مهم ترین انواع قاب های ساختمانی + ۱۱ قاب ساختمانی
اهمیت مقاوم سازی ساختمان های مختلف باعث شده است تکنیک های نوین و متعددی در این زمینه استفاده شود. یکی از بهترین تکنیک ها، به کارگیری انواع قاب های ساختمانی در پیکره سازه می باشد. قاب های ساختمانی در واقع نقش مهمی در اتصالات ساختمان دارد. یکی از کتاب های اولیه که می تواند در این مسیر مهندسان عمران را یاری کند، کتاب طراحی اتصالات فولادی می باشد.
منظور از قاب ساختمانی چیست؟
از مهم ترین بخش ها و مراحل ساختمان سازی وجود و استفاده از قاب های ساختمانی است. این قاب ها در دو نوع مهاربندی شده و سخت تقسیم بندی می شوند که در ادامه به طور دقیق با تفاوت های انواع قاب های ساختمانی آشنا می شوید.
این قاب ها ترکیبی از تیر، ستون و دال هستند که برای مقاوم سازی ساختمان در برابر بارهای جانبی و ثقلی پیاده سازی می شوند.
نقش قاب های ساختمانی در ساخت و ساز
استفاده از انواع قاب ساختمانی در دنیا بسیار معمول بوده و سرعت اجرای بسیار بالایی دارند. فریم ساختمان را می توان از جنس چوب، بتن مسلح و یا فولاد ساخت. این قاب ها در تمام ساختمان ها اعم از ساختمان های فولادی و بتنی اجرا می شود. مقررات ملی ساختمان هم دستی بر روی استفاده از این قاب ها کشیده است. در مباحث ۲۲ گانه خود درمورد آن ها صحبت کرده است که یکی از این مباحث مهم، مبحث دهم می باشد. برای دانلود مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان کافیست کلیک کنید.
انواع قاب های ساختمانی
همانطور که متوجه شدید، علاوه بر انواع قاب ساختمانی، انواع سقف ساختمانی هم در انواع مدل ها در دسترس مهندسان عمران می باشد. این قاب ها به دو دسته تقسیم می شوند:
- قاب خمشی یا صلب
- قاب مهاربندی شده
قاب ساختمانی خمشی یا صلب
این قاب از المان های خطی مانند تیر و ستون تشکیل می شود و واژه صلب نیز به مقاومت آن در برابر تغییر شکل دلالت دارد. از قاب ساختمانی خمشی در سازه های فولادی و بتنی استفاده می شود. هم چنین مقاومت بالایی در برابر بارهای عمودی و جانبی از خود نشان می دهد. در این نوع از قاب، اتصالات باید به گونه ای طراحی شوند که از استحکام کافی برخوردار بوده و به راحتی تغییر شکل ندهند. حال که صحبت از سازه های فولادی و بتنی شد، می توانید کتاب طراحی سازه های فولادی و بتنی را از رایان بود به صورت کتاب دیجیتال را رایگان دانلود کنید!
برای محاسبه میزان خمش، گشتاورهای داخلی و واکنش های مورد نیاز در قای خمشی از روش های تحلیل سازه مانند روش پورتال، تحلیل ماتریسی و قضیه کاستیگلیانو استفاده می شود.
انواع قاب خمشی (از معمولی تا ویژه)
در قاب های خمشی، تیر ها و ستون ها با ساختار دو بعدی توسط اتصالات جوشی یا پیچ و مهره به یکدیگر وصل می شوند و بیشترین مقاومت را در برابر بارهای جانبی دارند. به این نکته توجه کنید که تفاوت زیادی بین طراحی ساختمان برای مقاومت در برابر باد و نیروهای گرانش و طراحی ساختمان برای مقاومت در برابر بارهای لرزه ای وجود دارد. مقاوم سازی ساختمان در برابر تنش های لرزه ای در مقایسه با سایر نیروهای وارد شده، کمی گران تر است. قاب خمشی یکی از بهترین گزینه هایی است که استفاده آن برای ساخت و ساز در مناطق زلزله خیز رواج یافته است.
همچنین در آیین نامه استاندارد کشوری (۲۸۰۰) هم نگاه ویژه ای به قاب خمشی شده است. می توانید برای دانلود استاندارد ۲۸۰۰ به صورت رایگان کلیک کنید.
استحکام کلی قاب های خمشی برای تحمل بارهای لرزه ای عمدتاً به سختی و انسجام اجزای آن بستگی دارد. تحمل بار در این نوع قاب ساختمانی با انتقال نیروی بارهای جانبی به لایه های زیرین فوندانسیون سازه اتفاق می افتد.
با شروع انقلاب صنعتی در قرن ۱۸ میلادی، استفاده از قاب های خمشی افزایش پیدا کرد.
مقاوم در برابر باد؛ قاب خمشی معمولی (OMF)
از این قاب خمشی به دلیل ویژگی های زیر، بیشتر در مناطقی با وزش باد استفاده می شود. تیرها در قاب خمشی معمولی باید حداقل دارای دو میلگرد در هر دو وجه بالایی و پایینی باشند. مساحت میلگردهای پایینی باید کمتر از یک چهارم حداکثر مساحت میلگردها در طول دهانه باشند و برای ایجاد کشش در مقابل تکیه گاه، لنگر شوند.
- مقاومت پایین تر در برابر بارهای جانبی
- مناسب برای مناطق کم خطر برای وقوع زمین لرزه
- عدم نیاز به استفاده از اتصالات پیش پذیرفته شده مطابق با AISC
ضد زلزله مثل: قاب خمشی متوسط (IMF)
از قاب خمشی متوسط انتظار می رود تا حدی تنش های ناشی از زلزله را در اجزا و اتصالات خود تحمل کنند. اتصال تیر به ستون درIMF باید دارای حداقل ظرفیت چرخش غیرالاستیک ۰.۰۲ رادیان باشد.
تجربه اصل جنس با قاب خمشی ویژه
یکی دیگر از انواع قاب های ساختمانی، قاب خمشی ویژه می باشد. اتصالات قاب خمشی ویژه یکی از محکم ترین و پایدارترین اتصالاتی است که تحت تاثیر نیروهای جانبی، تغییر شکل غیرالاستیک در اعضا را تحمل می کند. در آیین نامه AISC الزامات مورد نیاز طراحی دقیق مواد، اعضای قاب، اتصالات و تضمین کیفیت ساخت گرداوری شده است. قاب خمشی ویژه پس از ساخت حتما باید مورد ارزیابی قرار گیرد تا به شکل پذیری لازم در برابر تنش های ناشی از زمین لرزه برسد.
مزایای قاب خمشی
- انعطاف پذیری طراحی و چیدمان از نظر معماری
- انحرافات کوچک
- طول ستون موثر کوتاه تر
- عدم استفاده از دیوار یا مهاربند عمودی
- تحمیل نیروهای کمتر به فوندانسیون در مقایسه با سایر سیستم‌های سازه‌ای
معایب قاب خمشی
- در مقایسه با قاب های مهاربندی شده یا دیوارهای برشی، انحراف و رانش بیشتری ایجاد می کند.
- در مفاصل صلب تنش موضعی ایجاد می کند.
- برای مقاومت مناسب در برابر بارهای جانبی باید در نصب اتصالات دقت کرد.
- اتصالات آن گران قیمت است.
قاب ساختمانی مهاربندی شده | استحکامی از جنس فولاد
قاب های مهاربندی شده از تیرها و ستون هایی تشکیل شده اند که برای مقاومت در برابر بارهای جانبی با مهاربندی به هم وصل می شوند. این قاب های مهاربندی شده به عنوان یکی از معروف ترین انواع قاب های ساختمانی شناخته می شوند که یک مهندس عمران موفق می داند چه زمانی از این قاب ها استفاده کند! وظیفه اصلی این قاب های ساختمانی مقاومت سازه در برابر نیروهای ناشی از باد و زلزله می باشد.
اجزای آن نیز تحت تاثیر نیروهای کشش و فشار همانند خرپا عمل می کنند و غالبا از جنس فولاد هستند. قاب مهاربندی شده غالبا مقرون به صرفه ترین روش برای مقاوم سازی ساختمان های چند طبقه در برابر نیروی باد می باشد. تیرها و ستون هایی که قاب را تشکیل می دهند، بارهای عمودی و سیستم مهاربندی بارهای جانبی را تحمل می کنند. قرارگیری مهاربندها می تواند مشکل ساز باشد زیرا در طراحی نما و موقعیت در و پنجره محدودیت ایجاد می کند.
مقاومت در برابر نیروهای افقی توسط دو سیستم مهاربندی زیر انجام می شود:
-
مهاربندی عمودی ستون ها
مهاربندی بین ستون ها (در صفحات عمودی) باعث انتقال نیروهای افقی به سطح زمین می شود. سازه قاب دار حداقل به سه صفحه مهاربند عمودی برای مهار صفحه و مقاومت در برابر پیچش حول محور عمودی نیاز دارند.
-
مهاربندی افقی (برای هر طبقه)
مهاربندی در هر طبقه (در سطوح افقی) نیروهای افقی را به سطوح مهاربند عمودی منتقل می کند. اگرچه کف هر طبقه از ساختمان مقاومت مشخصی دارد، قرار دادن مهاربند افقی جهت افزایش این مقاومت در تمام طبقات الزامی می باشد. حتی سقف های سازه نیز ممکن است نیاز به مهاربند داشته باشند.
انواع قاب های ساختمانی مهاربندی شده
با توجه به نحوه قرار گرفتن مهار، انواع این قاب ها به شرح زیر می باشد.
مهاربندی تک قطری (به کمک یک خرپایی)
در این قاب، با قرار دادن یک خرپا همانند قطر مستطیل به مقاوم سازی و تثبیت آن کمک کرده و باعث می شود در برابر کشش و فشار مقاوم شوند.
مهاربندی متقاطع
مهاربندی متقاطع (یا مهاربندی X) از دو عضو مورب تشکیل می شود که به صورت ضربدری روی هم قرار گرفته اند. این مهاربندی فقط باید در برابر نیروی کششی و بارهای جانبی مقاوم باشد. از کابل های فولادی نیز می توان برای مهاربندی متقاطع استفاده کرد. البته مهاربندی متقاطع در نمای بیرونی ساختمان می تواند موقعیت و عملکرد دهانه های مورد نیاز برای پنجره ها را تحت تاثیر قرار دهد و همچنین باعث خمش بیشتر تیرهای کف گردد.
مهاربندی K و کمک به خمش کمتر!
این مهاربندی در وسط ستون ها متصل شده و شکل ین اتصال شبیه حرف K می شود. مهاربندی K برای طراحی پنجره یا درهای بازشونده انعطاف پذیری بیشتری داشته و کمترین خمش را در تیرهای کف طبقات ایجاد می کند. اما استفاده از آن در مناطق زلزله خیز به دلیل امکان شکستن ستون توصیه نمی شود.
مهاربندی V
ساختار این قاب ساختمانی از دو عضو مورب به شکل V تشکیل می شود. مهاربندی V معکوس یا شورون نیز به شکل عدد ۸ قابل اجرا می باشد. هر دو سیستم می توانند ظرفیت کمانش مهاربند فشاری را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. یعنی با تحت فشار قرار گرفتن مهاربندها، باید از انتقال نیرو و خمش در اجزای افقی جلوگیری شود.
مهاربندی زانویی | عنصر جانبی متمرکز داستان!
این مهاربند یکی از انواع قاب های ساختمانی است که در برابر بارهای جانبی مقاومت بالایی دارد. در این سیستم قاب بندی نوین، به جای اتصال تیر به ستون از مهاربند مورب زانویی استفاده می کند. مزیت مهاربند زانویی این است که آسیب در عنصر ثانویه متمرکز می شود که پس از زلزله به راحتی قابل تعویض است. این قاب ساختمانی در دو حالت تک زانو و دو زانو جهت مهاربندی قابل پیاده سازی می باشد.
وقت طلایی خود را بهینه صرف کنید: مطالعه بهترین کتاب های مهندسی عمران
قاب دیوار برشی (مناسب برای حرفه ای ها!)
مناسب ترین مکان برای قرارگیری دیوار برشی، روی یک یا دو لبه خارجی دیوار می باشد که باید به طور متقارن قرار گیرد تا مرکز ثقل سازه را تغییر ندهد و به بارهای جانبی مانند زمین لرزه و وزش باد نیفزاید. بنابراین قرار دادن آن نیاز به مهارت و تجربه خاصی دارد زیرا اگر در محل مناسب قرار نگیرد منجر نتایج نامطلوب می شود. حداقل ضخامت این دیوار ۱۵۰ میلی متر است. دیوار برشی در صفحه خود، ظرفیت تحمل بار فوق العاده ای دارد اما برای بارهای خارج از صفحه ظرفیت آن کاهش می یابد یعنی مقاومت خمشی آن کاهش می یابد.
مزایای قاب مهاربندی
- امکان قرار گرفتن در داخل یا خارج از سازه
- ایجاد انعطاف پذیری در طراحی معماری
- امکان جایگذاری داخل دیوارهای جداکننده
- عدم نیاز به اتصالات خمشی
معایب قاب مهاربندی
- ایجاد مشکلاتی برای چیدمان در و پنجره به دلیل انسداد مهاربندی ها
- نیاز به مواد نسوز برای اجزای فولادی و اشغال فضای بیشتر
- نیاز به صفحات بزرگ برای اتصال بین تیرها و ستون ها
نتیجه گیری
وقوع زمین لرزه های ویران گر و فجیع در سراسر دنیا باعث پیشرفت صنعت ساخت و ساز در زمینه های مقاوم سازی ایمنی آن شده است. پیشگیری بهتر از درمان! استفاده از انواع قاب های ساختمانی نیز از خسارت های جانی و مالی ناشی از حوادث طبیعی مانند زلزله و طوفان می کاهد. برافراشته شدن ساختمان های مرتفع نیز اهمیت استفاده از قاب ساختمانی را دوچندان می کند.
با توجه به موقعیت جغرافیایی و ویژگی های سازه مورد نظر، می توان یکی از انواع قاب های خمشی یا مهاربندی را جهت مقاوم سازی لرزه ای پیاده سازی کرد و امنیت جانی ساکنین آن را تضمین نمود. این مقاله در وب سایت بزرگ رایان بوک در خدمت شما قرار گرفت مکه می توانید انواع کتب مهندسی عمران، معماری و برق را خریداری کنید.
