آمارها نشان می‌دهد که تلفات ناشی از زلزله در مورد سازه‌های اسکلت فولادی، در مقایسه با سایر انواع سازه‌ها، به مراتب کمتر است. در نتیجه، تلاش ها و تمرکزها عمدتاً برای مقاوم سازی سازه های بتنی انجام می‌شد. با این حال، اخیراً ساختمان‌های فولادی نیز مورد توجه قرار گرفته است. زیرا در این سازه‌ها، بارها و نیروهای لرزه‌ای می‌تواند باعث ایجاد کمانش در اسکلت فلزی ساختمان شود. عملکرد لرزه‌ای ساختمان از طریق تجزیه و تحلیل فشار با استفاده از نرم افزار FEM SAP2000 اندازه گیری می‌شود.
استفاده از ورق فولادی و پیچ کردن یا جوش دادن آن به مقاطع یکی از راههای تقویت سازه‌های فلزی است؛ اما این روش با محدودیت‌هایی همراه است. به عنوان مثال، اتصال ورق به روش جوشکاری، موجب افزایش تنش پسماند در عضو خواهد شد. از طرف دیگر، سنگینی و عدم انعطاف‌پذیری کافی صفحات می‌تواند محدودیت‌هایی را ایجاد کند. همچنین، احتمال ترک خوردگی افقی در مورد صفحات نسبتاً ضخیم وجود دارد. بنابراین، دقت در اجرای این روش، از اهمیت بسزایی برخوردار است. دیگر روش‌هایی که می توان جهت تقویت سازه های فولادی بکار گرفت، عبارتند از:
- افزودن میان قاب
- اجرای دیوار باربر
- اجرای وال پست
- اجرای صحیح و اصولی بادبند
- دیوار برشی فولادی
- اضافه کردن ستون
- اجرای تیر فرعی بین ستون‌ها
- تقویت اتصالات و عناصر سازه فولادی
- افزایش مقاومت تیر فولادی با FRP
- ژاکتینگ جهت مقاوم سازی تیر و ستون در سازه های فولادی
- اضافه کردن ورق سیاه فولادی به ستون
- اجرای میلگرد بستر
- اجرای دستک فشار و کشش
1- میان قاب
میان قاب با کاهش تقریباً 20 درصدی زمان تناوب سازه، مقاومت و سختی جانبی سازه را افزایش داده و سبب تقویت ساختمان‌های اسکلت فولادی می‌شود. در زمان استفاده از این کاراکتر، اندرکنش المان‌های سازه های با میان قاب باید مورد بررسی قرار گیرد.
2- اجرای دیوار باربر
در مواردی که مقاوم سازی المان‌های سازهای (مثل تقویت اتصالات تیر و ستون) امکان‌پذیر نیست، اجرای دیوار باربر می‌تواند راهکار مناسبی برای تقویت ساختمان باشد. دیوار باربر در زیر تیر اجرا می‌شود و سازه را در برابر بارهای ثقلی (و نه بارهای جانبی) مقاوم می‌کند. دیوار باربر درواقع با کنترل خیز تیر، در برابر نیروهای ثقلی مقاومت ایجاد می‌کند.
3- وال‌پست و تقویت سازه های اسکلت فلزی
یکی دیگر از بهترین روش های مقاوم سازی سازه های فولادی، اجرای وال‌پست است. این المان از طریق درگیر کردن دیوار با اسکلت، کمک می‌کند تا عملکرد دیوار یکپارچه و همگن شود و استحکام آن افزایش شود. اجرای دیوار تیغه‌ای، سازه را در برابر بارهای جانبی مثل زلزله حفظ کرده و مانع از فروپاشی دیوار در زمین لرزه‌ها می‌گردد. جهت اطلاع بیشتر در این مورد، به مقاله وال پست چیست مراجعه نمایید.
4- مهاربند جهت بهسازی سازه های فولادی
مهاربند یا بادبند انواع مختلفی دارد که با توجه به طراحی سازه و منطقه‌ای که سازه در آن ساخته می‌شود، نوع مناسب انتخاب و اجرا می‌شود. به طور کلی، در سازهای فولادی، دو نوع اصلی وجود دارد: مهاربند همگرا و واگرا. این دو سیستم هر کدام به زیر گروه‌های دیگری تقسیم می‌شوند. به طور کلی، مهاربند کمک می‌کند تا سازه فولادی در برابر بارها و نیروهای جانبی مثل نیروهای حاصل از زمین‌لرزه و باد، تقویت شود. جهت اطلاعات کامل در این مورد، به مقاله بادبند چیست مراجعه نمایید و حتماً از مطلب مهاربند همگرا و واگرا دیدن کنید.
5- دیوار برشی فولادی
صرفه اقتصادی، اجرای آسان و وزن کم دیوار برشی فولادی نسبت به سیستم های مشابه، توجه مهندسان را برای بکارگیری آن به منظور افزایش مقاومت سازه های فولادی، جلب کرده است. اجرای این سیستم سبب جذب بارها و نیروهای وارد بر سازه می‌شود. همچنین، کمک می‌کند تا تنش پسماند در سازه به طور چشمگیری کاهش پیدا کند. اجرای دیوار برشی فولادی در مورد سازه‌های بلند اقتصادی‌تر است. به طور کلی، دیوار برشی زمانی به سازه اضافه می‌شود که مشخص شود دیوارهای جانبی ساختمان، از نظر سختی و استحکام جانبی ضعف دارند. اگر قرار است دیوار برشی جهت تقویت سازهای که قبلاً ساخته شده بوده، مورد استفاده قرار بگیرد و در واقع به سازه اضافه شود، قبل از اجرا، فونداسیون ساختمان باید تجزیه و تحلیل شود. این آنالیز به منظور کنترل نیروهای وارد بر پی و بلند شدگی لازم است.
6- اضافه کردن ستون از راههای تقویت سازه های فولادی
اضافه کردن ستون به طبقه نرم در دو جهت، استحکام سازه فولادی را به دو صورت افزایش می‌دهد:
- بالا بردن سختی.
- افزایش ظرفیت باربری تیر به واسطه کاهش سطح بارگیر تیر.
7- اجرای تیر فرعی بین ستون ها
در مواردی که تیرها قادر به تحمل نیروهای وارده نیستند و بر اثر وارد شدن بار، خیز بر می‌دارند، اجرای تیر فرعی کمک می‌کند تا وزن دیوار روی تیرها، نصف شود. محل اجرای تیرهای فرعی، در بین ستون ها و در وسط دهانه است. اتصال تیری که اضافه می‌شود، باید از نوع اتصال مفصلی باشد تا مقاومتی در برابر نیروهای جانبی ایجاد نشود.
8- تقویت اتصالات و عناصر سازه های فولادی
یکی دیگر از کارهایی که می‌توان جهت مقاوم سازی سازه های فولادی انجام داد، تقویت اتصالات و عناصر سازه‌های فولادی است. بسیاری از آسیب‌ها و خساراتی که به چنین سازه هایی ایجاد می‌شود، ناشی از ضعف و عدم رعایت در زمان طراحی یا اجرای اتصالات است. اتصالات باید بتواند حدأکثر نیروهایی را که به عناصر سازه وارد می‌آید، تحمل کند. در این مورد، قاب های خمشی اتصالات یک سازه فولادی، از اهمیت بسزایی برخوردار است. اجرای صحیح و اصولی اتصالات به ویژه اتصالات تیر به ستون، به طور چشمگیری خرابی‌های ناشی از زمین‌لرزه و نیروهای مشابه کاهش را داده و از آن جلوگیری می‌کند.
9- مقاوم سازی سازه های فولادی با FRP
بخشی از بهسازی سازه های فولادی، مربوط به تقویت تیرهاست. جهت تقویت این المان می‌توان از میلگرد کامپوزیت (FRP) استفاده کرد. میلگرد بازالت نمونه‌ای از آرماتورهای کامپوزیت است. تیرها وظیفه انتقال بارهای وارده از کف سازه به ستون را دارند. برای تقویت تیر فولادی در این امر و جلوگیری از خمش آن، می‌توان از FRP استفاده کرد. به این صورت که با چسباندن FRP به قسمتی از مقطع که تحت کشش قرار می‌گیرد، آن را تقویت کرد. بدین ترتیب، می‌توان با تقویت بال تحتانی تیر فولادی دو سر مفصل، آن را تقویت نمود. برای تیرهایی که در قاب‌های چندگانه استفاده می‌شوند و همچنین تیرهای دو سر گیردار، می‌توان با تقویت بال تحتانی به وسیله FRP در میانه طول عضو و همچنین بال میانی در قسمت نزدیک تکیه گاه، خمش عضو را تقویت کرد.
تقویت تیرهای فولادی با FRP
در سازه های فولادی، تیرها جزء اعضای خمشی هستند. در فرایند خمش، بخشی از مقطع تحت فشارش قرار می‌گیرد و ممکن است کمانش رخ دهد. در این روش برای تقویت تیر فولادی، FRP را روی اجزای سطح مقطع تیر فولادی می‌گذارند. این کار منجر به مهاربندی آن‌ها در برابر کمانش موضعی می‌شود. جا نمایی FRP در سطح مقطع تیر، به شرایط مختلفی بستگی دارد، از جمله:
- نوع سطح مقطع عضو
- شرایط تکیه گاهی
- ویژگی های ابعادی بال و جان مقطع
بهبود ظرفیت کمانش پیچشی جانبی و افزایش بار بحرانی کمانش عضو، نتیجه استفاده از FRP در تیرهای فولادی است.
10- ژاکتینگ راهی برای مقاوم سازی ستون و تقویت تیر در اسکلت فولادی
جهت تقویت ستون در اسکلت فولادی و به تبع آن، مقاوم سازی سازه های فولادی، می‌توان از ژاکت فولادی استفاده کرد. ژاکتینگ (Jacketing) تکنیکی است جهت افزایش استحکام و مقاومت اعضای موجود در سازه، مثل تیرها و ستون‌ها. ستون‌ها برای انتقال بارها از بالا به پایین طراحی شده‌اند. در این روش، مقطع تیر، با استفاده از ورق‌های فولادی تقویت می‌شود. بسته به شرایط، مقطع تیر می‌تواند به صورت موضعی، نواری و یا دورپیچ تقویت شود. اتصال ورق‌های فلزی پیرامونی به تیر، با بولت صورت می‌گیرد.
برای مقاوم سازی ستون‌ها و تحمل بارهای اضافی، اندازه ستون‌ها باید افزایش یابد. این افزایش در اندازه ستون، با استفاده از لایه اضافی شامل آرماتور و بتن بوده، از آن‌ها ساخته می‌شود و به عنوان ژاکت ستون شناخته می‌شود. ژاکت ستون روش مناسبی برای مقاوم سازی سازه های قدیمی و همچنین سازه هایی که بر اثر زلزله آسیب دیده‌اند، می‌باشد. مقاوم سازی ستون فولادی به روش ژاکتینگ، سختی و مقاومت ستون را در برابر کمانش افزایش می‌دهد. همچنین، سختی و مقاومت اعضای سازه را نیز در برابر کمانش را بالا می‌برد. استفاده از ژاکت در تیرهای فولادی نیز موجب بالا رفتن ظرفیت خمشی و برشی خواهد شد. ژاکتینگ تغییر قابل توجهی در افزایش وزن سازه ایجاد نمی‌کند.
11- افزودن ورق فولادی به ستون
تقویت ستون‌ها، خود راهی برای مقاوم سازی یک سازه فولادی است. مقاومت ستون‌های یک سازه اسکلت فلزی را می‌توان با اضافه کردن ورق فولادی به بال یا جان تیرآهن بالا برد. اضافه کردن ورق به بال ستون و افزایش ضخامت بال، کمک می‌کند تا از کمانش موضعی بال ستون جلوگیری شود. افزودن ورق به جان ستون نیز کمک می‌کند تا ممان اینرسی در امتداد یا موازات جان، بیشتر شود.
12- آرماتور بستر
اجرای آرماتور بستر را می‌توان یکی از راههای نوین تقویت دیوارهای سازه در برابر نیروهای کششی و فشارشی دانست. در مورد انواع دیوارهای سفالی و آجری و باربر و غیرباربر، آرماتور بستر کاربردی و قابل اجرا است و سبب افزایش مقاومت دیوارها در برابر نیروهای ناشی از زمین لرزه می‌شود. نحوه صحیح اجرا و رعایت استانداردهای اجرایی و ضوابط میلگرد بستر، در این مورد بسیار مهم است. جهت خرید و اجرای این المان به بخش آهن آلات سایت شرکت مهندسی آنلاین سازه مراجعه نمایید.
13- اجرای دستک فشار و کشش
دستک فشار و کشش، با هدف مهار کنسول‌ها اجرا می‌شود. این کار در مواقعی که طول کنسول زیاد است صورت می‌گیرد. زیرا طویل بودن کنسول سبب ایجاد بار اضافی می‌شود. از این رو، برای مهار کنسول لازم است تا با توجه به نیروهای وارده، دستک‌هایی در بالا یا پایین کنسول اجرا شود. وجود دستک کمک می‌کند تا از اعمال تنش‌های خمشی مضاعف به ستون و خیز بیش از حد، جلوگیری شود.
علاوه بر همه مواردی که در بالا جهت مقاوم سازی سازه های فولادی ذکر شد، می‌توان از میراگر نیز نام برد. میراگر یک جاذب لرزه‌ای است. تقویت سازه با استفاده از میراگر، دامنۀ ارتعاشات مکانیکی را کم می‌کند و به این ترتیب می‌تواند آسیب به سازه را کاهش دهد.
استفاده از ورق ضد سایش در سازه‌هایی که بارهای مکانیکی در آن ها زیاد است و از طرف دیگر کاهش وزن نیز مهم می‌باشد، بسیار کارآمد است.