مقاوم سازی ساختمان با مهاربندهای کمانش تاب (BRB)

امروزه از سویی، به دلیل افزایش خطرات احتمالی زلزله و از سویی دیگر، به دلیل ازدیاد تقاضا برای تغییر کاربری ساختمان‌ها و افزایش تعداد طبقات، لزوم به بررسی مقاوم سازی ساختمان‌های موجود اهمیت زیادی پیدا کرده است.  با مشخص شدن مناطق زلزله خیز و قرارگیری شماری از سازه های موجود در این مناطق که اغلب آنها بر اساس آیین نامه های طراحی لرزه ایی قدیمی طراحی شده و فاقد اعتبارند، از این رو اهمیت مقاوم‌سازی مشخص میشود. از آنجایی که مقوله های ضرر و زیان تخریب ساختمان ها به دلیل عدم مقاومت کافی در برابر زلزله شناخته شده است لذا توسعه استاندارهای سازه ها و یافتن راه حل های مقاوم‌سازی ضروری است. در خصوص مقاوم‌سازی ساختمان، در صورتی که با بررسی های به عمل آمده توسط مشاور طراح  مشخص شود که طراحی اولیه سازه در بعضی از موارد ایراد داشته و همچنین اجرای اسکلت فلزی نیز دچار نواقصی بوده است لذا مقرر میگردد با توجه به وضع موجود و طراحی مجدد، نسبت به ارائه طرح تقویت سازه توسط مشاور طرح اقدام لازم صورت گردد. به این ترتیب لازم است تا نقشه های جدیدی تحت عنوان نقشه های تقویت سازه تهیه شود. امروزه یافتن راه حل مناسب جهت مقاوم سازی ساختمان ها و ترمیم و تقویت سازه های صنایع فولاد و سیمان، حمل و نقل، معادن، صنعت نفت و گاز و پتروشیمی، سازههای دریایی، تاسیسات شهری، با توجه به اینکه جایگزین نمودن سازههای موجود با سازههای جدید در اغلب موارد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست، اهمیت شایانی پیدا کرده است. انتخاب غلط یک شیوه نامناسب مقاومسازی ساختمان و تعمیر یا تقویت یک سازه، حتی میتواند عملکرد سازه را بدتر هم بکند. در مقایسه با ساختن یک سازه جدید، تقویت سازه موجود حتی میتواند پیچیده تر باشد.

یکی از روش های بهسازی لرزه ای استفاده از سیستم مهاربندی سنتی میباشد که با توجه به ضعف های این مهاربند و نداشتن عملکرد مطلوب تحت بارهای رفت و برگشتی مانند زلزله، روش های نوین مقاوم سازی ساختمان ها ابداع شده اند تا بتوانند ضعف عملکرد مهاربندهای سنتی را برطرف کنند از جمله این سیستم ها، مقاوم سازی با مهاربندهای کمانش تاب می باشد. از جمله مزیت های این سیستم نسبت به سایر سیستم های لرزه ای بر ظرفیت جذب انرژی بالا، شکل پذیری تجمعی بالا، پایداری قابل قبول در تحمل زلزله های شدید وارده بر سازه و کاهش تغییر مکان جانبی نسبی کم میباشد.

انواع مهاربندهای کمانش تاب

در سیستم مهاربندی، رفتار اعضای مورب تاثیر تعیین کنندهای بر تحمل نیروهای جانبی دارد. این سیستم ها برعکس قاب های صلب در محدوده ارتجاعی اجازه تغییر شکل زیادی به سازه نمیدهند و بر مبنای سختی محوری اعضای مهاربندی عمل میکنند.

سیستم های مهاربندی از تعدادی تیر و ستون و نیز اعضای مورب مهاربند تشکیل یافته اند. تیر و ستونها بارهای ثقلی را انتقال میدهند و اعضای مورب به همراه تیر و ستون های دربرگیرنده آنها، خرپایی قائم رافراهم می آورند تا بارهای جانبی را تحمل کنند. مسئله مهم در مورد سیستم های رایج یکسان نبودن رفتار کششی و فشاری اعضا و امکان وقوع کمانش هایی در اثر نیروی فشاری و در نتیجه کاهش سریع باربری و جذب انرژی بارهای سیکلی میباشد. به طور کلی اثرات نامطلوب کمانش مهاربندها را میتوان به شرح زیر خلاصه کرد:

هنگامی که عضو مهاربندهای تحت فشار به کمانش افتد؛ ناگهان درصد زیادی از بارمحوری آن به عضو نظیر کششی منتقل میشود. این امر علاوه بر تاثیر ناگهانی بر سازه میتواند سبب شود که تنش در این عضور بیشتر از حد مجاز شود. به علت کاهش سختی، چرخش انتهایی اعضاء زیاد شده و این امر میتواند باعث افزایش اثر p-Δ گردد. به هنگام طراحی معمولا توزیع مهاربندها در پلان به گونه ای انجام میپذیرد که پدیده پیچش رخ ندهد با این حال کمانش زود هنگام برخی از عناصر مهاربندی میتواند به واکنش نامتقارن سازه و پیچش بیانجامد، در حالیکه که این امر در طرح اولیه پیشبینی نشده است. نامساوی بودن نیروهای کششی و فشاری قابل تحمل توسط اعضای مهاربند باعث وارد آمدن نیروهای نامتعادل در تیرهای متصل به مهاربندهای هفتی و هشتی شده موجب افزایش لنگر و خرابی یا تشکیل سازوکار پلاستیک در آنها میگردد. تغییر مکان بیرون از صفحه ناشی از کمانش میتواند باعث خرابی تیغه ها و دیوار و فروریختم نماها شود. با مطالعه رفتار ساختمانها در زلزله های اخیر؛ محققین افزایش سختی و اتلاف انرژی بیشتر همراه با پایداری را راهکار مناسبی برای کم کردن میزان تغییر مکان و کاهش صدمات ناشی از زلزله دانستهاند. با توجه به این مورد ایده مهاربندهای مقاوم شده در برابر کمانش حدودا در اواسط دهه 70 میلادی در ژاپن شکل گرفت. مهاربندهای کمانش تاب یک اتلاف کننده انرژی الاستوپلاستیک است که برای کنترل تغییر شکلهای جانبی ساختمانها و محدود کردن آسیب تحت بار لرزه ای استفاده میشود.

مهاربندهای کمانش تاب معمولی از 4 قسمت تشکلی شده است:

  • واحد انتقال نیروی محوری
  • بخش انتقال سخت شده که مهاربند و اجزای اتصال، متصل میشوند
  • واحد جلوگیری از کمانش و عضو پوششی که مهاربند را از کمانش باز دارد
  • واحد تفکیک بین هسته مهاربند و واحد جلوگیری کننده از کمانش، که لغزش آزادنه مهار را در درون -واحد کمانش تضمین میدهد.

 

هسته فلزی محصور شده

این قسمت عضو اصلی مهاربند محسوب میشود که بار محوری را تحمل میکند. از آنجایی که ایده اساسی مهاربندهای کمانش تاب، تسلیم در فشار میباشد،بهتر است نوع فولاد هسته از جنس فولاد نرمه و با مقاومت پایین تر باشد تا در بارگذاریهای رفت و برگشتی تسلیم در فولاد اتفاق بیافتد و عمل استهلاک انرژی به خوبی صورت گیرد.

هسته فلزی محصور نشده

به منظور اتصال مهاربند به اسکلت ساختمان، به ناچار باید قسمتی از مهاربند محصور نشده باشد. برای اینکه کمانش در قسمت محصور نشده اتفاق نیافتد باید سطح مقطع بیشتری نسبت به قسمت محصور شده داشته باشد. تغییر مقطع نباید به شکل ناگهانی باشد، زیرا این کار موجب تمرکز تنش در ناحیه تغییر مقطع خواهد شد. به این منظور از یک ناحیه انتقالی استفاده میشود. در طول ناحیه انتقالی سطح مقطع به صورت ملایم بزرگ میشود.

ناحیه اتصال

این بخش در ادامه قسمت الاستیک محصور نشده است که مهاربند را به صفحه اتصال وصل میکند. به وسیله اتصال پیچ صورت میپذیرد، ولی میتوان از اتصالات جوش و پرچی نیز استفاده نمود. مزیت استفاده از اتصال پیچی این است که نصب و تعویض BRB راحت تر صورت میگیرد.

غلاف محصورکننده

این مکانیزم به طور معمول ترکیبی از ملات و غلاف فولادی است. ابعاد غلاف برای جلوگیری از کمانش مهاربند طراحی میشود. ملات علاوه بر پرکنندگی در جلوگیری از کمانش موضعی هسته فولادی بسیار موثر است. لذا طرح اختلاط و عملآوری صحیح برای مقاومت فشاری کافی ملات ضروری است. بر طبق گزارش پژوهشگاه بینالمللی زلزله به غیر از بتن مواد دیگری همچون چوب و ماسه نیز به عنوان پرکننده استفاده میشوند.

ماده نچسب

کار این مواد لغزنده در حذف یا به حداقل رساندن انتقال نیروی برشی هسته جاری شونده و مکانیزم مقاوم در برابر کمانش(ملات و غلاف) است موادی مانند پلیاتیلن، روغن سیلیکون، نوار وینیل، رزین اپوکسی و … از این جمله است. ضخامت این لایه با توجه به نوع ماده بین 0.15 تا 2 میلی متر متغیر است.

مزایا و معایب قاب ها با مهاربندهای کمانش تاب

در مقایسه با سایر سیستم های باربر جانبی از جمله قاب های خمشی یا قاب های مهاربند شده معمولی، مهاربندهای کمانش ناپذیر دارای مزایای پرتعداد و معایبی چند میباشند  که در ادامه به معرفی و بررسی آن ها می پردازیم:

  • در مقایسه با قابهی خمشی، دارای سختی الاستیکی بالایی در تحریک لرزه ای میباشند که این امر سبب ارضاء آسانتر ضوابط آیین نامه ای در ارتباط با محدودیت تغییر مکان جانبی نسبی طبقات میشود.
  • نصب آن ها به خاطر اتصالات پینی یا پیچ و مهره ای به ورق های اتصال باعث کاهش هزینه های اقتصادی، زمان نصب و اجرا میشود.
  • برای بهسازی لرزه ای، ظرفیت بیشتر نسبت به سیستم های مهاربندی رایج دارند زیرا ظوابط طراحی ظرفیت برای سیستم بابر جانبی معمولی ممکن است نیاز به هزینه بالایی در تقویت های مورد نیاز فوندانسیون و مقاوم سازی دیاگرام کف داشته باشد.
  • ممکن است تحت زلزله های بزرگ تغییر شکلهای دائمی در سازه اتفاق بیافتد، زیرا این سیستم ها مانند بسیاری از سیستمهای جاری شونده فلزی مکانیرم بازگشتی ندارند.
  • در ایران ضوابط طراحی این اعضاء هنوز وارد آیین نامه های طراحی نشده است و کاربرد آنها نیاز به کسب مجوز از مقامات ذیصلاح و انجام آزمایش یا کسب نظر کمیته فنی دارد.

 

به اشتراک بگذارید:

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert