مهاربند کمانش تاب (BRB) و طراحی با خسارت محدود

۲۹ شهریور ۱۳۹۷| بانک مقالات| نویسنده: |
به کارگیری مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان روشی برای تمرکز خسارات در ژاپن
به کارگیری مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان روشی برای تمرکز خسارات در ژاپن

مقدمه

 

در قرن اخیر ساختمان ­ها در مقیاس ابعاد و ارزش، به ویژه با معرفی محتویات مهم مانند تجهیزات الکترونیکی و اطلاعات حیاتی برای ادامه فعالیت، بزرگتر شده ­اند. دلایل متعددی وجود دارد که تحت اثر زلزله­ های بزرگ ایجاد و گسترش تغییرشکل­ های پلاستیک در یک سازه منجر به خسارات احتمالی به این اجزاء و مختل شدن خدمت رسانی ساختمان و فعالیت آن می ­شود. مخصوصاً در مناطق شهری، هزینه ­های وارده بر جامعه به دلیل تعطیلی طولانی مدت ناشی از تعمیر یا بازسازی مجدد ناشی از طراحی شکل ­پذیر متداول، می­ تواند جبران ناپذیر باشد. از طرفی به دلیل تأمین مصالح مصرفی، فعالیت ­های ساخت و ساز نیازهای گسترده­ ای را بر محیط زیست اعمال می ­کند. این نیاز را می­ توان با افزایش طول عمر ساختمان کاهش داد. با طراحی ساختمان ­های بزرگی که پس از زلزله ­های بزرگ قابل استفاده هستند، همه این مسائل را می ­توان تحت پوشش قرار داد.

پیشینه مفهوم طراحی با خسارت محدود و تجهیزات میراگر

 

در سال ۱۹۹۲ Wada و همکاران در کشور ژاپن مفهوم «سازه­ های با قابلیت تحمل خسارت» را معرفی کردند که در آن استهلاک انرژی در اعضاء ویژه ­ای تحت عنوان «فیوز­های خسارت» متمرکز شده و سازه اصلی جهت تحمل بارهای ثقلی ایمن باقی می ­ماند. بعد از زلزله­ های بزرگ تجهیزات مستهلک کننده انرژی (که از این به بعد با عنوان «میراگر» نامیده می ­شوند) به عنوان فیوز­های خسارتی ممکن است که نیاز به تعویض داشته باشند، هرچند که به طور کلی به گونه ­ای طراحی می ­شوند که در برابر چندین رخداد زلزله قابل وقوع در طول عمر ساختمان مقاومت کنند. این ایده به صورت تئوری بر مبنای روش «طراحی بر مبنای عملکردی» پروفسور Connor می­ باشد که پیشنهاد می ­کند که اگر هر عضو سازه­ ای به صورت منفرد مطابق با نیازهای طراحی خود باشد، یک طرح معقول تر خواهیم داشت. در شکل زیر قاب فضایی الاستیک وظیفه تحمل بارهای ثقلی، جلوگیری از تجمع نیازها در یک طبقه و محدود نمودن تغییرمکان­ های ماندگار را دارد، در حالی که انرژی ورودی زلزله توسط اعضاء ویژه لرزه ­ای مستهلک می ­شود. به دلیل اینکه خسارت در اعضایی لرزه ­ای با طراحی ویژه و قابلیت جایگزینی راحت متمرکز شده که از سازه اصلی را محافظت نموده و خدمت رسانی ساختمان را مختل نمی ­کند، این مفهوم تحت عنوان «سازه ­های با قابلیت تحمل خسارت» نامیده می­ شود. بعد از این محققین فلسفه ­های طراحی مشابهی از جمله «مفهوم فیوز سازه ­ای» در کشور امریکا و «طراحی با خسارت محدود» در کشور نیوزیلند معرفی شدند.

نقش میراگر در سازه با قابلیت تحمل خسارت
نقش میراگر در سازه با قابلیت تحمل خسارت

مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان میراگر 

 

با گسترش مصالح فولادی پرمقاومت و شکل ­پذیر، مهندسین این امکان را دارند که در این سیستم از مهاربندهای کمانش تاب (BRB) به عنوان میراگرهای هیسترتیک جهت دستیابی اقتصادی به سطح عملکرد استفاده بی وقفه در اعضاء سازه­ ای، استفاده کنند. به عنوان نمونه می ­توان به دو سازه زیر در کشور امریکا و نیوزیلند اشاره نمود:

ساختمان هنرهای زیبا لوس آنجلس، مجهز به مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان میراگر
ساختمان هنرهای زیبا لوس آنجلس، مجهز به مهاربند کمانش تاب (BRB)
ساختمان جدید دانشکده علوم دانشگاه کانتربری مجهز به مهاربند کمانش تاب (BRB) به عنوان میراگر
ساختمان جدید دانشکده علوم دانشگاه کانتربری مجهز به مهاربند کمانش تاب (BRB)

خوشبختانه این سیستم در داخل کشورمان توسط شرکت هایی مانند پویا تدبیر ویرا در حال تولید بوده و پروژه هایی نیز طراحی و در حال اجرا می ­باشد. به عنوان مثال می ­توان به سازه فولادی زیر با کاربری اداری اشاره نمود که توسط شرکت پارس سایزمیک بر اساس طراحی عملکردی مورد بازطراحی قرار گرفته است. این سازه ابتدا بر اساس اهمیت متوسط با استفاده از سیستم قاب خمشی فولادی با شکل ­پذیری متوسط طراحی شده بوده که فولاد مصرفی در اعضاء سازه­ای و اتصالات آن­ها در مجموع ۴۴۴ تن می ­باشد. سپس همین سازه بر اساس اهمیت زیاد با استفاده از سیستم مهاربند کمانش تاب طراحی شد که وزن فولاد مصرفی در سازه به ۲۶۲ تن کاهش پیدا کرد. همچنین انجام تحلیل ­های استاتیکی غیرخطی بر اساس ضوابط ویرایش اول نشریه ۳۶۰ و استاندارد ASCE 41 نشان می­ دهد که در هیچ یک از تیرها و ستون­ ها مفصل پلاستیک تغییرشکل و نیرو کنترل تشکیل نشده و همه مفاصل پلاستیک در المان های مهاربند کمانش تاب تشکیل می­ شود. تعدادی از نتایج حاصله از این تحلیل ­ها برای زلزله سطح خطر BSE-2N (زلزله ­ای با دوره بازگشت ۲۴۷۵ سال) در تصاویر زیر نشان داده شده است:

مدل ساختمان اداری مجهز به مهاربند کمانش تاب 2
مدل ساختمان اداری مجهز به مهاربند کمانش تاب 1
مدل ساختمان اداری مجهز به مهاربند کمانش تاب 4
مدل ساختمان اداری مجهز به مهاربند کمانش تاب 3

* استفاده از مطالب این صفحه با ذکر منبع و لینک مستقیم به آن، بلامانع است.
برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه پروژه های مجهز به مهاربند کمانش تاب (BRB) به بخش «پروژه ها» و برای کسب اطلاعات تخصصی در زمینه طراحی و مدل سازی به بخش «اطلاعات فنی» سایت شرکت پویا تدبیر ویرا مراجعه نمایید:

 

همچنین برای مطالعه بیشتر در زمینه این سیستم می توانید بخش «مهاربند کمانش تاب (BRB)» را در همین وبسایت بخوانید.