مقاوم سازی ساختمان‌های آجری نیمه اسکلت

‌سیستم سازه‌ای ساختمان آجری نیمه اسکلت

• ساختمان آجری نیمه اسکلت در دسته ساختمان‌های بنایی غیر مسلح قرار می‌گیرد. اما به واسطه ستون‌های فلزی مرکزی، از دیگر انواع ساختمان بنایی غیر مسلح متمایز می‌شود.
• سیستم باربر جانبی در این گونه ساختمانی، دیوارهای آجری است که در جهت طولی معمولاً از دو دیوار موازی طویل تشکیل شده است.‌ در جهت عرضی، این نوع ساختمان به علت جهت تیرریزی سقف‌های طاق ضربی احتیاجی به دیوارهای باربر نبوده‌ و نمای ورودی ساختمان غالباً با یک قاب در و پنجره فلزی به ارتفاع طبقه پوشانده می‌شود. در جهت عرضی و انتهای ساختمان معمولاً دیوار باربر دیگری وجود دارد که در بعضی موارد به واسطه وجود نورگیر تمامی عرض ساختمان را در بر نمی‌گیرد.

چیدمان کلی از دیوارهای باربر در ساختمان‌های نیمه اسکلت

می‌توان دو نوع چیدمان کلی از دیوارهای باربر در ساختمان‌های نیمه اسکلت مشاهده کرد. در نوع اول دیوار یا دیوارهایی باربر در جهت عرضی ساختمان موجود است و ‌معمولاً در انتهای ساختمان قرار دارند و رفتار این نوع ساختمان تحت تاثیر پیچش قرار دارد. در گونه دوم، در جهت عرضی، دیوار باربر قابل قبولی وجود نداشته و ساختمان در جهت عرضی شدیداً آسیب پذیر است.

خصوصیات اجرایی و مهندسی دیوارها و ملات مورد استفاده

دیوارهای آجری اصلی‌ترین اعضای یک ساختمان بنایی نیمه اسکلت هستند. به طور کلی دیوارهای ساختمان‌های بنایی را می‌توان به دو دسته اصلی باربر و غیر باربر تقسیم نمود.

دیوار باربر

دیوارهای باربر در ساختمان‌های نیمه اسکلت برای تحمل بارهای ثقلی ساخته شده‌اند و باربری جانبی آنها در هنگام طرح ریزی ساختمان مورد نظر نبوده است. اما به واسطه عدم وجود سیستم باربر جانبی دیگری در ساختمان‌های نیمه اسکلت، دیوارهای باربر عملاً تنها اعضای باربر جانبی این ساختمان‌ها هستند. به طور کلی مقاومت دیوارهای آجری بنایی به سه پارامتر اصلی خصوصیات مصالح بکار رفته (واحد‌های آجری و ملات)، نحوه آجر چینی و هندسه دیوار بستگی دارد. مصالح به کار رفته در ساخت دیوار تاثیر بسزایی بر روی مقاومت دیوارهای بابر دارند. بطور کلی در ساختمان‌های موجود در ایران مصالح بکار رفته در ساخت دیوار که شامل واحد‌های آجری و ملات است و از استاندارد مناسبی برخوردار نیست.‌

به واسطه ترکیب غیر اصولی مواد موجود در ملات در هنگام اجرا، ملات‌های بکار رفته در دیوارهای ساختمان‌های بنایی نسبت به واحد‌های آجری دارای ایرادات بیشتری باشند.

دیوار غیر باربر

دیوارهای غیر بابر عموماً جداکننده‌هایی هستند که فضاهای ساختمان را از هم تفکیک می‌نمایند. ‌دیوارهای غیر باربر‌ به گونه‌ای ساخته می‌شوند که از لحاظ سازه‌ای عملکرد زیادی ندارند (به عنوان مثال محل قرار گیری آنها در پلان طبقات مختلف فرق می‌کند و مسیر انتقال بار پیوسته‌ای ایجاد نمی‌کند) تنها وزنشان در محاسبات سازه‌ای لحاظ می‌شود.

خصوصیات اجرایی دیوارها

• با توجه به اینکه ابعاد آجر ۵/۵×۱۱×۲۲ سانتیمتر است، دیوارهای آجری متداول به عرض ۲۲ سانتیمتر (یک آجر) و یا ۳۵ سانتی متر (۱/۵ آجر) و یا ۴۵ سانتی متر ( ۲ آجر) و یا ۵۵ سانتی متر (۲/۵ آجر) ساخته می‌شوند.
• در ساختمان‌های نیمه اسکلت دیوارهای آجری به دو دسته باربر و غیر باربر تقسیم می‌شوند.
• دیوارهای باربر تقریباً در اغلب موارد در طول پلان ساختمان قرار دارند و دارای عرضی بین ۲۲ تا ۳۵ سانتی متر (دیوار یک یا یک و نیم آجره) هستند.
• دیوارهای غیر باربر که هدف از اجرای آنها جدا کردن فضاهای ساختمان بوده، دارای ضخامتی بین ۱۱ یا ۲۲ سانتی متر (نیم یا یک آجره) هستند.
• اگر دیوار طولانی بوده باشد ( معمولاً بیشتر از ۳۰ متر‌) در هر ۵ یا ۶ متری از دیوار‌، ستونی به عرض ۳۰ سانتی‌متر از آجر که با دیوار درگیر است اجرا میشود. آجرها از نوع فشاری تو پر و یا سوراخ دار هستند.

خصوصیات اجرایی ملات‌های متداول

ملات‌هائی که بیشتر در ایران مصرف دارند شامل ملات گل آهک، ملات ماسه آهک، ملات ماسه سیمان، ملات ماسه- سیمان- آهک، ملات گچ و ملات گچ و خاک هستند. خصوصیات و توضیحات مربوط به هر یک از این ملات‌ها‌ ارائه شده است.

ملات گل آهک‌

ملات گل آهک ارزان‌ترین و ضعیف‌ترین ملات بوده و همانطوری که از اسم آن معلوم است ماده چسبنده در آن آهک شکفته است. این ملات که برای آن استانداردی تهیه نشده سابقاً در ایران بیشتر مصرف می‌شده ولی به تدریج با شناخته شدن سیمان و ماسه و خواص آنها و همچنین با توجه به افزایش تولید سیمان از مصرف این ملات کاسته شده و امروزه تقریباً به کلی مصرف آن در شهرها منسوخ شده است‌.

ملات ماسه آهک‌

ماسه مصرقی برای این نوع ملات باید ماسه خاکی باشد یعنی ماسه‌ای که در‌صد خاک آن بیشتر باشد‌. این نوع ماسه که به آن ماسه کفی هم می‌گویند از بستر رودخانه‌ها به دست می‌آید‌. آهک مورد نیاز در این نوع ملات در حدود ۳۰۰ الی ۴۰۰ کیلو گرم آهک در متر مکعب ماسه است‌. این ملات بیشتر برای آجر چینی استفاده می‌شود.

ملات ماسه سیمان‌

این ملات که مرغوب‌ترین نوع ملات در سا ختمان هستند. باید با ماسه شکسته ‌یا ماسه رودخانه‌ای کاملاً شسته تهیه شود‌. مقدار سیمان مصرفی در این نوع ملات بین ۳۰۰ الی ۶۰۰ کیلو گرم در متر مکعب است. نظر به این که سطح مخصوص ماسه به علت ریزی دانه از سطح مخصوص شن و ماسه بیشتر است و از طرفی سیمان باید مانند فیلم نازکی دور تمام دانه‌ها قرار گرفته و باعث چسبیدن آن‌ها به یکدیگر بشود. مقدار سیمان مصرفی در ملات بیشتر از مقدار سیمان مصرفی در بتن است. از این ملات می‌توان در تمام قسمت‌های سا‌ختمان مانند آجرکاری، کاشیکاری، سیمان کاری، فرش کف، سنگ کاری استفاده کرد.

ملات ماسه سیمان آهک‌

به این ملات که ملات باتارد و یا ملات حرامزاده می‌گویند از ملات‌های ارزان و محکم در ساختمان است. ماسه این نوع ملات می‌تواند ماسه رودخانه‌ای بوده و چند در‌صدی هم خاک داشته با‌شد‌. برای سا ختن این ملات باید در حدود ۱۰۰ الی ۱۵۰ کیلو گرم سیمان و ۱۵۰ الی ۲۰۰ کیلوگرم آهک در متر مکعب ماسه مصرف نمود. این ملات بیشتر در دیوار سازی و آجر کاری مصرف می‌شود. این ملات و سایر ملات‌های آهکی را نمی‌توان برای مکان‌هائی که با قیر در تماس است، مصرف نمود زیرا آهک قیر را فا‌سد می‌نماید. بعد از مصرف ملات‌هائی که در آن سیمان به کار رفته باید تا چند روز حداقل ۳ الی ۴ بار دیوار‌های ساخته شده را آب پاشی نمود زیرا در غیر این صورت به سرعت آب ملات خشک شده و در نتیجه فعل و انفعالات شیمیائی سیمان جهت سخت شدن ملات متوقف میشود و ملات به صورت جسمی جدا از هم در می‌آید که به آن ملات سوخته می‌گویند. هیچ یک از ملات‌ها مخصوصاً ملات‌های سیمانی نباید در حرارت‌های کمتر از صفر درجه مصرف شود زیرا در این صورت آب موجود در ملات یخ بسته و فعل و انفعالات شیمیائی در سیمان انجام نمی‌شود و در نتیجه ملات سخت نمی‌شود و بعد از ذوب شدن یخ به علت فاسد شدن سیمان ملات سخت نخواهد شد.

ملات گچ و گچ و خاک‌

این ملات‌ها بیشتر در موقع ساختن طاق ضربی و دیوار‌های تیغه‌ای ۵ سانتی‌متری به کار می‌رود و در‌صد خاک و گچ بستگی به سرعت گیرائی گچ دارد و معمولاً حدود ۵۰ در صد گچ و ۵۰ در صد خاک رس مصرف می‌شود‌. علت اضافه نمودن خاک رس در گچ این است که اولاً گچ و خاک ملاتی دیر‌گیر‌تر از ملات گچ خا‌لص است و در ثانی وجود خاک در گچ آن را پلاستیک‌تر می‌کند (‌خاصیت شکل پذیری ملات را بیشتر می کند‌) ملات گچ و خاک و گچ از ملات‌های زود گیر است.

‌مشخصات سقف طاق ضربی و روش‌های تقویت آن

یکی از طرق متداول پوشش سقف‌ها در ایران، استفاده از تیر آهن و طاق ضربی آجری است. اجرای این گونه سقف‌ها در مورد ساختمان‌های با مصالح بنایی، پس از اینکه دیوارها به ارتفاع طبقه رسید، تیر آهن‌های سقف را بدون هیچ اتصالی روی دیوار قرار داده و دیوار را ادامه می‌دهند. در این حالت در بیشتر مواقع برای تامین نشیمن تیرها (به علت کم بودن عرض دیوار)‌، مجبور می‌شوند تا تیرها را روی تمام عرض دیوار، بین اتصال به وجود آمده‌ قرار دهند و معمولاً سر تیرها چند سانتی‌متر از عرض دیوار بیرون می‌زند.

سقف و دیوار در این حالت مورد پذیرش آیین نامه نیست و باید تقویت شود. در صورتی که ضوابط آیین نامه ۲۸۰۰ در مورد اجرای اتصال سقف و تکیه گاه رعایت شده باشد اتصال کافی میان دیافراگم و دیوار وجود داشته و احتیاجی به مقاوم سازی نیست. پروفیل تیرهای سقف با محاسبه و با توجه به دهانه اطاق مشخص می‌شوند. فواصل تیر آهن‌های طاق ضربی بطور معمول بین ۸۰ تا ۱۱۰ سانتی‌متر بوده، که پس از تیر ریزی و تراز کردن آنها‌، پوشش سقف آغاز می‌شود.‌ پوشش آجری که معمولاً برای سقف‌ها انجام می‌گیرد، عبارتست از آجر و ملات گچ و خاک که به طریق ضربی ساخته ‌‌و ضخامت آن نیم آجر است.

‌برای ساختن طاق‌ها معمولاً از آجر فشاری استفاده می‌شود که دارای وزن زیادی است و عملکرد سقف را بطور چشمگیری تضعیف می‌کند. در موقع زدن طاق ضربی معمولاً چند دهانه را با هم اجرا می‌نمایند‌. زیرا هر طاق به آهن‌های طرفین خود نیرو وارد کرده و به اصطلاح به آن لگد می‌زند و آن را به سمت خارج متمایل کرده و خود در اثر گشاد شدن جا فرو می‌ریزد‌. بدین لحاظ چند دهانه را با هم شروع می‌نمایند که فشارهای جانبی طاق‌ها یکدیگر را خنثی نمایند و آخرین تیر آهن را به تیر آهن ما قبل آخر به وسیله میله گرد جوش می‌دهند تا از کنار رفتن آخرین تیر آهن جلوگیری شود‌. به این میله گردها میله مهار می‌گویند.

پس از اتمام پوشش سقف، بهتر است روی آن را دوغاب گچ با غلظت لازم ریخت به طوری که درزهای بین آجرها را پر کرده، پوسته‌ای بر روی سطح طاق ضربی تشکیل دهد. برای پوشش نهایی، سطح طاق ضربی را تا تراز مورد نظر با مواد پر کننده سبک پرکرده‌، نسبت به کف‌سازی آن طبق نقشه اقدام می‌شود. بهتر است در فصل بارندگی از اجرا این قسمت خودداری شود زیرا در غیر این صورت چنانچه بعد از اجرا طاق ضربی و قبل از اجرای پوشش‌های دیگر روی آن، اگر باران ببارد آب باران به واسطه عدم وجود منافذ لازم روی سقف باقی مانده و موجب فساد گچ گشته و ایجاد خسارت می‌نماید (‌گچ در مقابل رطوبت مقاوم نیست).

نواقص متداول در سقف‌های طاق ضربی

• ‌زیاد بودن وزن دال.
• ‌عدم انسجام و یکنواختی دال.
• کافی نبودن طول تکیه گاهی تیرهای سقف و عدم اتصال مناسب تیرها و دیوار.
• ‌وجود بازشو در دال. مجموع سطوح بازشو باید از ۵۰ در صد سطح کل دیافراگم کمتر باشد و طول بازشو در مجاورت دیوار باربر باید کمتر از یک چهارم طول دیوار باشد.
• بالا بودن نسبت طول دهانه به عرض دال.
• ‌در دهانه‌های خارجی ساختمان اگر نسبت خیز (ارتفاع) سقف قوسی از نصف قطر قاعده آن کمتر باشد و در صورتی که از کلاف چوبی، فلزی و یا بتنی برای مهار سقف استفاده نشده باشد، دیوار خارجی حامل وزن سقف، به جهت نیروی رانش آسیب پذیر است.

تقویت داخل صفحه سقف طاق ضربی با تبدیل کردن آن به دال دو طرفه

در دال دو طرفه‌، انتقال نیروهای درون صفحه (‌فشاری، کششی ، برشی) عمدتاً توسط شبکه تیرآهن در هر دو جهت انجام می‌پذیرد. این مساله قابلیت انتقال نیروهای درون صفحه در دال را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. در عین حال به واسطه استفاده از شبکه فولاد، سختی داخل و خارج از صفحه دال دو طرفه به مراتب بیشتر از سختی درون صفحه دال یک طرفه است. افزایش سختی خارج از صفحه باعث کاهش جابجایی دال میشود و به این ترتیب یکی دیگر از ضعف‌های دال طاق ضربی که جابجایی‌های خمشی زیاد است با استفاده از دال دو طرفه بر طرف می‌شود.

به علت انتقال نیرو در دو جهت، در دال دو طرفه تنش‌های تولید شده به مراتب کمتر از دال یک طرفه است و سهم باربری طاق‌های آجری به مراتب کمتر از دال یک طرفه است. به این ترتیب سهم باربری عنصر ضعیف‌تر و ترد، یعنی طاق آجری کم شده و به سهم عنصر قوی‌تر و شکل پذیرتر یعنی شبکه فولاد افزوده می‌شود. بطور کلی می‌توان گفت که با استفاده از دال دو طرفه‌، طاق‌های آجری بیشتر حالت میان قاب یا پر کننده خواهند داشت و بارهای اصلی توسط شبکه فولاد منتقل میشوند. دال‌های طاق ضربی غیر مهندسی (سنتی) و نیمه مهندسی (مهارشده) موجود به راحتی و با حداقل تغییرات قابل تبدیل شدن به دال دو طرفه مهندسی خواهند بود.

تقویت دال برای برش درون صفحه بوسیله میلگردهای ضربدری

در مقررات ملی ساختمان ایران مبحث هشتم علاوه بر میلگردهای ضربدری، استفاده از تیرهای عرضی بصورت اجباری در آمده است. در نتیجه اگر برای بالا بردن انسجام سقف طاق عرضی از تیرهای عرضی استفاده شود، ظرفیت برشی داخل صفحه سقف (در راستای عمود بر جهت تیرریزی) به نحو چشمگیری افزایش خواهد یافت. در این صورت استفاده از میلگردهای ضربدری مورد نیاز است. در عین حال استفاده از تیرهای عرضی احتیاج به تخریب وسیع سقف و هزینه بالا خواهد داشت که در نتیجه استفاده از این روش به منظور مقاوم سازی راه حلی عمومی بنظر نمی‌رسد. در دستورالعمل تحلیل آسیب پذیری و بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های بنایی غیر مسلح موجود، استفاده از میلگردهای قطری و افقی (عمود بر جهت تیرریزی) و بدون استفاده از تیرهای عرضی برای مقاوم سازی سقف‌های طاق ضربی کافی فرض شده است.

استفاده از میلگردهای ضربدری در زیر سقف و میلگردهای افقی در روی آن‌‌ اشکالات زیادی دارد. اولاً اینکه نصب هر نوع میلگرد بر روی سقف نیارمند کندن کف‌سازی طبقه و‌ تاسیسات گذرنده از زیر آن است که از لحاظ اقتصادی به هیچ وجه مقرون به صرفه نیست. ثانیا در صورتی که میلگردهای افقی روی تیرهای سقف نصب شوند نمی‌توانند در برابر نیروی رانشی طاق‌های آجری اثری داشته باشند. بنابراین به نظر می‌رسد بهینه‌ترین و اقتصادی‌ترین شکل طرز اتصال آرماتورها برای مقاوم سازی نصب همزمان آرماتورهای ضربدری و افقی در زیر تیرهای سقف باشد.

روش‌های توصیه شده برای اضافه کردن میلگردهای ضربدری به سقف طاق ضربی موجود

• در ابتدا باید در محل‌های عبور میلگردهای افقی یا ضربدری‌، نازک کاری زیر سقف (معمولاً از یک لایه اندود گچ و خاک و یک لایه گچ سفید ساخته شده است) برداشته شود. همچنین باید کف سازی در محل نصب آرماتورهای ضربدری تا رسیدن به تیر آهن‌های سقف برداشته شود. در صورتی که آرماتورهای افقی و ضربدری به بال فوقانی تیرهای سقف جوش شوند نیازی به برداشتن اندود سقف نیست.
• آرماتورهای افقی در تمامی نقاط تماسشان با بال تیرها به آنها جوش می‌گیردند. نیروهای ثقلی وارده به طاق آجری بصورت نیرویی محوری در می‌آید که مولفه افقی آن به بخش پایینی تیرهای سقف وارد می‌شود. این نیروهای افقی تمایل دارند که پای تیرها را از هم باز کرده و موجب فروریزش طاق آجری شوند. با توجه به این نیروهای رانشی بهتر است که آرماتورهای افقی به بال‌های تحتانی تیرهای سقف جوش شوند تا علاوه بر عملکرد برشی از رانش تیرها در اثر نیروهای ثقلی نیز جلوگیری شود.
• آرماتورهای قطری به بال تیرهای سقف و با استفاده از جوش‌هایی به بعد ۳ میلیمتر متصل می‌شوند. آرماتورهای قطری در تمامی نقاط تماسشان با بال تیرها به آنها جوش می‌گیردند. در صورت امکان آرماتورهای قطری در محل تقاطعشان از روی هم رد می‌شوند و در غیر این صورت باید یکی از آرماتورها در محل تقاطع قطع شود. در صورت قطع شدن یکی از آرماتورها در محل تقاطع، باید طوری آرماتورهای قطری را قرار داد که محل تقاطعشان بر روی یکی از تیرهای سقف بیفتد تا بتوان دو سر آرماتور قطع شده را به آن جوش داد. در بیشتر منابع و حتی در دستورالعمل تحلیل آسیب پذیری و بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های بنایی غیر مسلح موجود‌، محل نصب میلگردهای ضربدری بر روی سقف ذکر شده است. در مورد ساختمان‌های در حال ساخت با توجه به در دسترس بودن تیرها و ضخامت کم نازک کاری سقف، این امر به سادگی امکان پذیر است. ‌
• میلگردها یا نوارهای فولادی می‌توانند تمام قطر دال مورد نظر را بدون انقطاع پوشانده و بر روی قطر پانل‌های کوچکتر طاق‌های آجری (در صورتی که همراه با تیرهای عرضی استفاده شوند) اجرا شوند.