بررسی سیستم باربر جانبی

مقدمه

همان‌طور که می‌دانید، سازه‌ها تحت تأثیر دو نوع بار اصلی قرار می‌گیرند: بارهای ثقلی و بارهای جانبی. بررسی‌ها نشان می‌دهد که 73 درصد از مهندسان در طراحی و انتقال صحیح بارهای جانبی با دشواری‌هایی روبه‌رو هستند. به نظر شما، چگونه می‌توان چالش‌های مربوط به انتقال بارهای جانبی را در فرآیند طراحی سازه مدیریت کرد؟ سیستم‌های باربر جانبی چه اهمیتی در این زمینه دارند و انتخاب بهینه‌ی آن‌ها باید بر چه اصولی استوار باشد؟ آیا می‌توان از همان سیستم‌های سازه‌ای برای ساختمان‌های بلند استفاده کرد که برای ساختمان‌های کوتاه به کار می‌روند؟

1. سیستم‌های باربر سازه‌ای

در ساختمان‌ها، بارهایی که به سازه وارد می‌شوند به دو دسته اصلی تقسیم می‌گردند: بارهای ثقلی (قائم) و بارهای جانبی. سازه باید ترکیبی از اجزای مناسب باشد تا این بارها را به‌طور ایمن به فونداسیون و در نهایت به زمین منتقل کند. برای انجام این وظیفه، از سیستم‌های باربر سازه‌ای استفاده می‌شود.

1.1. سیستم باربر ثقلی (قائم)

بارهای ثقلی شامل بارهایی است که به‌صورت عمودی به سازه وارد می‌شوند و عمدتاً ناشی از وزن سازه، بار زنده ساختمان و بار برف هستند. این بارها ابتدا به کف سازه وارد شده، سپس به تیرها منتقل می‌شوند و از آنجا به ستون‌ها و نهایتاً به فونداسیون و زمین منتقل می‌گردند.

سیستم باربر ثقلی شامل تمامی اعضایی است که در برابر این بارها مقاومت می‌کنند، از جمله تیرها، ستون‌ها و پی. این سیستم وظیفه اصلی تحمل وزن اجزای سازه و بارهای اضافه را بر عهده دارد و به‌صورت یکپارچه این بارها را به زمین منتقل می‌کند.

2.1. سیستم باربر جانبی

بارهای جانبی، مانند بارهای ناشی از باد، زلزله و فشار خاک، نیروهایی هستند که به‌صورت افقی به سازه وارد می‌شوند. سیستم باربر جانبی بخشی از سازه است که وظیفه مقابله با این نیروها را دارد. این سیستم باید بارهای جانبی را جذب کرده و از طریق مسیرهای مطمئن و ایمن به شالوده منتقل کند.

انتخاب صحیح سیستم‌های باربر جانبی نقش مهمی در پایداری سازه ایفا می‌کند و بسته به نوع سازه و شرایط محیطی می‌تواند شامل قاب‌های خمشی، مهاربندها، دیوارهای برشی یا سیستم‌های ترکیبی باشد.

3.1. نتیجه

استفاده از سیستم‌های باربر ثقلی و جانبی مناسب، کلید اصلی تضمین ایمنی و عملکرد سازه در برابر انواع بارها است. هماهنگی این دو سیستم در طراحی، تضمین‌کننده پایداری و استحکام سازه در طول عمر مفید آن خواهد بود.

2. بار جانبی ساختمان چیست؟

بارهای جانبی به نیروهایی اطلاق می‌شود که به‌صورت افقی به سازه وارد می‌شوند و عمدتاً ناشی از عوامل محیطی مانند باد و زلزله هستند. این بارها می‌توانند تعادل و پایداری سازه را به چالش بکشند، به همین دلیل از سیستم باربر جانبی برای تحمل و انتقال این بارها استفاده می‌شود.

بر اساس بند 1-5-5 استاندارد 2800 ایران:

“عناصر مقاوم در برابر نیروی‌های افقی زلزله باید به گونه‌ای طراحی شوند که پیچش ناشی از این نیروها در طبقات به حداقل برسد. برای این منظور، فاصله مرکز جرم و مرکز سختی در هر طبقه نباید بیش از 5 درصد بعد ساختمان در همان امتداد باشد.”

این بند اهمیت طراحی و آرایش صحیح سیستم‌های باربر جانبی را برای کاهش پیچش و افزایش بازدهی عملکرد سازه دوچندان می‌کند.

1.2. ویژگی‌های بهترین سیستم سازه‌ای

از دیدگاه یک مهندس سازه، سیستم سازه‌ای ایده‌آل سیستمی است که بتواند ترکیبات مختلف بارهای قائم (ثقلی) و جانبی (افقی) را به شکلی بهینه تحمل کند. این سیستم باید دارای ویژگی‌هایی مانند:

• حداقل پیچش و جابه‌جایی در برابر بارهای جانبی،
• مقاومت کافی در برابر نیروهای محیطی،
• توزیع متناسب سختی و جرم در تمام طبقات،
• و انتقال ایمن نیروها به شالوده باشد.

با توجه به اهمیت بارهای جانبی، انتخاب و طراحی دقیق سیستم باربر جانبی متناسب با نوع سازه، ارتفاع آن و شرایط محیطی، از اساسی‌ترین مراحل در فرآیند طراحی سازه به شمار می‌رود.

3. معرفی انواع سیستم‌های باربر جانبی در سازه‌ها

طبق استاندارد 2800 زلزله ایران، سیستم‌های باربر جانبی شامل روش‌ها و اجزای مختلفی هستند که به منظور انتقال نیروهای جانبی (مانند زلزله و باد) به زمین طراحی شده‌اند. دیافراگم سازه‌ای که به‌عنوان بخشی از این سیستم عمل می‌کند، نقش مهمی در انتقال نیرو بین عناصر باربر جانبی ایفا می‌کند. در ادامه به معرفی برخی از این سیستم‌ها می‌پردازیم:

1.3. سیستم دیوارهای باربر

دیوارهای باربر از جمله اجزای کلیدی سازه هستند که علاوه بر تحمل وزن خود، وظیفه انتقال بارهای طبقات بالاتر و سقف‌ها به فونداسیون را بر عهده دارند. این دیوارها می‌توانند داخلی یا خارجی باشند و به‌طور همزمان مقاومت در برابر بارهای ثقلی و بارهای جانبی را تأمین کنند.

1.1.3. انواع سیستم‌های دیوار باربر:

• قالب تونلی: سازه‌هایی که دیوار و سقف آن‌ها یکپارچه بتن‌ریزی می‌شود.
• سازه‌های بنایی: دیوارهای ساخته شده از مصالح بنایی که توانایی تحمل بارهای قائم و جانبی را دارند.
• دیوارهای سبک فولادی سرد نورد: این دیوارها با استفاده از تسمه یا صفحات فولادی تقویت‌شده طراحی شده‌اند و در برابر بارهای جانبی مقاوم هستند.

2.1.3. ویژگی‌های سیستم دیوار باربر:

• تحمل بارهای خمش: در این سیستم، تیرها معمولاً حذف می‌شوند و سقف (که اغلب به شکل دال طراحی می‌شود) خمش ناشی از بارهای قائم و جانبی را تحمل می‌کند.
• ترکیب دو وظیفه: دیوارها هم به‌عنوان عضو باربر ثقلی و هم به‌عنوان مقاوم‌کننده در برابر بارهای جانبی عمل می‌کنند.

3.1.3. مزایای سیستم دیوار باربر

1. افزایش دوام: مقاومت بالا در برابر عوامل محیطی مانند باد، زلزله و رطوبت.
2. قابلیت ترکیب: امکان استفاده همزمان با سایر سیستم‌های سازه‌ای.
3. محاسبات دقیق: طراحی قابل اعتماد و متناسب با نیاز سازه.
4. عدم محدودیت در طبقات: مناسب برای سازه‌های چندطبقه و ارتفاع‌های مختلف.
5. صرفه‌جویی در انرژی: بهره‌وری بالا در مصرف انرژی و عایق‌بندی.
6. حمل‌ونقل آسان: قابلیت جابجایی بدون نیاز به تجهیزات خاص.
7. سهولت عبور تأسیسات: امکان عبور آسان تأسیسات مکانیکی و الکتریکی از دیوارها.

2.3. سیستم قاب ساختمانی ساده

سیستم قاب ساختمانی ساده شامل اتصالات مفصلی بین تیر و ستون است که در آن سختی خمشی تیرها در برابر نیروهای جانبی مشارکت نمی‌کند. این سیستم تنها برای انتقال و تحمل بارهای قائم طراحی شده است و به تنهایی توانایی مقاومت در برابر بارهای جانبی را ندارد. در اثر اعمال نیروهای جانبی مانند زلزله، این سیستم دچار ناپایداری می‌شود. برای تأمین پایداری و ایجاد مقاومت در برابر نیروهای جانبی، معمولاً از اجزای تقویت‌کننده‌ای مانند مهاربندها یا دیوارهای برشی (بتنی یا فولادی) استفاده می‌شود.

1.2.3. مهاربندها در قاب ساختمانی ساده

مهاربندها یکی از متداول‌ترین اجزای تقویتی هستند که برای انتقال بارهای جانبی به فونداسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند. این اجزا بر اساس نحوه اتصال و تقاطع با محورهای تیر و ستون به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. مهاربندهای همگرا (Concentric Braces):
   • در این نوع مهاربندها، محور طولی بادبند دقیقاً با محور تیر یا ستون تقاطع دارد.
   • در صورت اعمال بار جانبی، یکی از اعضای قطری تحت کشش و دیگری تحت فشار قرار می‌گیرد.
   • اعضای فشاری ممکن است دچار کمانش شوند که به تشکیل مفاصل پلاستیک و کاهش سختی و مقاومت سازه منجر می‌گردد.
   • اگرچه مهاربندهای همگرا در محدوده عملکرد خطی سختی و مقاومت خوبی دارند، اما در تنش‌های بالا (حوزه عملکرد غیرخطی) مستعد ناپایداری و کاهش اعتمادپذیری لرزه‌ای هستند.
   • مناسب برای کنترل دریفت (جابجایی جانبی)، اما استفاده از آن‌ها در ساختمان‌های بلند به دلیل احتمال کمانش بالا توصیه نمی‌شود.
2. مهاربندهای واگرا (Eccentric Braces):
   • در این سیستم، محور بادبند با محور تیر یا ستون فاصله دارد و یک ناحیه خاص به نام تیر پیوند ایجاد می‌شود.
   • تیر پیوند نقش اصلی در جذب انرژی زلزله و شکل‌پذیری سازه ایفا می‌کند.
   • این نوع مهاربندها در برابر زلزله به دلیل تغییرشکل و شکل‌پذیری بالا، ضریب رفتار بیشتری دارند که باعث کاهش نیروی زلزله وارد بر سازه می‌شود.
   • مناسب برای ساختمان‌های بلند و سازه‌هایی که نیاز به شکل‌پذیری بیشتری دارند.

2.2.3. مقایسه مهاربندهای همگرا و واگرا

ویژگی	مهاربند همگرا	مهاربند واگرا
عملکرد خطی	سختی و مقاومت بالا	شکل‌پذیری کمتر
عملکرد غیرخطی	مستعد کمانش و ناپایداری	جذب انرژی بهتر و شکل‌پذیری بالا
کنترل دریفت	مؤثرتر	کمتر مؤثر
مناسب برای ساختمان‌های بلند	خیر (احتمال کمانش بالا)	بله
نیروی زلزله وارد بر سازه	بیشتر (ظرفیت محوری بالا)	کمتر (به دلیل ضریب رفتار بالاتر)

3.2.3. نکات مهم طراحی لرزه‌ای

• در ساختمان‌های کوتاه و متوسط می‌توان از مهاربندهای همگرا برای کنترل جابجایی جانبی استفاده کرد.
• برای ساختمان‌های بلند یا در شرایطی که شکل‌پذیری و جذب انرژی اولویت دارند، مهاربندهای واگرا انتخاب بهتری هستند.
• طراحی باید بر اساس استاندارد 2800 و با توجه به شرایط لرزه‌ای منطقه انجام شود.

4.2.3. مکانیزم و عملکرد سیستم‌های مهاربندی واگرا (Eccentric Braces)

ایده اصلی مهاربندهای واگرا نخستین بار توسط پوپوف ارائه شد. هدف اصلی از طراحی این سیستم، افزایش شکل‌پذیری و اتلاف انرژی در سازه تحت اثر نیروهای زلزله است. برخلاف سیستم‌های همگرا، در این نوع مهاربند تلاش می‌شود از تشکیل مفاصل پلاستیک در ستون‌ها و مهاربندها جلوگیری شود و به جای آن، مفاصل پلاستیک در بخش مشخصی از تیر به نام تیر پیوند تشکیل گردد.

1. تشکیل مفصل پلاستیک در تیر پیوند:
   • در این سیستم، فاصله‌ای مشخص بین محل اتصال بادبند به تیر یا ستون وجود دارد که به آن تیر پیوند گفته می‌شود.
   • ناحیه تیر پیوند به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که شکل‌پذیری بالا و توانایی جذب انرژی داشته باشد.
2. اتلاف انرژی در تیر پیوند:
   • تغییرشکل‌های ایجاد شده در تیر پیوند تحت بارهای جانبی، منجر به اتلاف انرژی به صورت تغییرشکل‌های پلاستیک می‌شود.
   • این ویژگی باعث می‌شود انرژی وارد شده از زلزله بیشتر توسط تیر پیوند جذب و مستهلک شود.
3. جلوگیری از خرابی پیش‌رونده:
   • برخلاف مهاربندهای همگرا، که اعضای قطری آن‌ها ممکن است تحت فشار دچار کمانش شوند، در مهاربندهای واگرا این پدیده کنترل شده است.

5.2.3. مزایای مهاربندهای واگرا

1. شکل‌پذیری بالا:
   • تیر پیوند به دلیل طراحی خاص خود قابلیت تغییرشکل‌های بزرگ را دارد، که این امر سازه را در برابر زلزله‌های شدید مقاوم‌تر می‌کند.
2. اتلاف انرژی بیشتر:
   • به دلیل تمرکز تغییرشکل‌ها در تیر پیوند، سیستم مهاربندی واگرا نسبت به همگرا در اتلاف انرژی مؤثرتر است.
3. ضریب رفتار بالا:
   • این سیستم ضریب رفتار بزرگ‌تری نسبت به مهاربندهای همگرا دارد که به معنی جذب انرژی زلزله بیشتر و کاهش نیروی طراحی است.
4. عملکرد بهتر در ساختمان‌های بلند:
   • به دلیل کاهش احتمال کمانش مهاربندها و تمرکز تغییرشکل‌ها در تیر پیوند، برای ساختمان‌های بلندتر مناسب‌تر است.

6.2.3. محدودیت‌ها و الزامات طراحی

• طراحی تیر پیوند باید به گونه‌ای باشد که تحمل تغییرشکل‌های پلاستیک مکرر را داشته باشد.
• ضوابط لرزه‌ای استاندارد (مانند استاندارد 2800 ایران) باید در طراحی این سیستم‌ها رعایت شود تا از عملکرد مناسب آن‌ها اطمینان حاصل گردد.
• ممکن است به دلیل الزامات معماری، کاربرد این سیستم محدود شود.

3.3. سیستم دیوار برشی بتن‌آرمه

دیوار برشی بتن‌آرمه یکی از مؤثرترین سیستم‌های مقاوم در برابر نیروهای جانبی (مانند زلزله و باد) است که به دلیل سختی بالا و عملکرد لرزه‌ای اطمینان‌بخش، به طور گسترده در ساختمان‌های بتنی استفاده می‌شود.

1.3.3. نحوه عملکرد دیوار برشی

1. محل قرارگیری:
   دیوارهای برشی معمولاً در قاب‌های داخلی یا پیرامونی ساختمان قرار می‌گیرند تا سختی و مقاومت سازه را در برابر نیروهای جانبی افزایش دهند.
2. آرماتورگذاری:
   • دیوارها شامل دو گروه آرماتورگذاری افقی و قائم هستند که برای مسلح کردن بتن استفاده می‌شوند.
   • در دو انتهای دیوار، آرماتورهای متمرکز به نام المان مرزی تعبیه می‌شود که وظیفه افزایش مقاومت خمشی و شکل‌پذیری دیوار را بر عهده دارد.
3. رفتار سازه‌ای:
   • دیوار برشی همچون یک طره قائم عمل می‌کند که با تغییرشکل‌های خمشی، نیروهای برشی وارد بر سازه را تحمل می‌کند.
   • این دیوارها در مقایسه با قاب‌های خمشی سختی بیشتری دارند، بنابراین نیروی بیشتری جذب می‌کنند و تغییرمکان جانبی سازه را به طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهند.
4. تعامل قاب و دیوار:
   • در قسمت پایینی سازه، قاب تمایل به تغییرشکل برشی دارد، اما دیوار برشی از این تغییرشکل جلوگیری می‌کند.
   • در قسمت بالایی سازه، دیوار تمایل به تغییرشکل خمشی دارد که قاب مانع آن می‌شود.
   • این تعامل باعث بهبود رفتار کلی سیستم و افزایش کارایی سازه می‌شود.

2.3.3. مزایای دیوار برشی

1. سختی بالا:
   کاهش تغییرمکان جانبی سازه، به‌ویژه در ساختمان‌های کوتاه و متوسط.
2. مهار جانبی ستون‌ها:
   جلوگیری از کمانش ستون‌ها و کاهش اثرات لاغری آن‌ها.
3. عملکرد اطمینان‌بخش در زلزله:
   • انتقال مفاصل پلاستیک به پای دیوار، به جای تشکیل در تیرها و ستون‌ها.
   • کاهش تأثیر میان‌قاب‌ها و افزایش نظم و پایداری سازه.
4. مقاومت بالا در برابر خرابی پیش‌رونده:
   جلوگیری از گسترش خرابی به سایر بخش‌های سازه.

3.3.3. معایب دیوار برشی

1. وزن زیاد:
   • دیوارهای برشی وزن سازه را افزایش می‌دهند که به معنی جذب نیروی جانبی بیشتری است.
   • این موضوع نیازمند طراحی دقیق‌تر فونداسیون است.
2. نیاز به فونداسیون بزرگ‌تر:
   • سختی و وزن بالای دیوارهای برشی نیازمند فونداسیون ضخیم‌تر و گسترده‌تر است که می‌تواند هزینه و زمان ساخت را افزایش دهد.

4.3.3. مقایسه دیوار برشی و قاب خمشی

ویژگی	دیوار برشی	قاب خمشی
مقاومت در برابر نیروهای جانبی	بیشتر (سختی بالا)	کمتر
تغییرمکان جانبی	کمتر	بیشتر
محل تشکیل مفصل پلاستیک	پای دیوار	انتهای تیرها
نظم و پایداری	بیشتر (بدون اختلال میان‌قاب‌ها)	کمتر (میان‌قاب‌ها رفتار سازه را مختل می‌کنند)

4.3. سیستم دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی یکی از سیستم‌های مقاوم در برابر بارهای جانبی است که در سال‌های اخیر، به دلیل سرعت نصب و مزایای خاص خود، در کشورهای پیشرفته مورد توجه قرار گرفته است.

1.4.3. ویژگی‌ها و عملکرد دیوار برشی فولادی

1. ساختار:
   • شامل ورق‌های فولادی با ضخامت 3 تا 12 میلی‌متر که بین تیر و ستون‌های فولادی قرار می‌گیرند.
   • انواع مختلف شامل مقید و غیرمقید و با بازشو یا بدون بازشو وجود دارد.
2. مقاوم‌سازی:
   در مقایسه با دیوار برشی بتن‌آرمه، نصب دیوار برشی فولادی در مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود سریع‌تر و آسان‌تر است.
3. معایب:
   • کمانش موضعی: به دلیل نازک بودن ورق‌ها.
   • کاهش مقاومت در برابر حرارت: فولاد در دماهای بالا مقاومت خود را از دست می‌دهد.
4. مزایا:
   • سبکی: وزن کمتر نسبت به دیوار بتن‌آرمه که باعث کاهش نیروی زلزله وارد بر سازه می‌شود.
   • کاهش ابعاد اعضا: به دلیل نیاز به مقاومت کمتر در اعضای اصلی.

5.3. سیستم قاب خمشی

یکی دیگر از سیستم‌های مقاوم در برابر بارهای جانبی، قاب خمشی است که در آن اتصالات صلب بین تیر و ستون باعث تحمل نیروهای جانبی و قائم می‌شوند.

1.5.3. ویژگی‌ها و عملکرد قاب خمشی

1. اتصالات صلب:
   • برخلاف قاب‌های مفصلی، اتصالات صلب تیر به ستون در قاب خمشی باعث مشارکت سختی خمشی تیرها در تحمل بارهای جانبی می‌شود.
2. انعطاف‌پذیری معماری:
   • در این سیستم به دلیل عدم وجود مهاربند یا دیوار برشی، فضای بین قاب‌ها محدود نمی‌شود و معمار آزادی بیشتری در طراحی دارد.
3. مزایا:
   • شکل‌پذیری بالا: قاب خمشی به دلیل جزئیات اجرایی خود، شکل‌پذیری مناسبی دارد که در برابر زلزله باعث جذب انرژی و کاهش نیروی لرزه‌ای می‌شود.
   • کاهش محدودیت ارتفاع: سیستم قاب خمشی (ویژه) می‌تواند در ساختمان‌های بلند نیز استفاده شود.
4. معایب:
   • هزینه بالاتر: به دلیل جزئیات بیشتر و اجرای پیچیده‌تر اتصالات صلب.
   • تغییر شکل جانبی زیاد: ممکن است در ساختمان‌های بلند تغییرشکل‌های جانبی زیاد مشکل‌ساز شود که نیاز به افزایش سختی قاب یا تعداد ستون‌ها دارد.

2.5.3. تغییر شکل‌های جانبی در قاب خمشی

1. تغییر شکل ناشی از خمش طره‌ای:
   • کوتاه و بلند شدن طول ستون‌ها، 20% از تغییر شکل کل.
2. تغییر شکل ناشی از خمش تیرها و ستون‌ها:
   • 80% تغییر شکل کل، که از این مقدار 65% ناشی از خمش تیرها و 15% ناشی از خمش ستون‌ها است.

3.5.3. مقایسه دیوار برشی فولادی و قاب خمشی

ویژگی	دیوار برشی فولادی	قاب خمشی
مقاومت در برابر نیروهای جانبی	بالا (به دلیل سختی زیاد)	متوسط (وابسته به جزئیات طراحی)
وزن سازه	سبک‌تر	سنگین‌تر
انعطاف‌پذیری معماری	محدود (به دلیل حضور دیوارها)	بالا (به دلیل عدم وجود مهاربند یا دیوار برشی)
هزینه اجرا	کمتر	بیشتر
شکل‌پذیری و جذب انرژی	کمتر	بیشتر

6.3. سیستم دوگانه یا ترکیبی

سیستم دوگانه ترکیبی، یک روش مقاوم جانبی است که در آن از ترکیب دو نوع سیستم سازه‌ای برای تحمل بارهای جانبی استفاده می‌شود. این سیستم معمولاً شامل قاب‌های خمشی به همراه دیوارهای برشی یا مهاربندهای فولادی است. در این سیستم، بارهای ثقلی عمدتاً توسط قاب‌های ساختمانی تحمل می‌شوند، در حالی که دیوارهای برشی یا قاب‌های مهاربندی‌شده نقش عمده‌ای در تحمل نیروهای جانبی دارند.

1.6.3. ویژگی‌ها و عملکرد سیستم دوگانه

1. تقسیم بارهای جانبی:
   • طبق بند پ 1-8-4 استاندارد 2800، قاب‌های خمشی باید حداقل قادر به تحمل 25 درصد از نیروی جانبی در تراز پایه باشند، در حالی که دیوارهای برشی یا قاب‌های مهاربندی‌شده باید حداقل قادر به تحمل 50 درصد از نیروی جانبی در تراز پایه باشند.
   • اگر قاب‌های خمشی نتوانند 25 درصد نیروی جانبی را تحمل کنند، سیستم سازه به‌عنوان قاب ساختمانی ساده با مهاربند یا دیوار برشی در نظر گرفته می‌شود.
   • در صورتی که دیوارهای برشی یا قاب‌های مهاربندی‌شده نتوانند 50 درصد نیروهای جانبی را تحمل کنند، سیستم به‌عنوان سیستم قاب خمشی شناخته می‌شود.
2. حساب‌رسی بارهای جانبی:
   • در ساختمان‌های با ارتفاع کمتر از 8 طبقه یا ارتفاع کمتر از 30 متر، به‌جای توزیع بار به نسبت سختی، می‌توان دیوارهای برشی یا قاب‌های مهاربندی‌شده را برای 100 درصد بار جانبی طراحی کرد و قاب‌های خمشی را برای 30 درصد بار جانبی در نظر گرفت.
3. نسبت سختی سیستم‌ها:
   • در سیستم‌های دوگانه، سهم هر یک از دو سیستم سازه‌ای از نیروی جانبی وارد بر سازه، متناسب با سختی جانبی آن‌ها است. معمولاً سختی دیوارهای برشی یا قاب‌های مهاربندی‌شده بیشتر از سختی قاب‌های خمشی است، بنابراین، این سیستم‌ها بیشتر بارهای جانبی را جذب می‌کنند.

2.6.3. مزایای سیستم دوگانه

• عملکرد هم‌زمان:
  سیستم دوگانه به سازه این امکان را می‌دهد که بارهای جانبی را به‌صورت هم‌زمان و به طور مؤثر توسط دو سیستم مختلف تحمل کند. این عملکرد هم‌زمان می‌تواند باعث بهبود پاسخ لرزه‌ای سازه در برابر زلزله شود.
• بهبود ایمنی:
  ترکیب سیستم‌های مختلف مانند قاب خمشی و دیوار برشی می‌تواند باعث افزایش پایداری سازه شود و احتمال خرابی در زلزله‌های شدید را کاهش دهد.
• سختی و انعطاف‌پذیری بالا:
  این سیستم انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به سیستم‌های تک‌مؤلفه‌ای دارد و می‌تواند ترکیبی از سختی بالا (از دیوار برشی یا مهاربند) و شکل‌پذیری خوب (از قاب خمشی) را در اختیار طراحان قرار دهد.

3.6.3. معایب سیستم دوگانه

• پیچیدگی طراحی و اجرا:
  طراحی سیستم دوگانه پیچیده‌تر از سیستم‌های تک‌مؤلفه‌ای است و نیاز به توجه دقیق در جزئیات اجرایی و نحوه تعامل بین دو سیستم دارد.
• هزینه بیشتر:
  به دلیل وجود دو سیستم مختلف (قاب خمشی و دیوار برشی یا مهاربند)، هزینه‌های ساخت و اجرایی این سیستم نسبت به دیگر سیستم‌ها بالاتر است.

4.6.3. نتیجه‌گیری

سیستم دوگانه ترکیبی، به‌ویژه در سازه‌های بزرگ و بلند، به دلیل ترکیب مزایای قاب خمشی و دیوار برشی یا مهاربند، می‌تواند راه‌حل مناسبی برای مقابله با بارهای جانبی و بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه باشد. طراحی این سیستم‌ها باید با دقت بالا انجام شود تا از عملکرد بهینه هر یک از اجزای سیستم اطمینان حاصل شود.

7.3. سیستم‌های با کاربرد خاص

1.7.3. سیستم ستون کنسولی

سیستم ستون کنسولی یک نوع سیستم سازه‌ای است که در آن نیروهای جانبی، مانند نیروهای ناشی از زلزله و باد، مستقیماً از سقف به ستون‌های کنسولی منتقل می‌شوند. در این نوع سیستم، ستون‌ها به‌طور مشابه با یک ستون طره عمل می‌کنند و به‌عنوان تنها عنصر باربر بارهای جانبی عمل می‌کنند. به‌عبارت‌دیگر، در سیستم ستون کنسولی، ستون‌ها به‌صورت یکسر گیردار طراحی می‌شوند و تمامی بارهای جانبی را تحمل می‌کنند.

ویژگی‌های سیستم ستون کنسولی:

• عملکرد خمشی: ستون‌ها بارهای جانبی را از طریق عملکرد خمشی جذب می‌کنند.
• شکل‌پذیری کم و سختی زیاد: این سیستم‌ها معمولاً دارای شکل‌پذیری کمی هستند و سختی زیادی دارند، که آن‌ها را مناسب برای ساختارهایی می‌کند که نیاز به جذب زیاد نیروهای جانبی دارند.
• حداکثر ارتفاع: حداکثر ارتفاع مجاز برای این سیستم معمولاً بیشتر از 10 متر است.
• کاربرد: از این سیستم‌ها معمولاً در سازه‌های پارکینگ و سایبان‌های ماشین‌ها استفاده می‌شود.

2.7.3. سیستم‌های باربر جانبی در سازه‌های بلند

در سازه‌های بلند و برج‌ها که ارتفاع زیادی دارند، نیاز به سیستم‌های خاص برای تحمل بارهای جانبی احساس می‌شود. در این سازه‌ها از سیستم‌هایی مانند کمربند خرپایی، سیستم لوله‌ای و سایر سیستم‌های مشابه استفاده می‌شود. این سیستم‌ها به‌ویژه برای برج‌های بلند که در آن‌ها بارهای جانبی از اهمیت بیشتری برخوردار هستند، طراحی می‌شوند.

ویژگی‌های سیستم‌های باربر جانبی در سازه‌های بلند:

• کمربند خرپایی: این سیستم معمولاً برای برج‌های بلند استفاده می‌شود و می‌تواند نیروهای جانبی را در سطوح مختلف سازه به‌طور مؤثر توزیع کند.
• سیستم لوله‌ای: این سیستم، لوله‌های فولادی در اطراف سازه قرار داده و نیروی جانبی را از طریق لوله‌های مقاوم به سازه منتقل می‌کند.
• ویژگی‌های خاص: این سیستم‌ها معمولاً برای سازه‌های با ارتفاع زیاد طراحی می‌شوند و کاربرد خاص دارند.

3.7.3. نتیجه‌گیری

سیستم‌های ستون کنسولی و باربر جانبی در سازه‌های بلند هر دو از سیستم‌های خاص هستند که برای کاربردهای خاص و شرایط خاص طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها به‌ویژه در سازه‌های با ویژگی‌های خاص مانند پارکینگ‌ها یا برج‌های بلند به کار می‌روند و برای هر نوع سازه‌ای مناسب نیستند. درک و طراحی دقیق این سیستم‌ها برای افزایش عملکرد و ایمنی سازه‌های بلند و خاص از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

در این متن به بررسی انواع مختلف سیستم‌های سازه‌ای مقاوم در برابر بارهای جانبی پرداخته شد که نقش حیاتی در طراحی و ایمنی سازه‌ها، به‌ویژه در مناطق زلزله‌خیز، دارند. هر یک از این سیستم‌ها با ویژگی‌ها و مزایا و معایب خاص خود، برای سازه‌ها و شرایط مختلف طراحی شده‌اند و به انتخاب مناسب آن‌ها بر اساس نوع سازه، نیازهای معماری و الزامات طراحی لرزه‌ای بستگی دارد.

سیستم‌های قاب ساده، مهاربندی‌شده، دیوار برشی و قاب‌های خمشی به‌طور گسترده در طراحی سازه‌ها استفاده می‌شوند. در حالی که سیستم‌های دیوار برشی بتن‌آرمه و فولادی برای سازه‌های کوتاه‌تر و دارای نیاز به سختی بالا بسیار مناسب هستند، سیستم‌های قاب خمشی که امکان انعطاف‌پذیری بیشتری دارند، برای سازه‌هایی که به شکل‌پذیری بیشتری نیاز دارند و فضاهای معماری پیچیده‌تری دارند، مناسب‌اند. انتخاب بین این سیستم‌ها به عواملی چون نوع بارهای وارد شده، ویژگی‌های زمین‌شناسی منطقه، محدودیت‌های معماری و اقتصادی و در نهایت نیازهای عملکردی بستگی دارد.

سیستم‌های دوگانه یا ترکیبی، که شامل ترکیب قاب‌های خمشی با دیوارهای برشی یا مهاربندها هستند، نشان‌دهنده پیشرفت‌های اخیر در طراحی سازه‌ها به‌ویژه در برابر بارهای جانبی و شرایط لرزه‌ای می‌باشند. این سیستم‌ها به‌طور مؤثر و هماهنگ نیروهای جانبی را بین اعضای مختلف سازه توزیع می‌کنند و از آسیب‌های جدی به سازه جلوگیری می‌کنند. به‌ویژه در سازه‌های با ارتفاع زیاد یا پیچیدگی‌های معماری، این سیستم‌ها می‌توانند عملکرد بهتری در جذب و انتقال نیروهای جانبی ارائه دهند.

از سوی دیگر، سیستم‌های با کاربرد خاص همچون ستون‌های کنسولی و سیستم‌های باربر جانبی در سازه‌های بلند، برای شرایط خاص و نیازهای ویژه طراحی شده‌اند. در این سیستم‌ها، ستون‌ها یا اعضای خاص مسئول جذب نیروهای جانبی از سقف به زمین هستند و معمولاً در سازه‌هایی با ویژگی‌های خاص مانند پارکینگ‌ها و برج‌های بلند به کار می‌روند. این سیستم‌ها با وجود محدودیت‌های خاص خود در طراحی و اجرای دقیق، در موارد خاص می‌توانند عملکرد بالایی داشته باشند.

در نهایت، طراحی سازه‌ها باید همواره با توجه به استانداردهای روز و به‌ویژه استاندارد 2800 انجام گیرد تا اطمینان حاصل شود که سیستم‌های انتخابی نه تنها قادر به تحمل بارهای جانبی هستند، بلکه توانایی پاسخ‌دهی مناسب به نیروهای ناشی از زلزله را نیز دارند. انتخاب سیستم مقاوم در برابر زلزله نیازمند در نظر گرفتن تمامی جوانب فنی و معماری است و بایستی به‌گونه‌ای انجام گیرد که بالاترین عملکرد و ایمنی را برای سازه و ساکنان آن فراهم کند.

جهت آشنایی کامل با “ سیستم باربر جانبی” به جزوه “سازه‌های ساختمانی بلند”  بخش هایپر فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.