مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای بسیاری از سازه های بتنی مسلح موجود در جهان کنونی برای زلزله ناکافی هستند. زمین لرزه های اخیر که در دهه گذشته رخ داده است نشان می دهد که خسارات عمده مستقیماً ناشی از زلزله نیست، بلکه به دلیل عملکرد ضعیف سازه در هنگام زلزله است. ساختار ساختمان موجود، که طبق مقررات اولیه کد طراحی و ساخته شده است، الزامات کد لرزه ای فعلی و شیوه های طراحی را برآورده نمی کند.  

مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای

  در اینجا اصول ارزیابی و مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای در برابر حوادث لرزه ای را برجسته می کند. RC سه بعدی با تجزیه و تحلیل دینامیکی با استفاده از روشی موثر طراحی شده است. بسته نرم افزاری رایانه ای STAAD Pro برای تکنیک تحلیل دینامیک استفاده می شود و برای ارزیابی عملکرد یک ساختمان بتنی مسلح استفاده می شود. روش های مختلف مقاوم سازی مانند روکش فولادی و بتنی و استفاده از کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف که برای بهبود ظرفیت تحمل عناصر سازه های فردی مورد استفاده قرار گرفته اند، برجسته شده است و روش هایی مانند دیوارهای برشی و هسته های برشی که می توانند برای بهبود استفاده شوند. ثبات کلی ساختمان ها و اکثر تکنیک های مقاوم سازی منجر به افزایش سفتی و کمی افزایش جرم می شود که در عوض باعث کوتاه شدن دوره می شود. کوتاه شدن در دوره ارتعاش اغلب منجر به افزایش مقاومت و شکل پذیری سازه مقاوم می شود. در حقیقت در بررسی مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای امواج لرزه ای باعث لرزش سطح زمین می شود و این لرزش زمین اصلی ترین دغدغه مهندسی سازه برای مقاومت در برابر زلزله در میان بسیاری از آثار دیگر است. سوابق تاریخی و سوابق زمین شناسی زمین لرزه ها منابع اصلی داده ها در برآورد احتمال لرزش زمین یا لرزه خیزی در یک مکان خاص هستند. هر دو مجموعه داده برای توسعه نقشه های خطر لرزه ای در نظر گرفته شده اند. هدف اولیه از طراحی مقاوم در برابر زلزله جلوگیری از فروریختن ساختمان در هنگام وقوع زلزله برای به حداقل رساندن خطر مرگ یا جراحت افراد است. احتمال وقوع زلزله های شدید در طول عمر یک سازه بسیار کم است. در طراحی سازه ای سنتی در برابر بیشتر انواع بارها، تنش ها و کرنش ها اجازه نزدیک شدن به حد الاستیک را ندارند. با این حال در طراحی زلزله، سازه ها مجاز به فراتر از حد الاستیک در پاسخ به حرکت زمین هستند. اگر سازه ای باید در برابر چنین زمین لرزه هایی به صورت الاستیک مقاومت کند، به یک سیستم مقاوم در برابر بار جانبی گران قیمت نیاز دارد. در حین بررسی مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای در هنگام زلزله شدید، ساختار احتمالاً دچار تغییر شکل غیر ارتجاعی می شود و برای جلوگیری از فروریختن باید به شکل پذیری و ظرفیت اتلاف هیستریک انرژی خود تکیه کند. ساختمان های مدرن را می توان طوری طراحی کرد که در صورت لرزش شدید زمین با اجتناب از فروریختن ایمن باشند.

یک طراحی مهندسی زلزله موثر مستلزم آن است که طراح واکنش ساختمان ها را کنترل کند. این را می توان با انتخاب حالت پاسخ مطلوب، اتخاذ تغییر شکل های غیر ارتجاعی در مناطق قابل قبول با ارائه جزئیات لازم و جلوگیری از توسعه حالت های پاسخ نامطلوب که می تواند منجر به ریزش ساختمان شود، بدست آورد. سه مفهوم کلیدی در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای وجود دارد که به طور کامل توسط محققان و مهندسان توسعه یافته است. اول، حرکت زمین زلزله بارهای اینرسی ایجاد می کند که با گذشت زمان به سرعت تغییر می کند. بنابراین، معمول است که محاسبات شامل یک عبارت برچسب گذاری شده با واحد زمان (معمولاً ثانیه) و این اصطلاحات شامل دوره های ارتعاش یا فرکانس های معکوس آنها است. شتاب ها و سرعت ها در بسیاری دیگر از مسائل مهندسی سازه مانند محاسبه بارهای گرانشی، از واحد زمان استفاده نمی شود. دوم، به دلیل عدم قطعیت زیاد مرتبط با نیروها و واکنش های ساختاری. زمان وقوع زمین لرزه، بزرگی آن، ویژگی های سطح پارگی و رفتار واکنش دینامیکی سازه را نمی توان با اطمینان پیش بینی کرد. روش های احتمال و آمار مورد نیاز است تا شامل این عدم قطعیت ها و تأثیرات آنها بر ارزیابی و طراحی عملکرد سازه باشد. سومین مفهوم اساسی مهندسی زلزله که این زمینه را متمایز می کند این است که بارگذاری زلزله می تواند آنقدر شدید باشد که مواد اغلب باید طوری طراحی شوند که به صورت الاستیک رفتار کنند. در حوزه قانون هوکس، استرس متناسب با فشار است، اما فراتر از آن، رفتار پیچیده می شود. بیشتر کارهای تحلیلی و تجربی در مورد رفتارهای غیر ارتجاعی تقریباً در دهه 1960 آغاز شد.  

انتخاب عناصر سیستم های ساختاری مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای

  انتخاب سیستم های مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای در برابر نیروی جانبی در ساختمان ها به موارد زیر محدود می شود، با استثنائات بسیار اندک. قاب های مهاربندی شده (عناصر خرپایی با جهت عمودی)، قاب های مقاوم در برابر لرزه، دیوارهای برشی، دیافراگم ها و روش های اصلاح پاسخ که تقاضای لرزه ای را تغییر می دهد. بر روی عناصر جانبی مقاوم در برابر نیرو چنین تکنیک هایی بر تغییر نیروهای موجود در سازه در اثر حرکت زمین (به عنوان مثال جداسازی لرزه ای) یا تغییر جابجایی درون سازه به دلیل حرکت زمین (به عنوان مثال دستگاه های میرایی) تمرکز می کنند. مصالح، که این عناصر را می توان با استثنائات بسیار کمی از آنها تهیه کرد، محدود به: فولاد (از جمله آلومینیوم یا سایر فلزات)، بنایی تقویت شده، بتن مسلح و چوب است.

• فلسفه طراحی زلزله

در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای هدف مهندسی پشت طراحی مقاوم در برابر زلزله این نیست که ساختمان هایی ضد زلزله بسازد که حتی در زلزله نادر اما قوی آسیب نبینند. چنین ساختمان هایی بسیار مقاوم و گران خواهند بود. در عوض، مهندسان ساختمانها را برای مقاومت در برابر اثرات لرزش زمین می سازند، اگرچه ممکن است به شدت آسیب ببینند اما در طول زلزله شدید فرو نریزند. بنابراین، ایمنی جان انسان و محتویات داخل ساختمان در ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله تضمین می شود. این یکی از اهداف اصلی کدهای طراحی لرزه ای در سراسر جهان است. فلسفه طراحی زلزله را می توان به شرح زیر خلاصه کرد: تکان های جزئی اما مکرر، اعضای اصلی ساختمان بدون آسیب دیدن در برابر زلزله مقاومت می کنند (ماندن در محدوده الاستیک). با این حال، قطعات ساختمانی که بار حمل نمی کنند ممکن است آسیب های قابل ترمیم را متحمل شوند. تحت لرزش متوسط ​​اما گاه به گاه، اعضای اصلی ممکن است آسیب های قابل ترمیم را متحمل شوند، در حالی که قسمت های دیگر ساختمان حتی ممکن است نیاز به تعویض داشته باشند. تحت لرزش شدید اما نادر، اعضای اصلی ممکن است آسیب های شدید (حتی جبران ناپذیری) متحمل شوند، اما ساختمان نباید خراب شود. ساختمان های مهم مانند بیمارستان ها و ایستگاه های آتش نشانی نقش مهمی در فعالیت های پس از زلزله ایفا می کنند و باید بلافاصله پس از زلزله عملکرد خود را حفظ کنند. در بحث مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای این سازه ها باید آسیب بسیار کمی متحمل شوند و باید برای سطح بالاتری از حفاظت از زلزله طراحی شوند. به همین ترتیب، سدها، نیروگاه هسته ای و غیره باید برای سطح بالاتری از حرکت زلزله طراحی شوند تا پس از یک حرکت قوی زمین ، فاجعه دیگری ایجاد نشود. افزودن دیوارهای برشی جدید، اغلب برای مقاوم سازی ساختمان های اسکلت بتنی مسلح غیر شکل پذیر استفاده می شود. عناصر افزوده شده می توانند عناصر بتنی یا پیش ساخته کرگیری بتن و مقاوم سازی باشند. ترجیحاً عناصر جدید در نمای بیرونی ساختمان قرار داده شود. در داخل سازه برای اجتناب از قالب بندی داخلی ترجیح داده نمی شود.  

• مدل سازی ساختمان

جداسازی روبنا از فونداسیون به عنوان جداسازی پایه شناخته می شود. این قوی ترین ابزار برای تکنیک کنترل ارتعاشات ساختاری غیرفعال است. سیستم های جداسازی پایه یا سیستم جداسازی لرزه ای دو نوع هستند که شامل بلبرینگ های الاستومری و سیستم کشویی هستند. میراگرهای لرزه ای به جای عناصر سازه ای، مانند مهاربندهای مورب، برای کنترل آسیب های لرزه ای در سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند. تا حدی انرژی لرزه ای را جذب کرده و حرکت ساختمان ها را کاهش می دهد. انواع میراگرهای لرزه ای عبارتند از:  

1. انرژی دامپرهای چسبناک با عبور از سیالکون بین آرایش سیلندر پیستون جذب می شود
2. میراگرهای اصطکاکی. انرژی توسط سطوح جذب می شود و اصطکاک بین آنها به یکدیگر مالیده می شود
3. بازدهی دمپرها. انرژی توسط اجزای فلزی جذب می شود

  در اینجا بر مقاوم سازی ساختمان و سازه های بنایی تاریخی از نقطه مقاومت لرزه ای بر اساس تحلیل شکست متمرکز شده است. در سازه های تاریخی، برنامه های مرمت ضروری شده اند زیرا چرخه زندگی آنها از اعضای سازه ای و غیر ساختاری به دلیل نتیجه طبیعی ساختار مواد، شرایط محیطی و یا خطاهای کاربر تکمیل شده است. یکی از مهمترین تصمیمات مداخله ای در مراحل مرمت در بناهای تاریخی به عنوان مقاوم سازی سازه شناخته می شود. تکنیک های انتخاب مقاوم سازی اعضای سازه ای به موضوعی بسیار مهم در زمینه مرمت بناهای بنایی تاریخی متعلق به میراث فرهنگی تبدیل شده است. علاوه بر این ، باید تصمیم گرفته شود تا شکل اولیه این ساختمان ها بهینه حفظ شود و برای افزایش عمر مفید ساختمان مداخله شود. در بحث مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای، حفظ هویت تاریخی و ارزش ساختمانی مهم است. بنابراین، کاربردهای مقاوم سازی برای جلوگیری از سطح آسیب و داشتن سطح مناسب سازه برای مقاومت در برابر اثرات پویا مانند زلزله ضروری شده است. در اینجا هدف از مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای تعیین اصول اصلی با استفاده از تکنیک های متداول و مدرن در محدوده آزمایشات آزمایشگاهی و رویکردهای عددی در بازیابی ساختارهای تاریخی است. کاربردهای مقاوم سازی برای جلوگیری از سطح آسیب و داشتن سطح مناسب سازه برای مقاومت در برابر اثرات پویا مانند زلزله ضروری شده است. ساختمان های بنایی در بسیاری از کشورهای جهان با مقاومت ناکافی در برابر بارهای زلزله مشخص می شوند. استفاده از تکنیک های مناسب برای مقاوم سازی سازه های بنایی تاریخی باید با ارجاع به سیستم سازه و اعضای اضافی و همچنین تعمیر و مقاوم سازی در دوره بعد از ساخت سازه های ذکر شده انجام شود و این واقعیت از نظر حفاظت از اصل مورد ارزیابی قرار می گیرد.

  نتیجه گیری امروزه حفظ شکل اولیه در کاربردهای مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای سازه های تاریخی مورد توجه قرار می گیرد و بنابراین انتقال هویت تاریخی ساختمان به نسل های آینده ممکن است. علاوه بر این، نیاز به عملکرد مجدد ساختار، بهبود تکنیک های تعمیر و تقویت در طول زمان، مشخصات فنی در حال اجرا و همکاری متخصصان رشته های مختلف منجر به توسعه راه حل های جدید در برنامه های ترمیم می شود. تعمیر و تقویت برنامه های کاربردی به طور معمول استفاده می شود به عنوان بخشی از بازسازی کار در سازه های بنایی تاریخی برای سال های اخیر. تا سال 1980، روش های کاربردی شامل برداشتن قوس کف یا چوب از طریق جلوگیری از دیوار بنایی باربر، ساختن یک سیستم باربر ثانویه جدا از سیستم تحمل فعلی با تامین سیستم باربری RC در فضاهای داخلی بزرگ و خراب شدن است. در محدوده سازه های بنایی مورد بررسی، به منظور تعیین تغییر سازه یا زمان ساخت سازه مورد بررسی، باید بررسی شود که آیا سازه با استفاده از نقشه های قدیمی در محل خود قرار دارد یا خیر. در مرحله پروژه مرمت، از عکس های تاریخی و نقشه های قدیمی برای جمع آوری داده ها و اسناد در نمای ساختمان استفاده می شود. بنابراین، اطلاعاتی در مورد ارتفاع کف، تعداد طبقات، حیاط پشت بام، فرم سقف سازه، ارتباط با سازه های مجاور و موقعیت پنجره ها به دست می آید.