مقاومت سازهها در برابر زلزله از اهمیت بالایی برخوردار است. برای دستیابی به این هدف، طراحی و اجرای سازهها باید به گونهای باشد که نیروهای جانبی ناشی از زلزله یا باد به درستی مدیریت و در نهایت به زمین منتقل شوند. اینجا است که سیستم باربر جانبی اهمیت پیدا میکند. این سیستم به سازه کمک میکند تا بارهای جانبی را به طور موثر انتقال داده و درصد قابل توجهی از خسارات احتمالی را کاهش دهد.
سیستمهای باربر جانبی انواع مختلفی دارند و طراح سازه باید با در نظر گرفتن شرایط خاص پروژه و همچنین رعایت استاندارد ۲۸۰۰، سیستم مناسب را انتخاب و طراحی کند. در این مقاله از تولید کننده میلگرد بستر براتلو، مفهوم سیستم باربر جانبی، اهمیت آن و همچنین انواع مختلف این سیستمها را بررسی خواهیم کرد. با درک بهتر این موضوع، میتوانیم گامی مهم در جهت افزایش مقاومت سازهها در برابر نیروهای مخرب طبیعی برداریم.
سیستم باربر جانبی چیست؟
هنگامی که زمین میلرزد، حرکت زمین نیروهایی جانبی بر سازه وارد میکند. در این میان، سازه باید یکپارچگی خود را حفظ کند و در برابر این نیروها، چه از جانب زلزله و چه از جانب باد، مقاومت کند. هر یک از اعضای سازه باید بتوانند بار وارده را بدون فروپاشی تحمل و منتقل کنند. این امر مستلزم آن است که طراح مسیر بار را در هر عضو سازه دنبال کند و با اتصال مناسب اعضا به یکدیگر، بار را به شالوده و در نهایت به زمین منتقل کند.
سازههای مقاوم در برابر زلزله ترکیبی از اعضای افقی و قائم هستند که نیروهای ثقلی و جانبی را منتقل میکنند. اعضای قائم نقش مهمی در انتقال نیروهای جانبی به پی و در نهایت به زمین دارند. اعضای افقی مانند دیافراگمهای کف، دالها و تیرها نیز علاوه بر تحمل بارهای ثقلی، در انتقال نیروهای جانبی به اعضای قائم نقش اساسی ایفا میکنند.
نیروهای زلزله متناسب با جرم اعضای سازه در مرکز جرم دیافراگم (سقف سازه) ایجاد میشوند و باید به درستی به عناصر قائم مقاوم و سپس به پی منتقل شوند. عملکرد دیافراگمها شبیه تیرهای عمیق است، جایی که تیرهای پیرامونی مانند بالها عمل میکنند و دیافراگم کف نقش جان تیر را ایفا میکند. در مناطقی از دیافراگم که بازشوهای بزرگ جریان انتقال نیرو را مختل میکنند، توصیه میشود از مهاربندیهای افقی برای انتقال نیروهای زلزله استفاده شود.
سیستم بار جانبی، مقابله با نیروهای جانبی ناشی از زلزله و باد را بر عهده دارد که به صورت افقی بر سازه وارد میشوند.
مبحث ۱۰ ویرایش ۱۴۰۱، سازههای باربر شکلپذیر را بر اساس توانایی آنها در پذیرش تغییر شکلهای فرا ارتجاعی در مقاطع خاص، حفظ این ویژگی در بارگذاریهای متناوب و عدم کاهش قابل توجه مقاومت و سختی، به سه دسته تقسیم میکند:
۱. شکلپذیری کم با حداقل رفتار فرا ارتجاعی
۲. شکلپذیری متوسط با رفتار فرا ارتجاعی محدود
۳. شکلپذیری زیاد با رفتار فرا ارتجاعی قابل توجه
انواع سیستمهای باربر جانبی
استفاده از قاب های خمشی
سیستم قاب خمشی با اتصالات صلب و گیردار بین تیرها و ستونها کار میکند. این نوع قابها با اتصال محکم تیر و ستون، محدودیتهایی را در جابجایی عمودی و افقی و همچنین لنگر ایجاد میکنند. قابهای خمشی نیازی به المانهای اضافی در فضای میانی ندارند و به طراح اجازه میدهند طرحهای متنوعی را اجرا کند. اما اجرای این قابها به دلیل نیاز به اتصالات محکم و با استحکام بالا، هزینهبر و پیچیده است.
در هنگام زلزله یا اعمال نیروهای جانبی، تغییر شکل موج مانندی در تیرها و ستونهای قاب خمشی ایجاد میشود. این تغییر شکل به دلیل اتصال صلب بین تیر و ستون است که مانع از حرکت لنگری یا دورانی تیر میشود. این موج دار شدن میتواند انرژی نیروهای جانبی را تخلیه کند و به پایداری ساختمان کمک کند. تغییر شکل کلی سازه در اثر نیروهای جانبی، ترکیبی از خمش تیرها و ستونها است، اما سهم تیرها در این تغییر شکل بیشتر است.
دیوارهای غیرسازهای داخل قابهای خمشی باید طبق آییننامهها اجرا شوند. این دیوارها باید با استفاده از وال پست و میلگرد بستر ساخته شوند تا در برابر تغییر شکل قابها مقاومت کنند. همچنین این دیوارها باید استحکام کافی در خارج از صفحه داشته باشند و آزادی حرکتی محدودی در داخل صفحه داشته باشند تا بتوانند پایداری خود را حفظ کنند. جزئیات اجرای صحیح این دیوارها در پیوست ششم آیین نامه ۲۸۰۰ ارائه شده است.
با اینکه قابهای خمشی استحکام بسیار خوبی به ساختمان میدهند، اما تغییر شکل آنها میتواند منجر به تغییر شکل کلی زیاد ساختمان در برابر نیروهای جانبی شود. بنابراین طراح باید راهکارهایی را برای کاهش این تغییر شکل در نظر بگیرد. یکی از این راهکارها، افزایش سختی تیرها و ستونها است که ممکن است هزینهها و پیچیدگی اجرا را افزایش دهد. اجرای اتصالات صلب و گیردار بین تیر و ستون هزینه بالاتری نسبت به اتصالات مفصلی دارد و طراح باید این موضوع را در انتخاب سیستم باربر جانبی مد نظر داشته باشد.
استفاده از دیوارهای باربر
در ساختمانها، دیوارها به دیوارهای سازهای و غیرسازهای تقسیم میشوند. دیوارهای غیرسازهای، که بخشی از ساختار اصلی ساختمان نیستند، برای اهدافی مانند تقسیم فضای داخلی، بهبود طراحی داخلی به عنوان یک عنصر معماری، یا نصب تجهیزات خاص به کار میروند. از سوی دیگر، دیوارهای سازهای بخشی اساسی از ساختار ساختمان را تشکیل میدهند و در محاسبات و شبیهسازیهای سازهای در نظر گرفته میشوند. این دیوارها، مانند دیوارهای باربر، بارهای قائم و جانبی را تحمل میکنند و نقش ستون را ایفا مینمایند. در این نوع ساختمانها، مقطع بالایی دیوارها عملکرد تیرها را دارد و کف طبقات را نگه میدارد. استاندارد ۲۸۰۰ انواع مختلفی از دیوارهای سازهای را معرفی کرده و موارد استفاده مجاز برای هر نوع را مشخص نموده است که باید توسط طراح و سازنده رعایت شود.
استفاده از دیوارهای برشی
دیوارهای برشی، سازههایی قدرتمند و مقاوم در برابر بارهای جانبی هستند که سختی و استحکام بیشتری نسبت به قابهای خمشی ارائه میدهند. این دیوارها که معمولاً نیاز به مصالح بیشتر و فونداسیون بزرگتری دارند، میتوانند به عنوان دیوارهای پیرامونی یا داخلی در ساختمانها مورد استفاده قرار گیرند. مکانیابی دقیق و محاسبات دقیق برای طراحی صحیح این دیوارها در یک ساختمان بسیار مهم است.
دیوارهای برشی انواع مختلفی دارند، اما رایجترین آنها دیوارهای برشی بتن آرمه و فولادی هستند. دیوارهای برشی بتن آرمه با آرایش خاصی از آرماتورها، قادر به تحمل نیروهای قائم و جانبی هستند. ساخت این دیوارها شامل آرماتوربندی اولیه و بتنریزی با استفاده از قالبهای مخصوص است. از سوی دیگر، دیوارهای برشی فولادی که به تدریج محبوبیت بیشتری پیدا کردهاند، ورقهای فولادی هستند که در داخل یک قاب قرار میگیرند و مقاومت قابل توجهی در برابر نیروهای جانبی و حتی بارهای قائم ارائه میدهند. این دیوارها سبکتر و نازکتر از دیوارهای برشی بتن آرمه بوده و نصب و اجرای آنها نیز سادهتر است. با این حال، دیوارهای برشی فولادی به تنهایی یک دیوار کامل محسوب نمیشوند و نیاز به اجزای تکمیلی برای عملکردی مشابه یک دیوار معمولی دارند.
استفاده از مهاربندها
در برخی از ساختمانهای متداول، قابهای سادهای به کار میروند که اتصالات تیر و ستون آنها از نوع مفصلی است. این قابها توانایی تحمل بارهای قائم را دارند، اما برای مقاومت در برابر بارهای جانبی، نیاز به المانهای اضافی دارند. بارهای قائم توسط تیرها و ستونها منتقل میشوند، در حالی که برای مقابله با بارهای جانبی، معمولاً از مهاربندها استفاده میشود.
مهاربندها اغلب از فولاد ساخته میشوند و به گونهای نصب میگردند که به قاب ساده استحکام لازم در برابر نیروهای جانبی را میدهند. این مهاربندها انواع مختلفی دارند، اما در مهندسی عمران، معمولاً به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: مهاربندهای همگرا و واگرا. مهاربندهای همگرا، المانهایی هستند که در یک نقطه مشترک به هم متصل میشوند، در حالی که در مهاربندهای واگرا اینگونه نیست. هنگام اعمال نیروهای جانبی، المانهای مایل مهاربندها تحت کشش یا تنش قرار میگیرند و توانایی آنها در تحمل این نیروها، پایداری و استحکام سازه را افزایش میدهد.
مهاربندها همچنین بر اساس شکل و طرح آنها در داخل قاب نامگذاری میشوند. مهاربندهای هفتی یا هشتی، ضربدری، K شکل، A شکل و قطری هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند. برای مثال، مهاربندهای هفتی و هشتی زمانی استفاده میشوند که نیاز به ایجاد بازشو در قاب وجود دارد. این مهاربندها انعطافپذیری بیشتری نسبت به مهاربند ضربدری ارائه میدهند.
آییننامه استاندارد ۲۸۰۰ راهنمای جامعی برای استفاده از مهاربندها ارائه میکند. این آییننامه مشخص میکند که اتصال بین مهاربندها و قاب ساده میتواند مفصلی یا گیردار باشد، اما طراحی باید به گونهای انجام شود که بارهای قائم و جانبی به درستی توزیع شوند. بارهای جانبی باید توسط مهاربندها تحمل شوند، نه توسط تیرها و ستونها. مهاربند K شکل به دلیل عملکرد نهچندان مطلوب، توصیه نمیشود و آییننامه پیشنهاد میکند که از آن اجتناب گردد. همچنین، آییننامه به معرفی مهاربند کمانش تاب پرداخته است که در آن، المان فولادی توسط یک غلاف بتونی محافظت میشود. این نوع مهاربند قادر است علاوه بر کشش، تنشهای اعمالشده را نیز تحمل کند.
هر یک از انواع مهاربندها ویژگیهای منحصر به فردی دارند و طراح سازه بر اساس نیازهای خاص هر پروژه، نوع مناسب مهاربند را انتخاب میکند. مهاربندهای همگرا معمولاً سختی بیشتری ایجاد میکنند، در حالی که مهاربندهای واگرا انعطافپذیری بالاتری دارند و تغییر شکل بیشتری را اجازه میدهند. این تغییر شکل میتواند به استهلاک انرژی نیروهای جانبی کمک کند. در میان مهاربندهای واگرا، مهاربند A شکل رایجترین نوع است که در پروژههای مختلف به کار میرود.
کدام نوع سیستم باربر جانبی را انتخاب کنیم؟
انتخاب سیستم مناسب برای تحمل بار جانبی یک سازه به عوامل متعددی بستگی دارد که توسط مهندسان محاسبه و طراحی میگردد. این عوامل شامل ارتفاع، کاربری، منطقه جغرافیایی و ملاحظات طراحی معماری ساختمان هستند.
ارتفاع ساختمان یکی از عوامل کلیدی است. برخی سیستمهای باربر جانبی مانند دیوارهای برشی بیشتر برای ساختمانهای بلند مناسب هستند، در حالی که برخی دیگر مانند قابهای خمشی برای هر دو نوع ساختمان کوتاه و بلند قابل اجرا میباشند. آییننامههای ساختمانی مانند استاندارد ۲۸۰۰، راهنماییهایی در مورد ارتفاع مجاز ساختمان برای استفاده از سیستمهای مختلف ارائه میدهند. با این حال، برای ساختمانهای بسیار بلند مانند آسمانخراشها، ممکن است نیاز به سیستمهای پیشرفتهتر و نوینتری باشد.
کاربری ساختمان نیز تأثیر قابل توجهی دارد. برای مثال، یک ساختمان اداری شلوغ با تردد زیاد افراد در ساعات کاری، نیازمند سیستم پایدارسازی متفاوتی نسبت به یک ساختمان مسکونی است. همچنین، ساختمانهایی که دارای اهمیت بالایی هستند، مانند مراکز درمانی یا ادارات دولتی، باید در برابر زلزله و دیگر عوامل مخرب، مقاومت بسیار بالاتری داشته باشند.
علاوه بر این، منطقه جغرافیایی نیز اهمیت دارد. ساختمانهایی که در مناطق زلزلهخیز ساخته میشوند، نیازمند سیستمهای باربر جانبی با عملکرد بهتر و قویتری هستند. همچنین، ویژگیهای زیستمحیطی منطقه نیز میتواند تأثیرگذار باشد. برای مثال، در مناطق مرطوب، سیستمهای بتن مسلح به دلیل مقاومت در برابر رطوبت، ترجیح داده میشوند، در حالی که در مناطق سردسیر، استفاده از دیوارهای برشی به دلیل نیاز به فضاهای بسته بیشتر، رایجتر است.
در نهایت، ملاحظات طراحی معماری نیز باید در نظر گرفته شود. نقشه معماری ساختمان با طراحی سازهای آن ارتباط نزدیکی دارد. ساختمانی که دارای فضاهای باز و بازشوهای متعدد است، نیازمند سیستم باربر جانبی متفاوتی نسبت به ساختمانی با فضاهای بستهتر خواهد بود.
در این مقاله، به بررسی انواع سیستم های باربر جانبی پرداختیم. شرکت ایران سازه براتلو، به عنوان یکی از تولیدکنندگان پیشرو در زمینه میلگرد بستر , اتصالات آن و وادار در ایران، تعهد خود را به ارائه محصولات با کیفیت بالا برای تامین امنیت سازه سازه شما حفظ کرده است. با ثبت سفارش در شرکت ایران سازه، میتوانید اطمینان داشته باشید که محصولات مورد نیاز خود را در هر نقطه از ایران دریافت خواهید کرد. ما به مشتریان خود اهمیت میدهیم و برای ارائه اطلاعات بیشتر و پاسخگویی به هر گونه سؤال یا نگرانی، تیم پشتیبانی اختصاصی خود را در دسترس قرار دادهایم.
دفتر تهران
۰۲۱۶۶۳۱۱۸۸۰
دفتر شاد آباد
۰۲۱۶۶۳۱۲۲۷۳
مدیر فروش
