بادبندهای خارج از محور و برخی ایرادات در طراحی

بادبندهای خارج از محور و برخی ایرادات در طراحی این بادبندها

نوع جديدي از بادبندها كه به تازگي استفاده از آن رو به افزايش مي باشد سيستم بادبندي خارج از محور1(EBF) ميباشد. اما متاسفانه اكثر طراحان آشنايي اندكي با نحوه طراحي اين سيستم بادبندي دارند.و اكثرا” به اين سيستم به چشم يك بادبند پرده اي و در جهت تطبيق با نقشه معماري (به طور مثال در محل در و پنجره )نگاه مي‌شود ؛ به همين جهت به نظر مي رسد لازم باشد كه در اين زمينه بحث بيشتري انجام گيرد.

در طرح و محاسبه شكلهاي مشبك و خرپاها تاكيد بر اين نكته هست كه تلاشهاي به وجود آمده همه به صورت نيروهاي محوري باشند و امتداد محور اعضاي جمع شده در يك گره تا حد امكان در يك نقطه تلاقي نمايد تا از به وجود آمدن لنگرهاي خمشي جلوگيري شود. تحقيقات سالهاي اخير در طراحي سازه هاي مقاوم در برابر زلزله نشان داده كه با طرح مهاربندي خارج از مركز، در سازه هاي فولادي مي توان مزايايي در تامين شكلپذيري سازه و اطمينان بر رفتار آن در زلزله به دست آورد. چنانچه در شكل (1) ديده مي شود مهاربندي خارج از محور به اين ترتيب به عمل مي آيد كه طراح به ميل خود مقداري خروج از مركز (e) را در مهاربنديهاي نوع 7 و8 (و يا انوا ع ديگر) تعبيه مي كند ، به طوري كه لنگر خمشي و نيروي برشي در طول كوتاهي از تير (يعنيe) كه به نام تيرچه ارتباطي (Link beam) ناميده مي شود به وجود آيد. تيرچه ارتباطي ممكن است در اثر لنگر خمشي به جاري شدن برسد؛ در اين صورت ارتباط را خمشي(Moment link) ميگويند ويا اينكه اگر طول (e) خيلي كوتاه باشد جاري شدن در برش اتفاق افتد كه در اين صورت ارتباط را برشي(Shear link) مي نامند. به اين ترتيب مي توان با كنترل شكلپذيريي تيرچه ارتباطي، شكلپذيري قابل اطميناني براي كل سازه ، درزلزله به دست آورد. مطابق آيين نامه 2800 ضريب شكلپذيري براي اين سيستم سازه اي R=7 ميباشد، كه در مقايسه با سيستم هم محور R=6)) حدود 15 درصد شكلپذيرتر ميباشد ، كه همين مساله باعث كاهش برش پايه زلزله به همين ميزان مي شود.
-تركيب اين سيستم با سيستمهاي سازه اي ديگر:
الف: تركيب در پلان:در بسياري از موارد ديده شده است كه طراحان در يك طبقه در يك يا چند دهانه از سيستم خارج از محور و در يك يا چند دهانه ديگر به موازات بادبندهاي نوع اول از بادبندهاي هم محور استفاده نموده اند. در اينجا بايد به اين نكته توجه داشت كه از آنجايي كه نوع رفتار اين سيستم با سيستم هم محور متفاوت مي باشد، اساساً استفاده از اين سيستم در تركيب با سيستم هم محور در يك جهت و يك پلان كاملاً مردود ميباشد و باعث ايجاد رفتارهاي غير متعارف در سازه در هنگام زلزله ميشود؛ به همين جهت به طراحان توصيه ميشود كه اگر تمايل به استفاده از اين نوع سيستم بادبندي دارند ، در پلان، تمامي دهانه هاي بادبندي را به صورت خارج از محور طراحي نمايند . البته اين مساله مانع استفاده از تركيب اين سيستم با سيستم قاب خمشي به صورت سيستم دوگانه و ضريب رفتار R=7.5 و يا استفاده از يك سيستم مقاوم متفاوت در جهت متعامد با جهتي كه از سيستم برون محور استفاده شده است ، نمي باشد.
ب: تركيب در ارتفاع:در اين زمينه نيز در موارد بسياري ديده شده است كه طراحان در يك دهانه بادبندي خاص در برخي طبقات (عموماً بنا به ملاحظات معماري) از سيستم خارج از محور استفاده كرده و باقي طبقات را به صورت بادبند هم محور طراحي نموده اند. در اينجا نيز بايد به اين نكته توجه داشت كه آيين نامه2 تركيب اين سيستم با سيستمهاي ديگر را در ارتفاع، به طور كامل ممنوع كرده است ، مگر در موارد زير:
1- براي بادبندهاي برون محور بالاتر از 5 طبقه ميتوان بادبند طبقه آخر را به صورت هم محور و بدون تيرچه ارتباطي طراحي نمود.
2- طبقه اول يك بادبند برون محور بيش از 5 طبقه مي تواند هم محور باشد به شرط آنكه بتوان نشان داد كه ظرفيت الاستسك آن 50 درصد بزرگتر از ظرفيت تسليم طبقه بالاتر از طبقه اول باشد.
پس همانطور كه ديده ميشود بهتر است در صورت تمايل طراحان به استفاده از اين سيستم بادبندي ، تمامي طبقات (مگر در موارد استثنا شده در بالا) به صورت خارج از محور طراحي گردند.
-طراحي تير در دهانه بادبندي: در سيستم بادبندي هم محور طراحي تيرها در دهانه هاي بادبتدي همانند ديگر تيرهاي معمولي وتحت بارهاي ثقلي انجام مي پذيرد و در تركيب بار زلزله نيروي قابل توجهي در اين تيرها ايجاد نميشود ؛ اما در سيستم برون محور علاوه بر برش و لنگرهاي بارهاي ثقلي ، در تركيب بار زلزله ودر اثر نيروهاي محوري ايجاد شده در بادبندها يك سري لنگر و برش اضافي در اين تيرها ايجاد مي شود و باعث بحراني شدن تركيب بار زلزله براي طراحي اين تيرها مي شود . معمولاً محل بحراني در اين تيرها محل اتصال بادبند به تير مي باشد و در اين محل عموماً احتياج به ورق تقويتي بال بالا وپايين مي باشد.
-طراحي تيرچه ارتباطي :يكي از مهمترين و حساسترين مسايل در سيستم برون محور ، طراحي تيرچه ارتباطي مي باشد ؛ مساله اي كه اكثر طراحان به راحتي از كنار آن ميگذرند. برخي از مسايلي كه در طراحي تيرچه ارتباطي بايد به آن توجه نمود ، به شرح زير مي باشد:
1- مطابق آيين نامه(( تيرچه ارتباطي بايد تمامي شرايط مقطع فشرده را دارا باشد.)) به اين ترتيب در صورت عدم استفاده از مقاطع نورد شده و استفاده از مقاطع ساخته شده (تيرورق) بايد محدوديتهاي مقطع فشرده در آن رعايت شود و مخصوصاً اتصال بال و جان تيرورق (حداقل در قسمت تيرچه ارتباطي) بايد با جوش پيوسته (ونه جوش منقطع) انجام گيرد. ضمن آنكه بايد توجه داشت كه جوش اتصال بال به جان بايد در برابر تنشهاي برشي موجود كفايت لارم را داشته باشند.(اين مساله در تيرچه هاي ارتباطي كوتاه كه معمولاً به صورت برشي عمل نموده و داراري برشهاي زيادي هستند بسيار حساستر ميباشد.)
3- مطابق آيين ئامه ((جان قطعه رابط بايد از يك ورق تك بدون هرگونه ورق مضاعف كننده تشكيل يابد و هيچگونه بازشويي نبايد در جان قطعه رابط تعبيه شود.)) به اين ترتيب همانطور كه مشخص است استفاده از مقاطع دوبل (به علت وجود بيش از يك جان ) و مقاطع زنبوري (به علت وجود سوراخ در جان ) براي قطعه رابط از نظر آيين نامه يك امر كاملاً مردود مي باشد؛ امري كه متاسفانه بسيار معمول مي باشد. گاهي ديده شده است كه برخي طراحان براي قطعه رابط از مقطع زنبوري استفاده نموده و تمامي سوراخها را در قسمت تيرچه ارتباطي به وسيله ورق تقويتي جان مي پوشانند، كه اين مساله نيز به اين دليل كه ورق تقويتي جان به نوعي يك ورق مضاعف كننده مي باشد، از نظر آيين نامه مردود ميباشد. پيشنهاد ميشود كه در صورت عدم جوابگويي مقاطع نورد شده تك براي اين تيرها، طراحان از مقطع I شكل و به صورت تيرورق و با جوش پيوسته جان وبال در قسمت قطعه رابط استفاده نمايند و به هيچ وجه از مقاطع دوبل وزنبوري استفاده ننمايند.
4- مطابق آيين نامه ((در انتهاي قطعه رابط كه عضو قطري به آن متصل است، بايد سخت كننده جان در تمام ارتفاع ، در دو طرف قرار داده شود.)) يكي از شايعترين ايرادات در طراحي قطعه رابط همين مساله ميباشد ، كه طراحان بايد به اين مساله توجه بيشتري نمايند. اين مساله به غير از سخت كننده هاي مياني قطعه رابط ميباشد كه لزوم قرارگيري يا عدم قرارگيري آنها بايد توسط طراحان مورد بررسي قرار گيرد.
-طراحي عضو قطري (بادبند):طراحي عضو قطري در اين سيستم مشابه سيستم هم محور ميباشد با اين تفاوت كه طبق آيين نامه ((هر بادبند بايد داراي مقاومت فشاري 1.5 برابر نيروي محوري نظير مقاومت خمشي قطعه رابط باشد.)) با توجه به اينكه در حالت طراحي معمولي مقاومت فشاري بادبند و مقاومت خمشي قطعه رابط به همديگر نزديك ميباشند ، رعايت اين بند باعث بالا رفتن سطح مقطع بادبند تا حدود 50 درصد نسبت به طراحي حالت معمولي در اين سيستم ميشود؛ ضمن آنكه بايد توجه داشت كه در اين سيستم به دليل آنكه معمولاً زاويه بادبندها با افق نسبت به سيستم هم محور بيشتر مي باشد ، نسبت به سيستم هم محور نيروي محوري بيشتري در بادبندها ايجاد مي شود.
-نتيجه گيري:استفاده صحيح از اين سيستم بادبندي باعث شكلپذيري بيشتر سازه و كاهش برش پايه زلزله ميشود ؛ اما در طراحي اين بادبندها بايد دقت كافي در جهت رعايت كليه نكات آيين‌نامه اي چه از طرف طراحان و چه از طرف دستگاههاي نظارتي انجا م پذيرد. طراحي صحيح اين بادبندها منجر به بادبندها و تيرهايي سنگينتر از حالت بادبند هم محور مي شود ؛ به همين جهت پيشنهاد مي شود كه طراحان حتي الامكان از اين سيستم به عنوان اولين گزينه استفاده ننمايند