تعریف قاب خمشی در ساختمان

قاب خمشی در ساختمان چیست؟
قاب خمشی، سیستمی است که در آن، اتصالات تیر به ستون از نوع پیوسته (گیردار) است.

بر اساس تعریف مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، قاب خمشی، یکی از انواع سیستم های سازه ای است که سختی (صلبیت)، مقاومت و شکل پذیری آن از طریق مقاومت خمشی، برشی و محوری اعضای دارای اتصال گیردار تامین می شود.

قاب خمشی نمایش داده شده در تصویر بالا، از سه پروفیل I شکل تشکیل شده است. این پروفیل ها با استفاده از جوش (اتصال گیردار یا صلب) به یکدیگر متصل شده اند.

پایه ستون های قاب خمشی بالا در فونداسیون بتنی قرار دارد. البته در برخی از موارد، این سیستم ها از اتصال چهار پروفیل (قاب مستطیلی شکل) تشکیل می شوند و درون پی بتنی قرار می گیرند.

استفاده از قاب خمشی، فضای آزاد را افزایش و میزان مصالح مصرفی را کاهش می دهد (کاهش بار ثقلی سازه).

صلبیت اتصالات این قاب نیز باعث مقاومت در برابر بارهای جانبی می شود (افزایش سختی سازه).

به دلیل کاهش بار ثقلی و افزایش سختی، قاب های خمشی (مخصوصا نوع ویژه آن ها) در گروه سیستم های باربر جانبی لرزه ای قرار می گیرند.

سیستم باربر جانبی چیست؟
«سیستم باربر جانبی لرزه ای» (Seismic/Lateral Force-Resisting System) یا به اختصار «SFRS»، بخشی از سیستم سازه ای است که وظیفه تامین مقاومت جانبی، سختی جانبی و شکل پذیری در برابر نیروهای ناشی از زلزله را بر عهده دارد.

قاب خمشی، قاب مهاربندی شده و دیوار برشی از متداول ترین سیستم های باربر جانبی لرزه ای در ساختمان به شمار می روند.

هر یک از این سیستم ها با مکانیزم مختص به خود در برابر بارهای جانبی مقاومت می کنند. قاب خمشی، یکی از بهترین سیستم های سازه ای مقاوم در برابر بارهای جانبی است.

این سیستم از مجموعه تیرها و ستون هایی تشکیل می شود که اتصالات صلب (اتصالات خمشی) آن ها به یکدیگر، امکان مقاومت در برابر جابه جایی های جانبی را فراهم می کنند.

اتصالات خمشی یا اتصالات صلب چه هستند؟
در مهندسی سازه، «اتصال خمشی» (Moment Connection)، اتصالی است که امکان انتقال نیروهای گشتاور خمشی بین تیر و ستون یا هر دو عضو سازه ای دیگر را فراهم می کند.

هدف از اجرای این نوع اتصال، ایجاد صلبیت سازه یا بخشی از آن به منظور جلوگیری از حرکت های جانبی و دورانی است.

به همین دلیل، اتصال خمشی با عنوان اتصالات صلب نیز شناخته می شود. روش های مختلفی برای اجرای این نوع اتصال وجود دارند.

انواع اتصالات خمشی عبارت هستند از:

• اتصالات جوشکاری شده.
• اتصالات فلنجی با پیچ یا جوش.
• اتصالات صفحه ای با پیچ یا جوش.

چه زمانی از قاب خمشی استفاده کنیم؟
مزیت اصلی قاب های خمشی نسبت به دیگر سیستم های باربر جانبی، عدم استفاده از دیوارهای سازه ای (دیوار برشی) یا بادبندهای قطری (قاب مهاربندی شده) است.

این ویژگی، دست معماران را برای طراحی باز می گذارد. در طرف مقابل، به دلیل استفاده از پروفیل های سنگین و اتصالات پیش تایید شده، هزینه اجرای این سیستم نسبتا بیشتر است.

اگرچه، قاب های خمشی معمولا نیروهای کوچک تری را به فونداسیون اعمال می کنند. بنابراین، هزینه اجرای فونداسیون در آن ها کاهش می یابد.

این موارد، از عوامل تأثیرگذار در انتخاب قاب خمشی یا عدم انتخاب آن هستند. به طور کلی پارامترهای موثر بر انتخاب سیستم های باربر جانبی عبارت هستند از:

• سختی (صلبیت).
• استحکام.
• معماری.
• عملکرد (سازه ای و معماری).
• هزینه.

با افزایش ارتفاع ساختمان، صبلیت سیستم مورد استفاده باید افزایش پیدا کند؛ چراکه در ساختمان های بلند، امکان حرکت جانبی بر اثر بارهای دینامیک (زلزله و باد) افزایش می یابد.

از این رو، عدم صلبیت کافی می تواند تخریب سازه را به همراه داشته باشد. البته به خاطر داشته باشید که صلبیت زیاد همیشه خوب نیست؛ چراکه، بالا بودن این ویژگی، شکل پذیری سازه را کاهش و شکنندگی آن را افزایش می دهد.

در نتیجه، مهندس سازه باید با طراحی سیستم مناسب، بین صلبیت و شکل پذیری تعادل برقرار کند. این مباحث اغلب در حوزه دینامیک سازه مورد بحث قرار می گیرند.