به دلیل غیر قابل اجتناب بودن زلزله ها و تحمیل خسارت های فراوان جانی و مالی، به خصوص زلزله های ویرانگری که در سال های اخیر در نقاط مختلف دنیا رخ دادهاند، یافتن راه حلی مناسب برای مهار این پدیده طبیعی به امری ملزم تبدیل شد. با اینکه استفاده از مقاطع فولادی مرغوب مانند میلگرد، تیرآهن، نبشی و … کاربردی بود اما کافی نبود. از طرف دیگر جلوگیری از وقوع زلزله امکان پذیر نیست پس ایمن سازی سازه اهمیت چندین برابری پیدا میکند.
با توجه به تمام موارد دستیابی به روشی برای بهسازی ساختمانها روز به روز به امری ضروریتر و غیرقابل انکار تبدیل میشود. برای مقابله ساختمان با ارتعاشات و تحریکات لرزهای دو روش وجود دارد: روش اول فراهم سازی مقاومت و افزایش ظرفیت شکلپذیری اعضای سازه؛ روش دوم استفاده از قاب مهاربندی بر روی مشخصات لرزهای سازه است. در ادامه به معرفی مهاربند و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.
مهاربند که با نام بادبند نیز شناخته میشود بخشی از سازه است که در اتصال اجزای مختلف ساختمان مورداستفاده 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 مورداستفاده 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.
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 برای ایجاد مقاومت در برابر نیروهای جانبی استفاده می شود. قابهای مهاربندی شده به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:
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 مهاربندی 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.
مهاربند که یکی از اعضای مقام کننده در برابر باد و زلزله است برای سازههای متنوعی مانند 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 مورداستفاده 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.
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 هستند. برخی از این مزایا و معایب عبارتند از:
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 است. 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.
جمع بندی
در این مطلب تا میزانی با مهاربندی و دلیل استفاده آن در ساختمان سازی آشنا شدیم، برای اینکه بتوانید عملکرد انواع بادبند در ساختمان را به طور جداگانه بیاموزید به این مقاله از مرکزآهن مراجعه کنید. قاب مهاربندی تنها یکی از انواع روشهای استحکام سازه است؛ مهار دیوار با میلگرد، مهار متقابل و … نیز میتواند روشی کاربردی برای افزایش طول عمر ساختمان باشد. شما میتوانید تمام این روشها را به کمک بخش مقالات فولاد مرکزآهن مطالعه کنید.
