سیستم قاب خمشی فولادی به دسته‌ای از ستون ها، تیرها و اتصالات صلب گفته می‌شود که بارهای ثقلی و جانبی را به شکل همزمان تحمل می‌کنند. این سیستم بدون عضو اضافی مانند مهاربند است، به همین دلیل مقاومت بالایی در مقابل دیوار برشی و انعطاف‌پذیری جانبی داشته و در نتیجه شکل‌پذیری زیادی دارد. لذا اگر بار جانبی بر قاب وارد شود، قاب در مقابل این بار تغییر شکل پیدا می‌کند و از خراب شدن ساختمان جلوگیری خواهد شد. با گروه رویش همراه باشید تا با مفهوم و ویژگی‌های سیستم قاب خمشی فولادی آشنا شویم.
برای ارتباط با کارشناسان و مهندسان گروه رویش با شماره 09122527317 تماس بگیرید.
ویژگی قاب خمشی فولادی
در سیستم قاب خمشی فولادی قاب‌های ساختمانی بارهای قائم را متحمل می‌شوند و به وسیله قاب‌های خمشی مقاومت در مقابل نیروهای خمشی بالا می‌رود. این قاب‌ها با پایین‌ترین تداخل سازه‌ای فضای آزاد معماری را فراهم می‌کنند. ساختمان‌هایی که نیاز دارند فضایی منعطف و کاربردی داشته باشند باید این سیستم را به کار ببرند. در ساختمان‌های بلند جهت کاهش تغییر جانبی مکانی باید سیستم‌های دوگانه به کار گرفته شود. لذا در هسته داخلی از دیوارهای برشی و مهاربندی بهره می‌برند. زیرا شکل‌پذیری پلان در این نقطه از اهمیت زیادی برخوردار نخواهد بود.
به این علت که استفاده از اتصالات خمشی با هزینه بالایی همراه است، ساختمان‌های کم ارتفاع در دهانه‌های محدود از آن استفاده می‌کنند. مقاومت بار قائم در برابر دهانه‌های مفصلی بسیار بالا است و این دهانه‌ها را دیگر دهانه‌ها که همان اتصالات خمشی هستند پشتیبانی می‌کنند. تیر به ستون، اتصال قائمی دارد و سعی می‌شود قائم بودن آن بعد از تغییر شکل پایدار باشد. تیرها در برابر پیچش مقاومت دارند، به همین دلیل بارهای جانبی را تحمل می‌کنند.
انواع سیستم قاب خمشی فولادی
سیستم قاب خمشی انواع مختلفی دارد که در اینجا هر یک را معرفی می‌کنیم.
قاب خمشی معمولی
جزئیات بیشتری در اجزای تشکیل دهنده آن وجود دارد که در مقابل زلزله طرح، انعطاف پذیری کمی دارد.
قاب خمشی متوسط
انعطاف‌پذیری کمی را در مقابل زلزله تحمل می‌کند. در طراحی آن، مفصل‌های پلاستیکی در بیرون از محدوده اتصال تیر به ستون، در یک یا دو انتهای تیر وجود دارند.
قاب خمشی ویژه
انعطاف‌پذیری خوبی را در مقابل نیروهای زلزله تحمل می‌کند. مفصل‌های پلاستیکی در طراحی آن در بیرون از محدوده اتصال تیر به ستون، در دو انتهای تیر ایجاد شده اند.
اتصالات سیستم قاب خمشی چگونه است؟
سیستم قاب خمشی اتصالات صلبی و پیچیده‌ای دارد تا انعطاف‌پذیری خوبی در مقابل نیروی جانبی داشته باشد تا مانع تغییر شکل جانبی به سبب جدا شدن اجزا شود. بنابراین در مقابل نیروی جانبی عملکرد مکملی دارد. اتصال صلبی به اتصالی گفته می‌شود که مانع از جدا شدن اجزا از هم و چرخش آن‌ها می‌شود. پیش از بارگذاری، زاویه اعضای متصل شونده در این اتصال، ۹۰ درجه است و پس از بارگذاری در ۹۰ درجه ثابت می‌شود.
مزایا و معایب سیستم قاب خمشی
- شکل‌پذیری خوب
- عملکرد آزادانه در معماری
- هزینه زیاد
- اتصالات پیچیده و سنگین
- تغییر محل جانبی زیاد
- سنگین شدن سازه
ضوابط لرزه‌ای قاب خمشی ویژه
در اینجا به ضوابط لرزه‌ای قاب خمشی ویژه اشاره‌ای خواهیم داشت.
- مدل مقاطع ستون‌ها باید به شکل فشرده لرزه‌ای باشد. مقررات آیین نامه برای فشرده لرزه‌ای از مقررات مقاطع فشرده سخت گیرانه‌تر است.
- از مقطعی که دارای چند نیمرخ بست دار است در ستون‌ها نباید استفاده شود.
- بدون در نظر داشتن لنگر خمشی، در کشش یا فشار، ظرفیت بار محوری ستون، نباید پایین‌تر از بار مشخص شده، محوری در ترکیب نیروی زلزله افزایش پیدا کند.
- در قطر پهنای بال تیر، نباید هر نوع تغییر در بخش بحرانی ایجاد شود.
- در بخش بحرانی نباید برش گیری‌هایی که برای ترکیب کردن تیرها و دال بتن آرمه استفاده می‌شود اجرا شود.
- نباید از تیرهای لانه زنبوری استفاده شود.
- برای بارهای برشی و لنگر خمشی قابل انتظار ایجاد شده در ستون، باید طراحی اتصال تیر به ستون صورت گیرد.
ضوابط لرزه‌ای قاب خمشی متوسط
در این قاب‌ها مقررات طراحی اجزا و اتصالات آن‌ها با الزامات قاب خمشی چندان تفاوتی ندارد و در آن‌ها در مقررات سخت گیری بسیار کمتر است.
- ستون‌ها و تیرها مقاطع فشرده‌ای دارند، اما نباید مقررات فشردگی لرزه‌ای در آن‌ها اجرا شود.
- بکار بردن مقطع تشکیل شده از چند نیمرخ بست دار در ستون‌ها لازم است، به شرطی که در ستون ها، حول محور مصالح، خمش را استفاده کنند.
- برای برش در طراحی تیرها می‌توان مقررات قالب خمشی ویژه را به کار برد و یا تحت اثر ترکیب بار زلزله، برش به وجود آمده در تیر افزایش پیدا کند و نوع کوچکتر نیز استفاده شود.
- برای برش و خمش در طراحی اتصال تیر به ستون می‌توان یا مقررات قاب‌های خمشی ویژه به کار گرفته شود و یا در اتصال تحت اثر ترکیب بار زلزله، برش به وجود آمده و لنگر خمشی افزایش پیدا کند و نوع کوچکتر نیز استفاده شود.
نکاتی در طراحی ساختمان‌های بتنی با قاب خمشی
در طراحی ساختمان‌های بتنی با قاب خمشی توجه به نکات زیر ضروری است.
- دال دو طرفه در سیستم باربر از بهترین سیستم‌های باربر ثقلی محسوب می‌شود.
- پیش از آغاز فرایند مدل‌سازی، محاسبه ضخامت دال باید به صورت دستی انجام شود. نرم‌افزار safe مناسب‌ترین روش در این خصوص است.
- برای مدل، دال یک طبقه در نظر گرفته می‌شود و در این برنامه کفایت دال از نظر کنترل میلگرد و خیز مورد نیاز کنترل می‌شود.
از قاب خمشی فولادی چه زمانی استفاده می‌شود؟
از قاب خمشی به این دلیل استفاده می‌شود که با وجود آن نیازی نیست از دیوار سازه‌ای یا برشی یا بادبند قطری یا مهربند استفاده شود. به همین دلیل دست معماران جهت طراحی باز خواهد بود. از طرفی دیگر به دلیل استفاده از اتصالات پیش تایید شده و پروفیل‌های سنگین، این سیستم با هزینه بالایی اجرا می‌شود. قاب خمشی، اکثرا به فونداسیون، بار کمی وارد می‌کند. در نتیجه هزینه اجرای فونداسیون در آن کم می‌شود. لذا در زمان انتخاب قاب خمشی باید به این نکات ذکر شده توجه کرد:
- عملکرد
- معماری
- هزینه
در صورتی که ارتفاع ساختمان افزایش پیدا کند سختی سیستم قاب بالا می‌رود. زیرا در ساختمان‌هایی با ارتفاع زیاد امکان افزایش جانبی بر اثر بارهای دینامیک وجود دارد. لذا در صورت وجود سختی امکان تخریب سازه وجود دارد. ولی باید توجه کرد سختی زیاد بیشتر مواقع خوب نیست، زیرا انعطاف‌پذیری سازه را کم می‌کند و باعث شکننده شدن آن می‌شود. بنابراین مهندس باید سیستم مناسبی را طراحی کند تا انعطاف‌پذیری مناسبی ایجاد شود. اگر قاب خمشی بر اساس عوامل ذکر شده انتخاب شود باید نوع قاب به درستی انتخاب شود.
رفتار قاب خمشی در برابر نیروی لرزه‌ای چگونه است؟
در قاب خمشی تسلیم ستون‌ها و تیرها با برش چشمه‌ای اتصال سبب می‌شود مفصل پلاستیک تشکیل شود. در اصل در صورت ایجاد این مفصل در مکان متصل کننده ستون، تیر و صفحه ستون با بنا، پایه تنظیم عملکرد غیر الاستیک، همان قاب است. همراه با تسلیم برشی و خمشی، ممکن است حالات شکست دیگر در اجزا و اتصالات قاب خمشی ایجاد شود.
برای ارتباط با کارشناسان و مهندسان گروه رویش با شماره 09122527317 تماس بگیرید.
خلاصه
قاب خمشی فولادی سازه‌ای است که در آن به صورت پیوسته تیر به ستون اتصال دارد. سختی، انعطاف‌پذیری و مقاومت این سیستم بوسیله مقاومت محوری، برشی و خمشی اجزایی که اتصال گیره دار دارند مرتفع می‌شود. اتصال این پروفیل‌ها با استفاده از جوش یا صلب یا اتصال گیره دار صورت می‌گیرد. بکار بردن قاب خمشی باعث افزایش فضای آزاد و کاهش مصالح مصرفی می‌شود. سختی اتصالات آن سبب مقاومت در مقابل نیروی جانبی نیز خواهد شد. به سبب کاهش نیروی ثقلی و بالا رفتن سختی، قاب خمشی در دسته سازه باربر لرزه‌ای جانبی قرار گرفته است.
