اندرکنش قاب‌های بتنی با مهاربندهای فولادی

اندرکنش قاب‌های بتنی با مهاربندهای فولادی

در این مقاله با تكيه بر جنبه‌های عملی روش استفاده از مهاربند فولادی در مقاوم‌سازی قاب‌های بتنی، محدوده کارایی انواع مهاربندها مورد بررسي قرار گرفته است.

اندرکنش قاب‌های بتنی با مهاربندهای فولادی

بنت‌الهدی سازگاران

دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

Filsoof13@yahoo.com

دكتر حسن حاجي‌كاظمي

استاد گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکيده : یکی از روش‌های مقاوم‌سازی قاب‌های بتنی، استفاده از مهاربندهای فولادی است. اگرچه استفاده از این روش از سابقه نسبتا طولانی برخوردار است اما مطالعات اندکی درباره نحوه اندرکنش قاب بتنی و مهاربند فولادی انجام شده است و توصیه مشخصی درباره چگونگی استفاده از آن، برای دستیابی به بازدهی مطلوب وجود ندارد. در این مقاله با تكيه بر جنبه‌های عملی روش استفاده از مهاربند فولادی در مقاوم‌سازی قاب‌های بتنی، محدوده کارایی انواع مهاربندها مورد بررسي قرار گرفته است.

نتايج نشان مي‌دهد كه مهاربندهاي فولادي در قاب‌های بتني با ارتفاع متوسط و در دهانه‌های با نسبت دهانه به ارتفاع بزرگتر از 5/1 بهترین بازدهی را دارد و می‌تواند ظرفیت نیروی جانبی اعمالی به سازه را حتی تا سه برابر افزایش دهد. همچنين نشان داده شده است كه مهاربند ضربدری و پس از آن مهاربند نوع هشت بهترین شکل‌های مهاربندی برای افزایش سختی جانبی سازه می‌باشند.

واژه‌های کلیدی : مقاوم‌سازی – قاب خمشی بتنی – مهاربند فولادی – تغییرمکان جانبی – برش

1 –  مقدمه

اولین موارد استفاده از مهاربندهای فولادی در قاب‌های بتن‌آرمه به دهه‌های 1970 و 1980 بازمی‌گردد که سه ساختمان بتنی، یکی در ژاپن و دو دیگر در مکزیکوسیتی با مهاربندهای فولادی پیرامونی مقاوم‌سازی شدند [1]. از آن زمان این سیستم سازه‌ای مورد توجه و استفاده، به خصوص در مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی موجود،  قرار گرفته ‌است. اگرچه تاکنون درباره رفتار و اثرات متقابل مهاربند فولادی و قاب بتنی تحقیقات نسبتاً زیادی انجام شده‌است، اما‌ هنوز اطلاعات کافی و شناخت مناسبی از چگونگی اندرکنش این دو سیستم سازه‌ای در دست نیست.

          در این مقاله، رفتار متقابل مهاربند و قاب بتنی و نیز اثرات شکل‌ هندسی مهاربند بر کارایی این روش مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور سه سازه بتن‌آرمه پنج، ده و پانزده طبقه با پلان مشابه در نظر گرفته شده‌است. هریک از این قاب‌ها تحت اثر بارهای قائم و جانبی، با پنج شکل مختلف مهاربند فولادی طراحی شده‌ و سپس در هر مورد، رفتار قاب بتن‌آرمه به تنهایی و نیز همراه با مهاربند، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.

2 –  تاریخچه تحقیقات

در سال 1990، Badoux وJirsa  [2]، با نگاهی تحلیلی، به بررسی رفتار قاب‌های بتنی مهاربندی شده در هنگام اعمال بارهای جانبی به خصوص بارهای سیکلی پرداختند. در این پژوهش اثر لاغری مهاربند در مقدار انرژی جذب شده توسط قاب مورد توجه قرار گرفت و نیز نشان داده شد که کاهش سطح مقطع تیرها و تعبیه مهاربندهای فولادی در ساختمان‌های غیرنرم دارای ستون‌های ضعیف و تیرهای قوی، موجب افزایش قابل‌توجه شکل‌پذیری و قابلیت جذب انرژی قاب بتنی می‌گردد.

          در سال‌های 1990 تا 1995 مقالات تحلیلی و آزمایشی مختلفی درباره این موضوع منتشر شده‌ است. در این مقالات به کارایی روش در افزایش مقاومت جانبی و شکل‌پذیری قاب و همچنین اقتصادی بودن آن پرداخته شده است. تقریبا در تمامی این موارد، از مهاربندهای نوع ضربدری به‌صورت دورن‌قابی استفاده شده ‌است. همچنین در برخی مقالات، جزئیات اتصال مهاربند به قاب و نیز استفاده از مهاربندهای میراکننده و مهاربندهای پس‌کشیده مورد توجه قرار گرفته‌است. در مقاله‌ای که در سال 1991 توسط et.al Bush [3] ارائه شد، مشخص گردیده است که تا قبل از کمانش مهاربند فشاری، بین 60 تا 70 درصد برش وارد بر قاب، توسط مهاربندها تحمل می‌شود.

          در سال 1995، Maheri و  Sahebi[4]، طی یک مقاله به گزارش آزمایشی بر روی قاب‌ بتنی با مهاربند ضربدری، مهاربند کششی تنها و مهاربند فشاری تنها پرداخته‌اند. در این آزمایش مشخص شده است که مهاربند کششی نسبت به مهاربند فشاری، سهم بیشتری در تحمل نیروی جانبی وارد بر قاب دارد. همچنین نشان داده‌ شده‌است که درصورت استفاده از مهاربند ضربدری، برش قابل تحمل برای قاب، یک‌ونیم برابر ظرفیت برش درصورت استفاده از مهاربند کششی یا فشاری تک است.

          در 1996 Masri و Goel [5]، در مقاله‌ای نتایج آزمایشات انجام شده بر روي قاب بتن مسلح با دال قارچی و مهاربند فولادی را ارائه کرده و نشان داده‌اند که استفاده از این روش مقاوم‌سازی در کاهش تغییرمکان جانبی قاب بتنی بسیار موثر است.

          تسنیمی و معصومی [1]، در سال 2000 (1379) آزمایشاتی را بر روی قاب‌های بتنی مهاربندی شده با مهاربند ضربدری انجام داده‌اند که در هر آزمایش نحوه اتصال مهاربند به قاب متفاوت بوده‌است. نتایج آزمایشات نشان داده است که جزئیات اتصال مهاربند به قاب اثر قابل‌توجهی بر رفتار لرزه‌ای قاب و کارایی این روش مقاوم‌سازی دارد.

          در سال ٢٠٠١، Ghobarah و Abou Elfath [6]، رفتار غیر الاستیک یک سازه با سه سقف بتنی و مقاوم‌سازی شده با دو گزینه مهاربند ضربدری و مهاربند واگرای هشت با اتصال برشی در راس مهاربندها را، در نرم‌افزار DRAIN مدل‌سازی نموده و نشان داده‌اند که تحت اثر دوازده زلزله مهم و متفاوت، قاب مهاربندی شده واگرا رفتار غیرترد اطمینان‌بخشی دارد.

          در سال 1380 (2001)، در مقاله‌ای که توسط خیرالدین [7]، در دومین همایش بین‌المللی ساختمان‌های بلند ارائه شد، رفتار خطی یک ساختمان ده طبقه بتنی با مهاربند فولادی ضربدری بررسی و نتیجه‌گیری شده‌است که درصد برش جذب شده در طبقات پایینی ساختمان توسط مهاربند ٦٠% و توسط قاب ٤٠% می‌باشد. به‌علاوه، وجود مهاربند در طبقات بالا، موجب افزایش تغییرمکان جانبی قاب خواهد شد. اما به طور کلی استفاده از مهاربند ضربدری، تغییرمکان جانبی قاب را حدود ٥٠% کاهش می‌دهد. همین محقق در مقاله دیگری، استفاده از مهاربند هشت با فاصله میانی در قاب بتن‌آرمه را مورد بررسی قرار داده است[8] و مشخص نموده است که استفاده از این مهاربندها در ساختمان ٥ طبقه، در تمامی طبقات مفید است، اما در ساختمان‌های ١٠ و ١٥ طبقه، موجب ایجاد برش منفی در طبقات بالایی و بام ساختمان می‌گردد.

          در سال ٢٠٠٧، et.al Youssef [9] با انجام آزمایشاتی بر روی قاب بتنی با و بدون مهاربند ضربدری و مقایسه دو حالت، به این نتیجه رسیده‌اند که درنظر گرفتن ضریب رفتار متداول قاب خمشی بتن مسلح با شکل‌پذیری متوسط، برای قاب بتنی مقاوم شده با مهاربند فولادی کافی و مناسب است. همچنین پیش‌بینی شده است که درصورت استفاده از سیستم قاب خمشی بتنی همراه با مهاربند فولادی، وزن سازه در حدود ٣٥ درصد کاهش می‌یابد.

3 –  مدل‌سازی

همان‌طور که اشاره شد، هدف این مطالعه بررسی اندرکنش قاب خمشی بتنی با مهاربندهای فولادی با شکل‌های گوناگون، در محدوده رفتار خطی مصالح می‌باشد. برای انجام این کار، سه ساختمان بتنی با تعداد طبقات ٥ ، ١٠ و ١٥ طبقه با پلان نشان داده شده در شکل(1) مورد مطالعه قرار گرفته است. برای بررسی اثر نسبت دهانه به ارتفاع، تعداد و ابعاد دهانه‌ها در جهت‌های X و Y متفاوت انتخاب شده است. در هر دو جهت شش دهانه مهاربندی شده به صورت متقارن در پلان، در نظر گرفته شده است تا بتوان از اثرات پیچش صرف‌نظر نمود.

1

شکل1   پلان ساختمان

          آنالیز سازه به‌صورت خطی و توسط نرم‌افزار ETABS انجام می‌شود. برای مدل‌سازی، مقاومت فشاری بتن  ، تنش تسلیم آرماتورهای فولادی  و تنش جاری شدن فولاد مهاربندها  ، درنظر گرفته شده است. طراحی اعضای قاب بتنی بر اساس آیین‌نامه ACI 318 [10]، به روش مقاومت نهایی و طراحی مهاربندهای فولادی بر اساس آیین‌نامه AISC-ASD [11] و به روش تنش مجاز انجام شده‌است.

          بارهای وارد بر ساختمان در دو دسته کلی بارهای ثقلی و بارهاي جانبی درنظر گرفته شده است. بارهای ثقلی شامل بار مرده اعمالی به کف‌ها معادل  و بار زنده برابر  است. ضریب زلزله ساختمان ١٥% منظور شده که مطابق آیین‌نامه ٢٨٠٠ [12]، ضریب زلزله یک ساختمان بتنی، با همین حدود ارتفاع، واقع در مناطق زلزله‌خیز شدید، با درجه اهمیت متوسط و ضریب رفتار ٥/٥ است. وزن ساختمان جهت اعمال نیروی زلزله با توجه به آیین‌نامه ٢٨٠٠، معادل وزن اعضا، بار مرده کل و ٢٠% بار زنده منظور شده‌است.

          ستون‌های هر ساختمان از بین مقاطع تیپ؛ 30×30 ، 40×40 ، 50×50 ، 60×60 ، 70×70 ، 80×80 و 90×90 سانتی‌متر انتخاب شده و برای تیرها دو مقطع تیپ 30×30 و 35×35 سانتی‌متر در نظر گرفته شده است. از میان شکل‌های مهاربندی رایج، پنج شکل که کارایی و سختی جانبی بیشتری نسبت به سایر شکل‌ها دارند انتخاب می‌شوند (شکل 2). هریک از این پنج شکل مهاربندی برای هر سه تیپ ساختمان 5 ، 10 و 15 طبقه درنظر گرفته می‌شود که در مجموع پانزده سازه تحلیل و طراحی می‌شوند. برای طراحی مهاربندها مقاطع توخالی شامل مجموعه مقاطع استاندارد HSS و PIPE درنظر گرفته شده‌است. دلیل این انتخاب آن است که به علت تقارن مقطع، استفاده از این مقاطع برای طراحی مهاربندها مناسب و رایج است و امکان مقایسه نتایج با سایر بررسی‌های انجام شده ممکن می‌گردد و همچنين مجموعه مقاطع، گستره مناسبی از سطح مقطع و ممان اینرسی مقطع را می‌پوشانند که درنتیجه مقدار خطای طراحی کم می‌شود (تعداد 129 مقطع متفاوت در این لیست وجود دارد).

2                 (ث)                              (ت)                                (پ)                               (ب)                                (الف)

شکل2   شکل‌های مهاربندی درنظر گرفته شده

(الف) ضربدری (X)،  (ب) هشت (In.V)،  (پ) هفت (V)،  (ت) تک قطری زیگزاگ (Z)،  (ث) لوزی  (R)

          روش طراحی به این صورت است که ابتدا ساختمان با تعداد طبقات مشخص، مقاطع بتنی 30×30 سانتی‌متر برای تیرها و ستون‌ها و یکی از شکل‌های مهاربندی مدل‌سازی می‌شود. سپس پروسه تحلیل – طراحی مهاربندها تکرار می‌شود تا مقاطع مهاربندها در تحلیل و طراحی یکسان شود. پس از آن، مقاطع غیرمجاز ستون‌ها و تیرها اصلاح می‌گردد و بار دیگر تحلیل و طراحی فولادی مهاربندها تکرار می‌شود. این روش تا انتخاب مقاطع مناسب هم برای مهاربندها و هم برای اعضای قاب ادامه می‌یابد. به این ترتیب ضمن آنکه مقاطع بهینه مهاربندها توسط برنامه انتخاب می‌شود، برای ستون‌ها و تیرها نیز کوچکترین مقطع تیپ ممکن اختصاص داده می‌شود. پس از انجام طراحی تمامی ساختمان‌ها، مشخص شد که در بیش از ٩٨% موارد، مقطع تیپ 30×30 سانتی‌متر برای تیرها کافی است و تنها در چند مورد از مقطع 35×35 سانتی‌متر استفاده شد. شایان ذکر است که با توجه به نتایج آزمایش ارائه شده در مرجع [9]، قاب بتنی از نوع قاب معمولی است و ضوابط مناطق زلزله‌خیز در آن رعایت نشده است.

4 –  بررسی و مقايسه نتايج

4-1-    بررسی سختی قاب بتنی با و بدون مهاربند فولادی 

اولین و مهم‌ترین اثر وجود مهاربند در قاب بتنی، افزایش سختی قاب بتنی است اما این سوال وجود دارد که کدام‌یک از شکل‌های مهاربندی سختی جانبی بیشتری را در قاب ایجاد می‌نمایند. در ادامه، نمودار نسبت تغییرمکان هر طبقه از قاب بتنی بدون مهاربندی به قاب مهاربندی شده در دو جهت x  و y، در اثر نیروی جانبی یکسان، برای هر سه تیپ ساختمان پنج ، ده و پانزده طبقه ارائه می‌شود. با بررسی نمودارهاي 1 ، 2 و 3 می‌توان به این نتایج دست یافت :

–  به طور کلی اضافه کردن مهاربند به قاب خمشی، موجب افزایش سختی جانبی سازه می‌شود اما با افزایش ارتفاع ساختمان، مقدار تغییر سختی کمتر می‌شود یعنی مشارکت مهاربند در تحمل بار جانبی کاهش می‌یابد.

–  هرچه دهانه مهاربندی شده بزرگتر باشد، تاثیر مهاربند افزایش خواهد یافت، درنتیجه دهانه‌ای که برای مهاربندی کردن درنظر گرفته می‌شود حتی‌الامکان باید عريض باشد تا سیستم بازدهی بیشتری داشته باشد.

–  با افزایش ارتفاع ساختمان، حساسیت سختی جانبی سازه نسبت به عامل شکل هندسی مهاربند کم می‌شود، به خصوص اگر دهانه کوچک باشد تقریبا تمام مهاربندها سختی جانبی نسبتا یکسانی تولید می‌کنند.

–  مهاربند ضربدری بیشترین اثر را در افزایش سختی جانبی قاب بتنی دارد . پس از مهاربند ضربدری و درصورت عدم امکان مسدود نمودن دهانه، مهاربند هشت بیشترین سختی را تولید می‌کند.

–  در کلیه تیپ‌های ساختمان و هر دو اندازه دهانه، مهاربند هفت کمترین سختی جانبی را تولید می‌کند.

–  روش استفاده از مهاربند برای بهبود سختی جانبی قاب خمشی بتنی، بهترین کارایی را در طبقات اول تا ششم دارد و در طبقات بالاتر اگرچه دارای بازدهی کمی در افزایش سختی جانبی قاب می‌باشد اما هیچ‌گاه برش منفی ایجاد نمی‌نماید.

–  اگر بخواهیم بهترین شکل‌های مهاربندی را برای بهبود سختی جانبی یک قاب موجود نام ببریم، این شکل‌ها به ترتیب کاهش کارایی عبارتند از : مهاربند ضربدری، مهاربند هشت و مهاربند تک قطری زیگزاگ.    

4-2-    سهم برش جذب شده توسط قاب خمشی بتنی و مهاربندهای فولادی 

در نمودارهای 4، 5، 6، 7، 8 و 9 درصد برش جذب شده توسط قاب بتنی و مهاربندهای فولادی در هر طبقه ساختمان و در هر دو جهت دیده می‌شود. در این نمودارها خط‌پر نماینده قاب مهاربندی‌ شده و خط‌چین نماینده قاب خمشی است.

          با بررسي نمودارها اثر بسیار قابل‌توجه اندازه دهانه مهاربندی‌شده بر مقدار برش جذب شده توسط مهاربند به خوبي مشاهده مي‌شود. نسبت دهانه به ارتفاع طبقه در جهت X ؛  و در جهت Y ؛     می‌باشد. همان‌طور که مشاهده می‌شود درصد جذب برش توسط مهاربند در دهانه کوچکتر، بدون توجه به ارتفاع ساختمان، کمتر است و این تفاوت بسیار قابل‌توجه می‌باشد به نحوی که در ساختمان‌ ١٥ طبقه و در جهت Y ، سهم برش جذب شده توسط مهاربند تقریبا نصف برش جذب شده توسط قاب است. بنابراین نمی‌توان بدون منظور کردن پارامتر اندازه دهانه به بررسی اثر و کارایی مهاربند فولادی در قاب بتنی پرداخت و عدد یا محدوده‌ای را برای سهم مهاربند در تولید سختی جانبی بیان نمود. همچنین می‌توان به راحتی مشاهده نمود که روش استفاده از مهاربند فولادی در قاب بتنی برای بهبود رفتار لرزه‌ای قاب، با تاثیر توام افزایش ارتفاع و کاهش دهانه، عملا اثر خود را از دست می‌دهد و پارامتر اندازه دهانه‌های قابل قراردادن مهاربند، در انتخاب این روش به عنوان گزینه نهایی مقاوم‌سازی بسیار موثر است و درصورتی‌که دهانه‌هایی که در آن‌ها مهاربند قابل نصب است‌، کوچک باشند استفاده از این روش مفید یا اقتصادی نخواهد بود.

          نکته دیگر، اثر ارتفاع قاب در کارایی روش است. مشاهده می‌شود که با افزایش ارتفاع، سهم مهاربند از کل برش وارد بر هر طبقه کاهش می‌یابد، به عنوان مثال مهاربندهای طبقه دوم قاب ٥ طبقه بیشتر از همان مهاربندها در قاب ١٥ طبقه در تحمل برش وارد بر سازه نقش دارند. برخلاف آنچه در مرجع [7] آمده است، مشاهده می‌شود که در هیچ طبقه‌ای از ساختمان‌های ١٠ و ١٥ طبقه، مهاربند برش منفی (یعنی برش در جهت محرک) تولید نمی‌کند و مهاربندهای بام حتی در جهت Y نیز درحدود ٢٠% برش کل را تحمل می‌کنند. این اختلاف در نتایج احتمالا به دلیل اختلاف پروسه طراحی در دو مورد است. در مرجع [7] تنها به این مقدار توضیح درباره روش طراحی بسنده شده است که قاب بتنی برای ٢٥% برش کل طراحی می‌شود و پس از آن در طرح مهاربندها ١٠٠% برش کل منظور می‌شود. احتمالا این فرض که طراحی بر اساس آن انجام شده، چندان صحیح نمی‌باشد و موجب ایجاد اثر منفی مهاربندها در طبقات بالایی ساختمان شده است. به هر حال در بررسی‌هاي انجام شده به خوبی مشاهده می‌شود که مهاربندها در طبقات یک تا پنج کلیه قاب، بیشترین اثر را دارند و در طبقات بالایی با شیب نسبتا ثابتی از اثر آن‌ها کاسته می‌شود.

           اگر به نوع مهاربندها توجه شود نکات جالبی مشاهده خواهد شد. در قاب ٥ طبقه مهاربند ضربدری در هر دو جهت، رفتار متفاوتی با سایر شکل‌های مهاربندی دارد و سهم برش سایر شکل‌های مهاربندی در طبقات بالایی بیشتر از طبقات زیرین است. اما سهم برش مهاربند ضربدری در طبقات بالایی کاهش می‌یابد و نمودار مربوط به آن شیب منفی دارد. با افزایش ارتفاع کل، در ساختمان‌های ١٠ و ١٥ طبقه، رفتار این شکل‌ مهاربندی با سایر شکل‌ها هماهنگ می‌گردد. اثر اندازه دهانه بر سختی هر شکل مهاربندی نیز قابل‌توجه است. در جهت X با  ، مهاربندهای ضربدری و هشت تقریبا مشابه یکدیگر عمل می‌کنند و سهم برش بیشتری را جذب می‌نمایند. در جهت Y که  ، سهم برش مهاربند ضربدری نسبت به سایر مهاربندها به ارتفاع ساختمان وابستگی بیشتری دارد. سهم برش این مهاربند نسبت به سایر مهاربندها، در ساختمان ٥ طبقه در طبقات پایین بیشتر و در بام کمتر است، در ساختمان ١٠ طبقه در تمامی طبقات سهم کمتری دارد و در ساختمان ١٥ طبقه در تمامی طبقات سهم بیشتری دارد. سایر مهاربندها نیز به همین ترتیب رفتار ثابت و مشخصی از خود نشان نمی‌دهند و تنها نتیجه‌گیری مشخصی که می‌توان انجام داد آن است که مهاربند هفت در جهت Y نیز همانند جهت X، ضعیف‌ترین شکل‌ مهاربندی در میان پنج شکل مورد بررسی است.

          نکته قابل‌توجه دیگر آن که به جز شکل مهاربندی ضربدری در قاب 5 طبقه، سهم برش طبقه اول در کلیه قاب‌ها و هر دو جهت تقریبا ١٠% کمتر از سهم برش طبقه دوم است.

4-3-    بررسی شکل‌ مهاربندی مناسب برای مقاوم‌سازی یک قاب بتنی :

از آنجا که قاب بتنی طراحی شده برای هر شکل مهاربندی با شکل دیگر متفاوت است، می‌توان بهترین شکل مهاربندی برای مقاوم‌سازی قاب موجود را تعیین نمود. برای این منظور درصد برش جانبی قابل تحمل برای هر قاب بتنی بدون وجود مهاربند تعیین می‌گردد.

         با بررسی نمودار(10) می‌توان به نتایج زیر دست یافت :

   – تقریبا می‌توان گفت که قاب بتنی مربوط به مهاربند ضربدری ضعیف‌ترین قاب است یعنی مهاربند ضربدری بهترین عملکرد را در افزایش مقاومت قاب بتنی دارد که این نتیجه با نتایج قسمت‌های قبل هماهنگ است.

   – از آنجا که نحوه انتقال نیروی محوری مهاربند به ستون در مهاربند ضربدری و مهاربند تک قطری زیگزاگ تقریبا یکسان است، رفتار قاب مربوط به این دو نوع مهاربند مشابه است، اما قاب بتنی مربوط به مهاربند تک قطری زیگزاگ قوی‌تر است چون نیروی جانبی هر طبقه تنها توسط یک مهاربند تحمل می‌شود اما در نوع ضربدری این نیرو بین دو مهاربند تقسیم می‌شود.

   – همان‌طور که انتظار می‌رود عملکرد مهاربند هشت در افزایش سختی قاب بتنی تقریبا معادل مهاربند ضربدری است و حتی مشاهده می‌شود که در ساختمان پنج طبقه عملکرد بهتری دارد.

   – مهاربندهای نوع هفت و لوزی کمترین کارایی را در بهبود رفتار قاب دارند.

نمودار1   نسبت تغییرمکان جانبی قاب خمشی به قاب مهاربندی‌شده ، برای دو جهت x و y ، ساختمان ٥ طبقه

نمودار2    نسبت تغییرمکان جانبی قاب خمشی به قاب مهاربندی‌شده ، برای دو جهت x و y ، ساختمان 10 طبقه

نمودار3    نسبت تغییرمکان جانبی قاب خمشی به قاب مهاربندی‌شده ، برای دو جهت x و y ، ساختمان 15 طبقه

نمودار4   درصد برش جذب شده توسط قاب و مهاربند در جهت X در ساختمان ٥ طبقه

نمودار5   درصد برش جذب شده توسط قاب و مهاربند در جهت Y در ساختمان ٥ طبقه

نمودار6   درصد برش جذب شده توسط قاب و مهاربند در جهت X در ساختمان ١٠ طبقه

نمودار7   درصد برش جذب شده توسط قاب و مهاربند در جهت Y در ساختمان ١٠ طبقه

نمودار8   درصد برش جذب شده توسط قاب و مهاربند در جهت X در ساختمان ١5 طبقه

نمودار9    درصد برش جذب شده توسط قاب و مهاربند در جهت Y در ساختمان ١٥ طبقه

نمودار10    ماکزیمم درصد برشی که قاب بتنی به تنهایی می‌تواند تحمل کند

5 –  نتیجه‌گیری

از آنچه در بالا ارائه شد، می‌توان به نتایج کلی زیر دست یافت :

1-  استفاده از مهاربند فولادی در قاب بتنی موجب افزایش سختی جانبی قاب بتنی می‌گردد اما میزان کارایی روش وابسته به  برآیندی از دو عامل اندازه دهانه مهاربندی شده و ارتفاع قاب است.

2-  دهانه‌هایی که برای قرار دادن مهاربند انتخاب می‌شوند باید حتی‌الامکان بزرگ باشند زیرا انتخاب دهانه‌های با نسبت  موجب افت شدید کارایی روش می‌گردد و استفاده از آن را غیربهينه می‌نماید.

3-  ساختمان‌های با حدود شش طبقه و کمتر، بهترین گزینه‌ها برای استفاده از این روش مقاوم‌سازی می‌باشند. اگرچه این روش در سایر ساختمان‌ها نیز موجب افزایش سختی جانبی می‌گردد اما بازدهی آن پایین است.

4-  در ساختمان‌های متوسط (حدود 5 طبقه) و درصورت انتخاب دهانه مناسب، می‌توان ظرفیت نیروی جانبی اعمالی را حتی تا سه برابر افزایش داد و نیز از تغییرمکان جانبی سازه تا 75% کاست.

5-  انتخاب روش طراحی مناسب در کارایی این سیستم تاثیر قابل‌توجهی دارد و انجام فرضیات نامناسب در طراحی می‌تواند موجب تولید برش منفی در طبقات بالایی ساختمان گردد.

6-  بهترین شکل مهاربندی برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی، مهاربند ضربدری است و درصورت عدم امکان مسدود نمودن دهانه، استفاده از مهاربند هشت توصیه می‌گردد.

6 –  مراجع

]1 [  تسنیمی، عباسعلی، “مقاوم‌سازی قاب‌های بتن مسلح به کمک بادبندهای فولادی”، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران، (١٣٧٩).

[2]     Badoux, M., and Jirsa, J. O., “Steel Bracing of RC Frames For Seismic Retrofitting”, Journal of Structural Engineering, No. 1, Vol. 116, PP. 55-74, (1990).

[3]    Bush, T. D., Jones, E. A., and Jirsa, J. O., “Behavior of RC Frame Strengthened Using Structural Steel Bracing”, Journal of Structural Engineering, No. 4, Vol. 117, PP. 1115-1126, (1991).

[4]   Maheri, M. R., and Sahebi, A., “Experimental Investigations of Steel – Braced Reinforced Concrete  Frames”,   Proceedings of Second International Conference on Seismology and Earthquake Engineering, Tehran, Islamic Republic of Iran, (1995).

[5]   Masri, A.C., and Goel, S.C., “Seismic Design and Testing of an RC Slab-Column Frame Strengthened by Steel Bracing”, Earthquake Spectra, Vol. 12, No. 4, PP. 645-666, (1996).

[6]     Ghobarah, A., and Abou Elfath, H., “Rehabilitation of A Reinforced Concrete Frame Using Eccentric Steel Bracing”, Engineering Structures, Issue 7, Vol. 23, PP. 745-755, (2001).

]7 [ خیرالدین، علی، “بررسی اندرکنش بادبند فلزی و قاب بتن‌آرمه در ساختمان‌های بلند”، دومین همایش بین‌المللی ساختمان‌های بلند، (1380).

]8 [  خیرالدین، علی، و شمخالی مقدم، مجید، “بررسی رفتار بادبندهای واگرا در قاب‌های بتن‌آرمه موجود”، دومین همایش بین‌المللی ساختمان‌های بلند، (1380).

[9]     Youssef, M. A., Ghaffarzadeh, H., and Nehdi, M., “Seismic Performance of RC Frames With Concentric Internal Steel Bracing”, Engineering Structures, Issue 7, Vol. 29, PP. 1561-1568, (2007).

[10]  ACI Committee 318, “Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary  – ACI 318R-05”, American Concrete Institute, Framing Hills, MI, USA, (2005).

[11]   AISC, “Manual of Steel Construction”, American Institute of Steel Construction, New York, (2001).

“آيين‌نامه طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800″، ويرايش سوم، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن وزارت مسكن و شهرسازي، (1385). [12]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *