نوشته‌ها

تفاوت سیستم مهاربندی و قاب خمشی به زبان ساده

اصولا در بررسی و مقایسه سیستم های مختلف دو معیار عمومی زیر را باید مورد توجه قرار داد:

  1. سازه باید برای حفظ تغییر شکل ها تا حدی که خسارت زلزله های معمولی به صورت غیرسازه ای باشد دارای سختی کافی باشد.
  2. شکل پذیری سازه باید به اندازه ای باشد که در زلزله های شدید دچار تخریب سیستم سازه ای و انهدام عمومی نشود.

الف) سیستم مهاربندی:

سیستم مهاربندی مجموعه ای از اعضای قائم(ستون ها)، اعضای افقی(تیرها) و اعضای مورب (بادبندها) است که توسط اتصالات مفصلی به یکدیگر متصل شده اند. در این سیستم، مهاربند ها با ایجاد سختی در برابر نیروهای جانبی مقاومت کرده و مانع از خرابی سازه می شوند.

سیستم مهاربندی

سیستم مهاربندی

ب) اتصالات سیستم مهاربندی:

از آن جایی که مهاربندها در سیستم های مهاربندی سختی ایجاد می کنند نیاز به اتصالاتی دارند که اجازه ی حرکت آزادانه را به اعضا بدهند. تصور کنید که اتصالات نیز مثل مهاربندها سختی ایجاد کنند؛ چه اتفاقی رخ می دهد؟ مسلما تا حدی سازه در برابر نیروی جانبی مقاومت می کند ولی پس از افزایش نیرو به دلیل سختی بالا دچار خرابی شدیدی می شود. پس لازمه ی عملکرد بهینه سازه این است که سختی اعضای مهاربندی و شکل پذیری اتصالات آنها در کنار هم و به صورت مکمل در برابر بار جانبی وارد عمل شوند.

اتصال مفصلی

اتصال مفصلی

اتصال مفصلی اتصالی است که در برابر چرخش هر یک از اعضای متصل به آن هیچ مقاومتی از خود نشان نداده و فقط مانع جدا شدن اعضا از یکدیگر می­شود. درست مشابه کاری که مفصل زانوی انسان انجام می­دهد.

مفصل زانوی انسان

مفصل زانوی انسان

ج) مزایا و معایب سیستم مهاربندی:

سختی زیاد

کنترل تغییرمکان های جانبی

سادگی اجرا

اقتصادی بودن

محدودیت معماری در بازشوها

ارتعاش زیاد

عدم زیبایی نما بخاطر وجود مهاربند

عدم زیبایی نما بخاطر وجود مهاربند

الف) سیستم قاب خمشی:

سیستم قاب خمشی مجموعه ای از تیرها و ستون ها و اتصالات صلب را شامل می شود که به طور همزمان نیروهای جانبی و ثقلی را تحمل می کنند.

در این سیستم چون هیچ عضو اضافی(مثل مهاربند یا دیوار برشی) وجود ندارد که در برابر تغییرشکل های جانبی مقاومت کند، بنابراین سازه از شکل پذیری بالایی برخوردار است؛ به عبارتی در صورت وارد شدن نیروهای جانبی، قاب سازه مشابه موم در برابر این نیروها تغییرشکل داده و بدین ترتیب مانع از خرابی ساختمان می شود.

سیستم قاب خمشی

سیستم قاب خمشی

ب) اتصالات سیستم قاب خمشی:

ویژگی های سیستم قاب خمشی ما را ملزم می کند، اتصالات پیچیده و صلبی برای این سیستم در نظر بگیریم تا در هنگام وارد شدن بار جانبی، شکل پذیری این سیستم را کنترل کرده و از جدا شدن اعضا به دلیل تغییرشکل­های جانبی جلوگیری کند.

به بیان ساده اعضای سیستم قاب خمشی شکل پذیرند و اتصالات سخت می باشند در نتیجه عملکردهای مکملی را در برابر بارهای جانبی خواهند داشت.

اتصال صلب اتصالی است که علاوه بر مقاومت در برابر جدا شدن اعضا از یکدیگر، از چرخش اعضا نسبت به هم جلوگیری می­کند. در این نوع اتصالات زاویه اجزای متصل شونده قبل از بارگذاری ۹۰ درجه می باشد و بعد از بارگذاری نیز ثابت (یعنی همان ۹۰ درجه) باقی می­ماند.

اتصال صلب

اتصال صلب

ج) مزایا و معایب سیستم قاب خمشی:

آزادی عمل بالا در معماری

انعطاف پذیری مناسب

اتصالات سنگین و پیچیده

بالا رفتن وزن سازه

هزینه بالا

تغییرمکان های جانبی زیاد

زیبایی نما به خاطر عدم وجود مهاربند

زیبایی نما به خاطر عدم وجود مهاربند

برگرفته از آموزش تحلیل و طراحی مهاربندهای همگرا

عناصر مقاوم در برابر زلزله – مهاربندها و دیوارهای برشی

عناصر مقاوم در برابر زلزله:

-قاب خمشی به همراه دیوار برشی

-قاب خمشی به همراه بادبند

 

روش‌های مقاوم‌سازی دیوارهای برشی:

-افزایش ضخامت دیوار با روش شاتکریت
-پر کردن بازشوها با بتن مسلح
-احداث و اضافه کردن دیوار برشی جدید در مجاورت دیوار قبلی
-استفاده از المان‌های مهارکننده فولادی برای دیوار
-استفاده از ورق‌های فولادی مهار شده
-استفاده از مصالح کامپوزیت
با توجه به خصوصیات برتر مکانیکی و راحتی حمل ‌و ‌نقل به‌عنوان روشی،جایگزین روش‌های متداول قبلی جهت تقویت برشی مطرح شده است.

معایب استفاده از ورق‌های فولادی مهار شده:

-از بین بردن زیبایی نمای خارجی و یا داخلی ساختمان
-کاهش سطح و فضای قابل استفاده و مفید ساختمان
-افزایش قابل ملاحظه وزن ساختمان و در نتیجه افزایش نیروهای وارده بر آن

 

مهاربند

مهار بند یا بادبند یک عضو سخت کننده سازه در برابر نیروهای جانبی همانند باد یا نیروی زلزله می باشد.به دلیل اجرای سریع نسبت به دیوار برشی عمومیت خاصی بین عامه پیدا کرده،اما اجرای ناصحیح نه تنها سبب پایداری بلکه سبب پیچش می گردد.

انواع باد بند:

مطابق پیوست ۲ آینن نامه ۲۸۰۰ انواع مهاربندها به صورت زیر می باشد:

۱-مهاربند ضربدری:این نوع مهاربند که به همکاربند همگرا نیز معروف می باشد،حالتی است که دو عضو مهاربند به صورت قطری زوایای متقابل یک دهانه را به هم متصل نمایند.

۲-مهاربند قطری:حالتی که فقط یک قطر داخل چشمه وجود داشته باشد.

۳-مهاربند ٧ و ٨ :در این نوع مهاربندها،دو عضو مهاربند بر روی یک گره در رو و یا زیر تیر با یکدیگر متقارب باشند.

۴-مهاربند K :در این نوع مهاربند،یک جفت مهاربند در یک طرف ستون قرار می گیرند و یکدیگر را در نقطه ای بر روی ستون قطع می نمایند.

مزایای بادبند ها:

-سختی زیاد
-اجرای آسان
-ارزان

معایب بادبندها:

تجربه زلزله های اخیر بیانگر ضعف بادبندها در برابر نیروهای جانبی زلزله می باشند. بادبندها به علت عدم قابلیت پذیرش تغییرشکل های زیاد در فشار بر اثر نیروهای فشاری وارده تا حد توان مقاومت کرده و ناگهان کمانه می کنند که بر اثر کمانش توان خود را در جذب بالای انرژی از راه ورود مصالح به ناحیه پلاستیک از دست می دهند.
در سیستم بادبندی هم محور(CBF) طراحی تیرها در دهانه های بادبندی همانند دیگر تیرهای معمولی وتحت بارهای ثقلی انجام می پذیرد و در ترکیب بار زلزله نیروی قابل توجهی در این تیرها ایجاد نمیشود .
اما در سیستم برون محور(EBF) علاوه بر برش و لنگرهای بارهای ثقلی ، در ترکیب بار زلزله و در اثر نیروهای محوری ایجاد شده در بادبندها یک سری لنگر و برش اضافی در این تیرها ایجاد می شود و باعث بحرانی شدن ترکیب بار زلزله برای طراحی این تیرها می شود . معمولاً محل بحرانی در این تیرها محل اتصال بادبند به تیر می باشد و در این محل عموما احتیاج به ورق تقویتی بال بالا و پایین می باشد.این ناحیه از تیر پیوند نام دارد.

معایب سیستم مهاربندی هم محور (CBF):

-محدودیت معماری در مورد درب ها و پنجره ها
-شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی کم آن به دلیل کمانش بادبند ها،معمول ترین نوع مهار های هم محور، مهار های قطری ،K ، ضربدری ، ۷ و۸ می باشند.

معایب سیستم مهاربندی خارج محور (EBF):

-جهت فعال کردن تیرهای پیوند، نیاز به اتصالات صلب در قاب می باشد
-اعوجاج بیش از حد سقف در اثر تغییر شکل های زیاد تیرهای پیوند

مقاوم سازی با اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند

روش های رایج مقاوم سازی

۱- مقاوم سازی با اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند
۲- مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP
۳- مقاوم سازی با استفاده از جداگرهای لرزه ای
۴- مقاوم سازی با استفاده از دمپر
۵- مقاوم سازی با استفاده از از ژاکت های فلزی و بتنی
۶- مقاوم سازه با استفاده از بادبند های کمانش تاب
۷- مقاوم سازه با استفاده از جرم های پاندولی

 

sheer-walls

مقاوم سازی با اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند

-یکی از روش های مقاوم سازی ساختمان های بتنی اضافه نمودن دیوار برشی می باشد. دیوار برشی مقاومت، سختی و شکل پذیری سازه را بشدت افزایش می دهد و باعث بهبود رفتار لرزه ای سازه و کاهش تغییر شکل های و خسارات وارد به دیگر المان های بتنی سازه می گردد.

چنانچه تیر و ستون های سازه بتنی قابلیت تحمل بارهای ثقلی را داشته اما تحت بارهای لرزه ای آسیب پذیر باشد اضافه نمودن دیوار برشی باعث جذب نیروی جانبی لرزه ای توسط این دیوارها شده و از اعمال نیروها و تغییر شکل های لرزه ای به تیر ها و ستون ها جلو گیری می نماید. در نتیجه اضافه نمودن تنها دو یا چهار دیوار برشی باعث کاهش آسیب پذیری تمامی تیر ها و ستون ها می گردد. البته باید توجه داشت که بعلت سختی زیاد دیوارهای برشی، معمولا نیروهای زیادی در فونداسیون زیر آنها ایجاد می گردد که مقابله با آنها مستلزم تقویت شدید فونداسیون موجود و یا اضافه نمودن شمع در پای دیوارهای برشی می باشد. ادامه مطلب …