همانطور که میدانید امروزه اکثر ساختمان ها از نوع فلزی یا بتنی هستند. اسکلت اصلی سازه وظیفه دارد که بارهای وارد بر سازه را به خوبی تحمل کرده و بارهای اضافی را در زمان مناسب به زمین انتقال دهد. این کار از آسیب به سازه و تخریب آن در برابر انواع نیروهای استاتیک و دینامیک جلوگیری می کند. بنابراین طراحی این اسکلت ها، نحوه استفاده از تیر و ستون ها، مهاربند ها و در نهایت چگونگی اتصال این اجزا در میزان تحمل سازه تأثیر بسزایی دارد. به همین دلیل بسته به نوع ساختمان و کاربرد آن از انواع قاب ساختمانی برای تشکیل اجزای باربر سازه های بتنی و فلزی استفاده می شود.
قاب ساختمانی یکی از اجزای اصلی در ساخت و ساز ساختمان ها محسوب می شود. این قاب ها در یک دسته بندی کلی به دو نوع عمده ساختار قاب سخت و ساختار قاب مهاربندی شده طبقه بندی می گردند. این اشکال به روش های مختلفی در سازه ها به کار می روند. به عنوان نمونه در انواع ساختار قاب سخت، قاب صلب ثابت بوده و ساختار قاب سفت و محکم است که با اتصال پینی طبقه بندی می شوند. اما در نوع ساختار قاب مهاربندی شده قاب های شیروانی و پورتال را داریم. اگر بخواهیم تعریف کلی تری از انواع قاب ساختمانی داشته باشیم میتوان گفت نحوه قرارگیری و ترکیب اجزای باربر سازه شامل مهاربندها، تیر، ستون و ... و همچنین طرز اتصال آن ها به یکدیگر را قاب می گویند که تأثیر مستقیمی در انتقال بارهای عمودی و افقی دارد.
در مورد استحکام سازه ها دقت در مواردی مانند اجرای قالب بندی فونداسیون و بعد از آن قاب و خرپا از اهمیت بالایی برخوردار است. در تعریف جزئی تر میتوان گفت قاب به سازه ای گفته می شود که در آن اتصال تیر به ستون از طریق انواع مفصل انجام خواهد شد. در نوع ساده این اتصال ها هیچگونه لنگری ایجاد نخواهد شد و این نوع اتصالات تنها از جدا شدن تیر و ستون جلوگیری می کنند. معمولاً زاویه های بین تیر و ستون در محل اتصال 90 درجه یا کمتر است. انواع قاب ساختمانی باید از سازه در برابر نیروهای ناگهانی مانند باد، زلزله و حتی نیروهای مرده مانند وزن سازه محافظت کنند.
در سیستم قاب ساده همه ی اتصالات به صورت مفصلی است و امکان انتقال نیروهای لنگری به هیچ عنوان وجود نخواهد داشت. در این نوع قاب ها وظیفه اصلی تیرها و ستون ها انتقال بارهای زنده و مرده به فونداسیون و بعد از آن به زمین می باشد.
سیستم قاب خمشی
قاب خمشی یکی از انواع قاب ساختمانی است که از آن برای مقابله با نیروهای جانبی وارد شده بر سازه مانند نیروهای به وجود آمده از زلزله استفاده می شود. در واقع استحکام سازه با قاب های خمشی در برابر زلزله بیشتر از قاب های ساده است. وظیفه ی اصلی قاب های خمشی مقابله در برابر نیروهای جانبی است. خود قاب های خمشی نیز انواع مختلفی دارد که عبارتند از:
به طور کلی در سیستم های قاب های خمشی از دیوارهای برشی و یا مهاربندها استفاده نمی کنند و بارهای جانبی تنها به واسطه ی قاب خمشی مهار خواهد شد. از این سیستم بیشتر در ساختمان های اداری استفاده می کنند. زیرا در این ساختمان ها رفت و آمد بیشتر بوده و نیاز به فضایی منعطف تر برای انجام کارهای مختلف وجود دارد. استفاده از سیستم های قاب خمشی فولادی می تواند فضای آزاد معماری بیشتری را ایجاد کند. به همین دلیل برای این نوع ساختمان ها مناسب تر است.
قاب خمشی معمولی دارای اجزای ساخت بسیار دقیقی می باشد. به همین دلیل از ایجاد تغییر شکل های فرا ارتجاعی در صورت بروز زلزله جلوگیری خواهد کرد و این امر می تواند باعث ایجاد آسیب در سازه شود. به همین دلیل معمولاً در مناطق زلزله خیز از قاب های خمشی معمولی استفاده نمی کنند.
قاب های خمشی متوسط قاب هایی هستند که می توانند در برابر تغییر شکل های فرا ارتجاعی در حد کم مقاومت کنند. در این قاب ها از مفصل های پلاستیکی در انتهای تیر و در بیرون قسمت اتصال تیر به ستون استفاده می شود. این مفصل های پلاستیکی ظرفیت دورانی دارند. به همین دلیل از سیستم قاب خمشی در مناطقی که احتمال بروز زلزله کم یا متوسط باشد، استفاده می کنند.
قاب های خمشی ویژه بسیار مقاوم بوده و می توانند از تغییر شکل های فرا ارتجاعی به خوبی جلوگیری کنند. بنابراین در مناطقی که احتمال بروز زلزله یا بادهای بسیار شدید مانند طوفان زیاد است، از قاب خمشی ویژه استفاده می کنند.
مهم ترین تفاوت قاب های خمشی و ساده میزان مقاومت و تحمل آن ها در برابر انواع بارهای وارد بر سازه می باشد. نوع اتصالات قاب های خمشی با قاب ساده کاملاً متفاوت است. در سیستم های قاب خمشی از اتصالات صلب و تکیه گاه گیردار استفاده می کنند. اما در قاب ساده از اتصالات مفصلی استفاده می شود. توجه داشته باشید که تفاوت اتصالات صلب و مفصلی در یک دایره توخالی است. اگر این دایره وجود داشته باشد به آن اتصال مفصلی و اگر وجود نداشته باشد به آن اتصال صلب گفته می شود.
یکی از تفاوت های اصلی قاب خمشی و قاب ساده نیز همین دایره های توخالی هستند. تفاوت دیگر بین قاب خمشی و قاب ساده اتصالات بین تیر و ستون است. با توجه به اینکه وظیفۀ سیستم قاب خمشی تحمل بارهای جانبی و وظیفۀ سیستم های قاب ساده تحمل بارهای قائم است، نوع این اتصالات متفاوت خواهد بود. از آنجایی که در یک سازه میزان تحمل بارهای جانبی و قائم، به سختی جانبی سازه وابسته است، یکی دیگر از تفاوت های سیستم قاب خمشی و ساده وجود یا عدم وجود سختی جانبی است.
به این صورت که در انواع قاب خمشی که امکان انتقال لنگر از تیر به ستون وجود دارد، قاب دارای سختی جانبی می باشد. اما در قاب های ساده که اتصالات از نوع مفصلی هستند و نیروهای لنگری منتقل نمی شود، سازه سختی جانبی ندارد. خود این سختی نیز به نوع اتصالات بین تیر و ستون بستگی دارد.
قاب های مهاربندی شده نوع دیگری از انواع قاب ساختمانی است که دارای اعضای قائم، قطری و افقی می باشد. اعضای قائم شامل انواع ستون ها، اعضای قطری شامل انواع مهاربندها و اعضای افقی شامل تیرها می باشند. قاب های مهاربندی شده از سازه در برابر نیروهای جانبی محافظت می کند. قاب های مهاربندی شده در دو شکل همگرا و واگرا اجرا می شوند. در مهاربندها یا بادبندهای همگرا محور اعضای قطری در نقطه ای از تیر یا ستون در محل تقاطع خود به هم نزدیک می شوند. تفاوت اصلی مهاربندهای همگرا و واگرا نیز در همین موضوع است. برعکس مهاربندهای همگرا، در مهاربندهای واگرا قطرها همدیگر را قطع نکرده و از یک نقطه عبور نمی کنند.
جمع بندیاستفاده از انواع قاب ساختمانی برای افزایش مقاومت سازه های بتنی و فلزی در برابر نیروهای دینامیکی مانند زلزله و باد، امری اجتناب ناپذیر است. بسته به عملکردی که انواع قاب ساختمانی در سازه ها دارند ممکن است از یک یا چند نوع قاب ساختمانی به صورت هم زمان استفاده شود. این کار سازه را مقاوم کرده و احتمال بروز حوادث و خسارات جانی و مالی را تا حد امکان کاهش خواهد داد.