مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله (1398/09/27)

مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله

مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله

اکثرا ساختمان هاي موجود در کشورمان را مي توان جزء ساختمان هاي نيمه مقاوم و يا غير مقاوم در مقابل زمين لرزه ها طبقه بندي کرد. نيروي وارد بر سازه هاي بتني هنگام زلزله به عوامل مختلفي بستگي دارد.

اين عوامل در آيين نامه هاي بارگذاري کشورهاي مختلف آمده است. با تغيير هر يک از اين عوامل، به نحوي که در کاهش نيروي زلزله موثر باشد مي توان از نيروي وارد بر ساختمان کاست.

کاهش وزن ساختمان در روش هاي بار جانبي معادل استاتيکي که در بسياري از ساختمان ها مورد استفاده مي گيرد بطور مستقيم در کاهش نيروي برش پايه ساختمان موثر است. 

سبک سازي يکي از مباحث نوين در علم ساختمان است که روز به روز در حال گسترش و پيشرفت مي باشد. اين فن آوري عبارتست از کاهش وزن تمام شده ساختمان با استفاده از تکنيک هاي نوين ساخت مصالح جديد و بهينه سازي روش هاي اجرا کاهش وزن ساختمان.

علاوه بر صرفه جويي در هزينه زمان و انرژي زيان هاي ناشي از حوادث طبيعي مانند زلزله را کاهش داده و صدمات ناشي از وزن زياد ساختمان را به حداقل مي رساند. 

در سازه هاي بتني، وزن خود بتن قسمت عمده اي از بار مرده ي وارد بر سازه را تشکيل مي دهد و بنابراين امتيازات قابل توجهي در کاهش وزن آن وجود خواهد داشت. 

از جمله موارد براي کاهش وزن بتن، بدون کاهش مقاومت، استفاده از سنگدانه هاي سبک مي باشد. در اين مقاله به بررسي و تحقيق در خصوص روشهاي سبک سازي بتن و افزودني هاي مربوطه پرداخته شده است.

مقدمه

سبک سازی یکی از مباحث نوین در علم ساختمان است که روز به روز در حال گسترش و پیشرفت می باشد.سبک و مقاوم سازی ساختمان ها در برابر زلزله امری ضروری به شمار می رود و در این راستا ارتقا سطح علمی و تخصصی در جامعه مهندسی کشور و آشنایی با سیستم ها و مصالح جدید ساختمانی امری اجتناب ناپذیر می باشد.

از سوی دیگر حل مشکلاتی نظیر زمان طولانی اجرا و یا هزینه زیادی اجرای ساختمان ها در بخش مسکن نیازمند ارايه راهکارهای گسترش استفاده از روش های نوین و مصالح ساختمانی جدید جهت کاهش وزن ، کاهش زمان ساخت و نهایتا کاهش هزینه اجرا می  باشد.

این امر به نوبه خود موجب بهینه سازی ساخت، افزایش تولید مسکن در کشور و رسیدن به شرایط مطلوبتر در اجرا خواهد بود.ضرورت امر سبک سازی با توجه به کاهش نیروی وارد بر ساختمان ، یکی از روشهای کاهش نیروی وارد بر ساختمان در برابر زلزله تبیین می گردد؛ یکی از روشهای کاهش نیروی وارد بر ساختمان در زلزله «نیروی برشی پایه» براساس اکثر آئین نامه های موجود از جمله استاندارد 2800 زلزله ، کاهش وزن سازه می باشد.

Vâ=C.Wâ

در این راستا از مهندسین و معماران سازنه ساختمان در دنیا با استفاده از بتن سبک در قسمت های مختلف بنا با سبک کردن وزن ساختمان به طور مستقیم(به لحاظ سبکی ویژه این نوع بتن) و صرفه جویی در مصرف انرژی بطور غیر مستقیم (به لحاظ عایق بودن این نوع بتن در مقابل سرما و گرما و در نتیجه کاهش میزان مواد سوختی)، از لحاظ اقتصادی امروزه گام های بلند و مهمی برداشته اند.

با توجه به اینکه ایران کشوری زلزله خیزی است ساخت اماکن مسکونی با مصالح سبک باید به عنوات یک اصل پذیرفته می شود. استفاده از مصالح ساختمانی سبک در دراز مدت موجب پایین آمدن هزینه ها و کاهش تلفات ناشی از خرابی زلزله های احتمالی می شود.

در نتیجه امروزه پیشرفت علم در صنعت ساختمان و استفاده از تکنولوژی نوین در آن مهندسین ساختمان را ناگزیر از استفاده بهینه از مصالح ساختمانی و سبک سازی هرچه تمام تر سازه ها کرده است.

 بهره گیری از روش علمی فناوریهای نوین و مصالح جدید یکی از ضرورت های اساسی جهت ارتقا کیفی صنعت ساختمان در کشور به شمار می رود.

2- بتن سبک

یکی از مصالح سبک‌ «مصالحی که وزن مخصوص آنها از نمونه های مشابه کمتر بوده و استفاده از آنها به کاهش وزن کلی ساختمان منجر می گردد» و کار آمد در صنعت ساختمان مدرن است.

به طور کلی هزینه تهیه بتن سبک بیشتر از بتن معمول می باشد ولی با توجه به مزایای زیاد این بتن ، تمایل جهانی جهت مصرف بیشتر بتن سبک و استفاده از آن برای کاربردهای جدید رو به افزایش است.

از جمله مهمترین کاربردهای جدید بتن سبک قاب های ساختمانی چند طبقه، دیوار های جداکننده، ساختمان های مرتفع ، سقف های پوشاننده پوسته ای قوسی، صفحات انعطاف پذیر پلها ، عناصر پیش تنیده و پس تنیده را میتوان نام برد.

بکارگیری بتن سبک به عنوان یک نوع از مصالح ساختمانی نوین ضمن کاهش بار مرده ساختمان سرعت بسیار زیادی در اجرا بوجود می اورد.

مزایای استفاده از بتن سبک عبارتست از:

  • کاهش وزن سازه با توجه به وزن کم « در حدود 300 تا 1750 کیلوگرم در متر مکعب»در مقایسه با بتن معمولی با وزن مخصوص 2400kg/m3
  • کاهش ابعاد عناصر سازه ای و اماکن استفاده از مقاطع کوچکتر
  • کاهش نیروی زلزله وارد بر سازه
  • کاهش بار وارد بر قالبهای بتنی به دلیل کاهش ابعاد و وزن مخصوص کم بتن های سبک
  • کاهش ابعاد پی ساختمان
  • برخورداری از امتیاز سرعت در نصب و انطباق با هرنوع نقشه ساختمانی
  • مقاومت زیاد
  • بتن سبک از لحاظ انتقال حرارت و صدا عایق بهتری نسبت به بتن معمولی محسوب می شود.

2-1 خصوصیات بتن سبک

ترکیبات این بتن به گونه ای عمل می کند که حالت ضدرطوبت به خود گرفته و به مانند بتن معمولی که جذب آب دارد عمل نکرده و آب را از خود دفع می کند. این بتن تحت فشار مستقیم (پرس) ساخته می شود.

بدلیل شکل گیری بتن در فشار ، ساختار آن دارای یکپارچگی قابل قبولی است.بتن سبک در قالبهای طراحی شده توسط متخصصین ، بصورت یکپارچه ریخته می شود.

بدلیل یکپارچگی در نوع ساختمان بتن ، قطعه تولیدی از استحکام بالایی برخوردار شده و مقاومت بالایی نیز در برابر زلزله از خود نشان خواهد داد. برای تقویت این بتن از یک یا چند لایه شبکه فلزی در داخل بتن استفاده شده که در این حالت همانند مسلح کردن بتن معمولی بوسیله میلگرد می باشد.

 هزینه تولید بتن سبک از دیگر مواد ساختمانی به نسبت ویژگی آن پایینتر است. زمان بسیار کمتری جهت تولید دیوارهای بتنی سبک یا قطعات دیگر لازم است.

پرت مواد اولیه جهت تولید بتن سبک بسیار کمتر از بتن معمولی است.چون تمام مراحل تولید در محل مشخصی صورت گرفته و جهت تولید پروسه ای طراحی گردیده است.

کاربرد بتن سازه ای سبک در مرحله اول مبتنی بر ملاحظات اقتصادی است. انواع بتن سازه ای سبک را میتوان با توجه به روش تولید آنها بصورت زیر طبقه بندی کرد:

  • بتن اسفنجی
  • بتن بدون ریز دانه
  • بتن سبک دانه

 2-1-1بتن اسفنجی

با ایجاد حفره های بزرگ در داخل بتن با ملات بدست میاید.این حفره ها باید به وضوح از حبابهای فوق العاده ریز ناشی از حباب ریز قابل تشخیص باشند.عمده کاربرد بتن اسفنجی در برابر یخ زدن و ذوب شدن های متوالی است.

انواع مختلف این نوع بتن با اسامی بتن اسفنجی،بتن متخلخل و بتن کفی یا گازی شاخته می شوند.

 -3فوم بتن

فوم بتن مصالحی است جدید که برای مصارف مختلف در ساختمان به کار می رود. باید اشاره کرد خواص فیزیکی منحصر به فرد این محصول ، آن را بتنی سبک و عایق با مقاومت لازم و کیفیت مطلوب می نماید.

فوم بتن از ترکیب سیمان ، ماسه بادی،(ماسه نرم)، آب و فوم (ماده شیمیایی تولید کننده کف) تشکیل می شود. ماده کف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص با سرعت زیادی حبابهای هوا را تولید و تثبیت نموده و کف حاصل که کاملا پایدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سیمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط کن ویژه ، خمیری تشکیل می دهد که به صورت در جا قابل فلزی یا پلاستیکی قابل استفاده می باشد.

لازم به ذکر است این خمیر پس از خشک شدن با توجه به درصد سیمان و ماسه بادی دارای وزن فضایی از 300 الی 1600 کیلوگرم در متر مربع خواهد بود.

با توجه به ویژگی های عمده فوم بتن از آن می توان در شیب بندی پشت بام، کفسازی طبقات، ساخت بلوک های غیر باربر سبک و پانل های جداکننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص استفاده نمود.

1-2-2 بتن بدون ریز دانه

بتن بدون ریز دانه با حذف ریز دانه ها از مخلوط جهت تشکیل تعداد زیادی حفره های درونی در بتن تولید می گردد.در این موارد معمولا درشت دانه های معمولی مورد استفاده قرار می گیرند.

بتن بدون سنگدانه ی ریز مقاومت کمتری را به علت وجود منافذ خواهد داشت.این بتن در مواردی که نیاز به مقاومت زیاد الزامی نیست و انتقال حرارت و یا سایر ویژگی های بتن سبک مورد نظر باشد، کاربرد دارد.

1-3-2بتن سبک دانه

بتن سبک دانه با استفاده از سنگ دانه های سبک و متخلخل که وزن مخصوص ظاهری آنها کمتر از 6/2 می باشد. این نوع بتن بعنوان بتن دانه سبک شناخته می شود. اولین تقسیم بندی در این بتن را میتوان از نظر نوع سنگ دانه های مورد استفاده به سنگ دانه های طبیعی و مصنوعی قائل گردید.

سبکدانه های طبیعی

سنگدانه طبیعی سبک منشا آتشفشانی یا رسوبی دارند. از سنگدانه های سبک آتش فشانی پامیس «پوگه سنگ»،اسکوریا «سنگ یا»،خاکستر ها و توف ها و از سنگدانه های سبک رسوبی دیاتومیت را می توان نام برد.

سبکدانه های مصنوعی

سبکدانه های مصنوعی به روش های ذیل تولید میگردد.

  • ازحرارت پدادن و تانبساط خاک رس سنگ رسی سنگ لوح پرلیت ورمیکولیت اپسیدین و سنگ رس دیاتومه ای بدست می آیند.
  • سربار مخذاب کوره های آهنگدازی با پاشیدن مقادیر کنترل شده آب به کمک جت آبی منبسط می گردد.
  • از جوش های صنعتی حاصل از خاکستر کوره های زغال سنگ استفاده میشود.
  • دانه های سبک از ترکیبات آلی نظیر پلی استایرن منبسط شده تولید می شوند.

 

در ادامه نمونه هایی از سبکدانه های تولیدی داخل کشور مورد بررسی قرار می گیرد.

4- لیکا

واژه لیکا از عبارتlight Expanded clay Aggregate  (دانه رس سبک منبسط شده)گرفته شده است. این دانه ها در کوره های گردان و در حرارت حدود 1200 درجه سانتیگراد ، از انبساط نوع خاصی از خاک رس تولید می شوند.

دانه های لیکا دارای شکل تقریبا گرد و سطح زبر و ناهموارند. رویه میکروسکوپی خارجی دانه ها، دارای خلل و فرج ریز و قهوه ای رنگ و بخش داخل دانه ها ، دارای بافت سلولی سیاه رنگ است.

این دانه ها به دلیل خواص زیادی چون عایق صوتی و حرارتی ، فساد ناپذیری ، خنثی بودن، مقاومت بالا در برابر آتش و غیره ، در بخش ساختمان به صورت قطعات بتنی سبک و پرکننده مناسب و در بخش کشاورزی بدون خاک (Hydoponic) مصرف گسترده ای دارند.