مهاربند واگرا چیست؟

قطعا شما هم تایید می کنید که مهاربند واگرا به عنوان یکی از انواع سیستم های باربر جانبی از آن بسیار زیاد استفاده می کنیم اما طراحی مهاربند واگرا به چه صورتی انجام می شود؟ نقش تیر پیوند در مهاربند واگرا چیست؟

در یک ویدئو 2 ساعته به طراحی مهاربند واگرا با حل یک مثال می پردازیم و تفاوت بادبند همگرا و واگرا را بررسی خواهیم کرد البته تمامی این مطالب را در متن ایبوک هم می توانید مشاهده کنید و دیگر نیازی به نکته برداری نخواهید داشت.

این صفحه تنها بخش کوتاهی ازاین ایبوک است. متن اصلی ایبوک را منطبق بر فهرست مطالب به همراه 2 ساعت ویدئو، دانلود کنید.

⌛ آخرین به روز رسانی: 18 مهر 1400

📕 تغییرات به روز رسانی: مراحل طراحی مهاربندی واگرا ویژه در نرم افزار ETABS  و طراحی دستی اتصالات مهاربند واگرا ویژه

انواع مهاربند واگرا از لحاظ هندسه

مهاربندهای واگرا بر چهار نوع هستند که در شکل زیر نشان داده شده است.

1. مهاربند واگرا با یک عضو قطری و یک تیر پیوند (شماره 1)
2. بادبند واگرا با دو عضو قطری و دو تیر پیوند (شماره 2)
3. مهاربند واگرا با دو عضو قطری و یک تیر پیوند (شماره 3)
4. بادبند واگرا با یک عضو قطری و دو تیر پیوند (شماره 4)

انواع مهاربند واگرا از لحاظ عملکرد

طبق بند 10-3-1-2 قسمت پ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان آن‌ها را در دو گروه مهاربندی واگرای ویژه فولادی و مهاربندی واگرای معمولی قرار می‌دهد.

اما یک سوال، فرق مهاربند واگرای معمولی و ویژه در چیست؟

جواب این سوال و خیلی از مباحث پایه ای و مفهومی که مربوط به بادبند واگرا است را در قالب یک ویدئو جامع 2 ساعته بیان کرده ایم که قسمت کوتاهی ازین ویدئو فوق العاده را برای شما در اینجا قرار داده ایم. برای پیدا کردن جواب سوالتان حتما یک بار این ویدئو فوق العاده را مشاهده کنید.

تفاوت بادبند همگرا و واگرا

برای بیان فرق بادبند واگرا و همگرا بهتر است مزایا و معایب هر کدام از این مهاربند ها را بررسی کنیم.

مهاربند واگرا

مزایا

• استفاده بهینه از فضای ایجادشده برای ایجاد بازشو در قاب مهاربندی‌شده اما
• دارای شکل‌پذیری و سختی مناسب جهت استهلاک انرژی زلزله

معایب

• عدم توجه کافی طراحان و حتی مجریان این مهاربند در طراحی و اجرای آن به دلیل ضوابط خسته‌کننده آیین‌نامه‌ای
• سخت بودن یا عدم امکان تعویض تیر پیوند این مهاربند، بعد از زلزله‌های شدید

مهاربند همگرا

مزایا

• سختی بالای سیستم
• کنترل شدن تغییر مکان جانبی سازه تا حد زیاد به دلیل سختی بالا

معایب

• ایجاد محدودیت ازنظر معماری برای ایجاد بازشو (در مهاربندهای نوع ضربدری و قطری)
• قابلیت جذب و استهلاک کمتر انرژی زلزله نسبت به بادبند واگرا به دلیل شکل‌پذیری پایین‌تر

اعضای مهاربند واگرا به همراه نکات اجرایی

یک قاب مهارشده با مهاربند شورون دارای 4 عضو می‌باشد که در شکل زیر آنها را مشاهده می کنید.

1.  اعضای قطری مهاربند
2. تیر پیوند
3. تیر خارج از ناحیه پیوند
4. ستون

اعضای تشکیل‌ دهنده یک قاب مهاربندی‌ شده واگرا

اما علت اجرای مهاربند واگرا به این صورت چیست؟ کمی به شکل زیر دقت کنید، نظر شما در رابطه با عملکرد بادبند واگرا با استفاده از تیر پیوند چیست؟

عملکرد فیوز مانند تیر پیوند

رفتار مهاربند واگرا در هنگام زلزله چگونه است؟

همین ابتدای کار باید بگویم اگر حوصله خواندن متن های طولانی علمی را ندارید ویدئو بالا مخصوص شما ضبط شده است و تمامی مطالب ذکر شده در این قسمت را به صورت روان و شیوا بیان می کند. این ویدئو قسمت کوتاهی از ویدئو جامع 2 ساعته است که در رابطه با مفاهیم مهاربند واگرا یا همان مهاربند ebf است که فایل قابل دانلود آن در انتهای همین صفحه وجود دارد.

هنگام وقوع زلزله در قاب‌ های مهاربندی واگرا، نیروی زلزله باید توسط اعضای این قاب مستهلک شود. در زمان استهلاک انرژی توسط یک عضو، به دلیل وقوع تغییرشکل‌ های بزرگ، عضو باید به ‌صورت انعطاف ‌پذیر طراحی شود. مهاربندهای واگرا گزینه‌ی مناسبی برای استهلاک انرژی زلزله هستند زیرا دارای انعطاف‌پذیری خوبی هستند. سختی این مهاربندها نسبت به قاب‌های خمشی بیشتر ولی نسبت به مهاربندهای همگرا کمتر می‌باشد.

برای روشن شدن مفهوم سختی و مقایسه‌ی آن بین قاب خمشی و مهاربند همگرا، سه قاب با طول دهانه و ارتفاع یکسان در نظر بگیرید. این قاب‌ها عبارت‌اند از: قاب خمشی (قاب 1) و قاب مهارشده واگرا (قاب 2) و قاب مهارشده همگرا (قاب 3).

اگر اعضای این قاب برای یک نیروی جانبی یکسان، طراحی‌ شده باشند و تحت اثر این نیروی جانبی جابه ‌جایی نسبی قاب ‌ها را با یکدیگر مقایسه کنیم، مشاهده می‌شود که قاب خمشی جابه ‌جایی نسبی بیشتری نسبت به دو قاب مهاربندی داشته و قاب مهاربندی واگرا جابه‌جایی بیشتری نسبت به مهاربندی همگرا دارد؛ بنابراین:

F=K∆ → K = F/∆

F₁ = F₂ = F₃ .   ∆₁ > ∆₂ > ∆₃  →  K₃ >  K₂ > K₃

توضیحات بالا نشان می‌دهد که قاب خمشی تمایل دارد با انعطاف‌پذیری بالای خود (به ‌جای سختی بالا) و قاب مهاربندی همگرا با سختی بالای خود انرژی زلزله را مستهلک نماید. مقایسه‌ی قاب مهاربندی واگرا با دو سیستم دیگر نشان می‌دهد که رفتار این سیستم، برای مقابله با نیروی زلزله ترکیبی از سختی و انعطاف ‌پذیری می‌باشد.

همان‌طور که قبلاً اشاره شد رفتار قاب‌ های واگرا را با 3 آیتم می توانیم بررسی کنیم:

1. تیر پیوند مشابه با فیوز سازه ای عمل نموده و وظیفه تغیر شکل و تأمین انعطاف‌پذیری قاب را به‌منظور مستهلک نمودن انرژی زلزله بر عهده دارد؛ بنابراین طراحی تیر پیوند به‌گونه‌ای است که زودتر تسلیم شود؛ بنابراین اولین و مهم‌ترین عضو در قاب‌های با مهاربندی واگرا، در استهلاک انرژی تیر پیوند است.
2. دومین عضو اعضای قطری مهاربند هستند که باید در ناحیه الاستیک باقی بمانند و با کوتاه شدگی یا بلند شدگی خود به استهلاک انرژی زلزله کمک کنند. ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان نیز به‌گونه‌ای ست که از کمانش اعضای قطری مهاربند واگرا جلوگیری شود. پیشتر در مقاله کمانش مهاربند به طور جامع انواع کمانش مهاربند را بررسی کردیم.
3. مورد بعدی که در استهلاک انرژی در این نوع قاب‌ها نقش دارد کرنش محوری در ستون‌های قاب می‌باشد که به دلیل نیروی فشاری اعمال‌شده از جانب اعضای مهاربند به ستون می‌باشد (شکل زیر).

نقش تیر پیوند، مهاربند واگرا و ستون در استهلاک انرژی

ترکیب سیستم مهاربند واگرا با سیستم‌های دیگر

ترکیب در پلان سازه

در پلان یک طبقه نمی‌توان در یک یا چند دهانه از سیستم مهاربندی واگرا استفاده کرد و به موازات آن ها در یک قاب دیگر از سیستم مهاربند همگرا استفاده کرد اما علت این موضوع چیست؟

پاسخ این سوال را در متن اصلی ایبوک داده ایم، اما برخلاف دو سیستم ذکر شده، می‌توان از ترکیب سیستم بادبند واگرا و قاب خمشی در یک‌جهت بهره برد و با توجه به آیین‌نامه 2800 هم استفاده از این ترکیب مجاز می‌باشد.

ترکیب مهاربند همگرا و واگرا در دو قاب به‌ موازات همدیگر به صورت غیرمجاز

ترکیب در ارتفاع سازه

بهتر است در یک دهانه از قاب در برخی از طبقات از سیستم واگرا و ما­بقی را سیستم همگرا استفاده نشود. برخی از طراحان این کار را به دلایل معماری انجام می‌دهند، در واقع این یک ایده فوق العاده است برای انجام کار های معماری اما باید ضوابط خاصی را برای ترکیب سیستم ها در ارتفاع مطابق استاندارد 2800 رعایت کرد.

استفاده ترکیبی از مهاربند واگرا و همگرا در یک قاب به صورت غیرمجاز

بررسی ضوابط آیین‌نامه‌ای مهاربند واگرا ویژه

شاید شما هم با خودتان فکر کنید که طراحی دستی مهاربند واگرا به صورت تئوری غیر ممکن است؛ اما در یک ویدئو فوق العاده نزدیک به 2 ساعت در رابطه با مهاربند واگرا صحبت می کنیم و طراحی دستی این مهاربند را به خوبی به شما آموزش خواهیم داد. ویدئویی که در بالا قرار گرفته است تنها بخش کوتاهی ازین ویدئو جامع است.

ضوابط مبحث دهم برای عضو قطری مهاربند واگرا ویژه

محدودیت نسبت پهنا به ضخامت مقاطع تیر و ستون و مهاربند (بند 10-3-12-1) :

در شکل زیر محدودیت های بیان شده در جدول بالا برای درک بهتر شما عزیزان نمایش داده شده است :

محدودیت های مربوط به کنترل فشردگی

مراحل طراحی مهاربند واگرا ویژه، تیرهای خارج از ناحیه پیوند و ستون‌ها

از این بند مبحث دهم مقررات ملی ساختمان می‌توان این‌طور برداشت کرد که ابتدا باید طراحی تیر پیوند را انجام داده باشیم تا در ادامه بتوانیم تیرهای خارج از ناحیه پیوند، مهاربند و ستون را هم طراحی نماییم؛ بنابراین با فرض طراحی تیر پیوند و به دست آوردن مقاومت برشی اسمی تیر پیوند (V_n) در ادامه مسیر طراحی به ‌صورت گام ‌به ‌گام بیان می شود.

در این ایبوک فوق العاده علاوه بر بیان مراحل طراحی دستی مهاربند واگرا با یک مثال جامع به بررسی  این نوع طراحی می پردازیم.

طراحی دستی مهاربند واگرای ویژه با حل یک مثال

برای تثبیت بهتر مطالب و آشنایی شما با نحوه کار با فرمول ‌ها و ضوابط آیین‌ نامه‌ای، در این رابطه مثالی حل‌ شده است.

یک قاب با بادبند واگرای ویژه مانند شکل زیر در نظر بگیرید.

قاب یک ساختمان 5 طبقه تحت اثر نیروهای جانبی

ارتفاع تمام طبقات این قاب 3.5 متر می‌باشد. تیر پیوند در تمام طبقات طراحی‌ شده (به طول 1 متر) و هدف طراحی تیر خارج از پیوند، مهاربند و ستون طبقه اول می‌باشد.

بار مرده طبقات = 1ton/m

بار زنده تمام طبقات به جز بام = 0.6ton/m

بار زنده بام = 0.3ton/m

برای کسب اطلاعات جامع در زمینه بار زنده و کاهش آن می توانید مقاله کاهش بار زنده بام را مطالعه نمایید.

✅ حل کامل این مثال به صورت گام به گام در متن اصلی ایبوک و همینطور ویدئو جامع طراحی مهاربند واگرا یا همان مهاربند ebf قابل مشاهده است.

طراحی یک نمونه مهاربند واگرا ویژه در نرم افزار ETABS

معرفی مشخصات پروژه

ساختمانی با مشخصات زیر را در نرم افزار ایتبس مدل سازی و بارگذاری می کنیم :

ترسیم قاب واگرا در ایتبس

در این پروژه قاب های A ,E را به عنوان قاب های با مهاربند واگرا در نظر می گیریم و به دلیل تقارن این دو قاب تنها خروجی ها و توضیحات برای قاب A ارایه می شود.

طول تیر پیوند معمولا کمتر از 1/5 طول دهانه انتخاب می شود .در این پروژه در تمامی طبقات برابر 70 سانتی متر فرض می شود.

برای ترسیم مهاربندهای واگرا مراحل زیر را طی می کنیم :

1. ابتدا ELEV A را انتخاب می کنیم

2. مراحل زیر را برای کشیدن مهاربند طی می کینم :

Draw>Draw Beam, Column, Brace >Quick Draw Braces

برای ترسیم مهاربند واگرا مقادیر left , right, center برای تعیین طول تیر پیوند استفاده می شود.

در اینجا تیر پیوند در وسط دهانه قرار دارد و طول آن را در قسمت center وارد می کنیم .

3. مهاربند های محور A را رسم می کنیم .در پنجره تنظیمات ترسیم نام مقطع مورد نظر را انتخاب می کنیم (بهتر است دوبل ناودانی باشد) در این پروژه از UPN240 استفاده کردیم و نوع Bracing را Inverted V قرار می دهیم . در مقابل عبارت Center طول تیر پیوند را می نویسیم .

تنظیمات ترسیم مشخصات مهاربند

محاسبه بارگذاری جانبی در قاب با مهاربند واگرا ویژه

طبق یادداشت شماره 3 جدول 3-4 استاندارد 2800 ویرایش چهارم در سیستم های قاب ساختمانی با مهاربندی های واگرای ویژه فولادی چنانچه در تیر های پیوند رفتار برشی حاکم باشد ضریب رفتار بابر 7 و چنانچه رفتار خمشی حاکم باشد این ضریب باید برابر 6 در نظر گرفته شود .لذا در این پروژه ابتدا فرض می شود تیر های پیوند قاب A رفتار برشی دارند و ضریب رفتار برابر 7 در نظر گرفته میشود .در مرحله کنترل های لرزه ای مهاربند واگرا این فرض بررسی می شود و در صورت نیاز اصلاح می گردد.

طراحی اتصالات مهاربند واگرا ویژه

در مهاربند واگرای ویژه عضو تعیین کننده، تیر پیوند می باشد و بقیه اعضا مطابق ظرفیت تیر پیوند طراحی می شوند.
مطابق بند 10-3-6-12 از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392 ، بزرگترین مقدار از بین دو مقدار زیر به عنوان نیروی طراحی اتصالات مهاربند واگرا در نظر گرفته می شود.

تیر پیوند I شکل : 1.25RyV_n

تیر پیوند قوطی شکل : 1.4ryV_n

اما با توجه به این که مهاربند ها برای ظرفیت تیر پیوند طراحی شده اند پس نیرویی که در آن ها ایجاد شده از ظرفیت آن ها کمتر است ،پس در جهت اطمینان طراحی اتصالات با نیروهای ظرفیتی T_n و P_n انجام می شود.

به عنوان مثال طراحی مهاربندی واقع در طبقه دوم قاب A با مقطع 2UPN240 را انجام می دهیم.

همانطور که در بالا بیان شد طراحی را براساس ظرفیت مهاربند مورد نظر انجام می دهیم. ( T_n و P_n)

برای محاسبه مقادیر T_n و  P_n داریم :

T_n=φ.F_y.A_g
P_n=φ.F_cr.A_g

برای به دست آوردن مساحت مقطع مورد بررسی داریم :

Define<Section Properties<Frame Section<2UPN240<Modify<Show Section Property<Area

تعیین مساحت مقطع مهاربند از تنظیمات موجود در ETABS

Ag=84.6 cm²
T_n=φ.F_y.A_g= 0.9×2400×84.6×10^(-3) =182.7 ton.f

✅ مراحل محاسبه Fcr طبق ضوابط مبحث دهم و توضیحات سایر بخش ها را در متن اصلی ایبوک مطالعه کنید

منابع:

• مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392
• استاندارد 2800 ویرایش چهارم
• جزوه دکتر فنایی (عضو هیئت علمی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی)

1. انواع مهاربندهای واگرا و همگرا از لحاظ هندسه

• دسته بندی مهاربند های واگرا
• دسته بندی مهاربند های همگرا

2. انواع مهاربندهای واگرا از لحاظ عملکرد

3. تفاوت مهاربند واگرا و همگرا

• مزایا و معایب مهاربند واگرا
• مزایا و معایب مهاربند همگرا

4. اعضای مهاربند واگرا به همراه نکات اجرایی

5. رفتار مهاربند واگرا در هنگام زلزله چگونه است؟

6. بررسی اجمالی رفتار مهاربندهای همگرا جهت شناخت تفاوت‌ها و مزیت‌های مهاربند واگرا

• مهاربندهای ضربدری
• مهاربندهای شورون 7 و 8 شکل
• مهاربندهای K  شکل

7. ترکیب سیستم مهاربندی واگرا با سیستم‌های دیگر

• ترکیب در پلان سازه
• ترکیب در ارتفاع سازه

8. بررسی ضوابط آیین‌نامه‌ای مهاربند واگرا ویژه

•  ضوابط مبحث دهم برای عضو قطری مهاربند واگرا ویژه
• مراحل طراحی مهاربند واگرا ویژه، تیرهای خارج از ناحیه پیوند و ستون‌ها

9. طراحی دستی یک نمونه مهاربند واگرای ویژه

10. طراحی یک نمونه مهاربند واگرا ویژه در نرم افزار ETABS

• معرفی مشخصات پروژه
• ترسیم قاب واگرا در ایتبس
•  محاسبه بارگذاری جانبی در قاب با مهاربند واگرا ویژه
• کنترل ضوابط لرزه ای برای تیر های واقع در دهانه مهاربندی شده واگرا ویژه
  • کنترل فشردگی مقطع تیر واقع در دهانه مهاربندی واگرا ویژه
  • کنترل های مربوط به مقاومت برشی و طول تیر پیوند و دوران تیر پیوند
  • کنترل مهاربندی ها، ستون ها و تیرهای خارج از ناحیه پیوند

11. طراحی اتصالات مهاربند واگرا ویژه

•  طراحی خط جوش مهاربند واگرای ویژه به ورق گاست
• طول خط جوش لازم برای اتصال ورق گاست به بال تیر

• ثبت شده در
  وزارت ارشاد
• دانلود سریع
  پس از پرداخت
• ضمانت ارسال
  بروزترین نسخه کتاب