دیوارها یا جداکنندهها که به عنوان پرکنندهها درون قابهای فلزی و یا بتنی به کار میروند، اجزای سازهای هستند که به وفور در ساختمانها مورد استفاده قرار میگیرند. معمولا در تحلیلهای دینامیکی از وجود پرکنندهها صرف نظر میشود. قرارگیری پرکننده در دهانه یک قاب نوعی زیر سازه تشکیل میدهد که به آن میانقاب میگویند.
هرگاه داخل قاب بتنی یا فولادی با یک پانل آجری یا بتنی پر شود، سیستم قاب و میانقاب به وجود میآید. سوال مهم این است که نقش پرکنندههای فوق در عملکرد لرزهای سازه چگونه بوده و آیا میتوان از نقش این دیوارها در جهت اطمینان صرف نظر کرد؟ در ادامه به تمامی نکات میانقابها در سازههای فولادی و بتنی خواهیم پرداخت.
مشاهده نسخه pdf مقاله : میانقاب در سازه چیست؟
ایران یکی از زلزله خیزترین کشورهای جهان است و بر روی کمربند زلزله آلپ – هیمالیا قرار دارد. با مطالعه آثار زلزلههای به وقوع پیوسته مشخص میشود که در گذشته زلزلههای متعدد، تلفات جانی و مالی زیادی به جای گذاشته است. خاطره تلخ زلزله 1369 رودبار که در طی آن چندین ده هزار نفر انسانهای بی گناه جان باختند و میلیاردها ریال خسارت مالی به بار آمد، هنوز از اذهان پاک نشده است.
شرایط طبیعی زمین ساختاری ایران از نقطه نظر استعداد وقوع زلزلههای مخرب ایجاب میکند که مساله مصون سازی جامعه از هر لحاظ در مقابل آثار زلزله به طور جدی در دستور کار قرار گیرد و به ویژه از نظر ایجاد بناها استانداردهای ساختمان سازی مقاوم در مقابل زلزله به طور جدی مراعات شود و مقررات مربوطه به مرحله اجرا در آید.
نکته قابل توجه آن که پیشبینی وقوع زلزله غیر ممکن است! زیرا این مساله به فعل و انفعالات درون زمین مربوط میشود. لذا مساله برای مهندسین کاهش اثرات مخرب زلزله در سازه است. در زمینه مذکور پی بردن به نحوه اثر زلزله بر یک سازه و چگونگی عکسالعمل اجزا مختلف تشکیلدهنده سازه، ضروری است.
با مشخص بودن عملکرد هریک از اجزا سازه در مقابل نیروهای جانبی میتوان سیستم مناسب، جهت طرح مقاوم لرزهای را انتخاب کرد و طوری طراحی نمود که مقاومت جانبی لازم تامین شود. عموما جهت مقابله با زلزله، سیستمهای کلاسیکی همچون قاب خمشی، بادبندها، دیوار برشی و یا ترکیبی از آنها به کار میرود.
دیوارها یا جداکنندهها که به عنوان پرکننده درون قابهای فلزی و یا بتنی به کار میروند، اجزای سازهای هستند که به وفور در ساختمانها مورد استفاده قرار میگیرند. معمولا در تحلیلهای دینامیکی از وجود پرکنندهها صرف نظر میشود.
قرارگیری پرکننده در دهانه یک قاب، نوعی زیرسازه تشکیل میدهد که به آن میانقاب میگویند. هرگاه داخل قاب بتنی یا فولادی با یک پانل آجری یا بتنی پر شود، سیستم قاب و میانقاب به وجود میآید. سوال مهم این است که نقش پرکنندههای فوق در عملکرد لرزهای سازه چیست؟ و آیا میتوان از نقش این دیوارها مطمئن بود؟
رفتارهای مشاهده شده در زلزلههای مختلف مثل زلزله منجیل نشان میدهد که میانقابها به عنوان یک جزء سازهای مقاوم در برابر بارهای جانبی در سازه کلی دارای نقش اساسی بوده و قطعا باید مورد توجه قرار گیرند.
برای مثال سیستمهایی که دارای اتصالات مفصلی هستند و در مقابل نیروهای جانبی ناشی از زلزله ناپایدارند؛ با کاربرد میانقابها پایدار شده و از خود سختی جانبی نشان میدهند. در حالی که سیستمهای کلاسیک موجود خسارت بیشتری دیده و بعضا فرو میریزند.
مشاهده آثار خرابی زلزلههای مختلف، محققین را بر آن داشت تا تاثیر اجزا سازهای مختلف در مقابل بارهای جانی از جمله پرکنندهها را مورد مطالعه قرار داده و به تحقیقات گستردهای بپردازند. به طور خلاصه نتیجه تحقیقات به عمل آمده نشان میدهد که با وجود پرکنندهها درون قاب، رفتار قاب در مقابل بارهای جانبی به کلی تغییر میکند.
به عبارت دیگر با مقایسه رفتار یک قاب مرکب با یک قاب خالی که با اصول و مبانی اولیه در مقابله زلزله طراحی شده باشد در مییابیم که سختی و مقاومت قاب مرکب نسبت به قاب خالی به مراتب بیشتر است. همچنین مشخصههایی از سازه مانند پریود و شکلپذیری تحت تاثیر میانقاب واقع شده و تغییر میکنند.
مقدار این تغییرات به اندازهای است که نشان میدهد نقش پرکنندهها در هنگام زلزله بسیار قابل ملاحظه بوده و نمیتوان از وجود آنها صرف نظر کرد. به عنوان مثال، پرکنندهها سختی سازه را افزایش داده و منجر به کاهش پریود میشود، لذا باعث القای انرژی بیشتر به سازه میشوند.
نکته دیگر این که چون نیروهای زلزله در هر تراز به نسبت سختی بین قابها توزیع میشود! در نتیجه به قابهای کناری با ستونهای ضعیفتر، نیروی کمتری اعمال میشود. واقعیت این است که بر اثر وجود پرکنندهها و تشکیل میانقابها سختی این مجموعه بیشتر از قابهای لخت شده و هنگام وقوع زلزله نیروی بیشتری نسبت به نیروی طراحی متحمل میشود.
رفتار سازه ای یک پانل میانقابی به دو روش مدل می شود:
در مدل اول یک میانقاب ممکن است به صورت یک دیوار برشی فرض شود. در این حالت رفتار دیوار در صفحه خود همانند رفتار یک دیافراگم است. به هر حال این نحوه برخورد با مساله تاثیرات متقابل پانل و میانقاب را در نظر نمیگیرد لذا این مدل دارای تقریب نسبتا زیادی است.
در مدل دوم قاب و میانقاب معادل یک قاب بادبندی در نظر گرفته میشود که در آن یک عضو بادبندی جایگزین زیر سازه میانقاب میشود. هنگام تغییر شکل جانبی قاب میانقاب در بعضی از نواحی بین قاب و میانقاب به علت تغییر شکلهای خمشی اعضا قاب فاصله میافتد. از طرف دیگر دو انتهای قطر مخالف پانل در اثر فشار بار جانبی به قاب فشرده میشود. این مساله باعث تشکیل یک ناحیه فشاری قطری در پانل میشود.
اندرکنش بین قاب محیطی و میانقاب در چگونگی رفتار زیر سازه قاب میانقاب بسیار موثر است. این اندرکنشها موجب میشود که مجموع سختی قاب و میانقاب، هریک به تنهایی، معادل سختی قاب میانقاب نباشد. طول ناحیه تماس قاب و میانقاب در هنگام تغییر شکل جانبی، به میزان زیادی روی سختی جانبی اثر دارد.
بین قاب و میانقاب ممکن است اتصالات برشی تعبیه گردد. این اتصالات باعث انتقال برش در ناحیه انتقال بار از قاب به میانقاب و مودهای خرابی میانقاب کلا عوض شود. مودهای خرابی در غیاب اتصالات برشی برای زیر سازه قاب میانقاب عبارت است از:
مقاومت جانبی قاب میانقابها به عوامل مختلفی نظیر:
بستگی دارد. برای مطالعه تاثیر ترتیبهای اجرا در ساخت قاب میانقابها، آزمایشهای متعددی ترتیب داده شده است. آزمایشهای مورد مطالعه عبارتند از:
ترتیب ساخت اول ابتداییترین روش است. اما آزمایشها نشان میدهند قاب میانقابهایی که با ترتیب دوم و سوم ساخته میشوند مقاومت بهتری در مقابل بارهای جانبی از خود نشان میدهند.
اگرچه وجود میانقاب بر سختی و مقاومت سازه در مقابل بارهای جانبی میافزاید، لیکن باعث کاهش شکلپذیری میشود. بنابراین همواره این پرسش مطرح که آیا مزیت مثبت افزایش سختی و مقاومت در مقابل تاثیر منفی افزایش ضریب زلزله و کاهش شکل پذیری قابل قبول است یا نه؟
در صورت آگاهی کامل از چگونگی رفتار میانقابها میتوان از اثرات مثبت میانقاب استفاده کرد در غیر این صورت وجود میانقاب میتواند خطرناک باشد. تاثیر تعیین کننده میانقابها بر روی خواص مکانیکی سازه از قبیل مقاومت، سختی، شکلپذیری، پریود و غیره محققین را به پژوهشهای بیشتری واداشته است.
مشاهدات به دست آمده در زلزلههای مختلف موید نتایج حاصل شده در تحقیقات آزمایشگاهی و تحلیلی است. بررسی تخریبهای ناشی از زلزلهها و نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که رفتار قابها در مقابل بار جانبی بر اثر زیاد شدن مقاومت و سختی جانبی توسط دیوارهای میانقابی به طور قابل ملاحظهای تغییر میکند.
این در حالی است که معمولا وجود دیوار، در طراحیها منظور نمیشود. با وجود پیچیدگی در رفتار مرکب قاب و دیوار، در یک نگاه ساده، قاب با محصور کردن دیوار باعث افزایش سختی دیوار تحت بارهای جانبی میشود، از طرف دیگر اثرات دیوار بر روی قاب نیز باعث زیاد شدن سختی جانبی قاب میشود.
به هر حال میانقابها زیر سازههایی هستند که خواسته یا ناخواسته در ساختمانهای ایران متداول بوده در واکنش سازه نسبت به تحریکهای خارجی موثر هستند. لذا آشنایی با عملکرد آنها در هنگام اعمال نیرو ضرورت دارد.