زمین لرزه ها یکی از مخرب ترین نیروهای زمین هستند. وقوع امواج لرزه ای در سراسر زمین می توانند ساختمان ها را تخریب کنند، جان انسان ها را به خطر بیاندازند و هزینه های زیادی را به بار آورند. بر اساس گزارش مرکز ملی اطلاعات زلزله، هر ساله به طور متوسط ۲۰۰۰۰ زمین لرزه رخ می دهد که ۱۶ مورد از آن ها جزو بلاهای بزرگ محسوب می شوند.
در چند دهه گذشته مهندسان، طرح ها و مصالح ساختمانی جدیدی را برای مقاومت بهتر در برابر زلزله ارائه کرده اند. قاب های مهاربند یا بادبند یکی از سیستم هایی هستند که کمک بسیار زیادی به این موضوع می کنند. در این مقاله قصد داریم به شرح این سیستم مهم و انواع آن در ساخت و ساز بپردازیم.
روش های متنوعی برای مقاوم سازی سازه ها در برابر زلزله وجود دارد که به ۷ تا از مهمترین آن ها در مقاله زیر اشاره شده است.
# حتما بخوانید
مهاربند یا بادبند چیست؟
مهاربند یا بادبند عضو مقاوم در برابر نیروهای جانبی مثل باد و زلزله است. اجرای سریع تر آن نسبت به دیوار برشی، باعث افزایش محبوبیت مهاربندها در ساخت و ساز شده است. شایان ذکر است که اجرای ناصحیح این سیستم، علاوه بر ناپایداری، سبب پیچش نیز خواهد شد. قاب مهاربند به شکل خرپای قائم است که برای ایجاد مقاومت در اکثر ساختمان های فولادی مورد استفاده قرار می گیرد.
انواع مهاربند
به طور کلی قاب های مهاربندی شده به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
- قاب مهاربندی شده هم محور
- قاب مهاربندی شده برون محور
قاب مهاربندی شده هم محور یا همگرا (CBF)
قاب مهاربندی شده هم محور معمولا در دهانه های نسبتا کوچک استفاده می شود. نحوه عملکرد این قاب به این صورت است که محورهای خنثی در هر گره از یک نقطه مشترک با هم تلاقی می کنند. حالت برون محوری نیز در این قاب ها به چشم می خورد؛ اما از آنجایی که مقدارش ناچیز است، از آن چشم پوشی می شود.
از مهمترین مزایای قاب های هم محور می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساده بودن اتصالات
- سرعت بالای اجرا
- سختی نسبتا خوب در برابر بارهای جانبی (استاتیکی و باد)
در کنار مزایای گفته شده، یکی از معایب قاب مهاربندی شده هم محور، نامناسب بودن اجرای آن در مناطق زلزله خیز است؛ به این دلیل که اعضای فشاری مانند ستون ها، توانایی تحمل بارهای تناوبی ناشی از زلزله را ندارند و مقاومت خود را به راحتی از دست می دهند.
انواع سیستم مهاربندی همگرا (CBF)
سیستم های مهاربندی شده هم محور شامل موارد زیر هستند:
مهاربند ضربدری
در مهاربند ضربدری یا همکاربند همگرا، دو عضو مهاربند به صورت قطری، زوایای متقابل یک دهانه را به هم متصل می کنند.
مهاربند قطری یا منفرد
مهاربند قطری به شکل خرپایی است که فقط یک قطر، داخل چشمه آن وجود دارد و می تواند در برابر تنش ها از خود مقاومت نشان دهد.
مهاربند ۷ و ۸ (هم محور و بدون محور)
در این مهاربند، دو عضو آن بر روی یک گره در رو یا زیر تیر با یکدیگر متقارب هستند. بادبندهای ۷ شکل، در مقایسه با بادبندهای ۸ شکل، امکان ایجاد بازشوهای بزرگتری را برای تعبیه پنجره فراهم می آورند؛ از نظر سازه ای نیز مسیر انتقال نیرو بیشتر می شود و تغییر مکان های قاب افزایش می یابد.
مهاربند K شکل
در مهاربند K شکل در یک طرف ستون، یک جفت مهاربند قرار گرفته است که در نقطه ای بر روی ستون یکدیگر را قطع می کنند.
قاب مهاربندی شده برون محور یا واگرا (EBF)
قاب های مهاربند خارج از محور، سیستم نسبتا جدیدی است که استفاده از آن ها روز به روز در حال افزایش می باشد؛ اما به علت دانش اندک در زمینه طراحی و اجرای آن ها، بسیاری از مهندسان با این سیستم آشنایی کامل ندارند و کمتر در ساختمان سازی از آن استفاده می کنند. مطابق آیین نامه ۲۸۰۰، ضریب شکل پذیری برای این سیستم سازه ای R=7 است که باعث کاهش برش پایه زلزله تا ۱۵% می شود.
مهاربند دارای مقطع مرکب
این نوع مهاربند بر خلاف مهاربندهای معمولی، مقاومت بالایی در برابر زلزله ها و طوفان های قدرتمند دارد. به همین خاطر عمده استفاده از آن، در ساخت پل ها و سازه های غول پیکر است.
مهم ترین چالشی که مهاربندهای دارای مقطع مرکب با آن ها رو به رو هستند، احتمال ایجاد کمانش است. کمانش باعث کاهش پایداری مهاربندها می شود. با استفاده از هسته کامپوزیتی درون غلاف فولادی، کمانش ناشی از نیروی فشار تا حدی کنترل می شود. برای پر کردن غلاف فولادی می توان از بتن معمولی هم استفاده کرد.
مزایای مهاربند دارای مقطع مرکب
موارد زیر را می توان به عنوان مزایای مهاربند دارای مقطع مرکب ذکر کرد:
- به دلیل نصب قاب های مهاربندی با پیچ و مهره یا پین به دیگر اجزای سازه، عملیات اجرایی با سرعت بالا انجام می شود؛ در نتیجه مقدار قابل توجهی از هزینه های پروژه کاهش پیدا می کند.
- ویژگی الاستیک بالای این تجهیزات در مقابل قاب های خمشی، آن را به یک سازه مقاوم در برابر نیروهای زلزله تبدیل کرده است.
- قاب های مهاربندی مرکب، تغییر مکان جانبی کمی دارند؛ زیرا نسبت به مهاربندی واگرا در مدت زمان طولانی تری وارد مرحله رفتار خمیری و الاستیک می شوند.
- امکان تعویض و تعمیر اجزای مهاربندها وجود دارد.
ضوابط اجرایی مهاربندها
۱.ابتدا و انتهای طول تیرهای واسط با سخت کننده محکم شوند.
۲. در تیرهای واسط کمتر از ۱ متر، علاوه بر سخت کننده، از یک جفت سخت کننده در میان تیر واسط استفاده شود.
۳.طول تیر واسط، از ۰.۲ طول کل دهانه بیشتر نشود.
۴.زاویه بین عضو مهاربند و تیر واسط بین ۳۰ الی ۶۰ درجه محدود شود.
۵.از به کار بردن تیرهای لانه زنبوری و دوبل در تیر واسط خودداری شود؛ زیرا توانایی تحمل نیروی وارده را ندارند.
محل مناسب برای نصب مهاربند
معمولا مهاربندها در اطراف سازه، به منظور ایجاد یک سیستم قدرتمند در برابر نیروهای پیچشی، ساخته می شوند. مشخص کردن مکان آن ها بستگی به نوع سازه نیز دارد. در حقیقت مهندسان با انجام محاسبات و تحلیل سازه ای، مکان صحیح اجرای آن ها را بدست می آورند.
نتیجه گیری
قاب مهاربندی شده نوعی سیستم سازه ای است که برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر نیروهای جانبی استفاده می شود. این قاب ها به دو دسته همگرا و واگرا تقسیم می شوند. تفاوت عمده این دو، در میزان نیرویی است که می توانند تحمل کنند؛ به این معنی که قاب مهاربندی شده هم محور یا همگرا قادر به تحمل بارهای جانبی نیستند؛ در مقابل قاب مهاربندی شده خارج از مرکز یا واگرا بهترین گزینه برای جلوگیری از بارهای لرزه ای هستند. انواع مدل های سازه ای در سیستم های مهاربندی شامل ضربدری، قطری یا منفرد، ۷ و ۸ و K شکل می باشند.
سوالات متداول مهاربند یا بادبند
مهاربند یا بادبند چیست؟
مهاربند یا بادبند، یک سیستم سازه ای است که جهت افزایش مقاومت سازه در برابر نیروهای باد یا زلزله در ساختمان سازی استفاده می شود.
انواع قاب مهاربندی شده کدامند؟
انواع قاب مهاربندی شده شامل دو دسته همگرا و واگرا می باشند.
