مقاوم سازی سازه های فولادی

امروزه سازه های فولادی به دلیل مزایایی همچون سرعت و سهولت در اجرا، اشغال فضای کمتر نسبت به بتن، خواص یکنواخت فلز و ... به یکی از پرکاربردترین نوع سازه ها تبدیل شده اند. در عین حال مقاوم سازی سازه های فولادی به دلیل مقاومت کم در برابر خوردگی، تغییر کاربری، عدم مقاومت در برابر آتش سوزی های شدید خزش و خستگی به علت عبور از عمر مفید سازه، نقص در اجرا و ... امری ضروری است. یکی از مهم ترین مواردی که در مقاوم سازی سازه های فولادی باید به آن توجه نمود، مقاوم سازی سازه های فولادی در برابر حریق می باشد.

 
سازه فولادی

آسیب های وارده به سازه های فولادی 

آسیب به ستون ها در اثر سطح مقطع کم ستون، لاغری بیش از حد مجاز، عدم رعایت اصل تیر ضعیف و ستون قوی، زنگ زدگی و خوردگی ستون، آتش سوزی و خستگی 

آسیب به تیرها به دلایلی همچون سطح مقطع کم تیر، لاغری بیش از حد مجاز، عدم فشردگی مقطع، ضعف در جوش ها، زنگ زدگی و خوردگی تیر، خستگی 

آسیب به اتصالات در اثر کیفیت پایین جوش، خرابی در ورق برشی جان تیر، ایجاد مفصل پلاستیک در محل اتصال تیر به ستون 

بر اساس اطلاعات موجود، بیشتر ویرانی ها در سازه های فولادی در اثر ضعف عملکرد اتصالات گزارش شده است. در ادامه به معرفی برخی از روش های مقاوم سازی سازه های فولادی پرداخته شده است.

روش های مقاوم سازی سازه های فولادی

روش های مقاوم سازی اسکلت فلزی به شرح زیر می باشد:

مقاوم سازی سازه های فولادی با مهاربند فلزی

از روش مقاوم سازی سازه های فولادی با مهاربند به منظور افزایش سختی و کاهش جا به جایی جانبی سازه استفاده می شود، که در نتیجه موجب کاهش تغییر شکل اجزای سازه فولادی و آسیب پذیری آن می گردد. یکی از مزیت های این روش سرعت بالا در اجرای آن می باشد. شایان ذکر است که در صورت استفاده از مهاربندهای فلزی، پی سازه باید در برابر نیروها و نیز بلندشدگی مورد کنترل قرار گیرد. همچنین اثر تسلیم شدن مهاربندهای تعبیه شده بر سایر اجزای سازه همچون تیر و ستون باید مد نظر قرار گیرد که عمدتا منجر به تقویت تیرها و ستون های اطراف دهانه های مهاربندی (با استفاده از ورق های فلزی) می شود. علاوه بر این، در روش مقاوم سازی اسکلت فلزی با مهاربند ، عموما از مهاربندهای همگرا نسبت به نوع واگرای آن استفاده می گردد.

مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از مهاربند

مقاوم سازی سازه های فولادی با دیوار برشی

در دهه های اخیر مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از دیوار برشی به دلیل صرفه جویی در مصرف فولاد (به طور مثال نسبت به قاب های فولادی ممان گیر) و به منظور کاهش نیروهای جانبی زلزله و باد در ساختمان های بلند، به عنوان یکی از روش های مقاوم سازی سازه های فولادی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله مزیت های دیوار برشی نسبت به بادبند، سختی بیشتر و در نتیجه مشکلات کمتر معماری و دهانه کمتر می باشد. در واقع می توان گفت دیوار برشی با افزایش سختی سازه، ضمن بالا بردن ظرفیت تحمل بارهای ثقلی، موجب افزایش ظرفیت تحمل سازه در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله می گردد. دیوار برشی فولادی به همراه ستون های اطراف خود همانند یک تیر ورق عمل می کند به صورتی که در آن ستون ها به عنوان بال، تیرها به عنوان سخت کننده و ورق فولادی به عنوان جان تیر ورق در نظر گرفته می شوند. 

مقاوم سازی سازه فولادی با استفاده از دیوار برشی

مقاوم سازی با اضافه نمودن ورق های فولادی

به منظور مقاوم سازی تیر و ستون سازه فولادی از روش مقاوم سازی با اضافه نمودن ورق های فولادی استفاده می شود. خرابی در تیرهای فولادی عمدتا به دو صورت کمانش موضعی و کلی رخ می دهد. برای مقاوم سازی تیرهای فولادی با استفاده از این روش،  ورق های فولادی به صورت موازی با جان تیر و یا به عنوان سخت کننده جان و به منظور افزایش مقاومت برشی تیر مورد استفاده قرار می گیرند. در ستون های فولادی از ورق پوششی در بال ستون به منظور افزایش ضخامت بال و در نتیجه جلوگیری از کمانش موضعی آن استفاده می شود. همچنین اضافه نمودن ورق های موازی با جان ستون افزایش ممان اینرسی در امتداد موازی با جان ستون را به دلیل تبدیل مقطع آن به صورت جعبه ای در پی دارد.

مقاوم سازی سازه فولادی با استفاده از میراگر

یکی از متداول ترین روش های مقاوم سازی سازه های فولادی موجود با ابعاد هندسی آنها در برابر بارهای لرزه ای، استفاده از روش مقاوم سازی با استفاده از میراگرها است. این روش موجب تمرکز اتلاف انرژی در میراگرها شده و در نهایت تقاضای اتلاف انرژی در تیرها، ستون ها و اتصالات کاهش می یابد. استفاده از میراگر در سازه، کاهش آسیب و خرابی سازه را به سبب کاهش دامنه ارتعاشات مکانیکی سازه، در پی دارد.

مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از میراگر

مقاوم سازی سازه های فولادی به روش ژاکت بتنی

یکی از روش های موثر مقاوم سازی ستون های فولادی دارای ضعف باربری، روش تقویت ستون فلزی با ژاکت بتنی می باشد. استفاده از ژاکت بتنی به منظور افزایش سختی برشی ستون (به طور مثال ستون های فولادی با مقاطع I وH) در اثر محصور سازی آن و افزایش مقاومت ستون فولادی استفاده می شود. علاوه بر این استفاده از این روش تقویت ستون فلزی موجب افزایش مقاومت المان در برابر کمانش می گردد. یکی دیگر از کاربردهای ژاکت بتنی، استفاده از آن در ترمیم ستون های فلزی خورده شده می باشد، این امر موجب تقویت ستون فلزی در برابر حریق نیز می گردد. از ژاکت بتنی به منظور افزایش مقاومت خمشی و برشی تیرها نیز استفاده می گردد. 

مقاوم سازی سازه های فولادی با افزودن قاب پیرامونی

مقاوم سازی سازه فولادی با افزودن قاب پیرامونی موجب گسترش نیروهای جانبی لرزه ای و جلوگیری از تمرکز آن در یک قسمت از ساختمان گردیده و در نتیجه باعث افزایش یکپارچگی و پیوستگی کل سازه می شود. این ویژگی از قاب پیرامونی یکی از مزیت های آن نسبت به دیوار برشی و یا مهاربند ها می باشد. علاوه بر این، به دلیل کاهش حجم مورد نیاز تخریب، کاهش هزینه و زمان اجرا را در پی دارد. روش مقاوم سازی با افزودن قاب پیرامونی یکی از روش های مقاوم سازی سازه فولادی ساختمان های بنایی است.

مقاوم سازی سازه های فولادی در برابر حریق

آتش سوزی یکی از حوادث غیرمترقبه ای است که موجب آسیب به سازه ها به ویژه سازه های فولادی می گردد. مقاوم سازی سازه های فلزی در برابر حریق به دلیل ضعیف بودن این سازه ها در برابر آتش و گداخته شدن فولاد و کمانش سریع این نوع از سازه ها، از اهمیت بالایی برخوردار است. برای بررسی شرایط مقاوم سازی سازه های فولادی در برابر حریق ، تعداد طبقات روی زمین حائز اهمیت بوده و طبقات زیر زمین در نظر گرفته نمی شوند.

سازه فلزی فرو ریخته در اثر حریق

یکی از روش های معمول مورد استفاده به منظور مقاوم سازی اسکلت فلزی در برابر حریق ، استفاده از پوشش های ضد حریق برای افزایش مقاومت تیرها و ستون ها در برابر آتش می باشد که تعیین مقاومت مورد نیاز این پوشش ها وابسته به ارتفاع ساختمان، کاربری آن و نوع فضا است. در واقع استفاده از پوشش های ضد حریق سبب می شود دمای اجزای سازه به نقطه بحرانی نرسیده و سازه دچار فروپاشی نشود. این پوشش ها همچنین زمان بیشتری را برای نجات افراد محبوس در میان آتش فراهم می کنند. مقاوم سازی سازه های فولادی در برابر حریق به ویژه در ساختمان های مهم، همچون بیمارستان، مدارس، موزه و ... از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

مقاوم سازی سازه های فولادی در برابر حریق

هزینه مقاوم سازی سازه های فولادی

هزینه مقاوم سازی سازه های فولادی به شدت و میزان خرابی، نوع خرابی، روش مقاوم سازی سازه فولادی ، نوع مصالح کاربردی و ... وابسته است. به طور کلی می توان گفت با اینکه هزینه مقاوم سازی عموما بالاست اما قطعا این هزینه از هزینه هایی همچون تخریب و بازسازی سازه کمتر و به صرفه تر می باشد.