مهاربند چیست + 4 مزیت استفاده از بادبند

برخلاف سال‌های گذشته که مناطق مسکونی معمولا به شکل ویلایی ساخته می‌شدند، امروزه هم‌گام با افزایش جمعیت زمین، آپارتمان نشینی رونق بسیاری پیدا کرده است. امری بدیهی است که در ساخت ساختمان‌های چند طبقه، اعمال نکاتی که منجر به افزایش مقاومت و استحکام سازه می‌گردد، اهمیت بسیاری دارا است.

یکی از روش‌های مقاوم سازی، ایجاد مهاربند در سازه می‌باشد. از مهاربند به علت تنوع بالا و برخورداری از ویژگی‌های منحصر به فرد، استفاده بسیاری می‌شود. در ادامه مطلب قصد داریم به شرح معرفی و بررسی کاربردهای آن بپردازیم. تا انتهای مطلب با ما همراه شوید.

تاریخچه استفاده از قاب‌های مهاربندی به چه زمان بازمی‌گردد؟

استفاده از قاب‌های مهاربندی در ساختمان‌ها برای مقابله با بارهای ناشی از باد به اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20 بازمی‌گردد. در سال‌های ابتدایی و در موارد اولیه، قاب‌های مهاربندی معمولا همراه با قاب‌های خمشی و قاب‌هایی با میان قاب‌های بنایی، برای ایستادگی در برابر بارهای جانبی، مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

نمونه‌های اولیه قاب‌های بادبندی شده در قرن 19 و در پل‌ها و ساختمان‌های صنعتی مشاهده گردید. سیستم‌های 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 می‌کنند.

بنابراین درصد پایینی از نیروهای جانبی اعمال شده به یک قاب بادبندی توسط عملکرد خمشی، در اتصالات خمشی تحمل می‌شود. شکل هندسی مهاربندها در قاب‌های مهاربندی شده اولیه به صورت زانویی یا X شکل است. این مهاربندها تنها برای تحمل نیروی محوری کششی طراحی و استفاده می‌شدند.

در سال های 1960 و 1970 همراه با انتشار قوانین سخت‌گیرانه‌تر، سیستم‌های کامل‌تر مهاربندی، طراحی شده و گسترش یافتند. این سیستم‌ها در مناطق با خطر بالای زلزله، توانستند به محبوبیت بالایی دست یابند که علت آن به صرفه‌جویی در مصرف مصالح نسبت به قاب‌های خمشی و امکان کنترل جابجایی قاب در اثر نیروهای اینرسی شدید وارد شده از طرف زمین برمی‌گشت. مزایای استفاده از این نوع سیستم پس از زلزله San Fernando  در سال 1971 بیشتر مورد توجه قرار گرفت.

مهاربند چیست؟

مهاربند یا بادبند به انگلیسی (Shed Roof Brace) مجموعه‌ای از چند عضو است که در سازه‌های فلزی برای انتقال نیروی زلزله به پی ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از مهم‌ترین جنبه‌های طراحی سازه‌های فولادی برای نیروهای جانبی، در جهت افزایش استحکام ساختمان، استفاده از بادبند است. هر ساختمان صرف نظر از اندازه و ابعاد، لازم است قادر به مقاومت در برابر بارهای جانبی پیش بینی شده زلزله و باد برای جلوگیری از فروپاشی کلی سازه باشد.

هنگامی‌که از انواع بادبند در ساخت و ساز استفاده می‌شود، نه تنها مراحل اجرایی آسان شده، بلکه هزینه‌های ساخت نیز کاهش می‌یابد. در ساختمان‌هایی که سیستم قاب بندی آن‌ها فولادی یا بتن مسلح است، می‌توان از روش مهاربندی استفاده نمود.

انواع مهاربند کدام است؟

یکی از انواع قاب‌‌های ساختمانی و سیستم‌های مقاوم در برابر بارهای جانبی، قاب‌های بادبندی شده هستند. قاب مهاربندی شده، سیستمی به شکل خرپای قائم است که بیشتر در ساختمان‌های فولادی برای ایجاد مقاومت در برابر نیروهای جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. قاب‌های بادبندی شده به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

• قاب مهاربندی شده هم محور یا همگرا

قاب مهاربندی شده هم محور معمولا در دهانه‌های نسبتا کوچک استفاده می‌گردد. نحوه عملکرد این قاب به این صورت است که محورهای خنثی در هر گره از یک نقطه مشترک با هم تلاقی پیدا می‌کنند. حالت برون محوری نیز در این قاب‌ها به چشم می‌خورد؛ اما از آن‌جایی که مقدار آن قابل توجه نیست، از آن چشم پوشی می‌شود.

از مهم‌ترین مزایای قاب‌های هم محور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساده بودن اتصالات
• سرعت بالای اجرا
• سختی نسبتا مناسب در برابر بارهای جانبی (استاتیکی و باد)

در کنار مزایای گفته شده، یکی از معایب قاب بادبندی شده هم محور، نامناسب بودن اجرای آن در مناطق زلزله‌خیز است؛ چراکه اعضای فشاری مانند ستون‌ها، توانایی تحمل بارهای تناوبی ناشی از زلزله را ندارند و مقاومت خود را به راحتی از دست می‌دهند.

انواع سیستم های مهاربندی همگرا

مهم‌ترین سیستم‌های بادبندی شده همگرا شامل موارد زیر هستند:

1. مهاربند ضربدری

در مهاربند ضربدری، دو عضو مهاربند به صورت قطری، زوایای متقابل یک دهانه را به هم متصل می‌کنند.

• بادبند قطری یا منفرد

بادبند قطری به شکل خرپایی است که فقط یک قطر، داخل چشمه آن وجود دارد و می‌تواند در برابر تنش‌ها از خود مقاومت نشان دهد.

• مهاربند ۷ و ۸ (هم‌ محور و بدون‌ محور)

در این مهاربند دو عضو آن بر روی یک گره در رو یا زیر تیر با یک‌دیگر متقارب هستند. بادبندهای ۷ شکل، در مقایسه با بادبندهای ۸ شکل، امکان ایجاد بازشوهای بزرگ‌تری را برای تعبیه پنجره فراهم می‌آورند. از نظر سازه‌ای نیز مسیر انتقال نیرو بیشتر می‌شود و تغییر مکان‌های قاب افزایش پیدا می‌کند.

• مهاربند K شکل

در بادبند K شکل در یک طرف ستون، یک جفت بادبند قرار گرفته است که در نقطه‌ای بر روی ستون یک‌دیگر را قطع می‌کنند.

• قاب بادبندی شده برون محور یا واگرا

قاب‌های بادبند برون محور، سیستم نسبتا جدیدی هستند که استفاده از آن‌ها روز به روز در حال افزایش است؛ اما به علت دانش کم در زمینه طراحی و اجرای آن‌ها، بسیاری از مهندسان با این سیستم آشنایی کامل ندارند و کم‌تر در ساختمان‌سازی از آن استفاده می‌شود. مطابق آیین نامه ۲۸۰۰، ضریب شکل پذیری برای این سیستم سازه‌ای R=7 است که منجر به کاهش برش پایه زلزله تا ۱۵% می‌شود.

• مهاربند دارای مقطع مرکب

این نوع بادبند بر خلاف مهاربندهای معمولی، مقاومت بالایی در برابر زلزله و طوفان‌های شدید دارد. به همین خاطر عمده استفاده از آن، در ساخت پل‌ها و سازه‌های عظیم است.

مهم‌ترین مشکلی که مهاربندهای دارای مقطع مرکب با آن رو به رو هستند، احتمال ایجاد کمانش است. کمانش منجر به کاهش پایداری مهاربندها می‌گردد. با استفاده از هسته کامپوزیتی درون غلاف فولادی، کمانش ناشی از نیروی فشار، تا حدی کنترل می‌شود. برای پر کردن غلاف فولادی می‌توان از بتن معمولی نیز استفاده کرد.

مزایای مهاربند دارای مقطع مرکب

مزایای استفاده از این نوع بادبند به شرح زیر است:

1. به علت نصب قاب‌های مهاربندی با پیچ و مهره یا پین به دیگر اجزای سازه، عملیات اجرایی با سرعت بالا صورت می‌گیرد. بنابراین مقدار زیادی از هزینه‌های پروژه کاهش پیدا می‌کند.
2. ویژگی الاستیک بالای این تجهیزات در مقابل قاب‌های خمشی، آن را به یک سازه مقاوم در برابر نیروهای زلزله تبدیل کرده است.
3. قاب‌های مهاربندی مرکب، تغییر مکان جانبی کمی دارند؛ زیرا نسبت به مهاربندی واگرا در مدت زمان طولانی‌تری وارد مرحله رفتار خمیری و الاستیک می‌شوند.
4. امکان تعویض و تعمیر اجزای مهاربندها وجود دارد.

کاربرد مهاربند در ساختمان

دو مورد از عللی که استفاده از مهاربند در ساختمان اهمیت بسیاری دارد، شامل موارد زیر می‌باشد:

• زلزله

زلزله به علت حرکت صفحات زمین در کنار یک‌دیگر رخ می‌دهد و باعث انتقال یک انرژی داینامیک به ساختمان‌ها و سازه‌های مرتفع می‌شود؛ این نوع انرژی، یک حالت رفت‌ و‌ برگشتی دارد که موجب وارد شدن آسیب شدیدتر به ساختمان‌ها می‌شود.

کشور ایران جز کشورهای زلزله‌خیز جهان است و روی یک کمربند زلزله قرار دارد. به همین علت، سالانه شاهد تعداد زیادی زلزله با شدت‌های مختلف در کشور هستیم و حتی بعضی از آن‌ها با خسارت‌های شدید مالی و جانی همراه هستند. به‌همین‌جهت، کاربرد مهاربند یا سایر روش‌ها برای مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله و به خصوص در کشورهای زلزله‌خیز، توصیه می‌شود.

• نیروی باد

عامل دیگری که می‌تواند نقشی مخرب در یک سازه ایجاد نماید، نیروی باد است. این نیرو با افزایش ارتفاع سازه و شدت وزش باد، بیش‌تر می‌شود. به همین علت از بادبند برای ایجاد مقاومت استفاده می‌گردد.

کاربرد مهاربند در سوله

از جمله اصلی‌ترین کاربردهای بادبند سقف سوله است که در تعریف کاربرد آن می‌توان به ایجاد صلبیت کافی در سقف سوله، کمک به انتقال بارهای جانبی ناشی از سقف و حفظ پایداری چشمه‌های سقف اشاره نمود. برای این منظور معمولا از مقاطع میلگرد ساده استفاده کرده و مهاربندهای سقفی را به‌صورت کششی طراحی می‌کنند.

ضوابط اجرایی مهاربندها چیست؟

در اجرای بادبندها لازم است ضوابطی در نظر گرفته شود که در ادامه به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت:

1. 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.
2. طول تیر واسط، از 0.2 طول کل دهانه بیشتر نشود.
3. در تیرهای واسط کم‌تر از 1 متر، علاوه بر سخت کننده‌، از یک جفت سخت کننده در میان تیر واسط نیز باید استفاده گردد.
4. زاویه میان عضو بادبند و تیر واسط بین 30 الی 60 درجه محدود شود.
5. لازم است ابتدا و انتهای طول تیرهای واسط با سخت کننده محکم شوند.

جمع بندی

در این مقاله به معرفی مهاربند یا بادبند، علت لزوم استفاده از آن و بررسی کاربردهای بادبند پرداختیم. قاب مهاربندی شده سیستمی سازه‌ای است که برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر نیروهای جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم سازه‌ای در انواع درون محور، برون محور و دارای مقطع مرکب تولید می‌گردد و در ساختمان سازی، سقف سوله و غیره کاربرد بسیاری دارا است.

منبع(Resource): Shed Roof Framing

سوالات متداول