سیستم مهاربندی پراکنده و زنجیره ای
پیش تر مطلبی در خصوص سیستم مهاربند کمربندی انتشار داده شد که به عنوان یک راه حل اساسی در حل مسئلۀ واژگونی ساختمانهای مرتفع، توسط درگیر کردن کل سازة پیرامون برای تحمل نیروهای جانبی به آن اشاره شد.
جهت مطالعه کامل آن مطلب می توانید به لینک زیر مراجعه کنید:
http://civil.blog.ir/post/502/Outrigger%20Braced%20Structures
در این مطلب قصد داریم به یکی دیگر از سیستم ها ناشناخته و کمتر شناخته شده در مهاربندها بپردازیم :
سیستم مهاربندی پراکنده
همانگونه که پیش تر بدان اشاره شد، یکی از متداول ترین روش ها برای مقابله با نیروهای جانبی در سازه های فولادی استفاده از سیستم مهاربندی فولادی است. در حالت متداول برای مهاربندی سازه،در یک یا چند دهانه از طبقه نخست تا بالاترین طبقه ساختمان به صورت پیوسته و بدون جابجایی در ارتفاع ، مهاربندقرارداده می شود. اما این تنها راه و مناسب ترین شیوه برای مهاربندی سازه نیست.
مزایای مهاربندی به روش متداول:
- سهولت در طراحی ، محاسبه و اجرا
- سهولت در ارائه نقشه جزئیات اجرایی به صورت تیپ
- بالاتر بودن نسبی سرعت اجرا
از جمله معایب مهاربندی به روش متداول، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تمرکز نیروها و تنش ها ناشی از نیروی جانبی در نواحی مهاربندی شده
- افزایش نیروهای کششی در ستون های اطراف دهانه های مهاربندی شده و عدم کنترل نیروی بالا رانش در اغلب موارد
- غیر اقتصادی شدن مقاطع بویژه در ستون های پیرامونی دهانه مهاربندی شده
- عدم شرکت پذیری اعضای بیشتر سازه در تحمل نیروهای جانبی
- عدم رفتارو شکل پذیری مناسب بعلت تمرکز سختی در نواحی محدود و خاص
- و بسیاری دیگر
در مقابل ،در سیستم مهاربندی پراکنده ،دیگر قاعده قرارگیری مهاربندها به صورت پیوسته روی هم در طبقات رعایت نشده و متناسب با اهدافی خاص نظیر کنترل توزیع سختی نیروی جانبی و رفتارسازه ای ،مهاربندها در هر طبقه نسبت به طبقات فوقانی و تحتانی جابجا می شوند. بدین ترتیب حالات بی شماری از مهاربندی بدین طریق امکانپذیر است.
در مواردی که برای طراح های معماری خاص ، امکان قرار دادن مهاربندها با سیستم متداول امکان پذیر نیست و نیاز به جابجایی مهاربندها در برخی از طبقات و موقعیت های مختلف است ، مهاربندی پراکنده می تواند به کمک طراحان و مهندسان بیاید.
یکی از حالات خاص در مهاربندی بدین روش ، مهاربندی به صورت زنجیره ای غیر روی هم است که برخی تحقیقات از مفید و کارآ بودن این نوع خاص از مهاربندی پراکنده گواهی می دهند.
عمده نتایجی که از بررسی و مطالعه سازه های با سیستم های مشابه بادبندی بدست آمده است به شرح ذیل هستند:
- تهداد مهاربندهایی که جهت صلب کردن قاب ها در حالت مهاربندی پراکنده نیاز است بسیار کمتر از حالت مهاربندی متداول است.
- رفتار سازه در بارگذاری های رفت و برگشتی در سیستم مهاربندی پراکنده نسبت به سیستم متداول بهبود می یابد.
- تغییرمکان حداکثر سازه ، در حالت مهاربندی پراکنده نسبت به سیستم متداول در اکثر حالات کمتر است.
- تغییر مکان نسبی طبقات در سیستم پراکنده نیز کمتر از سیستم بادبندی متداول است
- در سیستم پراکنده به رغم کاهش تعداد دهانه های مهاربندی ، سختی سازه افزایش یافته است
- نیروی بالا رانش در سیستم مهاربندی پراکنده نسبت به سیستم مهاربندی متداول بهبود یافته است.
- در سیستم مهاربندی پراکنده با توجه به اینکه عرض باربری در این سیستم افزایش می یابد،لذا لنگر واژگونی سیستم کمتر خواهدشد .
- در مقایسه دو سیستم دیده شده که در سیستم مهاربندی پراکنده وزن فولاد مصرفی کمتر از سیستم مهاربندی متداول است.
- با توجه به سختی بیشتر سیستم مهاربندی پراکنده ، اثرات ثانویه Δ –p کمتر موثر خواهد بود و پایداری این سیستم ها ، بهتر از سیستم بادبندی معمولی خواهد بود.
- زمان تناوب در سیستم مهاربندی پراکنده کمتر از سیستم با مهاربندی متداول است
- در بررسی رفتار پاسخ غیر الاستیک و کانیزم بادبندی، در سیستم با بادبندی متداول، سازه خیلی سریع تر به مکانیزم می رسد و قادر به جذب انرژی زیاد نیست، در حالی که در سیستم مهاربندی پراکنده مکانیزم فروریختگیخیلی دیرتر اتفاق می افتد و سازه با جذب انرژی زیادی به مکانیزم فروریختگی خود می رسد.
به دلیل مطالب مورد فوق، ضریب شکل پذیری در سیستم با مهاربندی پراکنده بیشتر از مهاربندی متداول است و این نشان دهنده یکی از رفتارهای مناسب برای این سیستم است.
به طور کلی سیستم با مهاربندی پراکنده در رفتار الاستیک و خصوصیات و شرایط بهره برداری و رفتار غیر الاستیک و شکل پذیری و جذب انرژی و پایداری نسبت به مهاربندی متداول دارای عملکرد بسیار مناسب تری است.
همچنین برای معایب سیستم مهاربندی پراکنده می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- حجم بالای محاسبات و افزایش تکرار در روال تحلیل و طراحی
- دشوار بودن ارائه جزئیات اجرایی به صورت تیپ و افزایش تعداد نقشه های اجرایی
- کاهش نسبی سرعت اجرا به دلیل جابجایی مهاربندها در طبقات
جمع بندی
سیستم های مهاربندی متداول به رغم سهولت در طراحی، محاسبه و اجرا، به دلیل توزیع یکنواخت س ختی و تجمع در قسمتی خاص از سازه بدون توجه به نیازمندی های مکانیکی و سازه ای، قادر به فراهم آوردن سیستمی نسبتا کارآ و با رفتار کنترل شده نیستند. سیستم مهاربندی پراکنده علاوه بر اینکه در برخی مواقع دست طراح را برای رویارویی با هر نوع طرح معماری را باز می گذارد، امکان مناسبی را برای رسیدن به یک طرح نسبتا کارا با رفتاری کنترل شده را فراهم می آورد.
طرح های بهینه با مهاربندی پراکنده، می تواند علاوه بر بهبود و ارتقای کارایی و رفتار سازه در برابر نیروهای جانبی، از لحاظ هزینه اجرا و ساخت، کاهش مصالح مصرفی و بسیاری از موارد دیگر مفید باشند.
از جمله پارامترهایی که می تواند به عنوان توابع هدف برای بهینه یابی موقعیت بادبندها در قاب های فولادی قرار گیرند به شرح زیر هستند:
- - حداکثر نیروی برشی پایه سازه
- - حداکثر جابجایی فوقانی سازه
- - تغییر مکان نسبی بین طبقات
- - توزیع سختی در طبقات یا توزیع نیروی برشی در طبقات
- - میزان نیروی بالارانش در ستونها
- - فرکانس و زمان تناوب سازه
- - کنترل واژگونی و غیره
