مهاربند یا بادبند
مهاربند یا بادبند، به علت غیر قابل اجتناب بودن زلزله ها و تحمیل خسارت های بسیار جانی و مالی، به ویژه زلزله های ویرانگری که در سال های اخیر در نقاط گوناگون دنیا رخ داده است، یافتن راه حلی مناسب جهت مهار این پدیده طبیعی به امری ملزم تبدیل شد. با اینکه استفاده از مقاطع فولادی مرغوب همانند میلگرد، تیرآهن، نبشی و… کاربردی بود ولی کافی نبود. از طرف دیگر جلوگیری از وقوع زلزله امکان پذیر نیست در نتیجه ایمن سازی سازه اهمیت چندین برابری می یابد.
با توجه به کلیه موارد دستیابی به روشی جهت بهسازی ساختمان ها روز به روز به امری ضروری تر و غیر قابل انکار تبدیل می گردد. جهت مقابله ساختمان با ارتعاشات و تحریکات لرزهای دو روش وجود دارد: روش اول فراهم سازی مقاومت و افزایش ظرفیت شکل پذیری اعضای سازه؛ روش دوم استفاده از قاب مهار بندی بر روی مشخصات لرزه ای سازه می باشد.
مهاربند و موارد استفاده از آن در ساختمان
مهاربند که با نام بادبند نیز شناخته می شود قسمتی از سازه می باشد که در اتصال اجزای گوناگون ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد. در ساختمان ها از مهاربند جهت افزایش کلی دوام در مقابل نیروهای خارجی (باد، طوفان، زلزله و …) به کار می رود. هنگامی که از انواع بادبند در ساخت و ساز استفاده می شود نه فقط مراحل اجرایی آسان شده بلکه هزینه های شما نیز می کاهد. در ساختمان هایی که سیستم قاب بندی آن ها فولادی یا بتن مسلح است می توان از روش مهاربندی به کار برد.
بتن و فولاد مصالحی می باشند که بصورت گسترده در ساخت و سازها مورد استفاده قرار می گیرد. مزایای هر دو مصالح امروزه به خوبی شناخته شده است. بتن مصالحی با سختی بالا، ارزان قیمت و مقاومت قابل توجه در مقابل آتش سوزی و ضمنا فولاد مصالحی با شکل پذیری و مقاومت بالا و وزن کم است.
معرفی انواع قاب مهاربندی شده
یکی از انواع قاب های ساختمانی و سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی، قاب های مهاربندی شده هستند. قاب مهاربندی شده سیستمی به شکل خرپای قائم است که بیشتر در ساختمان های فولادی جهت ایجاد مقاومت در مقابل نیروهای جانبی استفاده می شود. قاب های مهاربندی شده به دو دسته اساسی تقسیم می گردند:
- قاب مهاربندی شده هم محور
- قاب مهاربندی شده برون محور
در دسته اول یعنی قاب مهاربندی شده هم محور، نقطه تلاقی اعضای گوناگون و محور خنثی یک مکان هستند. اگر در این نوع پیاده سازی مقدار برون محوری به علت محدودیت فیزیکی کم باشد، این میزان به قدری ناچیز می باشد که از آن صرف نظر خواهد شد. در برابر دیده می شود که قاب مهاربندی شده برون محور، میزان برون محوری بالایی داشته به گونه ای که نمی توان از آن صرف نظر نمود.
در سیستم قاب مهار بندی اتصال اجزا (تیر به ستون) در دو نوع مفصلی و گیردار انجام می گیرد. نوع هم محور برای فضاهایی با دهانه کوچک، صرفه اقتصادی بالایی دارند. از قابلیت های مثبت این قاب میتوان به سرعت بالای پیاده سازی، مقاومت بالا، ساده بودن و … اشاره کرد. البته توجه داشته باشید که برای مناطقی که درصد زلزله خیز بودن بالایی دارند. این نوع قاب پیشنهاد نمی شود به این دلیل که عناصر فشاری آن ها در بارهای تناوبی ضعیف است.
به زبان دیگر می توان گفت این نوع قاب در مقابل بارهای استاتیک مقاومت زیادی دارد. ولی به علت شکل پذیری پایین جهت جذب انرژی طوفان و زلزله مناسب نخواهد بود. در این مناطق استفاده از قاب مهاربند برون محور انتخابی خیلی مناسب خواهد بود.
مهاربند دارای مقطع مرکب، مهاربند یا بادبند
مهاربند یا بادبند که یکی از اعضای مقام کننده در مقابل باد و زلزله می باشد. برای سازه های متنوعی کانند پل، آپارتمان، پارکینگ و… مورد استفاده قرار میگیرد. مهاربندهای هم مرکز زمانی که در مناطق زلزله خیز مورد استفاده قرار می گیرند با احتمال ناپایدار شدن پیش از تسلیم روبرو می شوند، جهت حل این معزل قوطی های بتن را با بتن پر کنید و سپس از آنها استفاده نمایید. مقطع کامپوزیتی که مورد استفاده قرار می گیرد یک هسته فولادی با قابلیت شکل پذیری بالا دارد، هدف از طراحی این مقطع جاری شدن فشار و کشش است. از طرفی برای اینکه کمانش فشار بطور کلی حذف شود، هسته مورد استفاده را داخل غلافی از جنس فولاد می گذارند و همانند قبل داخل غلاف را بتن و ملات می ریزند.
غلاف فولادی بعنوان مقاوم کننده طولی و عرضی عمل می نماید و همچنین فشار محصور شدگی برای بتن فراهم می سازد. که بتن را تحت تنش در کلیه جهات قرار می دهد. به عبارت دیگر پوسته فولادی، هسته بتنی را تقویت کرده و پایداری و مقاومت کششی کلی مقطع فولادی را افزایش می دهد. در هسته بتنی ممکن است بتن های معمولی یا بتن های خود تراک مورد استفاده قرار می گیرد. در نهایت با استفاده از مهاربندهای دارای مقاطع مرکب ظرفیت فشاری و کششی مقطع کلی افزایش یافته و حتی پس از چندین حلقه رفت و برگشتی و وارد شدن به مرحله غیر الاستیک رفتار هیسترزیس مهاربند بهبود یافته به این دلیل که در این حالت با تغییر مودهای کمانشی و به تاخیر افتادن کمانش های موضعی، شکل پذیری مقطع افزایش پیدا می کند.
مزایا و معایب قاب مهاربند یا بادبند شده مرکب
در مقایسه با دیگر سیستم های باربر جانبی از جمله قاب های خمشی یا قاب های مهاربندی شده معمولی، قاب مهاربندهای با مقاطع مرکب دارای مزایا و معایبی نیز می باشند. بعضی از این مزایا و معایب عبارتند از:
- در مقایسه با قاب های خمشی دارای سختی الاستیک بالایی در تحریک لرزه ای می باشند. که این امر موجب ارضا آسان تر ضوابط آیین نامه ای در ارتباط با محدودیت تغییر مکان جانبی و گریز نسبی طبقات می شود.
- قاب مهار شده مرکب بیشتر طول می کشد که وارد محدوده رفتار خمیری بشود. همچنین نسبت به مهاربند واگرا در برابر رفتار الاستیک با دوام تر است. این قاب جهت کاهش تغییر مکان های جانبی بهتر عمل می کنند.
- نصب قاب مهار بندی شده به علت اجرای اتصالات پینی یا پیچ و مهره ای به ورق های اتصال موجب کاهش هزینه های اقتصادی و زمان نصب و اجرا گردیده و از نظارت بر کارهای جوشکاری در محل کاهش می دهد.
- از سایر مزایای قاب مهاربندی میتوان به عملکرد آنها در زلزله های بزرگ اشاره داشت. این مهار بندی بصورت فیوز سازه ای قابل تعویض عمل می نماید. که خرابی دیگر المان ها را کاهش داده و امکان جایگزینی مهاربندهای معیوب را پس از زلزله فراهم میکند.
- ایجاد محدودیت در معماری سازه از معایب پیاده سازی سیستم مهاربندی است. پیاده سازی مهاربندی به علت نیاز به مهارت و متد طراحی بالا، دقت بالاتری را نیاز دارد.
تاریخچه استفاده از قاب مهاربندی در ساختمان
استفاده از قاب های مهاربندی در ساختمان ها برای مقابله با بارهای ناشی از باد به سال های پایانی قرن 19 و اوایل قرن 20 برمی گردد. در سال های ابتدایی و در موارد اولیه، قابهای مهاربندی اغلب همراه با قاب های خمشی و قاب هایی با میانقاب های بنایی برای ایستادگی در مقابل بارهای جانبی مورد استفاده قرار می گیرند. نمونه های اولیه قاب های مهاربندی شده در قرن 19 و پل ها و ساختمان های صنعتی مشاهده شد.
سیستم های با قاب مهاربندی با انتقال بارها به اعضای انتخاب شده در قاب و گسترش این بارها بصورت نیروی محوری در این اعضا در مقابل بارهای جانبی ایستادگی می نمایند. در نتیجه فقط درصد کمی از نیروهای جانبی اعمال شده به یک قاب مهاربندی بوسیله عملکرد خمشی در اتصالات خمشی تحمل می گردد. شکل هندسی مهاربندها در قاب های مهاربندی شده اولیه بصورت زانویی یا X شکل بوده. این مهاربندها فقط برای تحمل نیروی محوری کششی طراحی و استفاده می شدند.
در سال های 1960 و 1970 همراه با انتشار قوانین جزئی تر و دقیق تر، سیستم های کامل تر مهاربندی طراحی شده و گسترش یافتند. این سیستم های مهاربندی در مناطق با خطر بالای لرزش زمین، توانستند از محبوبیت قابل توجهی برخوردار شوند. علت این محبوبیت اولا صرفه جویی در مصرف مصالح نسبت به قاب های خمشی بود و علاوه بر این جا بجایی قاب بر اثر نیروهای اینرسی شدید وارد از طرف زمین میتوانست کنترل شود. مزیت استفاده از این نوع سیستم پس از زلزله San Fernando در سال 1971 بیشتر مورد توجه قرار گرفت.