سیستم های سازه ای قاب ساختمانی به علاوه مهاربند، چه به صورت قاب ساده و یا گیردار از سیستم های رایج در برابر نیروهای جانبی می باشند. در این مقاله به معرفی انواع مهاربندهای فولادی می پردازیم.
سختی و شکل پذیری دو موضوع اساسی در طراحی سازه ها در برابر زلزله می باشند. ایجاد سختی به منظور کنترل تغییر مکان های جانبی سازه و شکل پذیری برای قابلیت جذب انرژی و تحمل تغییر شکل های خمیری از اهمیت زیادی برخوردارند. اضافه نمودن مهاربند به قاب، سختی قاب را افزایش داده و تغییر مکان های جانبی و اثر نیروهای جانبی را کاهش می دهد. از آنجایی که سیستم های سازه ای قاب ساختمانی به علاوه مهاربند (Braced Frame)، چه به صورت قاب ساده و یا گیردار از سیستم های رایج در برابر نیروهای جانبی در دنیا می باشند، در این مقاله به بررسی انواع مهاربندهای فولادی می پردازیم و شما را با فلسفه رفتار این المان در سازه ها آشنا می کنیم.
سرفصل‌های این مقاله
- بررسی مفاهیم پایه
- آشنایی با انواع مهاربندها و انواع قابهای مهاربندی شده
آشنایی با انواع مهاربندهای فولادی
در این مقاله با انواع مهاربندها و انواع سیستم های قاب مهاربندی شده آشنا می شویم. در ادامه به بررسی الزامات طراحی لرزه ای قاب مهاربندی شده ی همگرای معمولی، قاب مهاربندی شده ی همگرای ویژه و قاب های مهاربندی شده ی واگرا پرداخته می شود. در این مقاله سعی شده ابتدا کلیه ی ضوابط آیین نامه ای بیان شود. در مقالات بعدی هم به نحوه طراحی مهاربند های فولادی همگرا و مهاربندهای واگرا در نرم افزار ایتبس خواهیم پرداخت.
مهاربندها از نظر شکل ظاهری به انواع مختلف شامل مهاربندهای همگرا و مهاربندهای برون محور یا همان مهاربندهای واگرا تقسیم بندی می شوند. علاوه بر این قاب های مهاربندی شده بر اساس ضوابط لرزه ای و شکل پذیری به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:
- قاب های مهاربندی شده ی همگرای معمولی OCBF
- قاب های مهاربندی شده ی همگرای ویژه SCBF
- قاب های مهار شده برون محور EBF
- قاب های مهاربندی شده ی کمانش تاب BRBF
در این مقاله سعی شده به معرفی انواع مهاربندها و انواع سیستم های قاب مهاربندی شده پرداخته شود.
پیشنهاد مطالعاتی: بررسی جامع انواع سیستم باربر جانبی رایج در صنعت ساختمان
پیشنهاد دوره آموزشی: آموزش پروژه محور طراحی سازه فولادی و بتنی با ایتبس و سیف
مهاربند چیست؟
در سیستم های دارای قاب ساده تمام بارهای قائم توسط قاب فضایی متشکل از تیر و ستون با اتصالات ساده تحمل می گردد و مقاومت در برابر نیروی جانبی زلزله به وسیله ی دیوار برشی بتنی یا فولادی و یا بادبندها تأمین می گردد. در سیستم های مختلط قاب خمشی و دیوارهای برشی یا مهاربندها، بارهای قائم توسط قاب خمشی و نیروهای جانبی توأماً توسط قاب خمشی و دیوارهای برشی و یا توسط قاب خمشی و بادبندها به نسبت صلبیت آن ها توزیع می گردد؛ ولی در هر حال مطابق با استاندارد 2800 قاب خمشی به تنهایی باید قادر به تحمل حداقل 25 درصد نیروی جانبی در تراز پایه و قاب مهاربندی شده باید مستقلاً قادر به تحمل حداقل 50 درصد نیروی جانبی در تراز پایه باشد.
مهاربند همگرا
در مهاربندهای همگرا اعضای مهاربند در یک نقطه روی تیر یا ستون با یکدیگر تلاقی دارند. این نوع مهاربندها بر اساس محل تلاقی مهاربندها به انواع مختلفی به شرح زیر تقسیم بندی می شوند:
- مهاربند ضربدری
- مهاربند قطری
- مهاربند 7 و 8
- مهاربند K شکل
مهاربند ضربدری
این نوع مهاربندها رایج ترین نوع مهاربند همگرا در سازه های فولادی می باشد. مهاربندهای قطری و ضربدری معمولاً در قاب های پیرامونی و محل هایی که بازشو وجود نداشته باشد اجرا می گردد. در این نوع از مهاربندها محور طولی مهاربندها از محل تقاطع محورهای طولی تیر و ستون می گذرد.
مهاربند 7 و 8 (مهاربند شورون)
در صورتی به دلیل وجود بازشو قادر به استفاده از مهاربندهای ضربدری نباشیم، این نوع مهاربندها جایگزین مناسبی می باشند. تیرهای دهانه های مهاربندهای 7 و 8 به دلیل وارد شدن نیروهای مهاربندها قوی تر از تیرهای دهانه های مهاربندهای ضربدری می باشد.
مهاربند 2 طبقه X
از نمونه های دیگر مهاربندهای همگرا می توان به مهاربند دو طبقه x اشاره نمود. این مهاربندها از ترکیب مهاربندهای 7 و 8 تشکیل می شوند و به گونه ای قرار میگیرند محل تلاقی مهاربندهای دو طبقه بر روی تیر میانی دو طبقه واقع شود.
مهاربند K شکل
یکی دیگر از انواع مهاربندهای هم محور میتوان به مهاربندهای k اشاره نمود. در این گونه مهاربندها محل تلاقی مهاربندها بر روی ستون واقع شده است.
مهاربند برون محور یا واگرا
در قاب های شامل مهاربندهای برون محور یا مهاربند واگرا ، مهاربندهای هر دهانه با فاصله ی کمی از یکدیگر روی محور طولی تیر یا با فاصله کمی از گره اتصال تیر به ستون، به تیر متصل می شوند. نمونه هایی از قاب های مهاربندی شده ی برون محور یا واگرا در شکل زیر نشان داده است.
در برخی از چیدمان های اینگونه مهاربندها در صورتیکه تیر رابط بالایی a دارای مقاومت برشی کمتری نسبت به تیر رابط پایینی b داشته باشد، تیر رابط بالایی به طور غیر الاستیک تغییر شکل داده و به صورت یک تیر رابط فعال ظاهر می شود. در این حالت تیر رابط پایینی (تیر b) غیر فعال می باشد. وجود چنین سیستمی باعث تسلیم تیر رابط غیرفعال شده و مقاومت قاب به مقدار قابل توجهی کمتر از مقاومت مورد انتظار می شود.
انواع قاب های مهاربندی شده بر اساس ضوابط لرزه ای
قاب های مهاربندی شده همگرای معمولی یا OCBF
بر اساس بند 10-3-10 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392، قاب های مهاربندی شده ی همگرای معمولی به قاب هایی گفته می شود که از آن ها انتظار تغییرشکل های فرا ارتجاعی محدودی، بدون کاهش قابل ملاحظه در مقاومت اعضا و اتصالات آن ها، تحت اثر زلزله ی طرح می رود.
بر اساس بند فوق از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392، پیکربندی مجاز در این نوع از قاب ها شامل مهاربندهای قطری، ضربدری و مهاربندهای به شکل 7 و 8 می باشد. استفاده از مهاربندهای به شکل K به منظور اجتناب از نیروهای غیر متعادلی که در اعضای قاب پس از کمانش مهاربند ایجاد می شوند، مجاز نمی باشد. هم چنین بر اساس جدول 3-4، ویرایش چهارم استاندارد 2800، مقدار ضریب رفتار، ضریب اضافه مقاومت و ضریب بزرگنمایی تغییر مکان برای قاب مهاربندی شده همگرای معمولی به ترتیب برابر با 3.5، 2 و 3.5 می باشد و ارتفاع مجاز سازه های دارای این سیستم باربر جانبی به 15 متر محدود می شود.
قاب های مهاربندی شده همگرای ویژه یا SCBF
بر اساس بند 10-3-11 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392، قاب های مهاربندی شده ی همگرای ویژه به قاب هایی گفته می شود که در آن ها از مهاربندها انتظار می رود تحت بار جانبی زلزله ی طرح تغییر شکل های فرا ارتجاعی قابل ملاحظه ای تحمل کنند و در آن ها کاهش مقاومت چندانی رخ ندهد. رفتار فرا ارتجاعی مورد نظر ممکن است به مرحله ی بعد از کمانش مهاربند توسعه یابد. از این روی، پیکر بندی و طراحی مهاربندی ها و اتصالات آن باید چنان باشد که از عهده این تغییر شکل ها بر آیند و رفتار تیرها و ستون ها در قاب عملاً در مرحله ی ارتجاعی باقی بماند. با توجه به مطالب ذکر شده می توان گفت که در طراحی قاب های همگرای ویژه، مهاربندها باید از حداکثر ظرفیت پلاستیک خود استفاده نمایند.
ضوابط خاصی در آیین نامه ها برای طراحی اعضای مهاربندی در این گونه قاب ها در نظر گرفته شده است. بر اساس بند 10-3-11 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392، پیکر بندی مهاربندهای مجاز در این گونه قاب ها شامل مهاربندهای قطری، ضربدری و مهاربندهای به صورت 7 و 8 می باشد، استفاده از مهاربندهای K شکل در این قاب ها همانند قاب های مهاربندی شده همگرای معمولی مجاز نیست.
نمونه ی دیگری از قاب های مهاربندی شده ی ویژه می توان به ستون های زیپی و دو طبقه X اشاره نمود. این سیستم با رفتار پس الاستیکی سازگار با رفتار سیستم، در حالت V شکل طراحی می شود. این پیکربندی می تواند از افزایش در بارهای محوری پس الاستیک در تیرهای جلوگیری کند. بر اساس جدول 3-4، ویرایش چهارم استاندارد 2800، مقدار ضریب رفتار، ضریب اضافه مقاومت و ضریب بزرگنمایی تغییر مکان برای قاب مهاربندی شده همگرای ویژه به ترتیب برابر با 5.5، 2 و 5 می باشد و ارتفاع مجاز این سازه ها 50 متر می باشد.
قاب های مهاربندی شده برون محور یا EBF
قاب های مهار بندی شده ی برون محور یا مهاربند واگرا قابلیت ایجاد سختی الاستیک قابل مقایسه با قاب های مهاربندی شده همگرا دارد. مخصوصاً زمانی که از تیرهای رابط با رفتار برشی استفاده شود. در این نوع قاب ها رفتار جانبی لرزه ای سازه ترکیبی از عملکرد خمشی و برشی تیرها و ستون ها و عملکرد کششی و فشاری مهاربندها می باشد. بر اساس جدول 3-4، ویرایش چهارم استاندارد 2800، مقدار ضریب رفتار، ضریب اضافه مقاومت و ضریب بزرگنمایی تغییر مکان برای قاب مهاربندی شده برون محور به ترتیب برابر با 7، 2 و 4 می باشد و ارتفاع مجاز این سازه ها به 50 متر محدود می شود.
قاب های مهاربندی شده با مهاربند کمانش تاب یا BRB
قابهای با مهاربند ضد کمانش با اعمال جزئیاتی در مهاربندهای همگرا از کمانش عضو مهاربند در غلاف جلوگیری مینماید. در این روش، رفتار مهاربند در فشار همانند همانند رفتار آن در کشش با تسلیم و نه کمانش همراه است و در نتیجه شکل پذیری بسیار بهتری نسبت به مهاربندهای معمولی از خود نشان میدهد. هسته ی فولادی در المان های مهاربند منبع جذب انرژی هستند؛ و به دلیل محصور شدگی این هسته ی فولادی کمانشی اتفاق نمیافتد؛ بنابراین در طی زلزله ی طرح انتظار میرود هسته ی فولادی محتمل تغییر شکل های غیر ارتجاعی قابل ملاحظه ای شود.
بر اساس جدول 3-4، ویرایش چهارم استاندارد 2800، مقدار ضریب رفتار، ضریب اضافه مقاومت و ضریب بزرگنمایی تغییر مکان برای قاب مهاربندی شده ضد کمانش به ترتیب برابر با 7 ، 2.5 و 5 می باشد و ارتفاع مجاز این سازه ها 50 متر می باشد.
سوالات متداول
مهاربندها به طور کلی به چند دسته تقسیم می شود؟
مهاربندهای فولادی به طور از نظر شکل ظاهری به 3 دسته مهاربند های همگرا، مهاربندهای واگرا و مهاربندهای کمانش تاب تقسیم بندی می شوند.
استفاده از قاب های ساده (با اتصالات مفصلی) تا چه ارتفاعی بدون مهاربند مجاز می-باشد؟
به طور کلی استفاده از قاب های مفصلی بدون مهاربند مجاز نمی باشد. در این سیستم تنها بارهای ثقلی توسط تیرها و ستون ها تحمل می شود. برای تحمل بارهای جانبی در این سیستم باید از مهاربند استفاده نمود.
تا چه ارتفاعی می توان برای مقابله با نیروی جانبی زلزله از مهاربندها استفاده نمود؟
در ساختمان های با بیش از 15 طبقه و یا بلندتر از 50 متر استفاده از سیستم قاب خمشی ویژه و یا سیستم دو گانه الزامی می باشد. در این حالت نمی توان برای مقابله با نیروی جانبی زلزله به مهاربندها اکتفا نمود.
سبد خرید
