مقاوم سازی با مهاربندهای کمانش تاب

طی سال های اخیر افزایش هزینه های بازسازی و ساخت و ساز از طرفی و تاثیرات نامطلوب ناشی از خطاهای اجرایی و طراحی و وقوع حوادث غیرمترقبه از طرفی دیگر سبب کاهش مقاومت سازه ها و ضرورت مقاوم سازی ساختمان شده است. وقوع خطاهای طراحی و اجرای معمولا به دلیل بی دقت طراحان و مجریان اتفاق می افتد. علاوه بر این بسیاری از آیین نامه ها و ضوابط لرزه ای طی سالهای اخیر تغییراتی داشته اند که بررسی سازه های از پیش ساخته شده با آیین نامه های جدید، نشان دهنده ی کمبودهای الزامات ضروری در این سازه ها است. افزایش نیروهای وارد بر سازه و بهره برداری نامناسب از سازه یکی دیگر از دلایل کاهش پایداری ساختمان است. برای افزایش ظرفیت باربری سازه و تطابق آن ها با آیین نامه و الزامات جدید، روش های گوناگونی وجود دارد. انتخاب هر یک از روش های مقاوم سازی مستلزم ارائه طرح تقویت مناسب براساس نیروهای وارد بر سازه و ضعف های موجود در آن است. مقاوم سازی با استفاده از مهاربندهای کمانش تاب یکی از أنواع روش های مقاوم سازی ساختمان است. از مزایای مقاوم سازی با مهاربندهای کمانش تاب می توان به ظرفیت بالای جذب انرژی، شکل پذیری مناسب، پایداری مناسب در تحمل نیروهای ناشی از زمین لرزه و کاهش تغییر مکان جانبی نسبی اشاره کرد.

ویژگی های سیستم مهاربندی کمانش تاب

سیستم های مقاوم سازی مهاربندی کمانش تاب از تعدادی تیرو ستون تشکیل و تعداد اجزای مورب مهاربند تشکیل شده اند که به ترتیب نقش انتقال بارهای ثقلی و تحمل بارهای جانبی را ایفا می کنند. سیستم مهاربندی های کمانش تاب بر خلاف قاب های صلب، امکان زیادی برای تغییر شکل سازه در محدوده ارتجاعی فراهم نمی کند و عملکرد آن بر مبنای سختی محوری اجزای مهاربندی است. بطور کلی سیستم های مهاربندی کمانش تاب نوعی اتلاف کننده ی انرژی الاستوپلاستیک محسوب می شوند کاربرد اصلی آنها در کنترل تغییر شکل جانبی سازه و محدودسازی آسیب های وارد بر آن در اثر زلزله است. ایده ی استفاده از مهابندهای کمانش تاب در أواسط دهه ۷۰ و در نتیجه ی مطالعه و بررسی رفتار زلزله های اخیر و ضرورت ارائه سیستمی برای افزایش سختی و اتلاف انرژی به همراه افزایش پایداری ارائه شد. مهاربندیهای کمانش تاب از ۴ بخش اصلی تشکیل شده است:
۱-بخش انتقال نیروی محوری
۲-بخش انتقال سخت که از مهاربند و اجزای اتصال تشکیل شده
۳-بخش پیشگیری از کمانش و عضو پوششی که مانع از کمانش مهاربند شود.
۴-بخش تفکیک کننده ی هسته و مهاربند و بخش پیشگیری کننده از پدیده ی کمانش
مقاوم سازی با سیستم مهاربندی کمانش تاب همانند سایر روش های بهسازی لرزه ای از معایبی نیز برخوردار است. یکی از چالش های موجود در این سیستم مربوط به زمانی است که عضو مهاربند تحت فشار دچار کمانش شوند، مقدار زیادی از نیروهای محوری به اجزای کششی این سیستم انتقال پیدا می کنند که این مسئله منجر به تجاوز نیروهای وارده از مقدار مجاز می شود. علی رغم اینکه طی فرآیند طراحی، توزیع مهاربندها در سازه به شکلی انجام می شود که از وقوع پدیده ی پیچش جلوگیری شود با ایو وجود کمانش زود هنگام برخی از اجزای سازه ممکن است سبب واکنش نامتقارن سازه و پیچش ان شود. در برخی شرایط نیز، عدم تساوی نیروهای کششی و فشاری قابل تحمل توسط اجزای مهاربندها سبب وارد شدن نیروهای نامتعادل به تیرهای متصل به مهاربندهای هفتی و هشتی و در نتیجه افزایش لنگر و خرابی سازه می گردد. علاوه بر تمام موارد عنوان شده، پدیده ی کمانش می تواند سبب تغییر مکان بیرون از صفحه و آسیب دیدن تیغه ها، دیوارها و فرو ریختن نما شود.

بخش های تشکیل دهنده سیستم مقاوم سازی با مهاربند کمانش تاب

۱-هسته فلزی محصور شده
هسته ی فلزی، عضو اصلی سیستم مهاربند کمانش تاب را تشکیل می دهد که وظیفه ی تحمل بار محوری را بر عهده دارد. به منظور وقوع تسلیم در هسته فلزی طی بارگذاری های رفت و برگشتی و بدنبال آن استهلاک انرژی از نوع نرم و مقاومت پایین هسته فلزی استفاده می شود.

۲-هسته فلزی محصور نشده
برای اتصال مهاربند به اسکلت سازه لازم است بخش از آن به شکل محصور نشده در نظر گرفته شود که به منظور پیشگیری از وقوع کمانش در این قسمت، سطح مقطع بیشتری برای آن در نظر می گیرند. در صورتی که افزایش سطح مقطع بطور ناگهانی اتفاق بیفتد، تمرکز تنش در آن بخش افزایش خواهد داشت. بنابراین یک بخش انتقال در نظر گرفته می شود که افزایش سطوح مقطع در آن ناحیه به طور ملایم رخ می دهد.

۳-ناحیه اتصال
ناحیه اتصال قسمتی از بخش محصور نشده است که سبب برقراری اتصال مهاربند و صفحه اتصال می شود. در این ناحیه از اتصالات پیچ، پرچی و جوشی استفاده می شود. از بین روش های اتصال، نوع پیچی از سهولت بالاتری در نصب و تعویض مهاربندهای کمانش تاب برخوردار است.

۴-غلاف محصور کننده
این سیستم متشکل از ملات و غلاف فولادی است. ملات موجود نه تنها از خاصیت پر کنندگی برخوردار است بلکه نقش موثری در پیشگیری از کمانش موضعی هسته فولادی دارد بنابراین طرح اختلاط و عمل آوری صحیح آن از اهمیت بالایی برخوردار است. ابعاد غلاف نیز با توجه به کمانش مهاربند تعیین می گردد.

۵-ماده نچسب
منظور از ماده ی نچسب موادی نظیر پلیاتیلن، روغن سیلیکون، نوار وینیل، رزین اپوکسی و ...هستند که با ضخامتی بین ۱۵/۰ تا ۲ میلی متر اجرا می گردند و نقش آن ها در از بین بردن یا به حداقل رساندن نیروی برشی هسته ی جاوی شونده است.

مزایا و معایب مقاوم سازی با مهاربندهای کمانش تاب

همانند سایر سیستم های باربری و تقویت کننده، استفاده از این روش نیز مزایا و معایب مختلفی دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره می کند.
۱-استفاده از سیستم مقاوم سازی با قاب های خمشی، سختی الاستیکی بالایی را هنگام وقوع زمین لرزه تامین می کند که این امر زمینه ی مناسبی را برای تامین ضوابط لرزه ای و آیین نامه های مقاوم سازی در خصوص محدودیت تغییر مکان جانبی نسبی طبقات، تامین می کند.
۲-نصب آنها به کمک اتصالات پیچ، مهره ای و ورق های اتصال سبب کاهش هزینه ها و افزایش سرعت نصب و اجرا می شود.
۳-برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله از ظرفیت بیشتری نسبت به سایر سیستم های مهاربندی متداول برخوردارند و نیاز به هزینه ی بالایی برای مقاوم سازی فونداسیون و دیافراگم کف ندارند.
۴-ضوابط طراحی اجزای سیستم مقاوم سازی با مهاربندهای کمانش تاب تا کنون وارد آیین نامه ها و ضوابط طراحی ایران نشده است و استفاده از آن مستلزم کسب مجوز از مقامات مربوطه و انجام آزمایش های فنی است.