بادبند (مهاربند) ساختمان چیست و چه کاربردی دارد؟

مهاربند شامل مقاطع فولادی است که در قاب ساختمان‌های اسکلت فلزی (و گاه ساختمان‌های اسکلت بتنی) اجرا می‌شود و در نهایت شکل X، V، K و ... به خود می‌گیرد. در ساختمان‌های چند خندقی (multiple bays) جهت استحکام بیشتر، مهاربند اغلب در خندق‌های مجزا استفاده می‌شود. میله‌ها یا مفتول‌ها، بار را از یک سر دریافت می‌کنند و آن را به مهاربند بعدی یا عضو قاب منتقل کرده و به این ترتیب بار را از طریق دیوار پخش می‌کنند. آن‌ها همچنین در برابر نیروهای کششی مقاومت می‌کنند؛ زیرا در نقاط انتهایی خود محکم به قاب ساختمان بسته شده‌اند. اگرچه پایداری ساختمان می‌تواند به طور کامل یا جزئی توسط هسته‌های بتن مسلح تأمین شود، اما مهاربند و اعضای آن می‌تواند به این امر کمک کند. به کارگیری و اجرای صحیح بادبندها در سازه‌های فلزی اهمیت زیادی دارد.

جهت اجرای سیستم بادبند و تهیه آهن آلات مود نیاز برای ساخت این سیستم، با شرکت مهندسی آنلاین سازه تماس بگیرید. 66396090 - 021

همه سازه‌ها ممکن است با شرایط مختلف بار ناشی از برش باد، فعالیت‌های لرزه‌ای، نیروی آب (سیل) یا سایر پدیده‌های طبیعی و مصنوعی مواجه شوند. به طور کلی و در یک جمله کوتاه می‌توان گفت کاربرد مهاربند، تقویت و افزایش مقاومت ساختمان در برابر وزش باد و فعالیت‌های لرزه‌ای، مانند زلزله، لرزش و بار ناشی از اجزای ساختمان است.

نیروی باد و نیروهای لرزه‌ای بر دیوارها و فونداسیون یک سازه تأثیرگذار است. این نیروها باعث می‌شود تا ساختمان به طرفین تکان بخورد. بدون مستحکم‌سازی مضاعف سازه، ساختمان ممکن است سقوط کند! مهاربند دیواری، مقاومت سازه در برابر باد و نیروهای لرزه‌ای را افزایش داده و به این ترتیب از ریزش آن جلوگیری می‌کند. در حالی که طرف کمربند کشیده می‌شود، دیواره بادگیر توسط باد رانده می‌شود. بدون این المان، ساختمان در شرایط بحرانی مستعد ریزش خواهد بود.

مهاربند دیواری از سازه در برابر صدمات ناشی از نیروهای لحظه‌ای (forces of momentum) که هنگام حرکت زمین در زیر سازه به طور ناگهانی در قاب افقی ایجاد می‌شود محافظت می‌کند. همچنین هنگام خالی شدن زمین از زیر سازه، این حالت حفاظتی وجود خواهد داشت.

هر ساختمان، به هر اندازه‌ای که باشد باید بتواند در برابر بارهای سازه‌ای پیش‌بینی شده، مقاومت کند تا از ریزش آن جلوگیری شود. مهاربند دیواری، در سازه های با قاب فولادی پایداری جانبی و طولی را فراهم می‌کند. همچنین، باعث انتقال تنش بار در سطح دیواره ها از مهاربند به مهاربند شده و بار را در هر نقطه مشخص، پراکنده می‌کند.

زمانی که باد به یکی از دیوارهای ساختمان فشار وارد می‌کند، به طور همزمان در دیوار مقابل، کشش ایجاد می‌شود. دیوارهایی که با مهاربند مجهز شده‌اند، باید سازه را از حرکت باز دارند. فعالیت های لرزه‌ای باعث می‌شود زمین زیر ساختمان به صورت افقی و یا عمودی دچار شتاب شود و نیروهایی در محل ایجاد شود. درحالی که این نیروها باعث می‌شود تا فونداسیون تغییر مکان دهد، مهاربند باعث می‌شود تا سازه از حرکت باز ایستد و شرایط مشابه زمانی را ایجاد کند که باد به سازه می‌وزد. (اینرسی مقاومت فیزیکی هر جسم در برابر تغییر سرعت آن است).

از آنجا که باد و حرکت لرزه‌ای می‌تواند از هر جهتی ایجاد شود، همه دیوارها باید بتوانند در صورت لزوم، به عنوان مهاربند عمل کنند. سازه باید در برابر پیچش، فشار، بُرش و لیفت مقاومت کند.

جهت تثبیت سازه در برابر نیروهای افقی، دو سیستم مهاربند وجود دارد:

1. بادبند عمودی: بین ستون‌ها و در یک صفحۀ عمودی قرار می‌گیرد. بیشتر ساختمان‌های قاب‌دار برای مقاومت در برابر پیچش در مورد یک محور عمودی، به یک مهاربند عمودی نیاز دارند.
2. بادبند افقی: مهاربند در هر ترازی از کف، یک مسیری برای انتقال بار نیروهای افقی به صفحه های مهاربند عمودی ایجاد می‌کند. کفِ هر طبقه به مهاربند افقی نیاز دارد. سقف‌ها نیز ممکن است به آن نیاز داشته باشند.

بادبند دیواری، بسته به طراحی سازه و منطقه‌ای که سازه در آن ساخته می‌شود، می‌تواند اشکال مختلفی به خود بگیرد. انواع مختلفی از مهاربند وجود دارد. میزان استفاده از مهاربند و نوع روش مهاربندی، در شرایط و مناطق مختلف متفاوت است و بر اساس قوانین بین‌المللی ساختمان، مشخص و تعیین می‌شود. میزان بادبند با توجه به میزان لرزه‌خیزی و سرعت باد منطقه نیز تعیین می‌شود. انواع بادبندها عبارتند از:

• همگرا که شامل مهاربندهای قطری، قطری منفرد، ضربدری، هفتی و هشتی و شورون است.
• واگرا.

هر یک از انواع مذکور در ادامه توضیح داده شده است.

1- مهاربند قطری منفرد

مهاربند قطری منفرد یا مورب منفرد (Single diagonal bracing) که مثلثی نیز نامیده می‌شود از سازه در برابر کشش و فشارش محافظت می‌کنند.

2- بادبند متقاطع یا ضربدری

مهاربند متقاطع (Cross-bracing) یا ضربدری (X-bracing) دو عضو مورب است که از نقطۀ مرکزی هم عبور می‌کنند. از این بادبند فقط زمانی استفاده می‌شود که مقاومت در برابر کشش لازم است. زیرا بسته به جهت بار، یک مهاربند برای مقاومت در برابر نیروهای افقی عمل می‌کند. برای ساخت بادبندهای ضربدری اغلب از کابل‌های فولادی استفاده می‌شود. استفاده از آن فضای موجود را در داخل دهانه محدود می‌کند و حدأکثر خم را در تیرهای کف ایجاد می‌کند. علاوه بر کابل فولادی، در برای ساخت آن‌ها می‌توان از مقاطع تک نبشی، تسمه و میلگرد نیز استفاده کرد.

3- مهاربند V و V معکوس یا شورون

بادبند V یا هفتی شکل، از دو عضو مورب تشکیل شده است که از دو گوشه بالای یک عضو افقی امتداد یافته و در نقطه میانی تیر افقی پایین قرار می‌گیرد و شکل V را ایجاد می‌کنند. بادبند V معکوس یا شِورون (Inverted V-bracing or chevron bracing) شکل دیگری از مهاربند V شکل است که با عنوان بادبند هشتی شکل نیز شناخته می‌شود. هر دوی این بادبندها با خم شدن عضو تیر افقی در برابر بار، باعث مقاومت سازه می‌شوند. تفاوت بادبند هفتی شکل با بادبند هشتی شکل یا همان شورون این است که مهاربند هفتی می‌بایست به فونداسیون متصل شود اما این حالت در مورد مهاربند شورون الزامی نیست. در نتیجه، اجرای شورون اندکی ساده‌تر است و در طراحی معماری نیز محدودیتی ایجاد نمی‌کند. از این رو، دست طراح برای ایجاد طرح مورد نظر باز است.

4- بادبند زانویی یا K

مهاربند زانویی یا K (K-bracing) به بخش میانی ستون‌ها متصل می‌شود و یک طرح K شکل ایجاد می‌شود. این مهاربندها انعطاف‌پذیری بیشتری برای دهانه‌ها ایجاد می‌کنند و تیرهای کف با این گزینه کمترین خم شدن را خواهند داشت. با این حال، بادبند K گزینه مناسبی برای مناطقی که از نظر لرزه‌خیزی فعال هستند، نمی‌باشد. زیرا در اثر فشارش بر تسمه فولادی، احتمال شکستن و خراب شدن ستون‌ها زیاد است. بنابراین، از بادبند زانویی در سازه‌هایی استفاده می‌شود که به لحاظ اهمیت، در درجه کم و متوسط قرار می‌گیرند. اهمیت ساختمان‌ها بر اساس مبحث ششم مقررات ملی تعیین می‌شود. در شکل زیر، تصویری شماتیک از بادبند زانویی و سه نوع دیگر از بادبندهای همگرا نشان داده شده است.

مهاربند واگرا

از مهاربند واگرا یا گریز از مرکز (Eccentric bracing) معمولاً در مناطقی که به لحاظ شرایط زمین‌شناختی لرزه‌ای، فعال هستند (مناطق با لرزه‌خیزی کم و متوسط) استفاده می‌شود. با به کارگیری آن، می‌توان درب‌ها و راهروها را مهاربندی کرد. همانند مهاربند V، اعضای این بادبند نیز در یک نقطۀ مرکزی در اتصال بالا به هم می‌رسند و در آنجا قرار می‌گیرند. در مهاربند واگرا، مقاطع فولادی در دو نقطه جداگانه‌ای از یک تیر، به آن متصل می‌شوند. بنابراین، پیوند بین اعضای مهاربند انرژی حاصل از فعالیت لرزه‌ای را از طریق تغییر شکل پلاستیک جذب می‌کند.

برخلاف بادبند گریز از مرکز، در باد بند همگرا، اعضای بادبند در یک نقطه به هم می‌رسند. این نقطه ممکن است در وسط قاب یا وسط تیر باشد. استفاده از این نوع بادبند در مناطقی که به لحاظ لرزش فعال هستند، کارآمد است. جهت دریافت اطلاعات بیشتر، در به مقالۀ تفاوت مهاربند همگرا و واگرا مراجعه نمایید.

دو روش برای مقاومت در برابر نیروهای باد در برخورد به ساختمان موازی با خط الرأس وجود دارد:

1. سیستم ستون کنسولی (cantilevered column system)
2. تیر مقاوم در لحظه (moment resisting beam)

سیستم ستونی کنسولی شامل قطب‌هایی است که در زمین و در تیر کف تعبیه می‌شود. عمق footing باعث مقاومت سازه در برابر نیروهای ناشی از باد یا نیروهای لرزه‌های می‌گردد.

تیر مقاوم در لحظه از اتصال محکم فابریکت ساخته شده است و در هر دو انتهای تیر نصب می‌شود. تیر مقاوم در لحظه، ستون‌های دو قاب را به هم متصل می‌کند و در برابر نیروهای خمشی ایجاد شده توسط باد، با تحت فشار قرار دادن دیواره‌های انتهایی (نیروی لحظه‌ای) مقاومت ایجاد می‌کند.

نیروهای طولی معمولاً به دلیل گرانش (رو به پایین) و همچنین بالا آمدن باد اتفاق می‌افتند. در طراحی‌های بیشتر ساختمان ها، این نیروها را در نظر می‌گیرند و با استفاده از روش‌ها و تکنیک‌های مختلف، سازه را در برابر آنها مقاوم می‌کنند، اما روش‌های مقاوم سازی ساختمان‌ها همواره یکسان نیست.

در مورد ساختمان‌های کوچک (سازه‌های با عرض کمتر از 60 فوت) فقط به عمل دیافراگم دیوارها و سقف نیاز است. اما ساختمان‌های بزرگتر لازم است تا با مهاربند تقویت شوند. به طور کلی، باید گفت بادبند برای افزایش استحکام سازه‌های اسکلت فولادی لازم است و جایگزینی برای آن وجود ندارد. در مورد ساختمان‌های اسکلت بتنی، بجای بادبند، معمولاً از دیوار برشی استفاده می‌شود.

در آخر لازم به ذکر است که دیوار مهاربند با دیوار برشی یکسان نیست و با آن فرق دارد. دیوار برشی شامل براکت‌های نگهدارنده است که در دیوارهای مهاربندی شده استفاده نمی‌شود. همچنین، همه دیوارهای غلاف‌دار را نمی‌توان دیوار مهاربندی شده دانست.

شرکت مهندسی آنلاین سازه، جهت مقاوم سازی سازه های بتنی و فولادی شما با انواع روش‌های موجود، آماده همکاری با کارفرمایان گرامی است. جهت مشاوره و دریافت خدمات عمران و معماری، با ما تماس بگیرید. آنلاین سازه همراه شما تا پلۀ آخر...