مقاله تحلیلی: سیستم‌ های مهاربندی در یک ساختمان بلند مرتبه

سیستم مهاربندی (اجزای پایدارساز) یک ساختمان بلندمرتبه معمولاً از واحدهای مختلفی مانند قاب‌ها (تیرها و ستون‌ها)، دیوارهای برشی، دیوارهای برشی کوپله و هسته‌ها تشکیل می‌شود. همگی آن‌ها در سیستم مقاوم جانبی نقش دارند اما مشارکت آن‌ها ازنظر وزن و ماهیت بسیار متفاوت است. لذا لازم است طراح با آگاهی از رفتار آن‌ها سیستم مهاربندی بهینه را انتخاب کند.

فرض می‌شود که اجزای مهار جانبی در یک ساختمان در پایه خود کاملاً گیردار و در بالاترین نقطه خود مفصلی هستند. برای المان‌هایی که در پایداری نقشی ندارند، هر دو انتها به‌صورت مفصلی فرض می‌شوند.

انواع مختلف اجزای پایدارساز (المان‌های مهاربندی) در یک ساختمان عبارت‌اند از:

• ستون‌ها و قاب‌ها
• دیوارهای برشی
• برج‌ها و هسته‌ها

ستون‌ها و قاب‌ها

 ستون‌ها و قاب‌های در حال ساخت

یک عضو سازه‌ای خطی که بارهای فشاری قائم را تحمل می‌کند عموماً ستون نامیده می‌شود. ستون‌ها بسته به مقاومت موردنیاز و/یا الزامات مربوط به زیبایی ممکن است از فولاد، چوب یا بتن مسلح ساخته شوند. ستون‌ها در سازه‌ها عمدتاً نقش پشتیبانی از تیرها یا دال‌ها را دارند.

در زمان محاسبه پایداری در یک سازه دارای ستون، لازم است مشخص شود که ستون نقشی در پایدارسازی دارد یا خیر. بدین معنی که المان‌های غیر پایدارساز باید توسط المان‌های پایدارساز نگه‌داشته شوند لذا تأثیر منفی مشخصی بر روی سختی کلی سیستم خواهند داشت.

رفتار قاب‌ها تحت بار جانبی پیچیده است که این موضوع عمدتاً به این دلیل است که آن‌ها وقتی در معرض بارهای جانبی قرار می‌گیرند، هردو تغییر شکل خمشی و برشی را تجربه می‌کنند. طراحان و محققان به دلیل پیچیدگی این مسئله، تلاش‌های قابل‌توجهی برای تعریف تکنیک‌ها و روش‌های تقریبی انجام داده‌اند. شاید بهترین و رایج‌ترین آن‌ها، روش پیوسته باشد که مبتنی بر محیط معادل جایگزین قاب است. بااین‌حال به دلیل وجود برنامه‌های کامپیوتری تجاری بی‌شمار برای تحلیل المان محدود، این مشکل محاسباتی تا حد زیادی حل شده است.

درصورتی‌که ساختمان بیشتر از 10 طبقه داشته باشد، ستون‌ها و قاب‌ها به‌تنهایی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی کفایت نمی‌کنند و باید با دیوارهای برشی و هسته‌ها ترکیب شوند.

دیوارهای برشی

یک نمونه دیوار برشی در حال ساخت

از دیوار برشی بتن مسلح به دلیل کارآمدی آن‌ها در حفظ پایداری و آزادی عملی که به معمار در طراحی می‌دهند در ساختمان‌های مدرن استفاده می‌شود. دیوارهای برشی در جهت باد سختی زیادی دارند و می‌توانند به‌طور کارآمدی در برابر تنش‌های داخلی حاصل از نیروی باد مقاومت کنند. موقعیت اولیه دیوار برشی در یک ساختمان غالباً توسط معمار مشخص می‌شود.

معمار وظیفه طراحی ساختمان را با توجه به کاربرد و ظاهر آن دارد بنابراین طراحی ساختمان به‌منظور حفظ پایداری آن بر عهده معمار نیست؛ بنابراین درصورتی‌که مهندس سازه در اولین مرحله طراحی مشارکت نداشته باشد، ممکن است دیوارهای برشی در موقعیت‌های نامطلوب قرار بگیرند.

همچنین با انتخاب دیوارهای بتن مسلح به‌عنوان دیوارهای جداکننده، معمار ممکن است ناخودآگاه به تعداد المان‌های پایدارساز اضافه کند. دیوارهای برشی روزنه دار یا دیوارهای برشی کوپله به‌صورت دیوارهای برشی دارای حفره تعریف می‌شوند. این حفره‌ها می‌توانند پنجره‌ها یا درهایی باشند که برای دسترسی به ساختمان یا روشنایی آن ضروری هستند. نیروی حاصل از بار افقی باد نیروهای برشی در دیوار و نیروهای کششی و فشاری در زمین به وجود می‌آورد.

برج‌ها/هسته‌ها

 یک نمونه هسته ساختمان که در حال ساخت است

برج‌ها هسته‌های صلبی هستند که داخل ساختمان‌های بلند قرار داده می‌شوند. یک مثال خوب برای این سازه‌ها هسته U شکل آسانسور است اما شکل‌های متفاوت زیادی در سازه‌های ساختمانی وجود دارند. لنگرهای مرتبه دوم هسته بتن مسلح معمولاً بزرگ بوده و غالباً تعداد کمی از هسته‌ها برای تأمین سختی کافی در برابر بارهای جانبی ساختمان کافی هستند.

معمولاً یک هسته دیگر یا دیوارهای برشی یا ستون‌ها به همراه یک هسته وجود دارد. بسته به چگونگی قرارگیری این واحدها نسبت به یکدیگر، مقاومت آن‌ها در برابر پیچش بیشتر خواهد شد. ایده آل این است که آن‌ها تا حد ممکن به‌منظور ایجاد پایداری پیچشی دور از یکدیگر قرار بگیرند. یکی از مضرات استفاده از یک هسته تنها و مستقل این است که مستعد پیچش بوده و لذا باید به‌منظور مقاومت در برابر این پیچش ابعاد بزرگی داشته باشد.

بااین‌حال استفاده از هسته‌ها ازآن‌جهت مطلوب است که می‌توانند علاوه بر پایدارسازی به‌عنوان شفت آسانسور یا راه‌پله هم از آن‌ها استفاده کرد. همچنین شفت‌های تهویه قیفی شکل، لوله‌های آب و کابل‌های برق را می‌توان در برج پنهان کرد که این کار قدرت مانور بیشتری به معمار داده و کارفرما می‌تواند استفاده مؤثرتری از فضا داشته باشد. برج‌هایی که مقاطع عرضی باز مانند U شکل و H شکل دارند نسبت به مقاطع بسته مقاومت کمتری در برابر پیچش دارند و به‌طورکلی باید با دیگر اجزای پایدارساز ترکیب شوند.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.