مهاربند یا بادبند چیست؟ — همه چیز در مورد قاب های مهاربندی شده | به زبان ساده

مهاربند یا بادبند یک عضو سازه‌ای است که در اجرای سیستم قاب مهاربندی شده ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم‌های قاب مهاربندی شده، مقاومت سازه در برابر حرکت‌های جانبی ناشی از بارهای دینامیک را افزایش می‌دهند. به همین دلیل، این سیستم‌ها در کنار قاب خمشی و دیوار برشی، به عنوان یکی از سیستم های باربر جانبی لرزه ای شناخته می‌شوند. در این مقاله، به معرفی سیستم‌های مهاربندی، انواع بادبند و الزامات اجرایی آن‌ها می‌پردازیم.

سیستم سازه ای چیست؟

«سیستم سازه‌ای» (Structural System)، مجموعه‌ای از المان‌های تشکیل‌دهنده بخشی از سازه است که وظیفه نگهداری از کل سازه یا بخشی از آن را برعهده دارد. سیستم سازه‌ای با عنوان «قاب سازه‌ای» (Structural Frame) نیز شناخته می‌شود. سازه‌های مختلف بر اساس سیستم‌های مورد استفاده در آن‌ها به انواع زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

فیلم آموزش تحلیل سازه ها ۱ – مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

• «سازه پیوسته» (Continuous Structure)، «سازه صلب» (Solid Structure)
• «سازه قابی» (Framed Structure)
• «سازه پوسته‌ای» (Shell Structure)
• «سازه کششی» (Tensile Structure)
• «سازه پارچه‌ای» (Membrane Structure)
• انواع دیگر سازه‌ها نظیر سازه خرپایی، کابلی، ترکیبی و غیره

سازه قابی چیست؟

سازه‌های قابی، یکی از انواع سیستم‌های سازه‌ای هستند که از ترکیب تیر، ستون و دال برای تحمل بارهای جانبی و عمودی استفاده می‌کنند. سازه‌های قابی، معمولا برای مقاومت در برابر نیروها و گشتاورهای بزرگ ناشی از بارگذاری‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. از انواع سیستم‌های سازه‌های قابی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• «سیستم قاب صلب» (Rigid Frame System): سیستم‌های قاب صلب یا قاب خمشی، از المان‌های خطی نظیر تیر و ستون برای مقابله در برابر تغییر شکل استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها به دلیل استفاده کم از اتصالات مفصلی، معمولا از نظر استاتیکی نامعین هستند. سیستم‌های قاب صلب به دو نوع با انتهای ثابت و مفصلی تقسیم می‌شوند.
• «سیستم قاب مهاربندی شده» (Braced Frame System): سیستم‌های مهاربندی شده از ترکیب تیر، ستون و بادبند برای تحمل بارهای جانبی استفاده می‌کنند. اتصال بادبند با تیر و ستون با استفاده از اتصالات مفصلی انجام می‌شود.

بادبند یا مهاربند چیست؟

بادبند یا مهاربند، المانی است که به منظور اتصال اجزای مختلف سازه‌های قابی (تیر و ستون) مورد استفاده قرار می‌گیرد. بادبند مانند وال پست، مقاومت سازه در برابر نیروهای دینامیکی نظیر باد و زلزله را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. ترکیب تیر، ستون و بادبند، علاوه بر کاهش هزینه‌های ساخت، باعث سهولت اجرای سازه و تحلیل رفتار آن در حالت‌های بارگذاری مختلف می‌شود. سیستم‌های قاب مهاربندی شده در سازه های فولادی، بتن آرمه و چوبی قابل استفاده هستند. در این سیستم‌ها، طراحی تیر و ستون فقط برای تحمل بارهای عمودی (با فرض تحمل تمام بارهای جانبی توسط بادبندها) صورت می‌گیرد.

تقسیم‌بندی سیستم‌های مهاربندی به معیارهای مختلفی بستگی دارد. برای درک بهتر این سیستم‌ها ابتدا باید با انواع بادبند آشنا شد. در ادامه به معرفی انواع قاب مهاربندی شده می‌پردازیم.

انواع قاب مهاربندی شده کدام هستند؟

طبق استاندارد 2800 ایران، به قابلیت جذب، اتلاف انرژی و حفظ ظرفیت باربری سازه تحت بارگذاری‌های چرخه‌ای زلزله، «شکل‌پذیری» (Ductility) می‌گویند. به طور کلی، قاب‌های مهاربندی شده بر اساس شکل‌پذیری به سه گروه اصلی «قاب مهاربندی شده همگرا» (Concentrically Braced Frame) یا «CBF»، «قاب مهاربندی شده واگرا» (Eccentrically Braced Frame) یا «EBF» و «قاب مهاربندی شده زانویی» (Knee Braced Frame) یا «KBF» تقسیم می‌شوند.

فیلم آموزش رفتار قاب با مهاربند زانویی KBF در برابر زلزله در سازه ها در فرادرس

کلیک کنید

• قاب مهاربندی شده همگرا
  • «قاب مهاربندی شده همگرای معمولی» (Ordinary Concentrically Braced Frame
  • «قاب مهاربندی شده همگرای ویژه» (Special Concentrically Braced Frame)

• قاب مهاربندی شده واگرا
• قاب مهاربندی شده زانویی

مهاربندی همگرا چیست؟

در قاب مهاربندی شده هم محور یا همگرا، محور تمام عضوها (نقاط انتهایی تیر، ستون و بادبند) در یک نقطه مشترک به هم برخورد می‌کنند. این پیکربندی، باعث ایجاد نیروی محوری در عضوهای تحت بارگذاری می‌شود. از انواع سیستم‌های مهاربندی همگرا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• «بادبند قطری» (Diagonal Bracing) با جهت‌گیری موازی یا متناوب
• «بادبند ضربدری» (Cross Bracing) یا «بادبند X شکل» (X Bracing)
• «بادبند K شکل» (K Bracing)
• «بادبند V شکل» (V Bracing) و «بادبند شورون» (Chevron Bracing) یا بادبند به شکل ۷ و ۸

از معایب بادبندهای همگرا می‌توان به عدم توانایی آن‌ها در تغییر شکل غیر الاستیک برگشت پذیر اشاره کرد. پس از کمانش قاب در این سیستم، عضوهای تحت بار محوری، مقاومت خود را از دست می‌دهند و به شکل اولیه خود بازنمی‌گردند. از این‌رو، به منظور کاهش احتمال رخ دادن مشکلات مختلف، الزامات طراحی عضوهای مهاربندی همگرا سخت‌گیرانه‌تر است.

نکته: استفاده از قاب همگرای معمولی در نواحی لرزه خیز و سازه‌هایی با ضریب زلزله بالاتر از ۱ (با اهمیت زیاد و خیلی زیاد) مجاز نیست.

بادبند قطری چیست؟

یکی از ساده‌ترین پیکربندی‌های بادبند در سازه‌های قابی، سیستم مهاربندی قطری است. در این سیستم، بادبندها به صورت قطری (مشابه تصویر زیر) در نواحی مستطیلی قاب‌های سازه‌ای (بین تیرها و ستون‌ها) نصب می‌شوند و شکلی شبیه به خرپا (مجموعه‌ای از المان‌های مثلثی) را به وجود می‌آورند. وجود بادبندها، پایداری قاب را افزایش می‌دهد. در صورت استفاده از بادبندهای قطری به صورت منفرد، عضوهای مهاربندی باید توانایی تحمل بارهای فشاری و کششی را داشته باشند.

بادبند منفرد، نوعی از بادبندهای قطری است که برای مقاومت در برابر بارهای فشاری و کششی طراحی می‌شود. تصویر بالا، نحوه جانمایی بادبندهای منفرد بین دو ردیف ستون را نمایش می‌دهد. المان‌های بادبند معمولا با زاویه حدود 45 درجه نصب می‌شوند. این زاویه، علاوه بر بهبود عملکرد سیستم، امکان ایجاد یک اتصال مستحکم و فشرده بین المان‌های بادبند با تیر و ستون را فراهم می‌کند. توجه داشته باشید که کاهش زاویه عضوهای بادبند نسبت به راستای عمودی، حساسیت سازه به حرکت جانبی در هنگام اعمال بارهای دینامیک را افزایش می‌دهد.

بادبند ضربدری چیست؟

بادبند ضربدری یا بادبند X، از روی هم قرار گرفتن دو عضو قطری تشکیل می‌شود. این سیستم تنها برای مقاومت در برابر بارهای کششی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به جهت اعمال بارهای جانبی، یکی از بادبندهای قطری، در مقابل بارهای کششی مقاومت می‌کند. به همین دلیل می‌توان از کابل‌های فولادی نیز در سیستم مهاربندی ضربدری استفاده کرد.

استفاده از بادبند ضربدری در سطح بیرونی سازه می‌تواند با محل قرارگیری یا عملکرد پنجره‌ها تداخل داشته باشد. علاوه بر این، مهاربندی ضربدری، بارهای خمشی بیشتری را به روی تیرهای کف تحمیل می‌کند.

بادبند K شکل چیست؟

انتهای عضوها در بادبند K شکل به مرکز ستون‌ها متصل می‌شوند. این سیستم، فضا و انعطاف‌پذیری بیشتری را برای ایجاد بازکننده در نمای بیرونی سازه فراهم می‌کند. ویژگی مذکور، باعث خمش کمتر تیرهای کف سازه می‌شود. کمانش و تغییر شکل عضوهای بادبند K شکل می‌توانند تغییر شکل جانبی ستون‌های درگیر و شکست آن‌ها را در پی داشته باشند. به همین دلیل، استفاده از این سیستم مهاربندی در نواحی زلزله‌خیز به هیچ عنوان مجاز نیست.

بادبند V شکل یا بادبند ۷ و ۸ چیست؟

در سیستم مهاربندی ۷ و ۸، دو عضو قطری از گوشه‌های عضو افقی یک طبقه (تقاطع تیر و ستون) به مرکز عضو افقی در طبقه دیگر (مرکز تیر) وصل می‌شوند. در صورتی که نحوه قرارگیری بادبندها مشابه عدد ۸ (برعکس حرف V) باشد، اصطلاحا سیستم مهاربندی شورون به وجود می‌آید.

در سیستم مهاربندی ۷ و ۸، ظرفیت کمانش بادبند تحت فشار به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. میزان کاهش کمانش به اندازه‌ای است که مقدار آن به کمتر از ظرفیت کشش تسلیم می‌رسد. به این ترتیب، هنگام اعمال باری بیشتر از ظرفیت بادبندها، عضو افقی (تیر) به عنوان المان مقاوم در برابر خمش عمل می‌کند.

تفاوت قاب مهاربندی شده معمولی با ویژه چیست؟

تفاوت اصلی قاب مهاربندی شده معمولی با ویژه، طراحی آن‌ها بر اساس کاربری مورد نظر است. قاب‌های مهاربندی‌شده معمولی برای تحمل تغییر شکل‌های غیر الاستیک با حداکثر دوران ۱ درجه‌ای اتصالات مفصلی بدون کاهش مقاومت و صلبیت طراحی می‌شوند. در این قاب‌ها، ضریب لاغری عضوهای بادبند نباید از 120 و مقاومت فشاری مورد نیاز نباید از 0.8 مقاومت فشاری طراحی بیشتر باشد. به علاوه، مهاربندی باید به گونه‌ای باشد که 30 تا 70 درصد بارگذاری جانبی در هر جهت توسط بادبندهای کششی تحمل شود. این الزامات، از جمع شدن تغییر شکل غیر الاستیک در یک جهت پیشگیری کرده و مانع از رفتار کششی صرف بادبندهای قطری می‌‌شود.

از طرف دیگر، قاب‌های مهاربندی‌شده ویژه برای تحمل تغییر شکل‌های غیر الاستیک با حداکثر دوران 2 درجه‌ای اتصالات مفصلی بدون کاهش مقاومت و صلبیت طراحی می‌شوند. استفاده از این قاب‌ها در تمام زون‌های زلزله‌خیز و برای تمام ساختمان‌ها مجاز است. در قاب‌های ویژه، ضریب لاغری عضوهای بادبند نباید از 160 و مقاومت فشاری مورد نیاز نباید از مقاومت فشاری طراحی بیشتر باشد. به علاوه، بادبند باید به گونه‌ای باشد که 30 تا 70 درصد بارگذاری جانبی در هر جهت توسط بادبندهای کششی تحمل شود. مقاطع مورد استفاده برای قاب‌های مهاربندی‌شده ویژه باید دارای رفتار پلاستیک باشند.

نکته: نکات اشاره شده در این بخش برای قاب‌های مهاربندی شده همگرا صادق هستند و برای قاب‌های واگرا استاندارد مشخصی وجود ندارد.

مهاربندی واگرا، دوگانه یا ترکیبی چیست؟

سیستم مهاربندی دوگانه یا ترکیبی، یکی از انواع سیستم‌های سازه‌ای است که در آن، تحمل بارهای قائم عمدتا توسط قاب‌های خمشی و مقاومت در برابر بارهای جانبی توسط قاب‌های مهاربندی شده صورت می‌گیرد. قاب‌های خمشی، عملکرد بسیار مناسبی در هدررفت انرژی دارند. اگرچه، به منظور جلوگیری از جابجایی جانبی در این سیستم، باید از المان‌هایی با مقطع بزرگ استفاده کرد. ابعاد زیاد این مقاطع، باعث افزایش قابل توجه هزینه ساخت سازه می‌شوند.

سیستم قاب مهاربندی شده همگرا، از سختی بالاتری نسبت به قاب‌های خمشی بهره می‌برد. با این وجود، این سیستم شکل‌پذیری خوبی در برابر کمانش بادبند ندارد. به منظور برطرف کردن کمبودهای این دو سیستم، یک سیستم سازه‌ای جدید با عنوان قاب مهاربندی شده برون محور یا واگرا توسعه یافت. در قاب‌های مهاربندی شده واگرا، عضوهای مهاربندی به گونه‌ای به تیر متصل می‌شوند که یک فاصله مشخص (اتصال کوتاه) بین بادبند و ستون یا دو بادبند رو به روی هم به وجود می‌آید. این سیستم، سختی مناسب و شکل‌پذیری عالی دو سیستم همگرا و خمشی را با یکدیگر ترکیب می‌کند. تصویر زیر، پیکربندی حالت‌های مختلف مهاربندی واگرا را نمایش می‌دهد.

مهاربندی واگر، سیستمی برای ترکیب کردن ویژگی‌های 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 می‌کند. پس از گذر از ظرفیت الاستیک سیستم، مقاومت برشی یا خمشی اتصال کوتاه، یک واکنش شکل‌پذیر از خود به نمایش می‌گذارد. علاوه بر این، قاب‌های مهاربندی شده واگرا، به منظور کنترل تغییر شکل و به حداقل رساندن آسیب به المان‌های معماری (نمای سازه) در حین اعمال بارهای لرزه‌ای نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. توجه داشته باشید که برای بهره‌مندی 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 می‌یابد. اگر طول اتصال کوتاه بیشتر از دو برابر عمق تیر باشد، امکان رخ دادن خمش پلاستیک در مقطع تیر به وجود می‌آید. در صورت استفاده از اتصال کوتاه با طول کمتر، احتمال تسلیم تیر تحت تنش‌های برشی افزایش می‌یابد. قاب‌های مهاربندی شده واگرا از قاب‌های مقاوم در برابر خمش سبک‌تر هستند. به علاوه، با حفظ صلبیت قاب‌های مهاربندی شده همگرا، از شکل‌پذیری بیشتری نیز بهره می‌برند. بنابراین، این قاب‌ها، یک سیستم اقتصادی مناسب برای ساخت سازه در نواحی لرزه‌خیز محسوب می‌شوند.

توجه داشته باشید که در سیستم‌های 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 زلزله‌های شدید را ساده‌تر می‌کند.

بادبند زانویی چیست؟

سیستم قاب مهاربندی شده زانویی، یکی از سیستم‌های جدید و کارآمد برای اتلاف انرژی‌های حاصل از بارگذاری دینامیک است که از شکل‌پذیری بالا و سختی جانبی خوب بهره می‌برد. در سیستم قاب مهاربندی شده واگرا، تسلیم اتصال کوتاه در زلزله‌های شدید از کمانش قاب جلوگیری می‌کند. 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 بهره‌مندی از مزیت‌های سیستم‌های 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 می‌شود.

روش‌های مختلفی برای اجرای مهاربندی زانویی وجود دارد. المان زانویی این سیستم را می‌توان 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 شکل‌پذیری آن کاهش می‌یابد. علاوه بر این، به دلیل استفاده از المان‌های بیشتر در این سیستم، هزینه ساخت قاب افزایش خواهد یافت.

اتصالات مورد استفاده در بادبند کدام هستند؟

به طور کلی، دو نوع اتصال اصلی شامل اتصالات ساده و یا خمشی (صلب) در سازه‌های قابی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اتصالات ساده، دارای انعطاف‌پذیری بالاتری هستند. در طراحی این اتصالات فرض می‌شود که ابزار اتصال می‌توانند با دوران خود، نیروهای برشی را به راحتی بین عضوهای مختلف انتقال دهند. در طرف مقابل، اتصالات صلب اجازه دوران ندارند. به همین دلیل، نیروهای برشی مستقیما به ابزار اتصال اعمال می‌شوند. با توجه به ویژگی‌های سیستم‌های قاب مهاربندی شده، استفاده از اتصالات ساده به همراه پیچ و مهره، گزینه متداول‌تری برای اجرای بادبند است.

اتصالات مهاربندی از اهمیت بالایی در عملکرد سازه در برابر بارهای جانبی برخوردار هستند. از این‌رو، نظارت بر نصب صحیح این اتصالات الزامی است.

سیستم های مهاربندی کدام هستند؟

در نمای جانبی و دید از بالای ساختمان‌های چندطبقه، تیر و ستون‌ها معمولا به صورت مجموعه‌ای از المان‌های عمود بر هم دیده می‌شوند. در سیستم‌های قاب مهاربندی شده، به منظور افزایش مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی، نصب بادبندها بین المان‌‌های عمود بر هم (تیرها و ستون‌ها) انجام می‌گیرد.

فیلم آموزش پروژه محور آباکوس – مدل سازی قاب مهاربندی شده کمانش ناپذیر در فرادرس

کلیک کنید

به این ترتیب، انواع سیستم‌های اصلی اجرای بادبند بر اساس محل اجرا را می‌توان به موارد زیر تقسیم‌بندی کرد:

• سیستم مهاربندی قائم
• سیستم مهاربندی افقی

سیستم مهاربندی قائم چیست؟

در سیستم مهاربندی قائم، المان‌های بادبند بین دو ردیف از ستون‌های مجاور نصب می‌شوند. این سیستم، علاوه بر انتقال بارهای افقی به فونداسیون، در برابر حرکت جانبی کل سازه نیز مقاومت می‌کند. تصویر زیر، مسیر توزیع و انتقال بارهای مختلف توسط سیستم مهاربندی قائم را نمایش می‌دهد.

در سیستم‌های قائم می‌توان از بادبند قطری به شکل ضربدری یا منفرد استفاده کرد. در بادبند ضربدری، نسبت طول به ضخامت بیشتر است و بادبند تنها در برابر نیروهای کششی مقاومت می‌کند. در این حالت، بادبندهای کششی به همراه تیرهای کف هر طبقه، مقاومت لازم برای تحمل بارهای جانبی را فراهم خواهند کرد. در مجموع، سیستم‌های مهاربندی قائم برای مقاومت در برابر نیروهای باد، نیروهای افقی معادل (نواقص هندسی سازه) و آثار مرتبه‌ی دوم (مانند اثر پی-دلتا) طراحی می‌شوند.

به منظور فراهم کردن مقاومت کافی در برابر نیروهای جانبی در هر دو جهت (بر روی پلان سازه) و مقاومت در برابر نیروهای پیچشی حول محور عمودی سازه، اجرای بادبند باید حداقل بر روی سه سطح عمودی بر روی سازه صورت بگیرد. استفاده از بادبندهای بیشتر، پایداری سازه را افزایش می‌دهد. در ساختمان‌های چند طبقه و بزرگ، معمولا چندین بادبند بر روی سطوح عمودی نصب می‌شوند.

علاوه بر تعداد، جهت‌گیری سطوح عمودی مورد استفاده برای نصب بادبند نیز بر روی پایداری و نحوه شکست سازه تاثیرگذار است. مهاربندی بر روی حداقل دو سطح در جهت‌های عمود بر هم، از رخ دادن شکست نامتقارن در سازه جلوگیری می‌کند. به علاوه، مهاربندی بر روی چند سطح عمودی از بخش‌های مهم سازه، احتمال تخریب پیشرونده را کاهش می‌دهد. انتخاب محل اجرای بادبند نیازمند دقت و احتیاط بالایی است. به طور کلی، اجرای بادبند در سطوح خارجی، باعث مقاومت سازه در برابر نیروهای پیچشی می‌شود.

سیستم مهاربندی افقی چیست؟

برخورد باد به پوشش بیرونی سازه باعث اعمال بارهای افقی بر روی ستون‌ها می‌شود. سیستم مهاربندی افقی، به منظور انتقال این بارها از ستون‌های موجود بر روی محیط سازه‌ها، به سیستم مهاربندی قائم مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم‌های مهاربندی افقی به دو نوع اصلی دیافراگمی و مثلثی تقسیم می‌شود.

دیافراگم چیست؟

دیافراگم در سیستم‌های مهاربندی افقی، المانی متشکل از اجزای سقف و کف است که توانایی تحمل و انتقال بارهای افقی در سازه‌ها را دارد. سقف‌های کامپوزیت را می‌توان به عنوان یکی از بهترین انواع سقف با عملکرد دیافراگم در نظر گرفت. در این سقف‌ها، عرشه فولادی توسط گل میخ به تیرهای اصلی متصل شده و بر روی آن بتن‌ریزی انجام می‌شود.

توجه داشته باشید که هر سقفی نمی‌تواند به عنوان دیافراگم عمل کند. به عنوان مثال، دال‌های بتنی پیش ساخته، فقط در صورت اعمال تغییرات خاص، قادر به تحمل و انتقال بارهای جانبی (اجرای عملکرد دیافراگم) خواهند بود. به این منظور باید این سقف‌ها را توسط اتصالات مخصوص به عضوهای فولادی سازه متصل کرد. به طور کلی، در صورت وجود اصطکاک 0.1 یا کمتر بین بتن و عضو فولادی، عملکرد دیافراگم در برابر بارهای جانبی بهبود می‌یابد.

مهاربندی مثلثی چیست؟

مهاربندی مثلثی، زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که امکان در نظر گرفتن کف سازه به عنوان سیستم مهاربندی افقی (دیافراگم) وجود نداشته باشد. در این سیستم، مجموعه‌ای از بادبندهای مثلثی در دو جهت عمود بر هم نصب می‌شوند. در اکثر موارد، این بادبندها را در فاصله میان تکیه‌گاه‌های سازه (معمولا بین بادبندهای عمودی) اجرا می‌کنند.

معرفی فیلم رفتار قاب با مهاربند زانویی در برابر زلزله

مهاربندی قاب‌های سازه‌ای، یکی از روش‌های ارزان و کارآمد برای افزایش مقاومت سازه در برابر بارهای دینامیکی نظیر باد و زلزله است. آشنایی با انواع سیستم‌های مهاربندی و روش‌های تحلیل رفتار آن‌ها، اهمیت بالایی در طراحی صحیح سازه‌های قابی دارد. از این‌رو، فرادرس، یک آموزش جامع در قالب پنج درس به مدت 10 ساعت و 17 دقیقه تهیه کرده است. این فرادرس می‌تواند به دانشجویان، فارغ‌التحصیلان و علاقه‌مندان رشته مهندسی عمران و سازه در یادگیری مبحث مهاربندی سازه‌ها کمک کند.

درس یکم تا پنجم این فرادرس به ترتیب به معرفی انواع مهاربند، عملکرد بادبند زانویی در قاب بتن آرمه، مقایسه مهاربند زانویی با دیگر سیستم‌های لرزه‌بر جانبی، تاثیر عوامل هندسی بر عملکرد مهاربند بادبند در زلزله و سختی طراحی بهینه عضو زانویی در این مهاربندها می‌پردازد.

• برای مشاهده فیلم رفتار قاب با مهاربند زانویی (KBF) در برابر زلزله + اینجا کلیک کنید.

الزامات اجرایی و طراحی بادبند چیست؟

مهاربندی نیز مانند دیگر فعالیت‌های موجود در ساخت سازه، نیازمند رعایت نکات و الزامات مختص به خود است. اصول طراحی و اجرایی مربوط به بادبندها در استاندارد بین المللی نظیر BS EN 1993-1-1 و ASCE 41-06 آورده شده‌اند. در استاندارد 2800 ایران نیز به الزامات مربوط به طراحی و اجرای قاب‌های مهاربندی شده اشاره شده است. از مهم‌ترین این الزامات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• در ساختمان‌های کوتاه (حداکثر هشت طبقه یا با ارتفاع کمتر از 30 متر) می‌توان قاب‌های مهاربندی شده را برای تحمل 100 درصد بار جانبی طراحی کرد.
• در ساختمان‌های بلند (حداقل 15 طبقه یا با ارتفاع بیشتر از 50 متر)، قاب‌های مهاربندی شده توانایی تحمل تمام نیروهای جانبی ناشی از زلزله را نخواهند داشت. در این حالت، استفاده از قاب‌های ویژه یا سیستم دوگانه الزامی است.
• ضریب رفتار ساختمان در صورت استفاده از مهاربندی برون محور فولادی برابر با 7 و ارتفاع مجاز ساختمان برابر با 50 متر است.
• ضریب رفتار ساختمان در صورت استفاده از مهاربندی هم محور فولادی برابر با 6 و ارتفاع مجاز ساختمان برابر با 50 متر است.
• ضریب رفتار ساختمان در صورت استفاده از قاب خمشی فولادی ویژه به همراه مهاربندی برون محور فولادی برابر با 10 و ارتفاع مجاز ساختمان برابر با 150 متر است.
• حداقل سطح مقطع میلگرد مورد استفاده برای بادبند ضربدری تیرآهن‌های سقف برابر با سطح مقطع میلگرد 14 است.
• استفاده از بادبند K شکل فقط در ساختمان‌های یک و دو طبقه مجاز است.
• در بادبند ۸ یا شورون، تیر افقی باید قادر به تحمل بارهای قائم در حد فاصل دو ستون باشد.
• در مهاربندی ۷، ۸ و K، اعضای بادبند باید برای 1.5 برابر نیروی زلزله طراحی شوند. به علاوه، تیر افقی باید در حد فاصل بین دو ستون به صورت پیوسته باشد (استفاده از اتصال وصله‌ای یا جوش مجاز نیست).
• در سازه‌های غیر ساختمانی نظیر سیلو و مخزن، فقط مقاومت و مساحت موثر اتصالات بادبند، معیارهای اصلی برای تایید یا عدم تایید مهاربندی هستند.
• در صورت عدم کفایت بتن دیافراگم می‌توان از سیستم مهاربندی فولادی مناسب استفاده کرد.