سیستم های باربر جانبی بخشی از سیستم سازه ای است که نقش آن مقاومت در برابر نیروهای جانبی مثل نیروی زلزله و باد در سازه های مختلف است. در این مقاله انواع سیستم های باربرجانبی بر اساس طبقه بندی استاندارد 2800 معرفی شده است. مهندس طراح سازه باید با در نظر گرفتن ویژگی های سازه و خواص و جزییات سیستم های باربر جانبی مختلف مثل مقاومت، پایداری، سختی و شکل پذیری (ductility) بتواند بهترین سیستم باربر جانبی را انتخاب کند، لذا لازم است که به انواع سیستم های باربر جانبی شناخت کافی را داشته باشیم.
سازه ها باید با در نظر گرفتن اثرات بارهای جانبی تحلیل و طراحی شوند. بارهای جانبی تلاش هایی هستند که در جهت طولی سازه موازی با زمین به سازه ها وارد می شوند. بار زلزله و بار باد نمونه هایی از بارهای جانبی هستند که دلیل درصد بالایی از خسارات مالی و تلفات جانی ناشی از این نیروها است. نحوه عملکرد بارهای جانبی بسیار پیچیده تر از بارهای قائم (ثقلی) می باشد. از آنجایی که کشور ما جزء کشورهای با لرزه خیزی بالا است و بارهای لرزه ای بر طراحی سازه ها حاکم می شود، به همین دلیل در نظر گرفتن یک سیستم باربر جانبی با عملکرد مطلوب یکی از وظایف مهم مهندس محاسب است. در این مقاله انواع سیستم های باربر جانبی معرفی شده و به اختصار توضیح داده شده اند.
پیشنهاد آموزشی: مهاربند فولادی چیست؟آشنایی جامع با انواع مهاربند در سازه های فولادی
انواع سیستم های باربر جانبی
در علم مهندسی سازه سیستم های متعددی برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی تعریف شده است، که به آنها سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی (Lateral Force Resisting System) گفته میشود. سیستم باربر جانبی قسمتی از سیستم سازه ای است که وظیفه ی آن ایجاد سیستمی برای انتقال بارهای جانبی به فونداسیون، جلوگیری از ریزش ساختمان تحت اثر بارهای جانبی و تأمین سختی مناسب برای سازه در برابر بارهای سرویس تحت اثر نیروهای جانبی میباشد.
سیستم باربر جانبی باید به تنهایی و همچنین به صورت یکپارچه همراه با دیگر المان های سیستم سازه ای قادر به مقاومت و انتقال نیروها باشد. مهندس محاسب باید با مسیر نیروها در المان های سازه ای تا فونداسیون و نهایتاً به زمین به خوبی آشنا باشد تا از عملکرد مطلوب سیستم باربر جانبی اطمینان حاصل کند. بنابراین انتخاب سیستم سازهای مناسب برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی یکی از قدم های اساسی در طراحی لرزها ی سازه ها است. در ادامه سیستم های باربر جانبی رایج و مورد قبول آیین نامه ها و استانداردهای جهانی بیان شده است.
تقسیم بندی سیستم های باربرجانبی بر اساس استاندارد 2800
مطابق بند 1-8 استاندارد 2800 ویرایش چهارم ساختمان ها برحسب سيستم سازه ای به شش گروه طبقه بندی می شوند:
- سیستم دیوارهای باربر
- سیستم قاب ساختمانی
- سیستم قاب خمشی
- سیستم دوگانه یا ترکیبی
- سیستم ستون کنسولی
- سایر سیستم های سازه ای
در ادامه به تشریح این سیستم ها پرداخته می شود.
سیستم دیوارهای باربر
سیستم سازه ای دیوارهای باربر (Bearing wall systems) شامل دیوارهای باربر عمودی است که در امتداد خطوط دیوارهای پیرامونی و در صورت لزوم در امتدادهای داخلی قرار دارند. این دیوارها وظیفه مقاومت و انتقال بارهای ثقلی خود و طبقات بالاتر را دارند، همچنین از این دیوارها به منظور سیستم مقاوم در برابر زلزله مورد استفاده قرار گیرد. این سیستم فاقد قاب ساختمانی (یعنی تیر و ستون) است، اما ممکن است از تعدادی ستون برای مقاومت بارهای ثقلی سقف های بالاتر مورد استفاده قرار گیرد.
سیستم قالب تونلی و دیوارهای متشکل از قاب های سبک فولادی سرد نورد با تسمه فولادی و یا صفحات پوششی فولادی مهار شده‌اند، جزء این سیستم اند که در مبحث یازدهم مقررات ملی ساختمان ضوابط این سیستم های سازه ای بیان شده است. همچنین سازه های بنایی با دیوار باربر نیز جزئی از این سیستم می باشد.
در استاندارد 2800 جزئیات بیشتر و پارامترهای طراحی را در جدول 3-4 برای انواع سیستم های سازه ای دارای دیوار باربر ارائه کرده است. با توجه به جدول این سیستم های باربر جانبی اکثراً دارای ضریب رفتار پایین و محدودیت های ارتفاعی سخت گیرانه ای است.
سیستم قاب ساختمانی
سیستم قاب ساختمانی (Building Frame System) یک قاب فضایی است که شامل تیرها و ستون ها و اتصالات است که این اتصالات عمدتاً مفصلی هستند و در برابر بارهای جانبی مقاومتی ندارند. در این سیستم تیرها و ستون ها، بارهای ثقلی را به فونداسیون منتقل می کنند. با توجه به این که اتصالات مفصلی هستند این سیستم در برابر بارهای جانبی ناپایدار هستند و مقاومتی ندارند به همین دلیل برای تأمین باربری جانبی از مهاربند فولادی و یا دیوار برشی بتنی یا فولادی استفاده می شود.
همانطور که گفته شد اتصالات این سیستم مفصلی (ساده) هستند، در این اتصال گشتاور منتقل نمیشود و صرفاً بارهای ثقلی را از طریق دیافراگم و تیرها به ستون ها منتقل میگردد. در این سیستم با توجه به عدم انتقال لنگر در اتصالات مقاطع سبک تری نسبت به بقیه ی سیستم های باربر جانبی بدست می آید.
همان طور که گفته شد برای تأمین سختی سیستم باربر جانبی از مهاربندها و دیوار برشی استفاده می کنیم. در جدول 3-4 استاندارد 2800 محدودیت ها و پارامترهای طراحی انواع مختلف ترکیب این سیستم سازه ای با دیوارهای برشی و مهاربندها آورده شده است که اکثراً دارای محدودیت های ارتفاعی هستند.