انواع بادبند ساختمان فولادی
در طراحی سازه‌های مدرن، پاسخ به این سؤال که انواع بادبند چیست و هرکدام چه نقشی در تضمین پایداری و ایمنی دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. سیستم‌های بادبند در ساختمان به دو دسته اصلی سیستم‌های بادبندی همگرا و واگرا تقسیم می‌شوند.
هر یک از این سیستم‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند و مهندس طراح با توجه به نیازهای سازه‌ای و نوع سوله صنعتی آن‌ها را انتخاب میکند. اما سیستم واگرا یا همگرا در بادبند دقیقاً چه مفهومی دارد؟
سیستم‌های بادبند همگرا CBS (Concentric Bracing Systems
در سیستم‌های بادبندی همگرا، اعضای مهاربند به گونه‌ای طراحی می‌شوند که محور آن‌ها در یک نقطه یا یک خط مشترک به هم می‌رسند و به ستون‌ها یا تیرها متصل می‌شوند. این سیستم‌ها بیشتر در ساختمان‌های فولادی و سازه‌های فلزی استفاده می‌شوند و به دلیل سادگی و کارایی بالا، یکی از رایج‌ترین انواع مهاربندها هستند.
مزایا:
1- سختی و مقاومت بالا: به دلیل همگرایی نیروها در یک نقطه، این سیستم‌ها می‌توانند به طور موثری نیروهای جانبی مانند زلزله و باد را مهار کنند.
2- اجرای ساده: نصب و اجرای این سیستم‌ها نسبت به سیستم‌های واگرا ساده‌تر است.
3- هزینه کمتر: به دلیل استفاده کمتر از مصالح و پیچیدگی کمتر در طراحی و اجرا، هزینه‌های مرتبط با این سیستم‌ها معمولاً کمتر است.
معایب:
1- تغییر شکل‌های موضعی: در برخی موارد، همگرایی نیروها می‌تواند منجر به تمرکز تنش و تغییر شکل‌های موضعی شود.
2- محدودیت در طراحی معماری: به دلیل قرارگیری مهاربندها در مسیر دید و استفاده از فضا، ممکن است محدودیت‌هایی در طراحی معماری ایجاد شود.
انواع بادبند همگرا
بادبندهای همگرا انواع مختلفی دارند که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.
این بادبند ها با توجه به نوع قرارگیری اعضا و شکل تشکیل‌دهنده آن‌ها به دسته‌های خاصی تقسیم می‌شوند. برخی از مهم‌ترین انواع مهاربندهای همگرا عبارتند از:
1- مهاربند هفتی:
در این نوع، دو عضو باد بندی از دو گوشه بالایی یک دهانه به یک نقطه مشترک در ستون یا تیر وسط دهانه متصل می‌شوند. این شکل به صورت حرف “V” یا “7” است.
2- بادبند هشتی:
این نوع قاب‌بندی شبیه به بادبند ۷ است، با این تفاوت که اعضا به صورت معکوس از پایین دهانه به نقطه‌ای در بالای دهانه متصل می‌شوند و شکلی شبیه به حرف “Λ” یا “V” برعکس ایجاد می‌کنند.
3- مهاربند K شکل:
در حالت k شکل، دو عضو مهاربندی از وسط ستون به نقاطی در تیرهای بالایی و پایینی دهانه متصل می‌شوند و شکلی شبیه به حرف “K” ایجاد می‌کنند.
4- بادبند ضربدری:
اعضای بادبندی به شکل یک ضربدر (X) در میان دهانه‌های ساختمان قرار می‌گیرند. هر یک از اعضا، نیروهای فشاری و کششی را تحمل می‌کنند و به مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی کمک می‌کنند
5- بادبند قطری:
در این سیستم، تنها یک عضو بادبندی به صورت قطری (مورب) در یک دهانه نصب می‌شود.
6- بادبند زانویی:
سیستم قاب مهاربندی‌شده زانویی به‌عنوان یکی از روش‌های نوین و مؤثر، انرژی ناشی از بارهای دینامیکی را به‌خوبی مستهلک میکند و شکل‌پذیری بالا و سختی جانبی مطلوبی ایجاد میکند. در سیستم قاب مهاربندی‌شده واگرا، اتصال کوتاه هنگام وقوع زلزله‌های شدید وارد ناحیه تسلیم می‌شود و با این رفتار، از کمانش قاب جلوگیری میکند.
7- مهاربند دروازه‌ای:
مهاربند دروازه‌ای با نام‌های دیگری مانند مهاربند پرده‌ای، مهاربند چندضلعی، مهاربند Y شکل و مهاربند خیمه‌ای نیز شناخته می‌شود. اگر مهاربند از ۶ عضو تشکیل شود، آن را مهاربند دروازه‌ای دولنگه می‌نامند.
همچنین هنگامی که مهاربند تنها از ۳ عضو تشکیل شود، به آن مهاربند دروازه‌ای تک‌لنگه یا مهاربند Y شکل گفته می‌شود.
8- مهاربند هفت و هشتی ترکیبی:
مهاربند هفت و هشتی ترکیبی نوعی سیستم مهاربندی همگرا است که از ترکیب دو مهاربند هفتی و هشتی در یک قاب ساختمانی استفاده میکند. این ترکیب باعث می‌شود که نیروی نامتوازن‌کننده وارد بر تیر در اثر کمانش مهاربندها، به صورت یکنواخت در کل ارتفاع سازه توزیع شود و تا حد زیادی خنثی شود. مزیت اصلی این سیستم، امکان ایجاد فضاهای بازتر در دیواره‌ها برای تعبیه درب و پنجره است، در حالی که رفتار نسبتاً متفاوتی نسبت به مهاربندهای ضربدری از خود نشان می‌دهد و نیازمند رعایت آیین‌نامه‌های سخت‌گیرانه‌تری است.
سیستم های بادبندی واگرا EBS (Eccentric Bracing Systems)
در سیستم‌های بادبندی واگرا، برخلاف سیستم‌های همگرا، محور اعضای بادبند در یک نقطه یا خط مشترک به هم نمی‌رسند و به جای آن، با یک فاصله مشخص از یکدیگر قرار می‌گیرند. این فاصله باعث ایجاد یک بخش غیرهمگرا (واگرا) می‌شود که نیروها را از مسیر مستقیم عبور نمی‌دهد. این سیستم‌ها معمولاً در ساختمان‌هایی که نیاز به طراحی‌های انعطاف‌پذیرتر و معماری خاص دارند، استفاده می‌شوند.
مزایا:
1- کاهش تغییر شکل‌های موضعی: با توجه به فاصله‌ای که بین اعضای بادبند وجود دارد، تمرکز تنش و تغییر شکل‌های موضعی کاهش می‌یابد.
2- افزایش انعطاف‌پذیری در طراحی معماری: این سیستم‌ها به معماران اجازه می‌دهند تا طراحی‌های آزادانه‌تری داشته باشند و از فضاهای داخلی بهینه‌تر استفاده کنند.
3- جذب انرژی بیشتر: سیستم‌های واگرا قادر به جذب انرژی بیشتری هستند که می‌تواند در برابر زلزله‌های قوی‌تر مؤثر باشد.
معایب:
1- پیچیدگی بیشتر در طراحی و اجرا: به دلیل نیاز به محاسبات دقیق‌تر و طراحی‌های پیچیده‌تر، این سیستم‌ها از نظر اجرای فنی چالش برانگیزتر هستند.
2- هزینه بالاتر: استفاده از مصالح بیشتر و طراحی پیچیده‌تر می‌تواند منجر به افزایش هزینه‌ها شود.
انواع بادبند واگرا
بادبندهای واگرا از جمله سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله هستند که در طراحی سازه‌ها به کار می‌روند. در این نوع میان‌قاب، برای جلوگیری از کمانش اعضای فشاری و همچنین بهبود شکل‌پذیری سازه، از تیرهای پیوند استفاده می‌شود. انواع مختلف باد بندهای واگرا بر اساس تعداد اعضای قطری و تیرهای پیوند به شرح زیر است.
1- بادبند واگرا با یک عضو قطری و یک تیر پیوند: یک عضو قطری به یک تیر پیوند متصل می‌شود. تیر پیوند در این سیستم نقش جذب انرژی و تغییرشکل‌های پلاستیک را ایفا میکند.
2- بادبند واگرا با دو عضو قطری و دو تیر پیوند: دو عضو قطری به دو تیر پیوند متصل می‌شوند. این سیستم به دلیل داشتن دو تیر پیوند، قابلیت جذب انرژی بیشتری دارد و پایداری بیشتری در برابر نیروهای لرزه‌ای ایجاد میکند.
3- بادبند واگرا با دو عضو قطری و یک تیر پیوند: دو عضو قطری به یک تیر پیوند متصل می‌شوند. این سیستم ترکیبی از سختی بیشتر و شکل‌پذیری را فراهم میکند.
4- بادبند واگرا با یک عضو قطری و دو تیر پیوند: این نوع کمتر معمول است، و شامل یک عضو قطری است که به دو تیر پیوند متصل می‌شود. این سیستم نیز به نوبه خود ترکیب خاصی از سختی و شکل‌پذیری را به سازه اضافه میکند.
سایر انواع بادبند ساختمان
بادبند عمودی یا قائم
این نوع مهاربندها در صفحات عمودی بین ستون‌ها قرار می‌گیرند تا بارهای اضافی را به‌صورت عمودی به زمین منتقل کنند. در بیشتر سازه‌های فلزی، برای افزایش مقاومت در برابر پیچ‌خوردگی ناشی از نیروهای عمودی اضافی، استفاده از این نوع بادبندها ضروری است.
بادبند افقی
بادبندها می‌توانند به‌صورت افقی نیز در سازه طراحی شوند. این عناصر در هر طبقه مسیری برای انتقال نیروهای افقی به بادبندهای عمودی ایجاد می‌کنند. بنابراین، در ساختمان‌های مقاوم از بادبندهای افقی در هر طبقه استفاده می‌شود. همچنین در برخی پروژه‌ها، بام ساختمان نیز به بادبند افقی نیاز دارد.
مهاربند مرکب
مهاربند که یکی از اعضای مقاوم کننده در برابر باد و زلزله است برای سازه‌های متنوعی سوله، 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 کرده و سپس از آن ها استفاده می‌کنند.
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 میکند و همچنین فشار محصور شدگی برای بتن فراهم میکند 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 تراکم 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 هستند. برخی از این مزایا و معایب عبارتند از:
1- در مقایسه با قاب های خمشی دارای سختی الاستیک بالایی در تحریک لرزه ای بوده 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 میکند.
3- نصب قاب مهاربندی 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.
در این مقاله با انواع مهاربندها و نحوه عملکرد آن‌ها در سازه‌های مقاوم در برابر نیروهای جانبی آشنا شدیم و ویژگی‌های هر سیستم به‌طور جامع بررسی گردید. برای مطالعه‌ی تحلیل تطبیقی و مقایسه‌ی دقیق‌تر میان انواع سیستم‌های مهاربندی از نظر رفتار لرزه‌ای، سختی جانبی و کارایی اقتصادی، می‌توانید به مطلب (مقایسه‌ای بین انواع مهاربندها) مراجعه کنید.
بدون دیدگاه