مقاوم سازی ساختمان با مهاربندی های کمانش تاب

یکی از روش های پرکاربرد برای افزایش مقاومت ساختمان ها در مناطق با میزان احتمال وقوع زلزله، استفاده از مهاربندهاست. از طریف دیگر، با بالا رفتن نگرانی ها در مورد ایمنی ساختمان های قدیمی تر و همین طور تغییرات کاربری ساختمان ها (مثلا افزایش طبقات) ،بحث بالا بردن ایمنی ساختمان ها و مقاوم سازی آن ها مطرح می شود.

روش های مختلف جدید و نوینی برای ارتقا مقاومت ساختمان ها مورد توجه قرار گرفته و یکی از این روش ها استفاده از BRB یا مهاربندی کمانش تاب است.

کارشناسی طرح و انتخاب روش های مقاوم سازی

بعد از اینکه با کارشناسی های دقیق محرز شد که ساختمان از نظر مقاومت دچار اشکال است، و یا اینکه منطقه جغرافیایی ،جزو مناطق با میزان احتمال بالای زلزله بود، روش های مختلف مقاوم سازی مطرح می شود.

با توجه به شاکله ساختمان،ابعاد پی، منطقه ی استقرار و نوع مصالح به کار گرفته شده، روش مناسب برای مقاوم سازی انتخاب می شود.پیش ازاین، روش های سنتی استفاده از مهاربندها، در مواجه با تنش ها و تکان های زلزله، کارایی ناقصی از خود نشان داده اند. به همین دلیل از روش های نوین تری استفاده می شود.

BRB چیست؟

سازه ها در مواجهه با تکان ها و لرزه ها، با تسری حجم بالایی از انرژی جنبشی در شاکله خود روبرو می شوند و درواقع میزان صدمه ای که ساختمان تجربه می کند تا حد زیادی به نوع انتشار این جنبش در ساختمان بستگی دارد.

به همین دلیل مهندسین ساختمان از دیرباز به دنبال طراحی یک سیستم مقاوم در برابر لرزش ها و جنبش ها بودند، سیستمی که بتواند انرژی مورد اشاره را وقتی که بر ساختمان وارد می شود تحلیل ببرد.

درواقع کارکرد اصلی عنصر تحلیل انرژی آن است که میزان آسیب بر ساختار های اصلی سازه را کاهش دهد. برای این منظور مدت هاست که از مهارها برای تثبیت سازه در مقابل بارهای وارده ناشی از باد یا زلزله استفاده می شده است. اما نقص اصلی مهاربندی سنتی، تنزل قدرت مهاربند به واسطه فشار وارده بر مهارهاست. مهاربندی کمانش تاب،راه حل این مشکل است.

مهاربند کمانش تاب، یک سیستم مقاوم در برابر لرزه است که در مقایسه با مهاربندی سنتی کارکرد خود را اثبات کرده است. در این روش، سعی شده است که با شیوه ای خاص، مهارها به سطحی از انعطاف برسند که زیر فشارها، قابلیت دفع فشار یا تحمل بواسطه انعطاف را داشته باشند.

تاریخچه مهاربندی های کمانش تاب

BRB ها را می توان در حوزه مقاومت بنا، تحول و پیشرفتی تازه دانست. اولین نمونه های آن در دهه 80 ظهور کردند و آزمایش آن ها در میانه همین دهه آغاز شد. مفهوم مهاربندی های کمانش تاب، ابتدا توسط مهندسی ژاپنی به نام بایاشی مطرح شد.

در جریان دهه 90 در ژاپن به صورت آزمایشی به کار گرفته شد و چون موفقیت آمیز بود در سال 1998 در آمریکا هم به کار گرفته شد و مراحل آزمایش و شبیه سازی آن در سال 1999 در ایالات متحده به انجام رسید. در سال 2000 در پروژه های ساخت و ساز متعددی به کار گرفته شد و عملا ایمنی خود را نشان داد.

شاکله BRB

شاکله اصلی مهاربندی های کمانش تاب شامل یک هسته فولادی می شود که در میان بتون جا داده می شود. فضای ما بین هسته اصلی و مهار با ماده ای بتون مانند پر می شود و پوشش ویژه برای مهار استفاده می شود تا از خمش آن در مواقع فشار جلوگیری شود. این شاکله بدیع، باعث می شود که در موقع تحمیل فشار، BRB بتواند انعطاف بالاتری از خود نشان دهد.

مزایای BRB

1. امکان اتصال آسان به شاکله ساختاری سازه.
2. ظرفیت بالای تسری فشار وارده و ثبات کنش در مواقع فشار.
3. تاثیر پذیری و حساسیت پایین در مواجهه با تغییرات در شرایط محیطی مختلف.
4. انعطاف در طراحی.
5. در بیشتر مواقع برای نصب BRB نیازی به سازه و تقویت چارچوب وجود ندارد.

معایب BRB

1. عدم امکان بررسی کامل صدمات وارده بر مهاربند بعد از وقوع لرزه های احتمالی.
2. عدم مطالعات کافی در ارتباط با میزان قدرت دقیق مهارهای متصل شده به چارچوب.
3. عدم خود محور بودن BRB، که این امر مقاومت آن را تا حدی تحت تاثیر قرار می دهد.

موارد استفاده

از مهاربند کمانش تاب در سازه های مختلف بسیاری استفاده شده است، در ادارات، بیمارستان ها، پارکینگ ها، ساختمان های چند طبقه، مدارس، مساجد و استادیوم ها. اما غیر از این، در سازه های غیر اقامتی مثل پل ها نیز استفاده از BRB موفقیت آمیز بوده است.

مکانیزم عمل

BRB در مواقع مواجهه با بار جانبی (lateral load)، از خود یک تقارن در تحمل بار نشان می دهد و در واقع بار وارده بر مهاربند، به صورتی متوازن و متقارن بر آن وارد می شود. نوع طراحی BRB به گونه ای است که در جریان سیکل فشار ، با خمش مواجه نمی شود.

مهاربند کمانش تاب در موقع فشار، تاب آوری خمش بالایی دارند. خمش مهار در موقع فشار، قدرت آن را تحلیل برده و می تواند مهاربند را به سمت ریزش سوق دهد. ظرفیت تاب آوری پایین به معنای تسری انرژی لرزه پایین بوده و همین مسئله اشکال مهاربند های پیشین بوده است.

از BRB در پل ها هم به عنوان یک سازه انتقال فشار برای گرفتن انرژی لرزشی استفاده می شود و در پروژه های بزرگ هم کارآیی خود را نشان داده است.

نتیجه گیری

مطالعات مختلف کارآیی مهاربندهای کمانش تاب را نشان داده اند. در میان تمام مهاربندها، BRB در مقابل فشار های لرزه، بیشترین مقاومت را از خود نشان داده است. وجوه ساختاری BRB و انتشار با ثبات انرژی در آن بدون ایجاد خمش باعث می شود که در برابر بارهای جانبی مقاومت داشته باشد.

از چند دهه پیش که برای اولین بار از این مهارها در ساختمان هایی در ژاپن استفاده شد تا به امروز، کارآیی این مهاربندها در عمل ثابت شده است و به نظر می رسد که برای کشور ایران هم با توجه به اینکه موارد لرزه ها در مقایسه با کشورهای زلزله خیزی چون ژاپن پرشمار نیست، عملا استفاده از آن ها اثربخش است و البته در عمل هم این مسئله اثبات شده است که یکی از موارد استفاده از RRB در ساختمان های آسیب دیده زلزله کرمانشاه خود را نشان داد.