طراحی ساختمان‌های لرزه تاب

طراحی ساختمان‌های لرزه تاب

کشور ایران از جمله کشورهایی است که در اثر وقوع زلزله‌های متعدد، خسارت‌های مالی و جانی بسیاری دید‌ه است‌. تجربیات زلزله‌های گذشته نشان می‌دهد که ایران یکی از مناطق زلزله خیز جهان محسوب می‌شود‌. با توجه به رشد‌ دانش مهندسی و تکامل آیین نامه‌های ساختمانی هر روز ضعف سازه‌های ساخته شده بر اساس آیین نامه‌های گذشته بیش از پیش آشکار میشود. از این رو به کارگیری روشی مناسب به منظور بهبود وضعیت ساختمان‌های در دستور کار مهندسین عمران قرار می‌گیرد. امروزه مهاربندهای مقاوم در برابر کمانش با توجه به عملکرد لرزه‌ای و مزایای بسیار خوب از جمله ظر‌فیت جذب و استهلاک انرژی بالا و شکل پذیری زیاد نسبت به مهاربند‌های رایج‌، در حال گسترش است‌. ‌

طراحی ساختمان‌های لرزه تاب طی سال‌های اخیر رشد چشمگیری داشته است. برخورد سنتی با طراحی ساختمان‌های مبتنی بر تامین سختی و مقاومت کا‌فی، جای خود را به برخورد مدرن که جذب و اتلاف انرژی در آن نقش تعیین کننده دارد، داده است. یکی از روش‌های تقویت و ا‌فزایش شکل پذیری سازه‌ها تقویت اتصالات آن است و این عمل مستلزم جداسازی اجزای غیر سازه‌ای از اجزای سازه‌ای که مسلماً نیاز به هزینه‌های بالایی دارد و ‌باعث اختلاس در بهره برداری ساختمان میشود.

بخش عظیمی از ساختمان‌هایی که در حال بهره برداری است از نوع قاب خمشی فولادی است. بنا به تعریف قاب خمشی سیستم سازه‌ای است که در آن قاب، به طور همزمان در برابر بارهای ثقلی و جانبی مقاومت می‌کند و اتصال تیر به ستون در این نوع سازه‌ها از نوع گیر‌دار است. بنابراین تیرها، ستون‌ها و گره‌ها اتصال تیر به ستون نقش اساسی در باربری، شکل پذیری، استهلاک انرژی و سختی سازه خواهند داشت. قاب‌های خمشی بر اساس میزان تغییر شکل‌های پلاستیک که در زمان وقوع زلزله از خود نشان می‌دهند به سه رده شکل پذیری معمولی، متوسط و ویژه تقسیم بندی می‌شوند.

سیستم‌های نوین با به کارگیری جزئیات مناسب اتلاف کننده انرژی در سازه، مصالح مصر‌فی در سازه را به نحو قابل توجهی کاهش داده و علاوه بر توجیه اقتصادی مناسب، ر فتار سازه و معیار‌های نیز آن را بهبود می‌بخشد. ا‌فزودن مهاربندهای فولادی به عنوان یکی از راهکار‌هایی که ضمن ا‌فزایش سختی سازه، بهبود ر فتار لرزه‌ای و عدم اختلاس در کاربری سازه را به همراه دارد، معر‌فی شده است. در این میان استفاده از مهاربندهای کمانش ناپذیر BRB به دلیل ر‌فتار مناسب آن در برابر زلزله بیش از پیش مورد توجه قرار گر‌فته است.

آشنایی با مهاربند کمانش ناپذیر

اجزای اصلی تشکیل دهنده مهاربند BRB

هسته فولادی شکل پذیر (قسمت تسلیم شونده- مهارشده)

این قطعه وظیفه حمل و انتقال مناسب نیروی محوری را دارد و اصلی‌ترین قسمت یک مهاربند BRB  نیز است.

واحد محدود کننده کمانش

که از کمانش هسته در برابر نیروهای شاری جلوگیری می‌کند. در واقع بتن یا ملاتی که بین هسته فولادی و غلاف قرار می‌گیرد باعث تاخیر در کمانش‌های موضعی هسته فولادی میشود.

‌واحد جداکننده

از یک ماده نچسب تشکیل شده است که سطح روی هسته فولادی را می‌پوشاند و وظیفه آن بر هم زدن چسبندگی میان هسته و غلاف است که منجر به سهولت حرکت هسته در میان غلاف می‌شود و به این ترتیب از انتقال نیروی برشی بین هسته و ملات جلوگیری می‌کند. همچنین در این واحد شکاف‌هایی در نظر گر‌فته شده است که وظیفه آن جا دادن انسباط جانبی واحد هسته است. به عبارتی دیگر زمانی که هسته تحت شار قرار می‌گیرد کرنش جانبی تمایل به ا فزایش قطر قطعه مهاربند را دارد و اگر شکا‌فی برای این ا‌فزایش قطر در نظر گر‌فته نشود. غلاف ضمن انسباط جانبی به دلیل افزایش اصطکاک در انتقال بار محوری نیز دخالت می‌کند.

‌غلاف

که هسته فولادی و ملات روی آن را در خود جای می‌دهد.

بخش مهار نشده مهاربند که دچار تسلیم نمی‌شود (پیش آمدگی)

این قسمت خارج از قالب ملات است و به قاب اتصال می‌یابد و اتصال آن به قاب نیز معمولاً توسط پیچ انجام می‌شود ولی سایر اتصالات نظیر پین و جوش نیز گاهی استفاده می‌شود.

مزایای استفاده از مهاربندهای کمانش ناپذیر

• ‌در حالت تقویت سازه با مهاربند‌های کمانش ناپذیر، سازه سختی قابل قبولی دارد و دچار کمانش نمی‌شوند. سازه‌های تقویت شده با این مهاربندها دارای تغییر مکان‌های خیلی کمتر هستند و سطح عملکرد قابل قبولی دارند. در واقع‌ می‌توان‌ گفت طرح تقویت سازه با مهاربند‌های کمانش ناپذیر معایب قاب خمشی ولادی را برطرف می‌کند، ضمن اینکه از سختی و شکل پدذیری قابل قبولی برخوردار است.
• ‌با مقایسه‌ی مدل در طرح تقویت با مهاربندهای کمانش ناپذیر مشاهده می‌شود، مقدار جابجایی سازه به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.
• ‌با بررسی و مقایسه‌ی نتایج، کلی با یکدیگر، مشاهده می‌شود، این طرح‌های بهسازی در ساختمان‌های بلند مرتبه تاثیر بیشتری در بهبود نتایج، بدست آمده از تحلیل‌ها می‌شوند.
• ‌با توجه به عملکرد طرح تقویت بررسی شده‌‌ و با در نظر گر‌فتن شرایط موجود تولید داخلی، به نظر می‌رسد طرح تقویت با مهاربند‌های کمانش ناپذیر گزینه‌ی مناسبی برای تقویت سازه‌های فولادی هستند.