سیستم قاب مهاربندی شده و انواع آن از صفر تا صد در یک مقاله

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

چه قدر در مورد سیستم قاب مهاربندی شده می‌دانید؟! آیا می‌دانید این سیستم انواع مختلفی دارد؟! تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید تا با دست پر از آکادمی عمران خارج شوید! قاب مهاربندی شده یکی از سیستم‌های اقتصادی با عملکرد مناسب در برابر بارهای جانبی مانند باد و زلزله محسوب می‌شود. در صورت حذف بادبند از ساختمان ، مسیر انتقال بارهای جانبی به پی ، دچار ناپیوستگی شده و خسارات مالی و جانی پدید می‌آورد. در این مقاله تمام نکات و مکانیزم رفتاری سیستم قاب مهاربندی شده را زیر برده‌ایم. 

آنچه در این مقاله می آموزید:

سیستم های مقاوم در برابر بار جانبی

سیستم قاب مهاربندی شده یا بادبند چیست ؟

هدف از اجرای بادبند در ساختمان اسکلت فلزی چیست ؟

تغییر مکان جانبی نسبی طبقات

مسیر بار

نتیجه حذف بادبند در ساختمان 

انواع بادبند فلزی یا سیستم مهاربندی

مقاطع مناسب برای بادبند یا قاب مهاربندی شده

نحوه اتصال بادبند

فاصله ۲t در بادبند

محل قرارگیری بادبند

سیستم های مقاوم در برابر بار جانبی

در علم مهندسی سازه سیستم‌های متعددی برای تحمل و انتقال نیروهای جانبی ناشی از زلزله شناخته شده و به کار می‌روند.

در کلیه این سیستم‌ها لازم است به این نکته توجه شود که هر سیستم باید تحت نیروی زلزله به صورت یک واحد منسجم و یکپارچه رفتار کند.

البته هر یک از اعضا در مسیر انتقال نیرو باید به تنهایی و بدون انهدام، قادر به تحمل و انتقال نیرو باشند.

طراح باید مسیر نیرو را در هر عضو از طریق اتصال مناسب آن به عضو دیگر تعقیب کرده و از سرانجام آن یعنی انتقال به شالوده و نهایتا زمین اطمینان حاصل کند.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

نکته‌ای که باید همواره مورد توجه قرار داشته باشد این است که نیروهای ناشی از زلزله نیروهای استاتیکی نیستند و ماهیت دینامیکی داشته و به صورت رفت و برگشتی به سازه اعمال می‌شوند.

همچنین تغییر شکل‌هایی که در سازه خصوصا اعضای شکل‌پذیر ایجاد می‌شود، تغییر شکل‌هایی فراتر از محدوده الاستیک خواهند بود.

هر کدام از سیستم‌های باربر دارای مزایا و معایب ویژه خود هستند.

طراحان باید به این نکته توجه کنند که به دلیل ماهیت دینامیکی نیروی زلزله و ارتباط تنگاتنگ آن با مشخصه‌های دینامیکی سازه، نیروهای ایجاد شده در سیستم مقاوم در اثر زلزله به نوع سیستم سازه‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد، بستگی دارد.

بنابراین انتخاب سیستم سازه‌ای مناسب در برابر نیروی زلزله یکی از قدم‌های اساسی در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها است.

 

از انواع سیستم های مهار جانبی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱) قاب های خمشی

۲) دیوار برشی فولادی و بتنی

۳) سیستم های دوگانه

۴) سیستم قاب مهاربندی شده

در ادامه به بررسی سیستم  قاب مهاربندی شده و نتیجه حذف آن می‌پردازیم.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

سیستم قاب مهاربندی شده یا بادبند چیست ؟

استفاده از سیستم قاب مهاربندی شده (قاب دارای بادبند) به اوایل قرن بیستم میلادی برمی‌گردد.

قاب‌هایی که بادبند دارند، در ابتدا برای تحمل نیروهای ناشی از باد مورد استفاده قرار می‌گرفتند و پس از آن برای تحمل نیروهای جانبی ناشی از زمین لرزه توسعه یافت.

توسعه و گسترش سیستم‌های مهاربندی جانبی و جزئیات‌بندی مناسب آن‌ها که از سال ۱۹۶۰ میلادی آغاز شده و تا کنون نیز تحقیقات در مورد آن‌ها ادامه دارد، این امکان را فراهم کرد که دستیابی به یک سیستم با سختی و شکل پذیری مناسب میسر شود.

در زلزله سال ۱۹۷۱ سان‌ فراندو واقع در فیلیپین عملکرد رضایت‌بخش این سیستم باربر جانبی مورد توجه قرار گرفت.

سیستم قاب مهاربندی شده متشکل از اعضای عمدتا با عملکرد محوری است که در فاصله بین تیرها و ستون‌های قاب قرار می‌گیرند.

از ویژگی‌های مهم سیستم قاب مهاربندی شده ، سختی مناسب و زیاد آن‌ها در مقایسه با قاب‌های خمشی است.

قاب‌های خمشی سختی کمی در برابر بارهای جانبی دارند که این امر باعث می‌شود، تجربه تغییر مکان‌های جانبی نسبی نسبتا قابل ملاحظه‌ای داشته باشند.

اصولا سختی محوری اعضای سازه در مقابل سختی خمشی آن‌ها بیشتر است.

چون انتقال نیروهای جانبی در بادبند سازه از طریق افزایش یا کاهش طول اعضای مهاربندی انجام می‌شود، سختی قابل ملاحظه‌ای در مقابل بارهای جانبی ایجاد می‌شود.

برای اینکه در مورد نحوه اجرای بادبند بیشتر بدانید به مقاله نحوه اجرای بادبند در اسکلت فلزی از صفر تا صد حتما سر بزنید.

 

آموزش‌های اجرایی ساختمان

آموزش‌های فراتر از کاربردی

به جمع حرفه‌ای‌ها بپیوندید!

کلیک کنید

مسیر یادگیری مهندسی عمران

یک مسیر رایگان برای حرفه‌ای شدن

حتما تو این مسیر با ما همراه شو!

کلیک کنید

 

هدف از اجرای بادبند در ساختمان اسکلت فلزی چیست ؟

در اثر نیروی ایجاد شده توسط زلزله در ساختمان تغییر مکان‌های جانبی رخ می‌دهد.

همان‌طور که اشاره شد مهاربندها به وسیله کاهش یا افزایش طول خود در برابر این نیروها، سختی زیادی به وجود می‌آورند که باعث کاهش تغییر مکان جانبی ساختمان می‌شود.

همچنین نیروهای جانبی وارده بر ساختمان از طریق بادبند‌ها به ستون و از ستون به فونداسیون منتقل می‌شوند. به عبارت دیگر در صورت وجود بادبندها، مسیر انتقال نیرو به فونداسیون به درستی انجام می‌گیرد.

در ادامه به بررسی جزئیات موارد گفته شده و لزوم اجرای بادبند در ساختمان می‌پردازیم.

 

تغییر مکان جانبی نسبی طبقات

نیروهای ایجاد شده در سازه در اثر وقوع زلزله، تغییر مکان‌های جانبی قابل توجهی را در طبقات ساختمان پدید می‌آورند.

وجود تغییر مکان‌های جانبی باعث خواهد شد که به اعضای غیر باربر نظیر دیوارهای جداکننده داخلی، خارجی و پنجره‌ها آسیب جدی رسانده شود.

به همین دلیل لازم است این اعضا به طور مناسبی از طریق تعبیه تکیه‌گاه‌های انعطاف‌پذیر یا با ایجاد فواصل مناسب نسبت به عناصر اصلی و باربر سازه، محافظت شوند.

مشکل اساسی دیگری که وجود تغییر مکان‌های جانبی در هنگام وقوع زلزله پدید می‌آورد، اعمال نیروهای ضربه‌ای به اعضا و ساختمان‌های مجاور است که خود موجب افزایش و تشدید خرابی خواهد شد.

در شکل زیر دو سازه مجاور یکدیگر که ارتفاع طبقات غیر یکسانی دارند، نشان داده شده است.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

چنانچه هر یک از سازه‌ها تحت اثر زلزله با شدت زیاد واقع شوند، جابه‌جایی طبقات در هر یک از سازه‌ها، نیروهای جانبی قابل توجهی به ستون‌های ساختمان مجاور اعمال می‌کند که این امر احتمال ویرانی هر کدام از سازه‌ها را شدت می‌بخشد.

سازه‌های نشان داده در شکل بالا مشخصه‌های دینامیکی متفاوت و در نتیجه پریودهای مختلف دارند.

وجود بادبندها باعث کاهش تغییر مکان‌های جانبی شده و از بروز خسارت به ساختمان و سازه‌های مجاور جلوگیری می‌کند.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

مسیر بار

سازه‌های مقاوم در برابر زلزله عمدتا از اعضای افقی و قائم برای انتقال نیروهای ثقلی و جانبی تشکیل شده‌اند.

اعضای قائم نقش مؤثرتری در تحمل و انتقال نیروهای جانبی (نظیر زلزله) به پی و نهایتا به زمین را ایفا می کنند، سازه‌های قائم مقاوم باربر جانبی به صورت سیستم‌های متعددی مانند قاب خمشی، سیستم قاب مهاربندی شده و دیوارهای برشی هستند.

برای مطالعه بیشتر در مورد دیوار برشی فولادی و بتنی به مقالات دیتیل نحوه اجرای دیوار برشی فولادی در یک مقاله و نحوه اجرای دیوار برشی بتنی و دیوار حائل در سازه فولادی و بتنی حتما سر بزنید.

اعضای افقی نظیر دیافراگم‌های کف و دال ها و تیرها علاوه بر تحمل بارهای ثقلی نقش مهمی را در انتقال نیروهای جانبی به اعضای قائم مقاوم دارند.

در محل‌هایی از دیافراگم که بازشوهای بزرگ موجب قطع جریان انتقال نیرو می‌شود، استفاده از مهاربندی‌های افقی برای انتقال نیروهای زلزله توصیه می‌شود.

نیروهای زلزله که متناسب با جرم اعضای سازه در محل مرکز جرم دیافراگم به وجود می‌آیند، باید به نحو مناسبی از طریق دیافراگم کف به عناصر قائم مقاوم و نهایتا به پی منتقل شوند.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

برای مطالعه بیشتر در مورد پی یا فونداسیون به مقاله فونداسیون یا شالوده چیست ؟ جزئیات فونداسیون زیر ذره بین سر بزنید.

نیروهای زلزله در سازه، اکثرا در اعضای با جرم زیاد مانند دیافراگم‌ها ایجاد می‌شوند و با تغییر شکل دیافراگم و از طریق جمع‌کننده‌ها به اعضای قائم مانند دیوارهای برشی، بادبندها و قاب های خمشی منتقل و توزیع می‌شوند.

همان طور که اشاره شد این نیروها از طریق سیستم‌های مهار جانبی به ستون و از ستون به پی منتقل شده و باعث کاهش خسارات وارده بر ساختمان در اثر زلزله می‌شوند.

 

انواع بادبند فلزی یا سیستم مهاربندی

گفتیم مقاومت مهاربندها در برابر نیروهای زلزله از طریق افزایش یا کاهش طول اعضای مهاربندی انجام می‌شود و نیروی ناشی از زلزله را به ستون‌ها انتقال می‌دهند.

افزایش یا کاهش طول اعضای مهاربندی باعث می‌شود سختی قابل ملاحظه‌ای در مقابل بارهای جانبی ایجاد شود.

سیستم قاب مهاربندی شده به دو صورت همگرا (CBF) و واگر (EBF) به عنوان سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله به کار می‌روند.

هر کدام از این دو سیستم باربر جانبی لرزه‌ای به گونه‌ای متفاوت باعث استهلاک انرژی القایی ناشی از زلزله می‌شوند.

در بادبند همگرا استهلاک انرژی توسط مهاربندها و در بادبند واگرا این استهلاک انرژی توسط تیر پیوند انجام می‌پذیرد.

قاب مهاربندی شده همگرا به قاب‌هایی گفته می‌شود که محورهای طولی تیر، ستون و مهاربندها در یک نقطه متقاطع باشند.

 انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

مهاربند همگرا می تواند رفتار معمولی (شکل‌پذیری محدود) یا رفتار ویژه (شکل پذیری زیاد) داشته باشد.

مهاربند همگرا معمولی با طراحی و اجرا ساده، برای سازه‌های کوچک و سازه‌های غیر ساختمانی مناسب است. مهاربند همگرا ویژه عموما برای ساختمان‌های بزرگ و ساختمان‌های با هدف عملکرد لرزه‌ای بالاتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

قاب مهاربندی شده واگرا به قاب‌هایی می‌گویند که در آن‌ها مهاربندی‌ها در هر دهانه با فاصله کوچکی از یکدیگر روی تیر یا با فاصله کوچکی در گره اتصال تیر به ستون، به تیر متصل می‌شوند. مهاربندی واگرا تنها با رفتار ویژه به کار می‌رود.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

برای اینکه در مورد مهاربند همگرا و مهاربند واگرا بیستر بدانید، به مقالات مهاربند همگرا چیست ؟| تمام نکات انواع بادبند همگراوقاب مهاربندی شده واگرا چیست؟| تمام نکات تیر پیوند در یک مقاله حتما سر بزنید.

به دلیل عملکرد محوری مهاربندها، سیستم قاب مهاربندی شده صلبیت مناسب دارد و در اثر نیروی زلزله تغییر شکل‌های جانبی محدودی را تجربه می‌کند.

از معایب این سیستم، ایجاد محدودیت در فضای ارتباطی در طبقات از نظر معماری است.

در قاب مهاربندی شده با نسبت ارتفاع به دهانه زیاد عملکرد محوری مهاربندها، نیروهای قابل ملاحظه‌ای را در محل اتصال مهاریند به ستون و شالوده ایجاد می‌کند که لازم است در این خصوص تمهیدات مناسبی اندیشید و به کار گرفته شود.

نتیجه حذف بادبند در ساختمان 

اگر در مسیر بار ناپیوستگی وجود داشته باشد، سازه علی‌رغم مقاومت کافی در دیگر اعضای خود، قادر به تحمل نیروی زلزله نیست. 

بنابراین نیاز به اعضای پیوسته واسطه برای تکمیل مسیر انتقال نیرو به منظور عملکرد مناسب سازه در برابر زلزله ضروری است.

در صورت حذف بادبند در مسیر بار ناپیوستگی در انتقال نیرو رخ می‌دهد.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

مقاطع مناسب برای بادبند یا قاب مهاربندی شده

مهارهای جانبی از نیمرخ نبشی ، I و ناودانی ساخته می‌شوند. در شکل زیر نحوه اتصال بادبند با استفاده از دوبل ناودانی را مشاهده می‌کنید.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

نحوه اتصال بادبند یا قاب مهاربندی شده

اتصالات تیرها و ستون‌ها در قاب‌های مهاربندی می‌توانند به صورت مفصلی (بدون قابلیت انتقال لنگر خمشی) یا به شکل صلب (با قابلیت انتقال لنگر خمشی) طراحی و اجرا شوند.

اتصال معمولا توسط یک صفحه اتصال یا گاست پلیت انجام می‌گیرد و محل اتصال بادبند به تیر و ستون به صورت ساده (مفصلی) در نظر گرفته می‌شود.

گاست پلیت مهاربندها باید کاملا در آکس تیر و ستون نصب شوند، در غیر این صورت با توجه به نیروی بسیار زیادی که در مهاربندها وجود دارد، حتی میزان کمی دو آکسه شدن باعث پیچش در ستون‌ها می‌شود.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

همچنین گاست پلیت جهت امکان جوشکاری مناسب به تیر، باید هم‌راستا با تیر و ستون نصب شود، زیرا در غیر این صورت در صفحات اتصال پیچش رخ می‌دهد.

در مورد جزئیات اتصال بادبند به تیر و ستون در مقاله جزئیات اتصال بادبند به تیر و ستون در یک مقاله به صورت کامل صحبت کردیم.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

فاصله ۲t در بادبند

طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، یکی از مواردی که در تعیین مقاومت مورد نیاز اتصالات مهاربندی‌ها باید در نظر گرفته شود، سازگاری اتصال با کمانش مهاربندی‌ها است.

به منظور سازگاری اتصال با کمانش مهاربندی‌ها، اتصالات مهاربندی‌ ها باید یکی از الزامات زیر را برآروده کند:

اتصال اعضای مهاربندی باید مقاومت خمشی مورد نیاز حداقل برابر ۱٫۱RyMp را داشته باشد. Mp لنگر خمشی پلاستیک مقطع عضو مهاربندی حول محور کمانش بحرانی مقطع است.

مهیا کردن شرایط کمانش بحرانی مهاربندی در خارج از صفحه قاب و قطع مهاربندی به اندازه دو برابر ضخامت صفحه اتصال ( ۲t ) قبل از خط تکیه‌گاهی ورق اتصال (خط آزاد خمش) سبب سازگاری با دوران غیرالاستیک حاصل از تغییر شکل‌های پس از کمانش در خارج از صفحه مهاربندی می‌شود.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

محل قرارگیری بادبند

شاید برای شما این سوال پیش آمده باشد که « بادبند در کجا قرار دارد ؟ ». در انتهای این مقاله به نکات محل قرارگیری بادبند می‌پردازیم.

یکی از نکات مهمی که در مورد محل قرارگیری بادبند باید به آن توجه کنیم این است که بادبندها حتما به صورت متقارن در دو طرف ساختمان قرار بگیرند.

اگر بادبندها متقارن نباشند، مرکز سختی و مرکز جرم سازه روی هم نمی‌افتد و هنگام زلزله در سقف پیچش رخ می‌دهد.

بادبندها هرچقدر دورتر از مرکز پلان باشند، کارکرد بهتری دارند. چون هر چه قدر فاصله نیروهای مقاوم از مرکز سختی بیشتر شود، لنگر پیچشی بزرگتری تحمل می‌گردد.

دهانه‌هایی که در مجاورت دیوار همسایه قرار دارند، به دلیل اینکه از نظر معماری بازشو ندارند، محل مناسبی برای بادبندها هستند.

انواع سیستم قاب مهاربندی شده ، محل قرارگیری و مقاطع مناسب برای بادبند سازه

تعداد دهانه‌های لازم با میزان نیروی وارده ناشی از زلزله بر ساختمان ارتباط مستقیم دارد. هر چقدر نیروی زلزله بیشتر باشد، تعداد دهانه‌ها بیشتر می‌شود.

همچنین طول دهانه‌ها نیز در تعداد دهانه‌های لازم موثر است.

در هنگام انتخاب دهانه مناسب قرارگیری بادبند ، به محل بازشوها و نقشه‌های معماری توجه شود. بهترین محل قرارگیری بادبند در دهانه‌های مجاور ساختمان است.

به دلایل زیر بهتر است ستون‌های متصل به بادبند، ستون‎‌های باکس راه پله نباشد:

۱) احتمال آسیب در دهانه‌هایی که مهاربند قرار داده می‌شود، زیاد است در حالی که راه پله باید امن‌ترین بخش ساختمان هنگام زلزله جهت خروج باشد.

۲) مهاربند مانند فیوز عمل می‌کند و اولین بخش آسیب‌دیده در زلزله خواهد بود.

دهانه‌هایی که به صورت متعامد قرار دارند ( دو قاب مهاربندی به یک ستون متصل می‌شوند) دهانه‌های مناسبی برای قرارگیری مهاربند نیستند زیرا باعث به وجود آمدن نیروی کششی و فشار زیادی به ستون می‌شود.

امیدواریم در پایان این مقاله به جواب تمام سوال‌های خود در مورد قاب مهاربندی شده رسیده باشید و از اینکه تا پایان مقاله با ما همراه بودید، تشکر می‌کنیم. نظرات و تجربیات خود را در مورد این مقاله با ما به اشتراک بگذارید.

مسیر یادگیری مهندسی عمران

یک مسیر رایگان برای حرفه‌ای شدن

حتما تو این مسیر با ما همراه شو!

کلیک کنید
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *