کاربرد مهاربند در ساختمان برای مقابله با زلزله

مهاربند و موارد استفاده از آن در ساختمان

مهاربند که با نام بادبند نیز شناخته می‌شود بخشی از سازه است که در اتصال اجزای مختلف ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساختمان‌ها از مهاربند برای افزایش کلی مقاومت در برابر نیروهای خارجی (باد، طوفان، زلزله و …) استفاده می‌شود. زمانی که از انواع بادبند در ساخت و ساز استفاده می‌شود نه تنها مراحل اجرایی آسان شده بلکه هزینه های شما نیز کاهش پیدا می‌کنند. در ساختمان‌هایی که سیستم قاب بندی آن‌ها فولادی یا بتن مسلح است می‌توان از روش مهاربندی استفاده کرد.

بتن و فولاد مصالحی هستند که به صورت 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 برابر آتش سوزی و ضمنا فولاد مصالحی با شکل پذیری و مقاومت بالا و وزن کم است.جهت اطلاع از تیرآهن 24 و تیرآهن 30 و قیمت ورق قطعات لطفا با ما تماس بگیرید.

معرفی انواع قاب مهاربندی شده

یکی از 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 برای ایجاد مقاومت در برابر نیروهای جانبی استفاده می شود. قابهای مهاربندی شده به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:

• قاب مهاربندی شده هم محور
• قاب مهاربندی شده برون محور

در دسته اول یعنی قاب مهاربندی شده هم محور، نقطه تلاقی اعضای مختلف و محور خنثی یک مکان هستند. اگر در این نوع پیاده سازی مقدار برون محوری به دلیل محدودیت فیزیکی کم باشد، این میزان به قدری ناچیز است که از آن صرف نظر خواهد شد. در مقابل مشاهده می‌شود که قاب مهاربندی شده برون محور، میزان برون محوری بالایی داشته به گونه‌ای که نمی‌توان از آن صرف نظر کرد.

در سیستم قاب مهار بندی اتصال اجزا (تیر به ستون) در دو نوع مفصلی و گیردار انجام می‌شود. نوع هم محور برای فضاهایی با دهانه کوچک، صرفه اقتصادی بالایی دارند. از ویژگی‌های 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 نمی‌شود چرا که عناصر فشاری آن‌ها در بارهای تناوبی ضعیف است. به زبان دیگر میتوان گفت این نوع قاب در مقابل بارهای استاتیک مقاومت زیادی دارد اما به دلیل شکل پذیری پایین برای جذب انرژی طوفان و زلزله مناسب نخواهد بود. در این مناطق استفاده از قاب مهاربند برون محور انتخابی بسیار مناسب خواهد بود.

مقاله پیشنهادی: هر متر ورق گالوانیزه چند کیلو است؟

مهاربند دارای مقطع مرکب

مهاربند که یکی از اعضای مقام کننده در برابر باد و زلزله است برای سازه‌های متنوعی کانند پل، آپارتمان، پارکینگ و … به کار برده می‌شود. مهاربندهای هم مرکز زمانی که در مناطق زلزله خیز مورد استفاده قرار می‌گیرند با احتمال ناپایدار شدن قبل از  تسلیم رو به رو می‌شوند، برای حل این معزل قوطی‌های بتن را با بتن پر کنید و سپس از آن ها استفاده کنید. مقطع کامپوزیتی که مورد استفاده قرار می‌گیرد 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 به طور کلی حذف شود، هسته مورد استفاده را درون غلافی از جنس فولاد می‌گذارند و مانند قبل درون غلاف را بتن و ملات می‌ریزند.

غلاف فولادی به عنوان مقاوم کننده طولی و عرضی عمل می کند و همچنین فشار محصور شدگی برای بتن فراهم می کند که بتن را تحت تنش در تمام جهات قرار می دهد. به عبارت دیگر پوسته فولادی، هسته بتنی را تقویت نموده 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 به کار برده می شود. در نتیجه با استفاده از مهاربندهای دارای مقاطع مرکب ظرفیت فشاری و کششی مقطع کلی افزایش یافته و حتی بعد از چندین حلقه رفت و برگشتی و وارد شدن به مرحله غیر الاستیک رفتار هیسترزیس مهاربند بهبود یافته زیرا که در این حالت با تغییر مودهای کمانشی و به تاخیر افتادن کمانش های موضعی، شکل پذیری مقطع افزایش می یابد.

مزایا و معایب قاب مهاربندی شده مرکب

در مقایسه با سایر 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. برخی از این مزایا و معایب عبارتند از:

1. در مقایسه با قاب های خمشی دارای سختی الاستیک بالایی در تحریک لرزه ای می باشند که این امر سبب ارضا آسان تر ضوابط آیین نامه ای در ارتباط با محدودیت تغییر مکان جانبی و گریز نسبی طبقات می شود.
2. قاب مهارشده مرکب بیشتر طول می کشد که وارد محدوده رفتار خمیری بشود، همچنین نسبت به مهاربند واگرا در مقابل رفتار الاستیک مقاوم تر است. این قاب برای کاهش تغییر مکان های جانبی بهتر عمل می‌کنند.
3. نصب قاب مهار بندی شده به دلیل اجرای اتصالات پینی یا پیچ و مهره ای به ورق های اتصال باعث کاهش هزینه های اقتصادی و زمان نصب و اجرا شده و از نظارت بر کارهای جوشکاری در محل می کاهد.
4. از دیگر مزایای قاب مهاربندی می توان به عملکرد آن ها در زلزله های بزرگ اشاره کرد. این مهار بندی به صورت فیوز سازه ای قابل تعویض عمل می کند که خرابی سایر المان ها را کاهش داده و امکان جایگزینی مهاربندهای معیوب را بعد از زلزله فراهم می آورد.
5. ایجاد محدودیت در معماری سازه از معایب پیاده سازی سیستم مهاربندی است. پیاده سازی مهاربندی به دلیل نیاز به مهارت و متد طراحی بالا، دقت بالاتری را نیاز دارد.

تاریخچه استفاده از قاب مهاربندی در ساختمان

استفاده از قابهای 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، قاب های مهاربندی معمولا همراه با قابهای خمشی و قاب هایی با میانقاب های بنایی برای ایستادگی در برابر 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 به صورت نیروی محوری در این اعضا در برابر بارهای جانبی ایستادگی می کنند. بنابراین تنها درصد کمی از نیروهای جانبی اعمال شده به یک قاب مهاربندی توسط عملکرد خمشی در اتصالات خمشی تحمل می شود. شکل هندسی مهاربندها در قاب های مهاربندی شده اولیه به صورت زانویی یا X شکل بوده. این مهاربندها تنها 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. دلیل این محبوبیت اولا صرفه جویی در مصرف مصالح نسبت به قاب های خمشی بود و علاوه بر این جابجایی قاب در اثر نیروهای اینرسی شدید وارد از طرف زمین می توانست کنترل شود. مزایای استفاده از این نوع سیستم پس از زلزله San Fernando در سال 1971 بیشتر مورد توجه قرار گرفت.

 کاربرد مهاربند در ساختمان برای مقابله با زلزله

یکی از دلایلی که استفاده از مهاربند را به عنوان یکی از روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان توجیه می‌کند، زلزله است. زلزله یکی از حوادث و بلایای طبیعی است که با وجود پیشرفت علم، هنوز هم نمی‌توان به‌طور دقیق زمان وقوع آن را پیش‌بینی کرد؛ از‌همین‌رو بهترین تصمیم برای مقابله با این رخداد طبیعی و همچنین کاهش خسارت‌های ناشی از آن، پیش‌گیری است.

انواع مهاربند

زلزله به علت حرکت صفحات زمین در کنار یک‌دیگر رخ می‌دهد و باعث انتقال یک انرژی داینامیک به ساختمان‌ها و سازه‌های مرتفع می‌شود؛ این نوع انرژی، یک حالت رفت‌و‌برگشتی دارد که موجب وارد شدن آسیب شدیدتر به ساختمان‌ها می‌شود. کشور ما ایران جز کشورهای زلزله‌خیز جهان است و روی یک کمربند زلزله قرار دارد. به همین علت، سالانه شاهد تعداد زیادی زلزله با شدت‌های مختلف در کشور هستیم و حتی بعضی از آن‌ها با خسارت‌های شدید مالی و جانی همراه هستند. به‌همین‌جهت، کاربرد مهاربند یا سایر روش‌ها برای مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله و به خصوص در کشور زلزله‌خیز ایران، توصیه می‌شود.

کاربرد مهاربند (بادبند) برای کاهش تاثیر باد بر ساختمان

دومین عاملی که می‌تواند نقشی مخرب برای سازه‌های مرتفع داشته باشد، باد است. تاثیر آن با ارتفاع سازه و هم‌چنین بیشتر شدن شدت وزش باد افزایش می‌یابد. مهاربند که با نام بادبند هم شناخته می‌شود، یکی از بهترین روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان در برابر وزش بادهای شدید است. می‌توان دلایل اهمیت و لزوم مقاوم‌سازی ساختمان را در دو عبارت خلاصه کرد:

• ساخت‌و‌سازهای مرتفع (برج‌ها و آپارتمان‌ها) و افزایش سطح تماس با پدیده‌های طبیعی مثل باد و طوفان
• حوادث و بلایایی مثل زلزله

تا اینجا در مورد دلایل اهمیت مقاوم‌سازی ساختمان صحبت کردیم. در ادامه به بررسی انواع روش‌های مقاوم‌سازی و همچنین نکاتی پیرامون کاربرد مهاربند خواهیم پرداخت.

چه روش‌هایی برای مقاوم‌سازی ساختمان وجود دارد؟

روش‌های متفاوتی برای مقاوم‌سازی ساختمان وجود دارد که هرکدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در این بخش به بررسی چند روش متداول برای افزایش مقاومت ساختمان می‌پردازیم.

روش اول– افزودن دیوار برشی

اگر بخواهیم به یکی از رایج‌ترین شیوه‌های مقاوم‌سازی ساختمان اشاره کنیم، قطعا باید از افزودن دیوار برشی نام ببریم. این روش در بیشتر مواقع برای سازه‌های بتنی استفاده می‌شود. یک دیوار برشی قادر است مقاومت و سختی سازه را تا حد زیادی بالا ببرد و در صورت وقوع زلزله، عملکرد ساختمان در برابر آن بهبود یافته و به این ترتیب خسارت وارد شده به ساختمان، کاهش می‌یابد.

روش دوم– استفاده از مهاربند در ساختمان

مهاربند یا بادبند برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر نیروهای جانبی مثل باد یا زلزله است. نیروهای بادی و زلزله با تاثیر بر پایه ساختمان (فونداسیون)، باعث حرکت افقی در سازه می‌شوند. به‌همین‌علت، برای مقابله با این نیروها و ایجاد استحکام لازم، ساختمان‌ها نیاز به مهاربند یا بادبند دارند. اعضای موجود در یک قاب مهاربند به‌طور‌کلی از فولاد سازه‌ای ساخته شده‌اند که می‌توانند هم در تنش و هم در فشار کارایی داشته باشند.

استفاده از چه نوع مهاربندهایی رایج است؟

در این بخش به بررسی این موضوع می‌پردازیم که استفاده از چه نوع مهاربندهایی متداول‌تر است.

مهاربند عمودی

این نوع مهاربند از متداول‌ترین بادبندهای مورد استفاده در ساخت‌و‌سازهاست. این نوع مهاربند با استفاده از ساختار عمودی مانند تیرآهن یا سایر پروفیل‌ها، نیروهای افقی وارده را به سطح پایینی خود انتقال می‌دهد. مهاربندهای قائم یا عمودی برای مقابله با نیروی پیچش، معمولا به سه صفحه مهاربند عمودی مقاوم و مستحکم نیاز دارند.

مهاربند افقی

مهاربند افقی به خاطر ساختاری که دارد، امکان انتقال بار را به صفحات مهاربند عمودی فراهم می‌کند و از این طریق موجب مقاوم‌سازی ساختمان در برابر فشارهای جانبی می‌شود.