نحوه عملکرد بادبند در ساختمان

سیستم بادبند یا مهاربندی (Cross Bracing) مجموعه‌ای از چند عضو است که جهت استحکام و پایداری سازه در برابر نیروهای افقی ناشی از زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرد. بادبندها از مهمترین جنبه‌های طراحی سازه‌های فولادی برای نیروهای جانبی در جهت افزایش سختی ساختمان هستند. تحلیل نقش بادبندها با در نظر گرفتن ظرفیت اتلاف انرژی به عمل لرزه‌ای و تغییر شکل‌شان تعریف می‌شود. هر ساختمان، صرف نظر از اندازه و ابعاد، باید قادر به مقاومت در برابر بارهای جانبی پیش‌بینی شده زلزله و باد برای جلوگیری از فروپاشی کلی سازه باشد؛

  انواع بادبند:

همان گونه که در بالا اشاره شد، وظیفه بادبند مقاوم سازی ساختمان در برابر نیروهای ناشی از باد یا زلزله می باشد. آن چه که در استفاده از بادبندها در سازه حائز اهمیت می باشد، طراحی مناسب و صحیح آن ها می باشد. بادبندها انواع مختلفی دارند که در ادامه به معرفی آن ها می پردازیم:

مهاربند یا بادبند ضربدری :

ساختار مهاربند ضربدری که با نام همگرا نیز شناخته می شود، به گونه ای است که در آن دو عضو مهاربند به حالت قطری زوایای متقابل یک دهانه را به یکدیگر متصل می کنند.

مهاربند قطری :

مهاربند یا بادبند قطری به حالتی گفته می شود که در آن تنها یک قطر داخل چشمه وجود داشته باشد.

مهاربند 7 و 8:

ساختار مهاربند 7 و 8 به گونه ای است که در آن دو عضو مهاربند بر روی یک گره در رو و یا زیر تیر با یکدیگر متقارب هستند.

مهاربند K:

ساختار مهاربند K به گونه ای است که یک جفت مهاربند در یک طرف ستون قرار گرفته و در نقطه ای بر روی ستون یکدیگر را قطع می کنند.

معرفی بادبند واگرا و همگرا:

به طور کلی بادبندها به دو دسته واگرا یا همگرا تقسیم بندی می شوند. که در ادامه به معرفی آن ها می پردازیم.

بادبند واگرا:

ساختار بادبندهای واگرا به گونه ای است که در یک انتها بادبند باید به تیر متصل شده و حداقل در یک انتها به گره تقاطع تیر و ستون متصل نباشد.این گونه بادبندها با نام بادبندهای برون محور نیز شناخته می شوند.

 یکی از نکات مهمی که در سیستم بادبندهای واگرا یا برون محور باید به آن توجه داشت، طراحی صحیح تیرچه ارتباطی می باشد.مقدار نیروی برشی و لنگر خمشی در تیر پیوند نیز از جمله مواردی است که باید با دقت بالایی محاسبه شود.

 به طور کلی می توان گفت در صورتی که از این سیستم مهاربند به شکل صحیحی استفاده شود، شکل پذیری بیش تر سازه و کاهش برش پایه زلزله را به همراه دارد.آن چه که در طراحی این سیستم مهاربند حائز اهمیت می باشد، اجرای صحیح آن براساس آیین نامه های اجرایی و رعایت کلیه نکات اجرایی آن می باشد.

مهاربند همگرا:

مهاربند همگرا به گونه ای است که امتداد اعضایی هم چون تیر و ستون و اعضای مهاربند از یک نقطه عبور می کنند. مهاربندهای همگرا با عنوان بادبندهای هم محور نیز شناخته می شوند. طراحی این گونه بادبندها به گونه است که طراحی تیرها در قسمت های بادبندی مانند تیرهای معمولی و تحت بارهای ثقلی شکل می گیرد.

این ساختار سبب می شود در صورت بروز زلزله نیروی قابل توجهی در تیرها ایجاد نشود. از جمله مزایای سیستم بادبندهای همگرا می توان به مواردی هم چون ایجاد سختی بالا برای سازه و کنترل تغییر مکان جانبی سازه اشاره کرد.

استفاده از این سیستم معایبی نیز به همراه دارد که از جمله می توان ایجاد برخی محدودیت ها ر معماری سازه و شکل پذیری پایین آن ها اشاره کرد. شکل پذیری کم آن ها سبب می شود قابلیت دفع نیروی زلزله کاهش پیدا کند. این امر بالا رفتن نیروی ارتعاشات در سازه را به همراه دارد.

مزایای استفاده از سیستم مهاربند:

از جمله مزایای قاب هایی که در آن ها از سیستم مهاربندی استفاده شده است می توان به موارد زیر اشاره کرد:سیستم بادبندی یا مهاربندی نسبت به قاب های خمشی از سختی الاستیک بالاتری در برابر ارتعاشات زلزله برخوردار هستند.در نصب این گونه سیستم ها از اتصالات پین یا پیچ و مهره استفاده می شود.

 همین امر می تواند در کاهش هزینه و زمان نصب و اجرا تاثیر مستقیم داشته باشد.استفاده از قاب های مهاربندی شده سبب می شود در صورت بروز زلزله خرابی سایر المان ها کاهش پیدا کند. 

هم چنین این امکان وجود دارد که در صورت آسیب دیدن مهاربند پس از زلزله، مهاربندهای آسیب دیده جایگزین و تعویض شوند.

نحوه عملکرد بادبند در ساختمان :

نیروهای افقی به دلیل وجود باد و طوفان و یا سیل و زلزله به بدنه یک سازه وارد می شوند. هنگام طراحی سازه، مهندس طراح باید تمام نیروهای احتمالی وارد بر پروژه را در نظر بگیرد و با توجه به آن ها و با استفاده از روش ها و تجهیزات مختلف، سازه ای مقاوم را طراحی و اجرا نماید.

بادبند یکی از مهم ترین تجهیزات در زمینه محسوب می شود. اگر نیروهای عرضی توسط تجهیزاتی مانند بادبند مهار نشوند، روی فونداسیون تاثیر کذاشته و سبب حرکت یا تخریب ساختمان به طور عرضی می شوند.

بادبندها اصولا از میله های فولادی یا تیرآهن مانند نبشی و ناودانی ساخته می شوند. همانطور که گفتیم بادبندها انواع مختلفی دارند و بسته به نوع و کاربردشان در سازه مورد استفاده قرار می گیرند.

 در ساختمان هایی که چندین دهانه دارند، مهادبند در بزرگ ترین دهانه در تمام طبقات جای گذاری می شود.بعضی اوقات با توجه به نظر مهندس طراح، از بادبند برای طبقات اول و آخر استفاده می شود. 

این بادبندها به گونه ای طراحی می شوند که بتوانند نیروهی عرضی وارد شده راگرفته و به قاب بعدی منتقل کنند. این کار سبب می شود تا بار در قاب ها پخش شده و فشار زیادی به ساختمان وارد نشود.