مهاربندهای کمانش تاب و دیوارهای برشی فولادی

در این مطلب با دو سیستم جدید مهاربندی سازه ها ، یعنی مهاربندهای کمانش تاب و دیوارهای برشی فولادی اشنا می شویم .

🔵 بادبندهای کمانش ناپذیر :

✅ این سیستم به دلیل جلوگیری از کمانش بادبند، قابلیت جذب انرژی بسیار بیشتری را نسبت به سیستم های رایج بادبندهای همگرا دارد.

✅ این سیستم از یک غلاف و یک هسته فلزی تشکیل شده است.

هسته فلزی در برابر نیروی محوری وارد شده مقاومت می کند و سختی خمشی غلاف نیز مانع از کمانش هسته می شود.

✅ به منظور جلوگیری از کمانش در فشار، هسته فلزی درون یک غلاف فلزی که با بتن یا ملات پر شده است قرار می گیرد.

قبل از پر کردن غلاف با بتن، مقداری ماده جداکننده یا خلا بین هسته فلزی و ملات قرار می گیرد تا انتقال نیروی محوری را از هسته فلزی به پوشش بتنی جلوگیری کند و یا آن را به حداقل برساند.

اثر ضریب پواسون نیز باعث می شود تا هسته فلزی در فشار منبسط شده و این موضوع ایجاب میکند تا این فاصله لازم فراهم گردد.

✅ امروزه استفاده از میراکننده های انرژی در سازه به منظور اتلاف انرژی زلزله مورد توجه فراوان قرار گرفته است.

مزیت اصلی استفاده از میراگرها، جذب انرژی زلزله در اجزایی مجزا از قاب سازه می باشد.این امر منجر به کاهش آسیب های سازه اصلی در هنگام وقوع زلزله می گردد.

در میان انواع مختلف میراگرها، میراگرهای هیسترزیس به دلیل هزینه کم، قابلیت اطمینان بالا و فقدان اجزای مکانیکی در آن از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشند.

✅ استفاده از سیستم های غیرفعال اتلاف انرژی روش مؤثر در کاستن از اثرات زلزله در ساختمان ها است . نقش عملی این سیستم ها اضافه نمودن میرایی ساختمانها و به تبع آن کاهش دامنه تغییر مکانها و نیروهای ناشی از اثرات زلزله در سازه است.

✅ امروزه ثابت شده است که طراحی سازه ها بصورتی که برای مقابله با زلزله های شدید رفتار کاملا الاستیک داشته باشند، از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد. در نتیجه در طراحی سازه ها از روشهایی مانند کنترل غیر فعال سازه ها در برابر زلزله استفاده می شود.

🔵 دیوار برشی فولادی:

✅ سیستم دیواربرشی فولادی (Steel shear wall) به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در سه دهه اخیر به سرعت در دنیا مورد توجه قرار گرفته و از این سیستم برای ساخت و مقاوم‌سازی ساختمان‌های مهمی در دنیا بویژه در کشورهای زلزله خیزی چون ژاپن و آمریکا استفاده شده است.

از جمله ساختمان‌های ساخته شده با این سیستم می‌توان به بیمارستان ۶ طبقه در لوس آنجلس (Olive view) دراوایل دهه ۸۰ میلادی، مرکز درمانی پرتلند (Portland Medical Center Providence) درسال ۲۰۰۸، ساختمان بین‌المللی لاس و گاس (Cosmopolitan) در سال ۲۰۰۹ و ساختمان اداری ۳۵ طبقه در کوبه (High rise) اشاره نمود.

بطوریکه ساختمان بیمارستان ۶ طبقه (Olive view) در لوس آنجلس و ساختمان اداری ۳۵ طبقه در کوبه (High rise) دو سازه مهمی هستند که در آنها از سیستم دیوار برشی فولادی به عنوان سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی استفاده شده و دو زلزله شدید نرث ریج (Northridge) و کوبه را پشت سر گذاشته‌اند و مطالعات انجام شده بر روی این دو ساختمان پس از زلزله همگی از رفتار بسیار خوب سیستم دیوارهای برشی فولادی در طول زلزله و وارد شدن کمترین خسارت به این دو ساختمان حکایت می‌کنند.

همچنین ساختمان‌های موجود بسیاری نیز با استفاده از دیوارهای برشی فولادی دربرابر بارهای جانبی، خصوصاً زلزله تقویت شده‌اند که دو نمونه مهم از آنها، ساختمان مرکز درمانی در چارلستون وساختمان کتابخانه ایالتی اورگان هر دو درآمریکا می‌باشند.

✅ دیوارهای برشی فولادی از ورق فولادی که توسط تیرها و ستون‌ها احاطه شده است، تشکیل گردیده‌اند؛ که به تیرها و ستون‌ها عناصر مرزی می‌گویند.

دیوارهای برشی فولادی مشابه تیرورق طره‌ای عمل می‌نمایند، که در آن ستون ها به منظور بال‌های تیر ورق، تیرهای طبقات همانند سخت‌کننده‌های آن و ورق‌های فولادی به عنوان جان تیر ورق می‌باشند.

✅ مزایای دیوار برشی فولادی نسبت به دیوار برشی بتنی:

1. کاهش وزن فولاد مصرفی سازه (این مقدار بسته به زیر بنا و تعداد طبقات سازه متغیر می‌باشد)

2. کاهش بار مرده و سبک سازی ناشی از آن

3. کاهش سطح اشتغال دیوار برشی و در نتیجه افزایش فضای مفید داخلی

4. افزایش سرعت اجرا (سریع سازی).

5. کاهش طول و تعداد دیوار برشی و در نتیجه رفع محدودیت‌های معماری ناشی از آن

6. افزایش ضریب رفتار سازه و شکل پذیری در برابر زلزله

🔵 سوراخ کردن دیوار برشی فولادی به این دلیل است که سختی دیوار کاهش داده شود تا مفصل پلاستیک ابتدا در ستون ایجاد نشود.

🔵 دیوار برشی فولادی مرکب

(Steel Plate-Reinforced Concrete) (SPRC)

✅ این سیستم شامل پانلهای مجزاست که هر پانل در داخل دو تیر و ستون جانبی قرار گرفته است.

مقاومت مجموعه نیز پس از کمانش ورق فولادی از طریق عمل میدان کشش قطری بوجود آمده در ورق فولادی در ترکیب با عمل خمشی قاب تامین می شود.

این سیستم نوین در عین حال که قابلیت سایر سیستمهای مقاوم در برابر بارهای جانبی، مانند قاب خمشی، مهاربندی هم محور و مهاربندی برونمحور را دارا میباشد به لحاظ میزان مصرف فولاد و همچنین اجرای ساده تر و سطح تمام شده تمیزتر برتر از سایر سیستمها می باشد.