تفاوت قاب مهاربند همگرا و واگرا و مشخصات آن ها

 قاب‌های مهاربندی شده را می‌توان به دو دسته قاب‌های مهاربند همگرا و واگرا تقسیم کرد. در قاب بادبند همگرا (CBF) محورهای همه اعضا، یعنی ستون، تیر و بادبند در یک نقطه مشترک تلاقی می‌کنند و به هم می‌رسند. اما این حالت در مورد قاب مهاربند واگرا (EBF) وجود ندارد.

قاب‌های مهاربند معمولاً در دیوارهایی قرار می‌گیرند که به طور عمودی بین سطوح داخلی قرار دارند. در یک ساختمان اداری معمولی، این دیوارها عموماً بین هسته منطقه اطراف پله، شفت‌های آسانسور و اتاق مرکزی واقع می‌شود. قاب‌های مهاربند می‌توانند تنظیمات زیادی را به خود گیرند. عضو مورب این سیستم‌ها غالباً شامل نبشی دوبل، ناودانی و یا لوله است که البته انتخاب هر یک از این مقاطع فولادی بر اساس طراحی سازه، شرایط سازه و سهولت جزئیات اتصال صورت می‌گیرد.

قاب مهاربندی شده همگرا (Concentric braced frame) یا به اختصار (CBFs) به صورت یک سیستم خرپای عمودی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی طراحی شده است. در این قاب‌ها، مقاومت جانبی سازه با استفاده از رفتار فشاری – کششی اعضا تأمین می‌شود. این سیستم در مقاومت در برابر نیروهای جانبی کارآمد است. زیرا اعضای آن می‌توانند مقاومت و سختی سازه را تا حد زیادی افزایش دهند. از این رو، برای استحکام سازه‌های فولادی در مناطقی که به لحاظ زمین‌شناسی پتانسیل لرزه‌خیزی بالایی دارند، CBFs متداول‌ترین نوع بادبندی است که مورد اجرا قرار می‌گیرد. در بادبندهای همگرا، امتداد تیر، ستون و مهاربند، از یک نقطه عبور می کنند.

قاب مهاربندی شده واگرا (Eccentric braced frame) یا به اختصار (EBFs) یکی دیگر از سیستم های مقاومت جانبی است که برای مقاومت در برابر حوادث لرزه‌ای طراحی و اجرا می شود. این سیستم معمولاً در قسمت طولی تیر طراحی و اجرا می‌شود. اما ممکن است با یک فاصلۀ کم، از گره اتصال تیر به ستون نیز به تیر متصل شود. در بادبندهای واگرا، می‌بایست حدأقل یک انتهای بادبند به تیر متصل باشد و دست کم یک انتهای آن به گره تقاطع تیر و ستون متصل نباشد.  در این قاب‌ها، رفتار جانبی لرزه‌ای سازه، ترکیبی از عملکرد خمشی – برشی تیرها و ستون‌های دهانه مهاربندی شده و عملکرد کششی – فشارشی مهاربندها می‌باشد.

در طراحی قاب‌هایی که از سیستم مهاربندی جانبی واگرا استفاده می‌شود، مقدار نیروی برشی و لنگر خمشی در تیر پیوند، باید به دقت محاسبه شود. عملکرد این تیرها مشابه عملکرد یک تیر ساده با دو نیروی متمرکز که نماینده‌های اعضای مهاربند می‌باشند است.

1. مهاربند همگرای معمولی
2. مهاربند همگرای ویژه
3. مهاربند واگرای معمولی
4. مهاربند واگرای ویژه

بادبند همگرا به لحاظ شکل ساختاری، انواع دیگری نیز دارد که شامل بادبند K، هفت و هشتی، متقاطع و مورب است. برای کسب اطلاعات جامع در این مورد، پیشنهاد می‌کنیم حتماً به مقاله بادبند یا مهاربند چیست نگاهی بیندازید.

قاب بادبند همگرای معمولی

در مورد قاب‌های مهاربندی شده همگرای معمولی، انتظار تحمل تغییر شکل‌های فرا ارتجاعی در اعضا و اتصالات محدود است.

مهاربند همگرای ویژه

قاب مهاربند همگرای ویژه (Special Concentrically Braced Frames) یا (SCBFs) یک کلاس ویژه از CBFs است. این سیستم بسیار دقیق بوده و ظرفیت رانش غیر الاستیک در آن به حدأکثر می‌رسد. SCBFs فقط برای سازه‌های فلزی و کامپوزیتی تعریف شده است. از مهاربند همگرای ویژه انتظار می‌رود تحت اثر بار جانبی زلزلۀ طرح، تغییر شکل‌های فرا ارتجاعی را تحمل کند و در آن کاهش مقاومت چندانی رخ ندهد. منبع اصلی رانش در SCBFs بواسطۀ کمانش و تسلیم عضو مهاربند مورب است.

سیستم SCBF به طور کلی یک سیستم اقتصادی است که برای ساختمان‌های کم ارتفاع در مناطق با لرزه‌خیزی بالا استفاده می‌شود. به دلیل کارایی مواد CBF و عمق تیر و ستون مورد نیاز، گاهی اوقات بر قاب‌های لحظه‌ای ویژه ارجح است. SCBF‌ها به عنوان فیوزهای سیستم طراحی می‌شوند و همانند یک فیوز در سازه رفتار می‌کنند. طراحی بهینه SCBF‌ها مستلزم انتخاب دقیق و متناسب سازی مهاربندها است.

SCBFs فقط در مورد ساختمان‌هایی قابلیت اجرا دارد که بتوانند در زمان طراحی معماری، مهاربندها را در نقشه جای دهند. به عبارت دیگر، در طراحی معماری، جایی برای این بادبند در نظر گرفته شده باشد و به لحاظ معماری محدودیتی ایجاد نشود. در مورد ساختمان‌هایی که از این نظر محدودیت دارند، می‌توان از قاب‌های لحظه‌ای ویژه استفاده کرد.

• در سیستم های ویژه، قاب سبک‌تر و انعطاف‌پذیرتر است، در نتیجه در برابر نیروهای جانبی منعطف‌تر است.
• نیروی زلزله وارد بر سازه در سیستم‌های مهاربند ویژه کمتر از معمولی است.
• در مهاربند واگرای ویژه، رفتار سیستم فرا ارتجاعی بوده و می‌تواند وارد مرحلۀ پلاستیک می‌شود، اما در سیستم‌های معمولی، این رفتار در ناحیه الاستیک باقی می‌ماند.
• در سیستم‌های بادبند همگرای ویژه استهلاک انرژی بیشتر است.

مزایا

• استحکام و سختی بالای سیستم.
• طراحی نسبتاً ساده.
• عدم نیاز به نیروی متخصص برای اجرای آن.
• قابلیت کنترل تغییر مکان جانبی سازه تا حد زیاد (زیرا سختی سیستم بادبند بالاست).

کاستی‌ها

محدودیت اجرا به لحاظ معماری به ویژه در بادبندهای نوع ضربدری و قطری (این محدودیت در مورد بادبندهای هفتی و شورون تا حدی برطرف شده است).

1. مهاربند واگرای معمولی
2. مهاربند واگرای ویژه

1- مهاربند واگرای معمولی

تحلیل و طراحی عضو مهاربند، اتصالات مربوطه، تیر پیوند، تیر خارج از ناحیه پیوند و ستون‌ها باید مطابق ضوابط ارائه شده در مورد مهاربندهای همگرای معمولی انجام شود. در عین حال، موارد زیر نیز رعایت شود:

• برون محوری e باید کوچکتر از یک پنجم طول دهانه مهاربند باشد.
• یک جفت سخت کننده در ابتدا و انتهای اتصال عضو قطری مهاربند به کار گرفته شود.
• یک جفت سخت کننده در داخل تیر پیوند.

2- مهاربند واگرای ویژه

در یک مهاربند واگرای ویژه، تیر پیوند قادر است تغییر شکل‌های فرا ارتجاعی (خارج از ناحیه الاستیک) حاصل از بار جانبی زمین‌لرزه را به طور قابل ملاحظه‌ای تحمل کند. از طرف دیگر، اعضای قطری مهاربند، ستون‌ها و ناحیۀ خارج از تیر پیوند به طور عمده در محدودۀ ارتجاعی باقی می‌مانند. طراحی اعضای قاب باید به نحوی باشد که رفتار مذکور در آن ها تأمین شود.

در ساختمان‌های بلندتر از 5 طبقه که با سیستم مهاربند واگرای ویژه ساخته می‌شوند، می‌توان در طبقه فوقانی از مهاربند همگرای ویژه یا معمولی استفاده کرد و سیستم را همچنان واگرا در نظر گرفت.

در مواردی که تیر پیوند در ناحیه میانی تیر و دور از ستون‌ها واقع است، تیرهای دهانه مهاربندی شده در این قاب‌ها، می‌تواند به صورت ساده یا گیردار به ستون اتصال داده شود. در مواردی که تیر پیوند در مجاورت ستون واقع است، اتصال تیر به ستون باید صلب باشد.

در قاب‌های مهاربند واگرای ویژه، اتصال اعضای قطری به تیرها می‌تواند ساده و یا صلب باشد. در صورتیکه این اتصال صلب باشد، مهاربندها علاوه بر نیروی محوری، تحت تأثیر لنگر خمشی نیز قرار می‌گیرند. بنابراین، لازم است این اثر در زمان طراحی و اتصال المان ها لحاظ شود.

در اجرای مهاربندهای واگرا، تیر پیوند یک ناحیه بحرانی تلقی شده و باید ضوابطی در مورد آن انجام شود. در طراحی تیر پیوند محدودیت‌هایی وجود دارد که لازم است در نظر گرفته شود:

• از اعمال هر گونه بار ناگهانی در بال و جان تیر پیوند خودداری شود.
• انجام هر نوع وصله کاری در اجزای تیر پیوند و در طول آن مجاز نیست.
• جان تیر پیوند باید یک ورق تک در نظر گرفته شود (ورق نباید مضاعف باشد و هیچگونه بازشویی در آن ایجاد شود).
• عملیات جوش‌کاری در این تیر تنها به منظور اتصال ورق‌های سخت کننده مجاز است.

تفاوت مهاربند همگرا و واگرا چیست؟

• اجرای سیستم مهاربند واگرا در طراحی‌‌های معماری محدودیت‌های چندانی همراه ندارد. این در حالیست اجرای سیستم‌های همگرا می‌تواند محدودیت‌هایی به لحاظ طراحی معماری ایجاد کند.
• بادبندهای همگرا، سختی و مقاومت بیشتری در سازه ایجاد می‌کنند. زیرا در سیستم‌های واگرا، اندازۀ طول تیر بر میزان سختی مؤثر است؛ طوریکه هر چه طول تیرهای پیوندی افزایش یابد سختی جانبی قاب کم می‌شود.
• سیستم‌های واگرا برای مناطقی که به لحاظ لرزه‌خیزی متوسط هستند کارآمد، اما مهاربندهای همگرا برای مناطق دارای لرزه‌خیزی بالا مناسب است.