رد کردن لینک ها

بررسی قاب مهاربندی همگرا ( “Concentrated Bracing Frames “CBF )

تعریف مهاربند همگرا (هم محور):

در این سیستم اعضای مهاربندی در یک نقطه همگرا شده و تلاقی دارند که این نقطه می­ تواند روی تیر، ستون یا در صفحه قاب باشد.

انواع مهاربندهای همگرا:

انواع مختلف این نوع مهاربند با توجه به مکان و محل نقطه تلاقی مهاربند ها مشخص می­ شود که انواع کلی آن به صورت زیر نامگذاری شده است:

۱- ضربدری (X-Bracing)

۲- قطری(Diagonal Bracing)

۳- مهاربند زانویی (K – Bracing)

۴- شورون هفتی( V- Bracing)

۵- شورون هشتی(Inverted V- Bracing)

۶- ترکیب شورون هفتی و هشتی(Split -X)

۷- مهاربند دروازه ای

انواع مهاربند همگرا از نظر مبحث دهم مقررات ملی ساختمان :

مبحث دهم مقررارت ملی ساختمان مهاربند همگرا را به دو دسته زیر تقسیم می کند:

  1. مهاربند همگرای ویژه (SCBF)
  2. مهاربند همگرای معمولی(CBF)

و با توجه به بند ۱۰-۳-۱-۲ قسمت ب داریم :

تفاوت مهاربند همگرای معمولی و همگرای ویژه :

  1. در بدست آوردن نیروی زلزله در طراحی
  2. تفاوت در مقدار استهلاک انرژی
  3. تفاوت ها در رفتار های فرا ارتجاعی

برای پی بردن به تفاوت های این دو نوع مهاربند ها به جدول ۳-۴  استاندارد ۲۸۰۰ در مورد مقادیر پارامتر ضریب رفتار Ru است مراجعه میکنیم.

در مهاربند همگرای ویژه عدد ضریب رفتار مقدار بزرگ‌ تری نسبت به همگرای معمولی است که باعث می‌شود نیروی زلزله‌ی وارد بر سازه یعنی همان فرمول C= A*B*I /Ru در سیستم‌ مهاربندی ویژه، نسبت به سیستم ‌همگرای معمولی کمتر باشد.یعنی مهربندی ویژه قاب سبک و شکل پذیرتر بوده که باعث می شود رفتار انعطاف ‌پذیرتری از خود در زلزله نشان دهد.

مهاربند همگرا معمولی در ناحیه الاستیک باقی می­ماند اما اعضای مهاربند همگرای ویژه رفتار فرا ارتجاعی بیشتری دارند که اعضای مهاربند وارد ناحیه پلاستیک می شوند و بادبندها نقش یک عضو شکل‌ پذیر را دارند و این باعث می شود که ابقیه عضای قاب مهاربندی یعنی تیرها و ستون­ ها در ناحیه الاستیک باقی بمانند.

خصوصیات مهاربند همگرا :

‌قاب‌ فولادی مهاربند همگرای ویژه اگر مشخصات مـورد نیاز طراحی لرزه‌ای را دارا باشد بسیار مقاوم و قوی خواهد بود. تسـلیم کششـی و کمانشـی بادبنـد ها باعث جابجایی غیر الاسـتیک در این قاب‌ها می شود. برای جلو گیری از تخریـب ناگهانی و ایجاد شکسـت در اتصـالات، باید ظرفیت بـاربری محـوری ورق اتصـال بـیشتر از میـزان باربری محوری عضو مهاربند (ظرفیت کششـی و فشـاری) در نظر گرفته شود. همچنین ورق اتصال بایـد دوران انتهـای بادبنـد را تحمل کند.

با اضافه کردن ورق اتصال بادبند به گوشه‌های قاب، سـختی جانبی ۳۰ درصد افزایش پیدا می کند. تغییـر شـکل های زاویـه‌ای اتصالات قاب تقریبا ۵۰ درصـد کـاهش یافتـه و شـکل پذیری و جذب انرژی قاب به میزان ۵۵ درصد کـاهش مـی‌یابد. پس می توان اینگونه بیان کرد که فرض اتصال ساده بین ستون و تیر در طراحی قاب‌ با مهاربندی همگرا صحیح نمی باشد و بخشی از سختی جانبی قاب بدلیل صلبیت اتصال تیر و ستون است.

زمانیکه ضـخامت ورق اتصـال را افزایش دهیم باعـث افـزایش سـختی اتصال، کاهش دوران انتهای بادبند‌، افزایش ظرفیت کمانش فشـاری، کـاهش تـنش در ورق اتصـال و افـزایش تنش در تیر‌ها و ستون‌ها می شود.

مزایا مهاربند همگرا :

۱- سختی بالا برای سازه

۲- کنترل تغییر مکان جانبی سازه تا حد زیاد

۳- طراحی ساده و

۴- عدم نیاز به نیروی تخصصی در اجرا

معایب مهاربند همگرا :

۱- وجود محدودیت معماری برای ایجاد بازشوها به ویژه در مهاربند های از نوع ضربدری و قطری

۲- شکل ‌پذیری پایین ‌تر نسبت به مهاربند واگرا

۳- قابلیت جذب و استهلاک کمتر انرژی زلزله نسبت به بادبند واگرا

بررسی مهاربند شورون (معروف به هفتی و هشتی):

مهاربند شورون نوعی از سیستم مهاربندی همگرا است که یک سر آن به محل اتصال تیر و ستون و سر دیگر آن به عضو دیگر مهاربند متصل است.

طبق بند ۱۰-۳-۱۰-۲ قسمت پ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در رابطه با محدودیت خروج از مرکزیت که سبب تبدیل بادبند واگرا به شورون می­ شود داریم :

در شکل فوق e<db باشد، مهاربند از نوع شورون هشتی است و در طراحی باید الزامات آیین‌ نامه‌ای مربوط به آن رعایت شود. همچنین باید دقت داشت که در مهاربند های همگرا محل تلاقی محورهای اعضای مورب باید روی محور میانی جان تیر متصل به مهاربند قرار گیرد که مقدار خروج از مرکزیت حداقلی در آیین ‌نامه آورده شده است و برای عدم تلاقی محورهای مهاربند با محور میانی تیر،یک تخفیف قائل شده است ولی تا حد امکان در بخش اجرای مهاربند ها باید توجه کافی داشت تا محل تلاقی محورهای مهاربند ها روی محور میانی تیر قرار گیرد زیرا در غیر این صورت محل تلاقی، خارج از محور تیر قرار می گیرد و باعث می شود که یک نیروی لنگر اضافی Pxh ناشی از نیروی محوری تیر بوجود آید و لنگر خمشی اضافه ای در سازه ایجاد می شود که این مورد در حین طراحی دیده و محاسبه نشده است.

نحوه اجرای درست مهاربند همگرا به صورت زیر است :

دلیل تمایل بیشتر برای استفاده از مهاربند همگرای شورون چیست؟

در مهاربند های شورون ۷ و ۸ به این علت که می توان  بازشو هایی نظیر در و پنجره را تعبیه کرد بیشتر مورد توجه معماران قرار دارد، اما ناگفته نماند که این انتخاب کار مهندس محاسب و سازه و حتی مجری را سخت می ­کند؛ زیرا مهاربند های همگرا هفتی و هشتی به دلیل اتصال به تیر و رفتار متفاوتی که نسبت به بادبندهای ضربدری و قطری دارند، رعایت ضوابط طراحی آیین‌ نامه‌ ای سخت ‌گیرانه تری دارند که در طراحی و اجرا مستلزم دقت،توجه ­و احتیاط است.

در مقایسه‌ی مهاربند های شورون ۷ و ۸ می توان اینگونه بیان کرد که مهاربند همگرای هشتی در پایین ‌ترین طبقه نیازی به اتصال مهاربند به فونداسیون ندارد اما مهاربند همگرای هفتی به این اتصال فونداسیون نیاز دارد. طبق شکل زیر

اجرای مهاربندی شورون ۸ کمی ساده ‌تر است و همچنین اگر از مهاربندی شورون ۷ برای درب ورودی طبقه اول استفاده شود از لحاظ معماری ایجاد مشکل می کند مثل عدم امکان عبور خودرو. برای حل این مشکل می­ توان تنها در پایین‌ ترین طبقه از مهاربند همگرای هشتی و در بقیه طبقات از مهاربند همگرای هفتی استفاده‌ کرد.

اگراز نظر عملکرد انتقال نیرو مهاربند همگرا شورون هفتی و هشتی را با هم مقایسه کنیم متوجه می شویم که بادبند همگرا هفتی موفق تر عمل می کند زیرا تحت اثر بار ثقلی، در مهاربند همگرا هفتی نیروی کشش ایجاد می شود و در نتیجه وقوع پدیده کمانش برای این بادبندها هنگام زلزله به تعویق می‌افتد. درصورتی‌که در مهاربند شورون هشتی تحت اثر بارهای ثقلی نیروی فشاری در بادبند ایجاد می‌شود که وقوع پدیده کمانش را جلو می اندازد.

عوامل موثر در رفتار شکل‌ پذیر مهاربند های همگرا :

۱- لاغری مهاربند ها :

هر اندازه لاغری مهاربند افزایش یابد از اتلاف انرژی آن‌ ها کاسته می­ شود. لاغری باعث می­ شود که بادبند سریع تر کمانش کند و سختی سیستم بشدت کاهش می یابد در نتیجه برای اتلاف انرژی بیشتر در طراحی باید سعی شود مهاربند حتی المقدور چاق طراحی شود.

۲- شکل مقطع مهاربند ها :

با توجه به بحث اجرای مهاربند استفاده از مقاطع دوبل ناودانی گزینه بسیار مناسبی است و بیشترین اتلاف انرژی مربوط به مقاطع لوله‌ ای و پس ‌از آن مقاطع قوطی شکل است.

۳- شرایط انتهایی مهاربند ها :

در طراحی و اجر مهاربند ها را به صورت دو سر مفصل در نظر می گیریم اما اگر آن ها را دو سر گیردار در نظر بگیریم در این صورت بجای تشکیل یک مفصل در وسط مهاربند سه مفصل پلاستیک تشکیل می شود که بدلیل وجود لنگر در انتهای مهاربند دو تای آنها دو انتهای بادبند تشکیل می­ شوند که باعث افزایش پتانسیل اتلاف انرژی می شود.

نکات مدل سازی مهاربند های همگرا در نرم افزار Etabs :

۱- برای ترسیم سریع مهاربند در نما ( Create Braces in Region) را انتخاب کنید و یا از منوی draw این دستور را فعال نمایید
۲- در برگه باز شده از این دستور موارد زیر موجود است :
property : نسب دادن مقطع موردنظر به موضوع خطی
moment releases : مشخص کردن وضعیت اتصالات دو سر عضو که شامل دو گزینه زیر است :

continuous : گیردار شدن دو انتهای عضو
pinned : مفصلی شدن دو انتهای عضو
bracing : انتخاب نوع مهاربند برای ترسیم که شامل موارد زیر است:

بادبند ضربدری: X

بادبند هشتی: Inverted V

بادبند: هفتی V

بادبند قطری به پشت : Eccent Back

بادبند قطری به جلو : Eccent Forward

و در انتهای مطالب بیان شده از قاب مهاربندی همگرا فایلی را در مورد نحوه طراحی لرزه ای این سیستم که توسط جناب دکتر نوید سیاه پلو عضو هیئت علمی موسسه آموزش عالی جهاد دانشگاهی تهیه و ویرایش شده است را در خدمت شما مهندسین و دانشجویان گرامی قرار می دهیم.

بازگشت به بالای صفحه