تعریف مهاربندی واگرا، دوگانه یا ترکیبی و بادبند زانویی

مهاربندی واگرا، دوگانه یا ترکیبی چیست؟
سیستم مهاربندی دوگانه یا ترکیبی، یکی از انواع سیستم های سازه ای است که در آن، تحمل بارهای قائم عمدتا توسط قاب های خمشی و مقاومت در برابر بارهای جانبی توسط قاب های مهاربندی شده صورت می گیرد.

قاب های خمشی، عملکرد بسیار مناسبی در هدررفت انرژی دارند. اگرچه، به منظور جلوگیری از جابه جایی جانبی در این سیستم، باید از المان هایی با مقطع بزرگ استفاده کرد. ابعاد زیاد این مقاطع، باعث افزایش قابل توجه هزینه ساخت سازه می شوند.

سیستم قاب مهاربندی شده همگرا، از سختی بالاتری نسبت به قاب های خمشی بهره می برد. با این وجود، این سیستم شکل پذیری خوبی در برابر کمانش بادبند ندارد.

به منظور برطرف کردن کمبودهای این دو سیستم، یک سیستم سازه ای جدید با عنوان قاب مهاربندی شده برون محور یا واگرا توسعه یافت. در قاب های مهاربندی شده واگرا، عضوهای مهاربندی به گونه ای به تیر متصل می شوند که یک فاصله مشخص (اتصال کوتاه) بین بادبند و ستون یا دو بادبند رو به روی هم به وجود می آید.

این سیستم، سختی مناسب و شکل پذیری عالی دو سیستم همگرا و خمشی را با یکدیگر ترکیب می کند. تصویر زیر، پیکربندی حالت های مختلف مهاربندی واگرا را نمایش می دهد.

مهاربندی واگر، سیستمی برای ترکیب کردن ویژگی های قاب مهاربندی شده (مقاومت و صلبیت) با قاب خمشی (رفتار غیر الاستیک و اتلاف انرژی) است.

در این سیستم، تیر اتصال مانند یک فیوز از کمانش قاب در هنگام اعمال بارهای اضافه ناشی از زلزله جلوگیری می کند.

پس از گذر از ظرفیت الاستیک سیستم، مقاومت برشی یا خمشی اتصال کوتاه، یک واکنش شکل پذیر از خود به نمایش می گذارد.

علاوه بر این، قاب های مهاربندی شده واگرا، به منظور کنترل تغییر شکل و به حداقل رساندن آسیب به المان های معماری (نمای سازه) در حین اعمال بارهای لرزه ای نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

توجه داشته باشید که برای بهره مندی از عملکرد مهاربندی در قاب، اتصالات بین تیر و ستون از نوع گشتاوری (صلب) خواهند بود.

هر چه صلبیت بخش اتصال کوتاه کمتر باشد، احتمال کمانش جان تیر کاهش می یابد. اگر طول اتصال کوتاه بیشتر از دو برابر عمق تیر باشد، امکان رخ دادن خمش پلاستیک در مقطع تیر به وجود می آید.

در صورت استفاده از اتصال کوتاه با طول کمتر، احتمال تسلیم تیر تحت تنش های برشی افزایش می یابد. قاب های مهاربندی شده واگرا از قاب های مقاوم در برابر خمش سبک تر هستند.

به علاوه، با حفظ صلبیت قاب های مهاربندی شده همگرا، از شکل پذیری بیشتری نیز بهره می برند. بنابراین، این قاب ها، یک سیستم اقتصادی مناسب برای ساخت سازه در نواحی لرزه خیز محسوب می شوند.

توجه داشته باشید که در سیستم های واگرا، شکست زودهنگام اتصال کوتاه باعث شکست کل سازه نخواهد شد؛ چراکه در این حالت نیز سازه صلبیت و ظرفیت تحمل بارهای قائم را حفظ خواهد کرد. این ویژگی، فرآیند تعمیر و نگهداری سازه پس از رخ دادن زلزله های شدید را ساده تر می کند.

بادبند زانویی چیست؟
سیستم قاب مهاربندی شده زانویی، یکی از سیستم های جدید و کارآمد برای اتلاف انرژی های حاصل از بارگذاری دینامیک است که از شکل پذیری بالا و سختی جانبی خوب بهره می برد.

در سیستم قاب مهاربندی شده واگرا، تسلیم اتصال کوتاه در زلزله های شدید از کمانش قاب جلوگیری می کند.

با این وجود، در صورت آسیب رسیدن به تیر اصلی، تعمیر آن دشوار و هزینه تعمیر بالا خواهد بود. به منظور جلوگیری از این مشکلات و بهره مندی از مزیت های سیستم های قبلی، سیستم قاب مهاربندی شده زانویی توسعه یافت.

در این سیستم، نوع خاصی از بادبند قطری، به جای اتصال به محل تقاطع تیر و ستون یا اتصال کوتاه، به صورت یک المان زانویی (مشابه تصویر زیر) به تیر و ستون وصل می شود.

روش های مختلفی برای اجرای مهاربندی زانویی وجود دارد. المان زانویی این سیستم را می توان در بخش بالایی، پایینی یا هر دو انتهای قاب نصب کرد.

در صورت نصب المان زانویی در هر دو سمت بادبند، سختی قاب بدون تغییر در شکل پذیری آن کاهش می یابد. علاوه بر این، به دلیل استفاده از المان های بیشتر در این سیستم، هزینه ساخت قاب افزایش خواهد یافت.