان است.