در مقاله پیشین به انواع سیستمهای سازهای رایج مورداستفاده در سازههای اشاره کردیم که یکی از مهمترین آنها سیستم قاب ساده ساختمانی یا به عبارت سادهتر، سیستم مهاربندی بود. در مقاله حاضر، سعی بر این است تا توضیح اجمالی در این مورد داشته باشیم. برای توضیحات بیشتر میتوانید به پکیج طراحی سازه در قسمت محصولات سایت سیویل شو مراجعه فرمایید.
قاب مهاربندیشده یکی از فرمهای متداول اجرای سازههای فولادی در ایران است. در این سازهها انواع مهاربندها بهعنوان سیستم باربر جانبی به کار میرود و در محاسبات، اتصالات تیر و ستون این قابها بهصورت مفصلی فرض میشود. در اجرا نیز سعی میشود با استفاده از اتصال ساده، این فرض واقعیت یابد. واضح است چنین فرضی عملاً قابلاجرا نیست و اتصال تیر و ستون و مهاربند با مقداری گیرداری اجرا میشوند. چراکه اتصال کاملا مفصلی و کاملا گیرداری، عملا در بخش اجرا مرتبط با ساخت سازههای ساختمانی وجود ندارد یا لااقل کمشمار و محدود است.
روشهای متداول در طرح و آنالیز ساختمانها معمولاً بر این پایه استوار است که یک اسکلت باربر، مشتمل بر قابهای فولادی یا بتنی، وظیفه تحمل بارهای قائم را بر عهده دارد و برای نیروهای افقی مثل باد یا زلزله از مهاربند، دیوار برشی یا سیستمهای مشابه استفاده میشود. سیستمهای مهاربندی ساختمانها در برابر زلزله ممکن است به روشهای مختلف طرح و اجرا شوند، کاربرد هرکدام از انواع مهاربندها بستگی به شرایط خاص خود دارند. ازجمله سیستمهای مهاربندی که در ایران طراحی و اجرا میشوند، میتوان به سیستمهای مهاربند K، هفت، هشت، ضربدری و لوزی اشاره نمود.
همینجا لازم به ذکر است که مهاربندها به دودسته مهاربندهای همگرا و واگرا تقسیمبندی میشوند که در بادبندهای همگرا، اعضاء مورب در یک نقطه یا بر روی تیر یا در محل تقاطع تیر و ستون به هم میرسند درحالیکه در بادبندهای واگرا اینطور نیست. با این توصیفات در ادامه مقاله، به تشریح انواع مهاربندهای همگرا میپردازیم.
1- مهاربند ضربدری:
مهاربند ضربدری (Bracing-X) یکی از متداولترین انواع مهاربندی در ایران بوده که در اغلب ساختمانهای فولادی طرح و اجرای آن به چشم میخورد. از خصوصیات ویژه این نوع مهاربندی، سختی فوقالعاده زیاد آن است. اعضای مهاربند ضربدری درصورتیکه در مرکز به یکدیگر به نحو مناسبی اتصال داشته باشند، باعث تقلیل طول کمانش مهاربند میشود. ازاینجهت دیده میشود که غالباً اعضای ضربدری مهاربند در وسط به یکدیگر متصل هستند.
قابهای فولادی مهاربندیشده با مهاربندهای ضربدری، عموماً بهمنظور تأمین سختی و مقاومت جانبی ساختمانهای با ارتفاع کم تا متوسط در برابر باد و زلزله استفاده میشوند. فرض رایج برای اتصال مهاربند بهصورت مفصلی است. ولی در عمل با توجه به جزئیات اتصال ممکن است اندکی گیرداری حاصل شود.
همچنین در مهاربندهای ضربدری معمولاً یک قطر بهصورت پیوسته و قطر دیگر در وسط بهصورت منقطع اجرا میشود، بهطوریکه اتصال میانی قطر منقطع میتواند شرایط اتصال متفاوتی داشته باشد. درحالیکه در مدلسازی مهاربندهای ضربدری فرض میشود قطرها پیوسته هستند. از طرف دیگر بار کمانشی مهاربند متأثر از ضریب طول مؤثر کمانشی مهاربند است. این ضریب نیز متأثر از شرایط انتهایی عضو است. ازاینرو تغییر شرایط اتصال مهاربند بر روی ظرفیت کمانشی آن تأثیر میگذارد.
بعضاً مهاربند ضربدری در هر دو طبقه نیز اجرا میشود به صورتی که در دو طبقه تنها شاهد یک بادبند ضربدری خواهیم بود.
2- مهاربند قطری:
بادبندهای قطری (Diagonal Bracing) همانند بادبندهای ضربدری هستند با این تفاوت که در بادبندهای ضربدری در اثر اعمال نیروی جانبی یکی از اعضاء مهاری به فشار و دیگری به کشش کار میکند درحالیکه در مهاربند قطری تنها یک عضو وجود دارد. اینگونه بادبندها، حتماً در دو دهانه یک قاب بهصورت معکوس استفاده شوند. تا در هر تناوب نیروی جانبی یکی از مهارها به کشش و دیگری به فشار کار کند.
طراحی اعضای مهاری در این سیستم بر مبنای ضوابط اعضای فشاری انجام میشود. روال طراحی بادبندهای قطری مانند طراحی بادبند ضربدری (حالت اول) میباشد، با این تفاوت که kx=ky=1.0 است. به این بادبندها Z نیز گفته میشود.
3- مهاربند شورون هفتی و هشتی:
از بین بادبندهای همگرا، مهاربندهای شورون 7 و 8 (V and Inverted V Bracing) به علت ایجاد امکان تعبیه بازشوهایی نظیر در و پنجره، بیشتر موردتوجه معماران قرار دارد، اما این انتخاب، کار مهندس محاسب، مهندس سازه و حتی مجری را سخت میکند؛ زیرا مهاربندهای همگرا هفتی و هشتی به دلیل اتصال به تیر و رفتار متفاوتی که نسبت به بادبندهای ضربدری و قطری دارند (بادبندهای ضربدری و قطری به نقطه اتصال تیر و ستون متصل میشوند)، رعایت ضوابط آییننامهای سختگیرانه و البته محتاطانهای را میطلبد.
مقایسهی مهاربندهای شورون 7 و 8 نشان میدهد که مهاربند همگرای هشتی در پایینترین طبقه نیاز به اتصال مهاربند به فونداسیون ندارد، این در حالی است که مهاربند همگرای هفتی به اتصال به فونداسیون نیاز دارد؛ درنتیجه اجرای شورون 8 اندکی سادهتر است و همچنین شورون 7 در طبقه اول ازلحاظ معماری محدودیت ایجاد میکند (مثل عدم امکان عبور خودرو) که برای حل این مشکل میتوان در تمام طبقات از مهاربند همگرای هفتی استفاده کرد و تنها در پایینترین طبقه از مهاربند همگرای هشتی استفاده شود.
ازنظر معماری تفاوت بادبندهای شِورون و قطری را میتوان در شکل زیر دید که بادبند ضربدری بااینکه سختی زیادی دارد اما ازنظر معماری شرایط خیلی بدی داشته و هیچگونه بازشویی نمیتوان قرارداد. حتی میتوان گفت که بادبند واگرایی که در شکل زیر (شکل c) مشخص میشود نیز ازلحاظ معماری شرایط بهمراتب بهتری در مقایسه با بادبند ضربدری دارد.
4- مهاربند زانویی:
بادبندهای زانویی (K-Bracing) نیز شبیه مهاربندهای شورون، نیروی نامتوازن کننده زیادی را به ستون متصل به خود وارد میکنند. استفاده از این بادبندها محدودیتهایی دارد؛ زیرا عدم اجرای صحیح و وارد شدن نیروی برشی زیاد از طرف مهاربندها به ستون، میتواند باعث فروپاشی کل ساختمان شود. این بادبندها پتانسیل ایجاد مفصل پلاستیک را در وسط ستون بالا میبرند و به همین علت میتوان گفت نامناسبترین سیستم مهاربندی همگراست. در ویرایش سوم مبحث دهم مقررات ملی ساختمان استفاده از آنها را در ساختمانهای یک و دو طبقه مجاز دانسته شده که در ویرایش جدید (ویرایش چهارم) این مبحث، استفاده از این نوع بادبند ممنوع شده است.
5- مهاربند دروازهای:
بادبند دروازهای (Spider Web Bracing) از نوع بادبندهای همگرا میباشد که مشابه مهاربندهای V وارونه (شورون) میباشد با این تفاوت که جهت تأمین فضای بازشو هر ضلع مهاربند شِورن بهصورت خط شکستهای درآمده و محل شکستگیها بهوسیله عضو دیگری به گوشه اتصال تیر و ستون وصل میشود. این نوع بادبند ازلحاظ تأمین فضای کافی جهت بازشوها در ساختمان نسبت به بادبندهای همگرای دیگر ارجحیت دارد ولی سختی آن کمتر و تمایل بیشتری به کمانش خارج از صفحه دارد.
نکته جالب در مورد این نوع بادبند آن است که براثر اعمال بار جانبی به سمت راست سه عضو مهاربندی سمت چپ به همراه ستون سمت راست در فشار و سه عضو مهاربندی سمت راست به همراه ستون سمت چپ درکشش قرار میگیرند. با توجه به فشاری بودن سه المان متصل به گره میانی و امکان بیرونزدگی گره میانی از صفحه در زلزلههای شدید، اتصالات حول محورهای داخلی صفحه در این محل بهتر است صلب در نظر گرفته شوند.
لازم به ذکر است استفاده از این نوع مهاربند در چند سال اخیر ممنوع شده و بهبیاندیگر، منسوخ میباشد.
