پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
مهاربندی با میانقاب
به قاب‌های ساختمانی که درون آنها با دیوارهای بنایی پر شده باشد، قاب میان‌پر گفته می‌شود. مصالح ممکن است از نوع آجر، بتن، بلوک سفالی، کناف و …. باشند که به آنها میانقاب نیز می‌گویند. تحقیقات نشان می‌دهد که قاب‌های میانقاب، باعث افزایش چشمگیر سختی، مقاومت و تغییر در شکل پذیری سازه نسبت به سازه بدون میانقاب می‌شود. این اثر ممکن است اثر مطلوب یا نامطلوبی بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها داشته باشد. اثرات میانقاب یکی از مهمترین بندها در محاسبه پریود سازه بوده که متاسفانه مهندسین در اکثر موارد دچار شبهاتی در این مورد می‌شوند و اشتباه در محاسبه پریود به شدت در طراحی سازه تاثیر گذار است.
شرایط دیوار برای بروز عملکرد میانقابی
زمانی دیوار به عنوان میانقاب عمل می‌کند که در تامین سختی و مقاومت جانبی ساختمان مشارکت داشته باشد و دارای تمامی شرایط زیر باشد.
- دارای مقاومت عمود بر صفحه کافی باشد.
- ملات موجود در درزهای آن از ماسه سیمان یا با تارد باشد. ملات‌های گل و گل آهک مورد قبول نیستند.
- فاصله‌ای بین دیوار و اعضای قاب وجود نداشته باشد و دیوار به طور کامل در تماس با تیر و ستون باشد.
- درزهای قائم دیوار دارای ملات یاشد یا با ملات جدید به صورت مناسب پر شده باشد.
- دیوار باید فاقد ترک‌های قطری سرتاسری با عرض بیشتر از ۳ میلیمتر باشد. ضمناً نباید اثر ترک ناشی از نشست خاک نیز در دیوارها مشاهده شود.
- آجر چینی در دیواری که در تامین مقاومت جانبی سازه درنظر گرفته شود ، به صورت هشت گیر انجام شده باشد به گونهای که هر آجر با‌لایی حداقل ۲۵ آجر پایینی را پوشش داده شود.
- دیوار فاقد شکم دادگی یا کج شدگی باشد.
- ارتفاع دیوار نباید از ۴ متر و طول آن نباید از ۶ متر بیشتر باشد.
میانقاب منقطع در ارتفاع ساختمان
- تا حد امکان باید از انقطاع میانقاب در ارتفاع ساختمان اجتناب شود.
- در صورتی که میانقاب در همه طبقات یک دهانه وجود نداشته باشد، با توجه به امکان ایجاد پدیده طبقه نرم، باید ظرفیت ستون‌های مجاور طبقه، بدون میانقاب را در نظر گرفت.
ارزیابی میانقاب‌ها در جهت عمود بر صفحه
تمامی میانقاب‌ها باید کفایت لازم را برای تحمل نیروهای زلزله در جهت عمود بر صفحه را داشته باشند. برای تامین پایداری عرضی دیوار در ساختمان باید حداقل یکی از تمهیدات زیر فراهم شود.
استفاده ار لایه پوشش بتن آرمه
یکی از بهترین راه‌ها برای افزایش مقاومت عرضی دیوار استفاده از لایه شاتکریت (ماشینی) دارای آرماتور (مش بندی) است.
استفاده از نبشی
این نبشی‌ها در بالای دیوار به تیر و در هر دو وجه به ستون‌های قاب پیرامونی متصل می‌شوند. میتوانند به صورت سراسری یا منقطع اجرا شوند. این نبشی باید کاملاً به تیر یا ستون متصل شوند ولی تنها در تماس با دیوار باشند به گونهای که امکان حرکت نسبی بین نبشی و دیوار در جهت طولی دیوار میسر باشد.
استفاده از ستونک‌های نگهدارنده
این ستونک‌ها میتوانند بر روی وجه یا در داخل دیوار قرار بگیرند و برای اجرای جزییات باید روی دیوار شیارهایی اجرا و سپس دو آرماتور متصل به یکدیگر در داخل آن قرار داده شوند. سپس شیار با بتن یا گروت پر شود. آرماتور ستونک‌های نگهدارنده باید به تیرهای بالا و پایین دیوار متصل شوند.
راه دیگر تامین اجرای ستونک نگهدارنده استفاده از مقاطع I شکل یا دوبل ناودانی (که پشت به پشت به یکدیگر جوش شده) یا مقاطع سرد نورد شده است که در داخل دیوار قرار گرفته و با اتصال مفصلی به تیرهای بالا و پاییین دیوار متصل شده‌اند.
اتصال دیوار به قاب با استفاده از تعدادی آرماتور
یکی از راه‌های متداول برای تامین پایداری در جهت عمود بر صفحه استفاده از آرماتور است. این آرماتور در درز ملات دیوار قرار می‌گیرند و انتهای آنها به ستون متصل می‌شود. مقدار طول مورد نیاز برای هر آرماتور جهت قرار گیری در داخل درز ملات حداقل برابر یک سوم طول آن دیوار است. نکته قابل توجه در استفاده از این روش این است که محل اتصال آرماتور به ستون باید به گونهای باشد که آرماتور بتواند به صورت کاملاً افقی در داخل درز ملات قرار بگیرد و وجود آن چیدمان آجرهای دیوار را دچار اخلال و بی‌نظمی ننماید.
در برخی موارد ابتدا آرماتور ها را به ستون متصل می‌نمایند و سپس دیوار چینی انجام می‌شود. این امر در مواردی که آرماتور محاذات درز ملات‌ها نیست باعث اخلال و بی نظمی در آجر چینی می‌شود. به گونهای که بنا مجبور می‌شود برای این که آرماتور در داخل درز ملات قرار بگیرد، آجر‌ها را کمی مورب اجرا نماید یا ضخامت درز ملات را افزایش دهد. این کارها باعث کاهش کیفیت دیوار می‌شود و لذا ممنوع است.
استفاده از کلاف قائم
برای اجرای کلاف قائم شیارهای قائمی به ابعاد حداقل ۵ سانتیمتر را در دیوار اجرا نمود و یک آرماتور را که که در بالا و پایین به تیر متصل می‌شود را درون آن قرار داد. سپس شیار را با گروت، دوغاب سیمان یا انواع ملات‌های منبسط شوند پر کرد.
راه دیگر اجرای کلاف این است که در محل مورد نظر دو ورق به عرض ۱۰ سانتیمتر و ضخامت ۵ میلیمتر در هر یک از دو طرف دیوار اجرا نمود. این ورق‌ها در فواصل ۵۰ سانتیمتری توسط میلگرد به دیوار متصل شوند. ورق‌ها در بالا و پایین به صورت مفصلی به تیر متصل می‌شوند.
ضوابط اجرایی میانقاب‌ها با مصالح گسسته – بلوک سفالی
دیوار چینی با بلوک سفالی با رعایت ضوابط اجرایی در تمام میانقاب و تیغه‌ها مجاز است. البته باید جزییات اجرایی مهار داخل صفجه و خارج از صفحه دیوار به درستی اجرا شود.
- بلوک‌ها الزاماً زنجاب شوند.
- در زمان دیوار چینی، از زمان ساخت ملات نباید بیشتر از ۲ ساعت گذشته باشد.
- مشخصات بلوک‌های مصرفی باید ضوابط استاندارد شماره ۷۱۲۲ موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران را تامین نمایند.
- رج آخر باید با استفاده از آجر فشاری و به صورت مورب چیده شود به نحوی که اتصال کامل میان قاب با سقف برقرار شود.
- لازم است بر روی سطح رج اجر دیوار (قسمت آجری) پلاستر ماسه سیمان اجرا شود.
بازشو در میانقاب
در صورتی که طول بازشو بیش از ۵۰٪ طول دیوار یا ارتفاع بازشو بیش از ۵۰ ٪ ارتفاع دیوار جدا کننده باشد، می‌توان پانل دیوار را به صورت پانل‌های کوچکتر در اطراف بازشو طراحی نمود. در صورت عدم امکان استفاده از این روش، طراحی دیوار با استفاده از تئوری صفجات با شرایط تکیه گاهی مناسب مجاز است.
البته اگر در دیواری فاصله بازشو یا بازشوی معادل تا بر ستون کمتر از ۲۰ ٪ طول دیوار یا تا بر تیر کمتر از ۲۰٪ ارتفاع دیوار باشد، این دیوار را نمی‌توان در محاسبات حتی با در نظر گیری ضریب کاهش به حساب آورد.
اثرات وجود میانقاب در قاب فولادی یا بتنی
روش‌های رایج در طرح و آنالیز ساختمان‌ها معمولاً بر این پایه استوار است که یک اسکلت مشتمل بر قاب‌های فولادی یا بتنی وظیفه حمل بارهای قائم را بر عهده داشته و نیروهای افقی مثل باد یا زلزله توسط مهاربند، دیوار برشی یا سیستم‌های مشابه تحمل می‌شود. معمولاً در دهانه‌هایی که به صورت ضربدری مهاربندی شده‌اند، امکان گذاشتن درب و احتمالاً پنجره‌های بزرگ از بین می‌رود واکثر این دهانه‌ها توسط مصالح بنایی پر می‌شوند. از آنجا که عضو مهاربند در داخل دیوار مصالح بنایی قرار می‌گیرد، لذا به نظر می‌رسد که عملاً رفتار لرزه‌ای این نوع قاب مهاربندی شده متفاوت از قاب مهاربند شده بدون میانقاب داخل آن باشد. از آنجا که مهاربند در داخل دیوار بنایی مستقر است، لذا انتظار می‌رود ضریب لاغری آن کمتر شده و مقاومت فشاری آن افزایش یابد. همچنین وجود دیوار باعث بالا رفتن سختی و مقاومت مهاربند می‌شود، که این عامل نیز به نوبه خود می‌تواند باعث تقلیل تغییر شکل نسبی طبقات و زمان تناوب ساختمان شود.
| اثرات وجود دیوار پر کننده در قاب فولادی یا بتنی | ||
| ردیف | اثرات منفی | اثرات مثبت |
| ۱ | نامنظمی سختی در ارتفاع (طبقه نرم) | افزایش سختی و کاهش تغییر مکان |
| ۲ | نامنظمی مقاومت در ارتفاع (طبقه ضعیف) | افزایش مقاومت |
| ۳ | نامنظمی سختی در پلان (پیچش) | کاهش شکل پذیری نیاز |
| ۴ | توزیع نامنساب نیرو ببین ستون های یک قاب بتنی (ستون کوتاه بتنی) | بالا آمدن تراز پایه در شرایط خاص |
| ۵ | توزیع نامناسب نیرو در پلان (ستون کوتاه فولادی) | شکست برشی شکل پذیر در ستون کوتاه فولادی |
| ۶ | افزایش نیروی طراحی به علت کاهش پریود | طرح قاب برای نیروی جانبی اندک |
| ۷ | افزایش نیروی طراحی به علت کاهش ضریب رفتار سیستم توام | ایجاد سیستم دوگانه با کنش محوری قاب |
رفتار عمومی لرزه‌ای قاب‌های دارای میانقاب
مقاومت فشاری مصالح بنایی بستگی به عوامل زیادی از جمله به مقاومت فشاری واحد مصالح بنایی، مقاومت فشاری ملات مصرفی و چسبندگی ملات به واحدهای مصالح بنایی دارد. مقاومت کششی و برشی آجرکاری به طور کلی به چسبندگی ملات بستگی دارد. همچنین ضریب ارتجاعی مصالح بنایی بستگی زیادی به وزن مخصوص و سختی آجر و نیز به مشخصات ملات دارد. دیوارهای مصالح بنایی باید دارای مشخصاتی از قبیل مقاومت فشاری و برشی، شکلپذیری و میرایی مناسب باشند.
بخشی از این مشخصات با استفاده از مصالح مرغوب و مناسب تأمین می‌شود و بخش مهمتر در تأمین پارامترهای فوق مهارت بنا و کیفیت اجرا است. قاب‌های فولادی متداول نیز عموماً با اتصالات ساده نبشی در بالا و پائین تیر به ستون تشکیل می‌شود. این قاب‌ها برای باربری ثقلی طرح می‌شوند و برای بار جانبی سختی اندکی دارند.
به علت وجود اندرکنش قاب و میانقاب در هنگام زلزله، رفتار قاب همراه میانقاب با رفتار قاب یا میانقاب تک کاملاً متفاوت خواهد بود. ساده‌ترین توضیحی که برای رفتار قاب‌های به همراه میانقاب بتوان یافت، تبدیل رفتار خمشی به رفتار خرپایی باشد. در قاب تنها، تحت نیروهای جانبی کنش خمشی پدید می‌آید که قاب به کمک تغییرشکل خمشی اعضای خود، نیروهای برشی ناشی از بار جانبی را جذب می‌کند.
حالت‌های شکست میانقاب
هنگامی که یک قاب مرکب در صفحه خود تحت نیرویی جانبی قرار می‌گیرد ابتدا قاب و میانقاب همانند مجموعه‌ای یکپارچه عمل می‌کنند و میانقاب در کنج‌های فشاری تحت فشار و در کنج‌های کششی تحت کشش قرار می‌گیرد. با افزایش نیرو، بین قاب و میانقاب در کنج‌های کششی جدایی می‌افتد و ترکی ایجاد می‌شود که به ترک مرزی موسوم است. با افزایش نیرو، ترکی در امتداد قطر فشاری به علت نیروی کششی عمود بر آن جهت ایجاد می‌شود و چنانچه جهت نیرو عوض شود در قطر دیگر هم ترکی مشابه بوجود می‌آید، که حالت ضربدری را پیدا می‌کند.
ترک قطری نقطه پایان رفتار خطی است. در مرحله بعدی نیرو به حدی می‌رسد که تنش‌ها در کنج فشاری میانقاب را خرد می‌کنند که این حالت را شکست کنج می‌نامند. رفتار قاب مرکب قبل و بعد از شکست کنج غیرخطی است. پس از شکست کنج، سختی به شدت کاهش می‌یابد اما صفر نمی‌شود، ولی هنوز مقاومت قاب مرکب به حالت حدی نرسیده است. پس از رسیدن به مقاومت حدی، اعمال هر مقدار جابه‌جایی صرفاً موجب خرد شدن میانقاب و گسترش ترکها می‌شود، بدون آنکه مقاومت افزایش یابد.