مقاوم‌سازی ساختمان‌های فولادی با استفاده از دیوارهای برشی بتنی پیش‌ساخته و ارزیابی تأثیر آن بر پایداری لرزه‌ای

فردین ولیزاده¹

1) دانشجو کارشناسی ارشد عمران گرایش سازه

کد IOI مقاله : AACZ-AACAZE
محل انتشار : پنجمین کنفرانس بین المللی مقاوم سازی لرزه ای(5icst.ir)
چکیده :
    ساختمان‌های فولادی قدیمی به‌دلیل طراحی بر اساس استانداردهای لرزه‌ای قدیمی، اغلب در برابر زلزله‌های شدید آسیب‌پذیر هستند و نیاز به مقاوم‌سازی دارند. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر استفاده از دیوارهای برشی بتنی پیش‌ساخته بر مقاوم‌سازی ساختمان‌های فولادی و ارزیابی پایداری لرزه‌ای آن‌ها انجام شد تا ضمن بهبود رفتار لرزه‌ای، هزینه‌ها و اثرات زیست‌محیطی کاهش یابد. برای این منظور، یک ساختمان فولادی ۵ طبقه با قدمت ۳۰ سال که در منطقه‌ای با خطر زلزله بالا (شتاب اوج ۰٫۳۵g) قرار داشت، به‌عنوان مدل مطالعاتی انتخاب شد. این سازه دارای مهاربندهای همگرا بود، اما به‌دلیل سختی ناکافی، جابجایی نسبی طبقات آن تحت زلزله از حد مجاز فراتر می‌رفت. مقاوم‌سازی با نصب ۸ دیوار برشی بتنی پیش‌ساخته با ضخامت ۲۰ سانتی‌متر و مقاومت فشاری ۳۰ مگاپاسکال در گوشه‌های پلان انجام شد. دیوارها با اتصالات پیچ و جوش به اسکلت متصل شدند و برای کاهش ردپای کربن، از ۲۰ درصد سرباره کوره در بتن استفاده شد. تحلیل‌های عددی با نرم‌افزار SAP2000 انجام شد و مدل تحت زلزله‌ای با شتاب اوج ۰٫۳۵g و شتاب‌نگاشت زلزله منجیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که جابجایی نسبی طبقات از ۳٫۱ درصد به ۱٫۴ درصد کاهش یافت، که بهبود ۵۵ درصدی را نشان می‌دهد و سازه را در محدوده ایمن استاندارد ۲۸۰۰ قرار داد. ظرفیت باربری جانبی ۳۳ درصد افزایش یافت و نیروی برشی پایه از ۱۲۰۰ کیلونیوتن به ۱۶۰۰ کیلونیوتن رسید. جذب انرژی لرزه‌ای نیز ۵۱ درصد بهبود یافت و از ۴۵۰ کیلوژول به ۶۸۰ کیلوژول رسید، که به‌دلیل رفتار هیسترزیس پایدار دیوارها بود. تنش در اتصالات در محدوده ایمن (کمتر از ۲۴۰ مگاپاسکال) قرار داشت و پس از تقویت جوش‌ها، از ۲۳۰ مگاپاسکال به ۱۹۰ مگاپاسکال کاهش یافت. افزایش بار مرده ناشی از دیوارها (۳۸۴۰۰ کیلوگرم) نشست فونداسیون را از ۱۲ میلی‌متر به ۱۴ میلی‌متر افزایش داد، که همچنان در محدوده مجاز بود، اما نیاز به تقویت فونداسیون با شمع‌های بتنی به طول ۱۰ متر را ایجاد کرد. از منظر زیست‌محیطی، تولید دیوارها ۲۶۰۰۰ کیلوگرم دی‌اکسید کربن منتشر کرد، اما استفاده از سرباره کوره این مقدار را ۱۵ درصد کاهش داد. از منظر اقتصادی، هزینه مقاوم‌سازی ۴۰۰ میلیون تومان بود، که ۳۳ درصد کمتر از روش‌های دیگر (مانند مهاربندهای BRB) بود، و زمان اجرا را از ۴ ماه به ۲٫۵ ماه کاهش داد. با این حال، چالش‌هایی مانند افزایش بار مرده، نیاز به تخصص بالا در اجرای اتصالات، و تأثیرات زیست‌محیطی تولید بتن وجود داشت. برای مثال، نصب دیوارها ۵ متر مربع از فضای مفید را کاهش داد و تقویت فونداسیون ۱۵۰ میلیون تومان هزینه اضافی داشت. این مقاله نشان داد که دیوارهای برشی پیش‌ساخته می‌توانند راهکاری مؤثر و اقتصادی برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های فولادی در مناطق زلزله‌خیز باشند. برای تحقیقات آینده، پیشنهاد می‌شود از بتن‌های بازیافتی برای کاهش ردپای کربن استفاده شود، تأثیر این روش در برابر زلزله‌های شدیدتر (بیش از ۰٫۵g) بررسی گردد، و اتصالات پیشرفته‌تر (مانند سیستم‌های مدولار) برای بهبود کیفیت و کاهش زمان اجرا توسعه یابند. این روش می‌تواند به‌عنوان یک راهکار استاندارد در شهرهایی مانند تهران و تبریز که دارای ساختمان‌های فولادی قدیمی هستند، به کار گرفته شود و به افزایش ایمنی و توسعه پایدار کمک کند.

کلمات کلیدی : مقاوم سازی ساختمان های فولادی دیوار برشی پیش ساخته پایداری لرزه ای