بادبند چیست؟ کاربرد و انواع بادبند
مهاربند یا بادبند چیست؟
وقتی از مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی صحبت میکنیم، اولین پرسش این است که بادبند چیست و چگونه میتواند از بروز خرابی جلوگیری کند. مهاربند یا بادبندها، یک سیستم ساختاری مهم، شامل تعدادی عضو مثل تیرها و ستونها میشوند که به شکلهای متفاوتی مثل ضربدری، ویشکل و یا دیگر الگوها در سازه قرار میگیرند. این اعضا با اتصال به بخشهای مختلف ساختمان، به توزیع و انتقال نیروهای جانبی به قسمتهای مقاومتر سازه کمک میکنند. درکل، باد بندها به خاطر تواناییشان در جذب و توزیع انرژی ناشی از زلزله، نقش حیاتی در پیشگیری از آسیبهای جدی به سازه ایفا میکنند.
در سازههای بتنی و فولادی، اجرای مهاربندها برای مقاومسازی ساختمان بسیار رایج است. این سیستمها به شکل قابل توجهی میتوانند از تغییر شکلهای ناخواسته سازه جلوگیری کنند و به بیشتر شدن پایداری ساختمان در مقابل نیروهای مخرب کمک کنند. علاوه بر همه اینها، باد بندها میتوانند به کم شدن هزینههای تعمیر و نگهداری بعد از وقوع زلزله یا بادهای شدید کمک کنند، چرا که با توزیع مناسب نیروها، خرابیهای احتمالی به کمترین حالت خود میرسد.
اهمیت سیستمهای مهاربند در صنعت ساختمانسازی وقتی به وضوح مشخص میشود که ساختمانها در معرض نیروهای جانبی قرار میگیرند. در این شرایط، وجود یک سیستم مقاوم و کارآمد میتواند از فروپاشی ساختمان ممانعت کند و جان ساکنان را نجات دهد. به همین خاطر، انتخاب و طراحی مناسب مهاربندها در مراحل اولیه ساخت و ساز از اهمیت بالایی برخوردار است.
اهمیت و کاربرد بادبند در ساختمان
برای هر مهندس سازه، پاسخ به این پرسش که بادبند چیست به معنای آشنایی با یکی از مهمترین روشهای مقاومسازی است. هدف از نصب بادبند یا مهاربند در ساختمان، جلوگیری از تأثیر نیروهای جانبی و بارهای اضافی بوده که امکان دارد منجر به تخریب سازه شوند. بادبند با مهار این نیروهای مخرب، به کاهش خطر تلفات انسانی در حوادثی مثل زلزله کمک کرده و خسارات مالی را به کمترین حالت خود میرساند. یکی از اصول مهندسی زلزله شناخت این است که بادبند چیست و چرا به عنوان یک عنصر ضروری در سازهها محسوب میشود. طراحی و اجرای انواع باد بندها، بهویژه در کشور ما که اغلب مناطق آن زلزلهخیز هستند، از اهمیت خاصی برخوردار است و به توجه دقیق کارفرمایان نیاز دارد. مهندسان برای کاهش هزینههای اجرای مهاربندها، باید قیمت روز پروفیل قوطی را بررسی کرده و متناسب با بودجه، بهترین نوع پروفیل را انتخاب کنند.
تاریخچه استفاده از بادبند یا قاب مهاربندی در ساختمان
استفاده از قابهای مهاربندی در ساختمان ها برای مقابله با بارهای ناشی از باد به سال های پایانی قرن 19 و اوایل قرن 20 برمی گردد. در سال های ابتدایی و در موارد اولیه، قاب های مهاربندی معمولا همراه با قابهای خمشی و قاب هایی با میانقاب های بنایی برای ایستادگی در برابر بارهای جانبی مورد استفاده قرار می گیرند. نمونه های اولیه قاب های مهاربندی شده در قرن 19 و پل ها و ساختمان های صنعتی مشاهده شد.
سیستم های با قاب مهاربندی با انتقال بارها به اعضای انتخاب شده در قاب و گسترش این بارها به صورت نیروی محوری در این اعضا در برابر بارهای جانبی ایستادگی می کنند. بنابراین تنها درصد کمی از نیروهای جانبی اعمال شده به یک قاب مهاربندی توسط عملکرد خمشی در اتصالات خمشی تحمل می شود. شکل هندسی مهاربندها در قاب های مهاربندی شده اولیه به صورت زانویی یا X شکل است. این مهاربندها تنها برای تحمل نیروی محوری کششی طراحی و استفاده می شدند.
در سال های 1960 و 1970 همراه با انتشار قوانین جزئی تر و دقیق تر، سیستم های کامل تر مهاربندی طراحی شده و گسترش یافتند. این سیستم های مهاربندی در مناطق با خطر بالای لرزش زمین، توانستند از محبوبیت قابل توجهی برخوردار شوند. دلیل این محبوبیت اولا صرفه جویی در مصرف مصالح نسبت به قاب های خمشی بود و علاوه بر این جابجایی قاب در اثر نیروهای اینرسی شدید وارد از طرف زمین می توانست کنترل شود. مزایای استفاده از این نوع سیستم پس از زلزله San Fernando در سال 1971 بیشتر مورد توجه قرار گرفت.
انواع بادبند ساختمان
در طراحی سازههای مدرن، پاسخ به این سؤال که انواع بادبند چیست و هرکدام چه نقشی در تضمین پایداری و ایمنی دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. سیستمهای بادبند در ساختمان به دو دسته اصلی سیستمهای باد بندی همگرا و واگرا تقسیم میشوند. هر یک از این سیستمها دارای ویژگیها و کاربردهای خاصی هستند که بسته به نیازهای سازهای و نوع ساختمان انتخاب میشوند. اما مفهوم سیستم واگرا یا همگرا در بادبند چیست؟
سیستمهای بادبندی همگرا (Concentric Bracing Systems)
در سیستمهای باد بندی همگرا، اعضای بادبند به گونهای طراحی میشوند که محور آنها در یک نقطه یا یک خط مشترک به هم میرسند و به ستونها یا تیرها متصل میشوند. این سیستمها بیشتر در ساختمانهای فولادی و سازههای فلزی استفاده میشوند و به دلیل سادگی و کارایی بالا، یکی از رایجترین انواع مهاربندها هستند.
مزایا:
سختی و مقاومت بالا: به دلیل همگرایی نیروها در یک نقطه، این سیستمها میتوانند به طور موثری نیروهای جانبی مانند زلزله و باد را مهار کنند.
اجرای ساده: نصب و اجرای این سیستمها نسبت به سیستمهای واگرا سادهتر است.
هزینه کمتر: به دلیل استفاده کمتر از مصالح و پیچیدگی کمتر در طراحی و اجرا، هزینههای مرتبط با این سیستمها معمولاً کمتر است.
معایب:
تغییر شکلهای موضعی: در برخی موارد، همگرایی نیروها میتواند منجر به تمرکز تنش و تغییر شکلهای موضعی شود.
محدودیت در طراحی معماری: به دلیل قرارگیری مهاربندها در مسیر دید و استفاده از فضا، ممکن است محدودیتهایی در طراحی معماری ایجاد شود.
انواع بادبند همگرا
باد بندهای همگرا (Concentric Bracing) انواع مختلفی دارند که هرکدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند. این بادبند ها با توجه به نوع قرارگیری اعضا و شکل تشکیلدهنده آنها به دستههای خاصی تقسیم میشوند. برخی از مهمترین انواع مهاربندهای همگرا عبارتند از:
بادبند ضربدری: اعضای باد بندی به شکل یک ضربدر (X) در میان دهانههای ساختمان قرار میگیرند. هر یک از اعضا، نیروهای فشاری و کششی را تحمل میکنند و به مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی کمک میکنند.
مهاربند هفتی: در این نوع، دو عضو باد بندی از دو گوشه بالایی یک دهانه به یک نقطه مشترک در ستون یا تیر وسط دهانه متصل میشوند. این شکل به صورت حرف “V” یا “7” است.
بادبند هشتی: این نوع قاببندی شبیه به بادبند ۷ است، با این تفاوت که اعضا به صورت معکوس از پایین دهانه به نقطهای در بالای دهانه متصل میشوند و شکلی شبیه به حرف “Λ” یا “V” برعکس ایجاد میکنند.
مهاربند K شکل: در حالت k شکل، دو عضو مهاربندی از وسط ستون به نقاطی در تیرهای بالایی و پایینی دهانه متصل میشوند و شکلی شبیه به حرف “K” ایجاد میکنند.
بادبند قطری: در این سیستم، تنها یک عضو باد بندی به صورت قطری (مورب) در یک دهانه نصب میشود.
بادبند زانویی: سیستم قاب مهاربندی شده زانویی یکی از روشهای نوین و مؤثر در اتلاف انرژی ناشی از بارهای دینامیکی است که دارای شکلپذیری بالا و سختی جانبی مناسب است. در سیستم قاب مهاربندی شده واگرا، تسلیم اتصال کوتاه در زلزلههای شدید از کمانش قاب جلوگیری میکند.
مهاربند دروازهای: مهاربند دروازهای با نامهای دیگری مانند مهاربند پردهای، مهاربند چندضلعی، مهاربند Y شکل و مهاربند خیمهای نیز شناخته میشود. اگر این مهاربند از ۶ عضو تشکیل شده باشد، به آن مهاربند دروازهای دو لنگه گفته میشود. در صورتی که مهاربند از ۳ عضو تشکیل شده باشد، به آن مهاربند دروازهای تک لنگه یا Y شکل میگویند.
هر یک از این انواع بادبندهای همگرا میتوانند بسته به نیاز سازهای، نوع ساختمان و شرایط محیطی مورد استفاده قرار گیرند. انتخاب صحیح نوع بادبند تاثیر زیادی بر عملکرد لرزهای و پایداری کلی ساختمان دارد.
سیستمهای بادبندی واگرا (Eccentric Bracing Systems)
در سیستمهای بادبندی واگرا، برخلاف سیستمهای همگرا، محور اعضای بادبند در یک نقطه یا خط مشترک به هم نمیرسند و به جای آن، با یک فاصله مشخص از یکدیگر قرار میگیرند. این فاصله باعث ایجاد یک بخش غیرهمگرا (واگرا) میشود که نیروها را از مسیر مستقیم عبور نمیدهد. این سیستمها معمولاً در ساختمانهایی که نیاز به طراحیهای انعطافپذیرتر و معماری خاص دارند، استفاده میشوند.
مزایا:
کاهش تغییر شکلهای موضعی: با توجه به فاصلهای که بین اعضای بادبند وجود دارد، تمرکز تنش و تغییر شکلهای موضعی کاهش مییابد.
افزایش انعطافپذیری در طراحی معماری: این سیستمها به معماران اجازه میدهند تا طراحیهای آزادانهتری داشته باشند و از فضاهای داخلی بهینهتری استفاده کنند.
جذب انرژی بیشتر: سیستمهای واگرا قادر به جذب انرژی بیشتری هستند که میتواند در برابر زلزلههای قویتر مؤثر باشد.
معایب:
پیچیدگی بیشتر در طراحی و اجرا: به دلیل نیاز به محاسبات دقیقتر و طراحیهای پیچیدهتر، این سیستمها از نظر اجرای فنی چالشبرانگیزتر هستند.
هزینه بالاتر: استفاده از مصالح بیشتر و طراحی پیچیدهتر میتواند منجر به افزایش هزینهها شود.
انواع بادبند واگرا
باد بندهای واگرا (Eccentric Bracing Systems) از جمله سیستمهای مقاوم در برابر زلزله هستند که در طراحی سازهها به کار میروند. در این نوع میانقاب، برای جلوگیری از کمانش اعضای فشاری و همچنین بهبود شکلپذیری سازه، از تیرهای پیوند (Link Beams) استفاده میشود. انواع مختلف باد بندهای واگرا بر اساس تعداد اعضای قطری و تیرهای پیوند به شرح زیر است:
بادبند واگرا با یک عضو قطری و یک تیر پیوند: یک عضو قطری به یک تیر پیوند متصل میشود. تیر پیوند در این سیستم نقش جذب انرژی و تغییرشکلهای پلاستیک را ایفا میکند.
بادبند واگرا با دو عضو قطری و دو تیر پیوند: دو عضو قطری به دو تیر پیوند متصل میشوند. این سیستم به دلیل داشتن دو تیر پیوند، قابلیت جذب انرژی بیشتری دارد و پایداری بیشتری در برابر نیروهای لرزهای ایجاد میکند.
بادبند واگرا با دو عضو قطری و یک تیر پیوند: دو عضو قطری به یک تیر پیوند متصل میشوند. این سیستم ترکیبی از سختی بیشتر و شکلپذیری را فراهم میکند.
بادبند واگرا با یک عضو قطری و دو تیر پیوند: این نوع کمتر معمول است، و شامل یک عضو قطری است که به دو تیر پیوند متصل میشود. این سیستم نیز به نوبه خود ترکیب خاصی از سختی و شکلپذیری را به سازه اضافه میکند.
سایر انواع بادبند ساختمان
بادبند عمودی یا قائم
این نوع مهاربندها در صفحات عمودی بین ستونها قرار میگیرند تا بارهای اضافی را بهصورت عمودی به زمین منتقل کنند. در بیشتر سازههای فلزی، برای افزایش مقاومت در برابر پیچخوردگی ناشی از نیروهای عمودی اضافی، استفاده از این نوع بادبندها ضروری است.
بادبند افقی
بادبندها میتوانند بهصورت افقی نیز در سازه طراحی شوند. این عناصر در هر طبقه مسیری برای انتقال نیروهای افقی به بادبندهای عمودی ایجاد میکنند. بنابراین، در ساختمانهای مقاوم از بادبندهای افقی در هر طبقه استفاده میشود. همچنین در برخی پروژهها، بام ساختمان نیز به بادبند افقی نیاز دارد.
مهاربند دارای مقطع مرکب
مهاربند که یکی از اعضای مقام کننده در برابر باد و زلزله است برای سازههای متنوعی مانند پل، آپارتمان، پارکینگ و … به کار برده میشود. مهاربندهای هم مرکز زمانی که در مناطق زلزله خیز مورد استفاده قرار میگیرند با احتمال ناپایدار شدن قبل از تسلیم رو به رو میشوند، برای حل این معزل قوطیهای بتن را با بتن پر کنید و سپس از آن ها استفاده کنید. مقطع کامپوزیتی که مورداستفاده قرار میگیرد یک هسته فولادی با قابلیت شکل پذیری بالا دارد، هدف از طراحی این مقطع جاری شدن فشار و کشش است. از طرفی برای اینکه کمانش فشار به طور کلی حذف شود، هسته مورد استفاده را درون غلافی از جنس فولاد میگذارند و مانند قبل درون غلاف را بتن و ملات میریزند.
غلاف فولادی به عنوان مقاوم کننده طولی و عرضی عمل می کند و همچنین فشار محصور شدگی برای بتن فراهم می کند که بتن را تحت تنش در تمام جهات قرار می دهد. به عبارت دیگر پوسته فولادی، هسته بتنی را تقویت نموده و پایداری و مقاومت کششی کلی مقطع فولادی را افزایش می دهد. در هسته بتنی ممکن است بتن های معمولی یا بتن های خود تراک به کار برده می شود. در نتیجه با استفاده از مهاربندهای دارای مقاطع مرکب ظرفیت فشاری و کششی مقطع کلی افزایش یافته و حتی بعد از چندین حلقه رفت و برگشتی و وارد شدن به مرحله غیر الاستیک رفتار هیسترزیس مهاربند بهبود یافته زیرا که در این حالت با تغییر مودهای کمانشی و به تاخیر افتادن کمانش های موضعی، شکل پذیری مقطع افزایش می یابد.
مزایا و معایب قاب مهاربندی شده مرکب
در مقایسه با سایر سیستم های باربر جانبی از جمله قاب های خمشی یا قاب های مهاربندی شده معمولی، قاب مهاربندهای با مقاطع مرکب دارای مزایا و معایبی نیز هستند. برخی از این مزایا و معایب عبارتند از:
در مقایسه با قاب های خمشی دارای سختی الاستیک بالایی در تحریک لرزه ای بوده که این امر سبب ارضا آسان تر ضوابط آیین نامه ای در ارتباط با محدودیت تغییر مکان جانبی و گریز نسبی طبقات می شود.
قاب مهارشده مرکب بیشتر طول می کشد که وارد محدوده رفتار خمیری بشود، همچنین نسبت به مهاربند واگرا در مقابل رفتار الاستیک مقاوم تر است. این قاب برای کاهش تغییر مکان های جانبی بهتر عمل میکنند.
نصب قاب مهاربندی شده به دلیل اجرای اتصالات پینی یا پیچ و مهره ای به ورق های اتصال باعث کاهش هزینه های اقتصادی و زمان نصب و اجرا شده و از نظارت بر کارهای جوشکاری در محل می کاهد.
از دیگر مزایای قاب مهاربندی می توان به عملکرد آن ها در زلزله های بزرگ اشاره کرد. این مهار بندی به صورت فیوز سازه ای قابل تعویض عمل می کند که خرابی سایر المان ها را کاهش داده و امکان جایگزینی مهاربندهای معیوب را بعد از زلزله فراهم می آورد.
ایجاد محدودیت در معماری سازه از معایب پیاده سازی سیستم مهاربندی است. پیاده سازی مهاربندی به دلیل نیاز به مهارت و متد طراحی بالا، دقت بالاتری را نیاز دارد.
مقایسه انواع بادبند
به طور کلی عملکرد بادبندهای ضربدری نسبت به بادبند های V شکل یا همان بادبندهای هفتی و هشتی بهتر بوده و کاربرد بیشتری در ساختمان سازی دارند. بادبند های هفتی و هشتی معمولا در جاهایی که محدودیت هایی داخل قاب مهاربندی وجود دارد، کاربرد دارند. برای مثال: اگر نیاز به اجرای بازشو در قاب باشد، از این بادبندها استفاده می شود. چرا که بادبند هفتی از نظر بازشوی پنجره، باعث می شود تا فضای بیشتری ایجاد شود، ولی در مقایسه با بادبند هشتی از عملکرد ضعیف تری برخوردار است. استفاده از بادبندهای هفتی و هشتی به طور ترکیبی از نظر سازه ای جهت تعدیل نیروها بهتر است. بدین ترتیب که راس بادبند هفتی و هشتی باید بر روی یک تیر قرار گیرند.
در بادبند های هفتی و هشتی، اتصال میانی بادبند بر روی یک تیر قرار می گیرد که با عنوان تیر پیوند معرفی و شناخته می شود. برای تقویت این تیر پیوند در نقطه اتصال به مقاطع بادبند، از سخت کننده ها در ناحیه جان استفاده می شود. در صورت اجرای بادبند های هفتی و هشتی به صورت پا باز، تیر پیوند باید قوی تری باشد.
اتصالات بادبند
بادبندها در سازه های متداول دارای اتصالاتی شامل: پلیت های اتصال گوشه، گاست پلیت و لقمه ها هستند. دانستن و رعایت ضوابط و نکات اجرایی هر کدام از اتصالات بادبندها که منحصر بفرد هستند، ضروری است. چرا که عملکرد صحیح بادبند به عملکرد درست تک تک این اجزا و اتصالات بستگی دارد. اجرای اتصالات بادبندها به صورت جوشی یا پیچ و مهره ای یا ترکیبی از آن ها امکان پذیر است و اتصالات پیچ و مهره ای به صورت فلنجی یا اسپلایسی قابل اجرا می باشد.
مونتاژ و نصب بادبند
آشنایی با ماهیت و عملکرد بادبند ها در سازه ها مهم است، ولی نحوه اجرای صحیح بادبند ها که شامل مونتاژ و نصب آن ها می باشد، امری مهم تر و ضروری است که متاسفانه در ایران به درستی انجام نمی شود. به عبارتی، اجرای بادبندهایی که توسط پیمانکاران صورت می گیرد، فاقد کیفیت لازم است. در حقیقت عملکرد مناسب بادبندها در گرو اجرای صحیح و با کیفیت این المان های ضروری می باشد. در صورت عدم کارکرد درست سیستم های باربر جانبی، نمی توان از تخریب های اساسی در ساختمان ها جلوگیری کرد. سیستم های باربر جانبی که در قاب های خمشی اجرا می شوند، شامل اتصالات و در قاب های مفصلی شامل بادبند ها می شوند.
ضوابط اجرایی بادبند یا مهاربندها
در اجرای بادبندها لازم است ضوابطی در نظر گرفته شود که در ادامه به شرح آنها خواهیم پرداخت:
مهم است که از به کار بردن تیرهای لانه زنبوری و دوبل در تیر واسط خودداری شود؛ چراکه توانایی تحمل نیروی وارده را نخواهند داشت.
طول تیر واسط، از 0.2 طول کل دهانه بیشتر نشود.
در تیرهای واسط کمتر از 1 متر، علاوه بر سخت کننده، از یک جفت سخت کننده در میان تیر واسط نیز باید استفاده گردد.
زاویه میان عضو بادبند و تیر واسط بین 30 الی 60 درجه محدود شود.
لازم است ابتدا و انتهای طول تیرهای واسط با سخت کننده محکم شوند.
تفاوت های سیستم باربر جانبی بادبندی و قاب خمشی
سیستم های باربر جانبی مختلف در طراحی سازه بر اساس متد طراحی و مشخصات سازه مورد استفاده قرار می گیرند.
قاب های خمشی که شامل: اتصالات گیردار، دیوار برشی بتنی یا فولادی، یا سیستم های ترکیبی، به سیستم هایی اطلاق می شود که در حالت های معمولی، متوسط و ویژه بر اساس اهمیت ساختمان کاربرد دارند. ضریب رفتار قاب های خمشی در زلزله نسبت به قاب مهاربندی بزرگتر است. این ضریب در محاسبات نیروی زلزله تاثیرگذار است و منجر به کاهش آن می شود. لازم به ذکر است، پارامتر تعیین کننده دیگر در این قاب ها، دریفت است که افزایش می یابد و باید تحت کنترل باشد. کنترل دریفت در طراحی قاب های خمشی، بزرگتر و سنگین تر شدن مقاطع به خصوص افزایش عمق تیرها را به همراه دارد که از معایب سیستم قاب خمشی محسوب می شود. قاب های خمشی، بازشو ها را به صورت کامل تامین کرده که یک مزیت نسبت به بادبندها به ویژه در برج ها است که در چهار طرف نورگیر هستند.
خوب است بدانید، با استفاده از بادبند ها، محدودیت هایی در تامین نور ساختمان ایجاد می شود و اجرای آن نیز کمی دشوار است. همین باعث شده تا بسیاری از سازندگان در پروژه های خود از این سیستم سازه ای استفاده نکنند و سیستم سازه ای قاب خمشی همراه با یک هسته متشکل از دیوار های برشی در مرکز سازه را ترجیح می دهند. به طور کلی استفاده از بادبند در ساختمان هایی با سازه های فلزی که از دو سمت با ساختمان همسایه مجاور هستند و امکان تامین نور از آن سمت ها نیست، گزینه اول است.
خرید کتابهای دست دوم مهندسی عمران
خدمات گروه معماری هفت:
گروه معماری هفت متشکل از مهندسان معمار خبره در زمینه های زیر در خدمت شما عزیزان است:
طراحی ساختمان مسکونی
طراحی ساختمان اداری
طراحی ویلا
طراحی نما
اصلاح پلان
انجام پایان نامه معماری
انجام پروپوزال معماری
شیت بندی
با ما تماس بگیرید... 09122257213
مقالات دیگر
_______________________________________________________