اگر تا به حال بحث های مهندسی سازه را دنبال کرده باشید، احتمالاً این سوال را حداقل صدها بار شنیده اید: "آیا می توان از انکر بولت ها در یک منطقه لرزه خیز استفاده کرد؟" به عنوان فردی که دهه گذشته را با پیچ و مهره های لنگر کار کرده است - ابتدا به عنوان یک مهندس، اکنون به عنوان یک تامین کننده - این سوال فقط یک فرضیه نیست. این اولین چیزی است که از هر مهندس، پیمانکار یا مالک ساختمانی که در مورد پروژه بعدی خود با من تماس می گیرد، می پرسم، به ویژه آنهایی که در مناطق لرزه خیز مانند شمال غربی اقیانوس آرام، کالیفرنیا، یا بخش هایی از غرب میانه قرار دارند. پاسخ کوتاه بله است - اما فقط در صورتی که نوع مناسب را انتخاب کنید، آن را به درستی نصب کنید و آن را مطابق با استانداردهای لرزه‌ای دقیق طراحی کنید. بیایید این را تجزیه کنیم، زیرا راه دیگری برای آن وجود دارد که فقط یک پیچ را به بتن وارد کنید و آن را انجام دهید.
من در این صنعت شروع کردم زیرا دیدم که چگونه یک اتصال دهنده اشتباه می تواند کل ساختمان را در معرض خطر قرار دهد. در اوایل کارم، من روی یک مقاوم سازی تجاری کوچک در اورگان کار می کردم که باید دوباره بازسازی می شد زیرا پیمانکار به جای پیچ و مهره های دارای درجه لرزه ای از پیچ و مهره های استاندارد استفاده می کرد. هنگامی که زمین لرزه ناپا در سال 2014 رخ داد (رویداد M6.0)، پیچ‌های غیر لرزه‌ای از بتن بیرون کشیده شد و باعث شد اسکلت فلزی ساختمان با اینچ تغییر کند. به کسی آسیب نرسیده است، اما خسارت ممکن است فاجعه بار باشد. آن تجربه به من آموخت که پیچ‌های لنگر در مناطق لرزه‌خیز فقط یک "ایده خوب" نیستند، بلکه جزء غیرقابل مذاکره سیستم مقاوم در برابر بار جانبی ساختمان هستند.
ابتدا بیایید در مورد اینکه چرا مناطق لرزه ای اینقدر متفاوت هستند صحبت کنیم. زلزله دو نوع نیرو ایجاد می کند که پیچ های لنگر را آزمایش می کند: برشی (نیروی پهلو به پهلو) و کشش (نیروی کشش، به سمت بالا یا پایین). پیچ و مهره ای که برای ساختمان های کم ارتفاع در یک منطقه غیر لرزه ای کار می کند ممکن است در صورت برخورد با نیروهای برشی مکرر و شدید ناشی از لرزش زمین، از کار بیفتد. نکته کلیدی این است که یک پیچ لنگر را انتخاب کنید که برای مقاومت در برابر این بارهای پویا و چرخه ای طراحی شده باشد - بارهایی که فقط یک بار عمل نمی کنند، بلکه بارها و بارها با حرکت زمین عمل می کنند.
در طول سال‌ها، من اطلاعات نادرست زیادی در مورد اینکه کدام نوع پیچ برای کاربردهای لرزه‌ای کار می‌کند، دیده‌ام. به عنوان مثال، برخی از مردم به جی بولت سوگند یاد می کنند، اما نه هر جی بولت - فقط آنهایی که برای عملکرد لرزه ای آزمایش شده اند. بیایید توضیح دهیم: پیچ‌های جی یکی از رایج‌ترین انکربولت‌ها هستند که برای همه چیز از محکم کردن صفحات آستانه گرفته تا پایه‌های بتنی و ماشین‌آلات لنگر استفاده می‌شود. اما پیچ‌های استاندارد J (آنهایی که روکش‌نشده و عمومی را می‌توانید از فروشگاه‌های بزرگ تهیه کنید) برای مناطق لرزه‌خیز طراحی نشده‌اند. به همین دلیل است که وقتی از پیچ‌های J دارای رتبه لرزه‌ای صحبت می‌کنیم، منظور پیچ‌هایی است که برای مطابقت با معیارهای ACI 318 (الزامات کد ساختمان برای بتن سازه) و ICC-ES (خدمات ارزیابی شورای کد بین‌المللی) آزمایش شده‌اند. اگر به یک گزینه قابل اعتماد J Bolt برای کاربردهای لرزه ای نیاز دارید، به صفحه J Bolt ما نگاهی بیندازید، جایی که تمام مدل های ما برای بارهای لرزه ای جانبی و چرخه ای تست شده اند:جی بولت.
نوع دیگری که اغلب مطرح می شود L Bolt است. شبیه بولت های J، پیچ های L برای قلاب زدن به بتن شکل می گیرند، اما خمش مستقیم و 90 درجه آنها آنها را متفاوت می کند. پیچ و مهره L اغلب در کاربردهایی استفاده می شود که فضای سر محدود است، مانند لنگر انداختن به دال های بتنی ضخیم. باز هم، همه پیچ های L دارای رتبه لرزه ای نیستند. پیچ‌های L مخصوص لرزه‌ای که ما تولید می‌کنیم دارای یک ساقه ضخیم‌تر، یک خم آهنگری (نه یک جوش خمیده، که می‌تواند تحت بار چرخه‌ای شکسته شود)، و برای مقاومت در برابر خوردگی پوشش داده می‌شوند که برای عملکرد لرزه‌ای حیاتی است، زیرا خوردگی استحکام پیچ را ضعیف می‌کند. برای پروژه‌هایی که پیچ‌های L بیشتر از اشکال دیگر معنا دارند، خط ما از پیچ‌های L لرزه‌ای ارزش بررسی را دارد:فروشگاه L.
حال، پیچ لنگر برای بارهای سنگین‌تر، مانند ستون‌های فولادی یا تجهیزات بزرگ در مناطق لرزه‌خیز چطور؟ این همان جایی است که انکر بولت های صفحه ای وارد می شوند. انکر بولت های صفحه ای دارای یک صفحه پهن و مسطح در یک انتها هستند که همسطح با بتن قرار می گیرد و بار را به جای تمرکز بر روی یک نقطه، در یک منطقه بزرگتر توزیع می کند. این یک تغییر دهنده بازی برای کاربردهای لرزه‌ای است، زیرا وقتی زمین تکان می‌خورد، بار روی لنگر فقط برشی یا کشش نیست - اغلب ترکیبی از هر دو است (به نام بار ترکیبی). صفحه عریض از کشیده شدن پیچ از داخل بتن تحت آن بار ترکیبی جلوگیری می کند. ما پیچ و مهره های لنگر صفحه ای خود را برای مقاومت در برابر بارهای برشی تا 50 کیپس و بارهای کششی تا 30 کیپس آزمایش می کنیم، که آنها را برای پروژه های لرزه ای با تقاضای بالا ایده آل می کند. اگر روی یک انبار، بیمارستان یا سایر سازه‌های تجاری بزرگ در یک منطقه لرزه‌خیز کار می‌کنید، پیچ‌های لنگر صفحه‌ای معمولاً گزینه مناسبی هستند:پیچ لنگر صفحه ای.
من مشتریانی داشتم که از من در مورد پیچ‌های لنگر دسته چتر برای استفاده در لرزه‌نگاری نیز سؤال کردند. این پیچ و مهره ها نام خود را از لنگر منبسط شده و چتری شکل در انتهای آن گرفته اند که پس از نصب در داخل بتن پخش می شود. این باعث می شود آنها برای کاربردهایی که نمی توانید به ته بتن دسترسی داشته باشید (مانند زمانی که به یک فونداسیون موجود متصل می شوید) عالی هستند. اما حتی پیچ‌های لنگر دسته چتر نیز باید برای استفاده در لرزه‌نگاری رتبه‌بندی شوند. پیچ‌های لنگر دسته چتر لرزه‌ای ما به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به طور یکنواخت در بتن منبسط شوند و یک قفل مکانیکی ایجاد کنند که حتی در هنگام تکان‌های شدید زمین در برابر خروج مقاومت می‌کند. آنها اغلب برای پروژه‌های مقاوم‌سازی استفاده می‌شوند که در آن حفاری در ته یک فونداسیون ممکن نیست، بنابراین برای بسیاری از مهندسان لرزه‌ای که روی ساختمان‌های قدیمی‌تر کار می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرند:پیچ لنگر دسته چتر.
پیچ لنگر پنجه گزینه دیگری است که من برای کاربردهای لرزه ای توصیه می کنم، به ویژه برای سازه های موقت یا پروژه هایی که نصب سریع کلیدی است. طرح پنجه در انتهای پیچ در بتن فرو می‌رود و بدون نیاز به انبساط پیچ، یک نگهدارنده مطمئن ایجاد می‌کند. پیچ‌های لنگر پنجه‌ای با درجه لرزه‌ای ما برای مقاومت در برابر بارهای برشی و کششی در آزمایش‌های لرزه‌ای چرخه‌ای آزمایش شده‌اند و به سرعت با مته چکشی استاندارد نصب می‌شوند—بدون نیاز به ابزار خاصی. این باعث می‌شود که آنها برای سایت‌های ساختمانی مورد علاقه باشند، جایی که شما نیاز به لنگر انداختن نرده‌های موقت، داربست‌ها یا قالب‌بندی در یک منطقه لرزه‌خیزی دارید. برای جزئیات بیشتر، صفحه پیچ لنگر پنجه ما را بررسی کنید:پیچ لنگر پنجه.
اما نکته اینجاست: حتی بهترین پیچ لنگر در جهان در صورت نصب اشتباه کار نخواهد کرد. من دیده ام که پیمانکاران در نصب و راه اندازی کوتاهی کرده اند - حفاری در عمق اشتباه، تمیز نکردن سوراخ بتن، نادیده گرفتن مشخصات گشتاور - همه به این دلیل است که آنها فکر می کنند "پیچ یک پیچ است." در مناطق لرزه خیز، نصب به همان اندازه مهم است که انتخاب نوع پیچ مناسب است. اجازه دهید مثالی برای شما بزنم: من چند سال پیش روی یک بازسازی مدرسه در کالیفرنیا کار کردم که در آن پیمانکار از پیچ و مهره های لنگر صفحه ای درست استفاده کرد، اما آنها سوراخ ها را 1 اینچ بسیار کم عمق ایجاد کردند. هنگامی که مهندس سازه آزمایش بار را انجام داد، پیچ با 70 درصد ظرفیت نامی خود بیرون کشیده شد. این یک فاجعه در یک زلزله بود.
یکی دیگر از اشتباهات رایج عدم محاسبه خوردگی است. مناطق لرزه ای اغلب ساحلی هستند یا رطوبت بالایی دارند و حتی مقادیر کمی زنگ زدگی روی پیچ می تواند مقاومت آن را تا 30 درصد کاهش دهد. به همین دلیل است که تمام پیچ‌های لنگر با درجه لرزه‌ای ما با پوشش گالوانیزه یا اپوکسی گرم عرضه می‌شوند که استانداردهای ASTM A153 را برای مقاومت در برابر خوردگی رعایت می‌کند. این یک هزینه اضافی کوچک است که تفاوت زیادی در ایمنی طولانی مدت ایجاد می کند.
همچنین ممکن است در مورد تفاوت بین انکر بولت های ریخته گری و انکربولت های پس از نصب تعجب کنید، زیرا این یک بحث بزرگ در جامعه لرزه نگاری است. پیچ و مهره های ریخته گری زمانی که بتن برای اولین بار ریخته می شود نصب می شوند، بنابراین پیچ مستقیماً در فونداسیون تعبیه می شود. پیچ و مهره های پس از نصب پس از پخت بتن در بتن موجود سوراخ می شوند. هر دو را می توان در مناطق لرزه خیز استفاده کرد، اما باید استانداردهای متفاوتی را رعایت کنند. پیچ‌های ریخته‌شده اغلب برای ساخت‌وساز جدید ترجیح داده می‌شوند، زیرا مسیر بار قابل اطمینان‌تری دارند، اما پیچ‌های پس از نصب (مانند پیچ‌های لنگر دسته چتری، که برای استفاده پس از نصب آزمایش می‌شوند) برای مقاوم‌سازی ضروری هستند. برای کاربردهای لرزه‌ای پس از نصب، باید مطمئن شوید که پیچ برای استفاده پس از نصب طبق ACI 318 فصل 17، که شامل آزمایش مقاومت در برابر خروج، برش و بار چرخه‌ای است، فهرست شده است.
بیایید برای پشتیبان گیری از داده های آزمایش لرزه ای واقعی صحبت کنیم. سال گذشته، ما خط J Bolt خود را برای آزمایش بار چرخه‌ای لرزه‌ای به آزمایشگاه مستقل شخص ثالث ارسال کردیم. این آزمایش نیروهای یک زمین لرزه M7.0 را شبیه سازی کرد که تقریباً به اندازه زلزله 1994 نورتریج است. پیچ های J ما 50 سیکل بار برشی جانبی را با 80 درصد ظرفیت نامی خود تحمل کردند، بدون هیچ نشانه ای از ترک خوردگی یا بیرون آمدن. این دقیقاً همان عملکردی است که در یک منطقه لرزه خیز به آن نیاز دارید. اگر پیچ یک جی بولت عمومی و بدون رتبه بود، تنها پس از چند چرخه از کار می افتاد.
من همچنین می خواهم به ترکیب بار اشاره کنم، زیرا این جایی است که بسیاری از مهندسان دچار مشکل می شوند. در طراحی لرزه ای، شما نمی توانید فقط به بار استاتیکی روی پیچ نگاه کنید، بلکه باید آن را با بار لرزه ای ترکیب کنید. به عنوان مثال، پیچ و مهره ای که صفحه آستانه 1000 پوندی را در خود جای می دهد، ممکن است تنها نیاز به تحمل 1000 پوند در یک منطقه غیر لرزه ای داشته باشد، اما در یک منطقه لرزه ای، این بار به دلیل شتاب زمین می تواند دو یا حتی سه برابر شود. به همین دلیل است که پیچ‌های دارای درجه لرزه‌ای ظرفیت بار نهایی بالاتری دارند و برای تحمل این بارهای استاتیکی و دینامیکی ترکیبی طراحی شده‌اند.
بنابراین، با کنار هم قرار دادن همه اینها: بله، پیچ‌های لنگر کاملاً می‌توانند در مناطق لرزه‌خیز استفاده شوند - اما فقط در صورتی که پیچ‌هایی را انتخاب کنید که از نظر عملکرد لرزه‌ای تست شده و رتبه‌بندی شده‌اند، آنها را به درستی بر اساس دستورالعمل‌های سازنده و کد نصب کنید و ترکیبات خوردگی و بار را در نظر بگیرید. هیچ راه حلی برای همه وجود ندارد، به همین دلیل است که همکاری با تامین کننده ای که کدهای لرزه نگاری را می داند و می تواند به شما در انتخاب پیچ مناسب برای پروژه خاص خود کمک کند، مهم است.
اگر روی پروژه ای در یک منطقه لرزه خیز کار می کنید - خواه یک ساختمان تجاری جدید، یک مقاوم سازی مسکونی، یک بیمارستان یا یک انبار باشد - و مطمئن نیستید که کدام پیچ لنگر برای شما مناسب است، من شما را تشویق می کنم که با تیم ما تماس بگیرید. ما روی هزاران پروژه لرزه‌ای در سراسر ایالات متحده کار کرده‌ایم و می‌توانیم به شما کمک کنیم تا نوع پیچ درست را انتخاب کنید، تأیید کنید که مطابق با قوانین ساختمانی محلی است، و حتی داده‌های آزمایش بار را برای پشتیبانی از طراحی خود ارائه دهید. با ایمنی لرزه‌ای خطر نکنید - پیچ‌های لنگر را انتخاب کنید که مهندسی شده‌اند تا در مواقعی که بیشترین اهمیت را دارند، کار کنند.
مراجع:
ACI 318-19، الزامات کد ساختمان برای بتن سازه و تفسیر. موسسه بتن آمریکا
ICC-ES AC193، معیارهای پذیرش لنگرهای چسب پس از نصب در بتن. خدمات ارزیابی شورای کد بین المللی.
FEMA 450، NEHRP مقررات لرزه ای توصیه شده برای ساختمان های جدید و سایر سازه ها. آژانس مدیریت اضطراری فدرال
ASTM F1554، مشخصات استاندارد برای پیچ و مهره های لنگر، فولاد، 36، 55 و مقاومت تسلیم 105-ksi. انجمن آمریکایی آزمایش و مواد.