کارخانه داروسازی آریا

کاربردهای مهاربندهای کمانش ‌تاب

پس از تجاری‌سازی اولین ‌نمونه‌ها در ژاپن، مهاربندهای کمانش ‌تاب به‌سرعت در ساختمان‌های جدید با کاربری‌های متنوع در ایالات متحده، کانادا، چین، ترکیه و نیوزلند مورد استفاده قرار گرفتند. این المان نوآورانه مقاوم در برابر بار جانبی با قابلیت بالای اتلاف انرژی بلافاصله در صنعت ساختمان به‌ویژه در کشورهایی همچون ایالات متحده و چین رواج یافت. در این بخش، کاربردهای مهاربند کمانش ‌تاب به ‌اختصار تشریح شده است.

استفاده از مهاربند کمانش‌تاب در ساختمان‌های بلند مرتبه

برج تیانجین117

طراحی ساختمان‌های بلندمرتبه برای مقاومت در برابر بارهای جانبی ناشی از باد و زلزله یک فرایند مهم و حساس مهندسی است. برج تیانجین117 یکی از بلندترین ساختمان‌های چین است و سیستم مقاوم در برابر نیروی جانبی آن قاب عظیم مهاربندی‌شده با هسته بتنی است. طراحی پنج طبقه اول نیازمند فضای باز بزرگ با سقف بلند بود و برای جلوگیری از ایجاد مکانیسم طبقۀ ضعیف، مهاربندهای کمانش‌تاب عظیم به طول حدود 48 متر در این طبقات به فرم شورون نصب شدند.

 
برج تیانجین117 (Source: https://b2n.ir/e92902 )
برج تیانجین117 (Source: https://b2n.ir/e92902 )

برج 181 فرمونت 

برج 181 فرمونت ساختمانی بلند واقع در مرکز شهر سانفرانسیسکو است. در این ساختمان از سیستم لرزه‌ای دوگانه استفاده شده است. به‌عنوان بخشی از این سیستم، هسته‌های مهاربند کمانش ‌تاب به مسیر بار سیستم مهاربندی ثانویه در ترازهای بالایی ساختمان ارتباط داده می‌شوند.

برج 181 فرمونت (Source: https://b2n.ir/h28935 )
برج 181 فرمونت (Source: https://b2n.ir/h28935 )

ویلشایر گرند سنتر

«ویلشایر گرند سنتر» یک ساختمان 73 طبقه در مرکز شهر لس آنجلس است. در این ساختمان از سیستم سازه‌ای شامل دیوار با هسته بتنی، تیرهای طره‌ و خرپاهای کمربندی استفاده شده است. جهت ایجاد مقاومت و سختی لازم سیستم باربر جانبی به‌ منظور کنترل دریفت ناشی از باد و زلزله، 170 مهاربند کمانش ‌تاب به‌عنوان نصب شدند. هنگام نصب مهاربندهای کمانش ‌تاب، سازگاری کرنش با خزش و انقباض (جمع‌شدگی) هسته بتنی لحاظ شد.

ویلشایر گرند سنتر (Source: https://b2n.ir/a95645 )
ویلشایر گرند سنتر (Source: https://b2n.ir/a95645 )

برج ناگویا لوسنت

برج «ناگویا لوسنت» یک آسمان‌خراش ۴۰ طبقه است که در شهر ناگویای ژاپن واقع شده است. سیستم لرزه‌ای مورد استفاده جهت جذب انرژی لرزه‌ای و تضمین ایمنی ساختمان در طول زلزله‌های طولانی مدت شامل مجموعه‌ای از ستون‌های فولادی پر شده با بتن و سیستم کنترل لرزش ساخته شده از مهاربندهای کمانش ‌تاب است.

برج ناگویا لوسنت (Source: https://b2n.ir/w69299)
برج ناگویا لوسنت (Source: https://b2n.ir/w69299)

سیستم سازه‌ بلند مرتبه دارای طبقه کنترل‌کننده انرژی

در ساختمان‌های بلند مرتبه، طبقات تقویت‌شده در اصل کف‌هایی با تیرهای طره‌ هستند که دیوار با هسته بتنی را به ستون‌های اطراف متصل می‌کنند. «سیستم سازه‌ای بلند مرتبه دارای طبقه کنترل ‌کننده انرژی» یک سیستم سازه‌ای است که از فناوری کنترل انرژی پیشنهادی پژوهشگران مختلف استفاده می‌کند. در این سیستم، مهاربندهای فولادی در طبقات با مهاربندهای کنترل کننده انرژی جایگزین می‌شوند که در شکل زیر به‌صورت شماتیک نشان داده شده است. میراگرهای موجود در مهاربندهای کنترل ‌کننده انرژی زلزله وارد شده به سازه باعث کاهش پاسخ دینامیکی سازه می‌شوند و به سالم ماندن اسکلت سازه کمک می‌کنند. این نوع سیستم سازه‌ای امکان استفاده بیشتر از مهاربندهای کمانش ‌تاب را در ساختمان‌های بلند مرتبه فراهم می‌سازد.

سیستم دوگانۀ مهاربند کمانش‌تاب-طره‌ای تغییر شکل یافته. (Source: https://b2n.ir/m06942 )
سیستم دوگانۀ مهاربند کمانش‌تاب-طره‌ای تغییر شکل یافته. (Source: https://b2n.ir/m06942 )

مهاربند کمانش ‌تاب از منظر معماری

ایستگاه قطار هوایی مغناطیسی شانگهای هونگ‌کیائو

استفاده از فرم مناسب سازه‌ای و بهره‌گیری از المان های مناسب ساختمانی، اغلب با الزامات معماری گره خورده است. ایستگاه قطار هوایی مغناطیسی شانگهای هونگ‌کیائو یک سازه متشکل از قاب است که باید طوری طراحی می‌شد که قادر به تحمل نیروهای لرزه‌ای باشد. بنا به درخواست معمار، مهاربندهای کمانش ‌تاب در طبقۀ دوم نصب شدند تا تعداد ستون‌های لازم در ایستگاه کاهش یابد و در عین حال سازه بتواند قابلیت لرزه‌ای لازم را برای مقاومت در برابر نیروهای لرزه‌ای ناشی از زلزله‌های نادر داشته باشد.

سالن ورزشی چند منظوره مرکز ورزش‌های شرقی شانگهای

 
سالن ورزشی چند منظوره مرکز ورزش‌های شرقی شانگهای (Source: https://b2n.ir/y33653 )
سالن ورزشی چند منظوره مرکز ورزش‌های شرقی شانگهای (Source: https://b2n.ir/y33653 )

طراحی معماری «سالن ورزشی چندمنظوره مرکز ورزش‌های شرقی شانگهای» مستلزم آن بود که قطر خارجی مهاربندها به 600 میلی‌متر محدود شود. به‌منظور برآورده کردن این الزام، مهاربندهای فولادی معمولی با مهاربندهای کمانش ‌تاب جایگزین شدند. مهاربندهای کمانش‌ تاب علاوه بر تامین ابعاد، توانستند مقاومت و سختی کافی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی طراحی را نیز برای این سازه فراهم کنند.

کتابخانۀ عمومی کائوسوینگ

کتابخانۀ عمومی کائوسوینگ (Source: https://b2n.ir/d49282 )
کتابخانۀ عمومی کائوسوینگ (Source: https://b2n.ir/d49282 )

کتابخانۀ عمومی کائوسوینگ واقع در تایوان (منطقه‌ای لرزه ‌خیز) به ‌صورت معلق طراحی شده است که به چهار ستون عظیم در گوشه‌ها تکیه دارد. در دو ستون از این چهار ستون‌ عظیم، از مهاربندهای کمانش ‌تاب ساندویچی پیشنهادی چو و چن استفاده شد تا به‌ عنوان المان اصلی کنترل انرژی ساختمان عمل کنند.

MFLP پرولوگوگیس اسپارک کاواگو

MFLP پرولوگوگیس اسپارک کاواگو (Source: https://b2n.ir/f39896 (
MFLP پرولوگوگیس اسپارک کاواگو Source: https://b2n.ir/f39896

«MFLP پرولوگوگیس اسپارک کاواگو» یک مرکز لجستیک بزرگ در شهر کاواگاوا است که با زیربنای تقریبی130،000 مترمربع در چهار طبقه و از ستون‌های بتن مسلح و تیرهای فولادی ساخته شد. 226 مهاربند کمانش‌تاب با هدف افزایش سختی ساختمان به‌عنوان وسیله‌ای برای کاهش تغییر شکل ساختمان در اثر زلزله و همچنین کاهش هزینه‌های کلی ساخت نصب شد.

از منظر زیبایی‌شناختی، مهاربندهای کمانش‌ تاب اغلب در فضاهای باز نصب می‌شوند و در معرض دید ساکنان هستند و همچنان پژوهش‌ها پیرامون یکپارچه‌سازی عملکرد مهاربندهای کمانش ‌تاب و زیبایی‌شناختی ساختمان نیز ادامه دارد. برای مثال، مهاربند کمانش ‌تاب با مقاطع فولادی پر شده با بتن، که در شکل زیر نشان داده شده، در دپارتمان مهندسی عمران دانشگاه گوانگژو در دست مطالعه است. هدف از این مطالعات ترکیب مهندسی سازه و معماری به ‌منظور طراحی یکپارچه و پرداختن به هر دو جنبۀ ایمنی و زیبایی‌شناختی ساختمان است.

 
مهاربند کمانش‌تاب مقطع فولادی پر شده با بتن. (Source: https://b2n.ir/m06942 )
مهاربند کمانش‌تاب مقطع فولادی پر شده با بتن. (Source: https://b2n.ir/m06942 )

استفاده از مهاربندهای کمانش ‌تاب در جهت کاهش بهای تمام‌شده پروژه

پروژه ساختمان مسکونی وال
پروژه ساختمان مسکونی وال

استفاده صحیح از مهاربندهای کمانش‌ تاب می‌تواند منبع خوبی جهت صرفه‌جویی در هزینه‌های پروژه و در عین حال افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله باشد. گوئررو و همکاران نشان دادند استفاده از مهاربندهای کمانش ‌تاب به جای سیستم سازه‌ای برپایه قاب ساختمانی عرف در یک ساختمان بیمارستانی احداث‌شده در زمینی با خاک نرم می‌تواند باعث کاهش چشمگیر کل هزینه‌ها در طول عمر مفید ساختمان شود.

به عنوان نمونه‌ای دیگر، در طراحی مرکز بهداشت رفتاری بزرگسالان در شهر نیویورک با کلاس F و رده طراحی لرزه‌ای D، در صورتی که از مهاربند همگرای معمولی به عنوان سیستم باربر جانبی استفاده می‌شد، اعضای سازه‌ای با ابعاد بزرگ و پی عمیق نیاز بود. به ‌منظور بهبود عملکرد لرزه‌ای، کاهش اندازه اعضا، و کاهش هزینه‌های ساخت ‌و ساز و نیروی کار، از سیستم BRBF استفاده شد. همچنین، مهاربندهای کمانش ‌تاب در تعدادی از مکان‌های حیاتی در مرکز نمایشگاه شانگهای نصب شدند تا علاوه بر بهبود عملکرد لرزه‌ای و کاهش میزان فولاد مصرفی، امکان برآوردن الزامات پروژه توسعه پایدار و ساختمان کم‌کربن را فراهم سازند.

استفادۀ ترکیبی از مهاربندهای کمانش ‌تاب و میراگرهای ویسکوز

پروژه ساختمان پزشکان استاد معین
پروژه ساختمان پزشکان استاد معین

هسته BRB به ‌منظور تسلیم تحت زلزله‌های مخرب و حفظ خاصیت ارتجاعی در زلزله‌های ضعیف طراحی شده است و از آنجا که کنترل انرژی مشروط به تسلیم هسته است، استفاده از میراگرهای ویسکوز (VD) جهت استهلاک انرژی تحت تحریکات زلزله‌های کوچک ممکن است مفید باشد. با استفادۀ ترکیبی از مهاربند کمانش ‌تاب و میراگر ویسکوز می‌توان از ساختمان‌های واقع در مناطقی با لرزه‌خیزی بالا در برابر سطوح مختلف خطرات زلزله محافظت کرد.

در سال 2016، نیز چن و ژو روش‌های طراحی و فرایند اجرای سیستم دوگانۀ BRB-VD را پیشنهاد کردند و مزایای سیستم دوگانه BRB-VD با مقایسه میزان کاهش نیروی لرزه‌ای و مزایای اقتصادی با سیستم صرفا متکی بر مهاربند کمانش ‌تاب و سیستم صرفا متکی بر میراگر ویسکوز نشان داده شد. در سال 2018، هو و همکاران مطالعه‌ای بر روی یک سیستم دوگانه BRB-VD مورد استفاده در یک ساختمان بیمارستان واقعی انجام دادند. نتایج حاکی از عملکرد خوب این سیستم بود مشروط به آنکه طراحی آن به نحو مناسب انجام گیرد.

استفاده از مهاربندهای کمانش ‌تاب به‌عنوان قاب‌های چهارگوش و زیرسازه‌های بیرونی

قاب چهارگوش مهاربند کمانش‌ تاب رویکردی نوآورانه برای مهاربندهای لرزه‌ای است. در قاب چهارگوش مهاربندهای کمانش‌تاب در قابی سخت و الاستیک نصب می‌شوند؛ طراحی این قاب به‌گونه‌ای است که با چرخش حول پایه خود و فراهم ساختن امکان بازتوزیع بار بین طبقات مانع از ایجاد مکانیسم طبقه ضعیف غیرالاستیک می‌شود. ساختمان 740 هاینز واقع در برکلی اولین کاربرد اصلی مفهوم قاب چهارگوش مهاربند کمانش‌تاب است. پیمانکار با استفاده از این سیستم مهاربندی جانبی جدید توانست حدود 360،000 دلار در هزینه‌های ساخت‌وساز صرفه‌جویی کند.

ویرابریس پیشرو در طراحی و تولید مهاربند کمانش تاب

زیرسازه بیرونی نوعی مقاوم ‌سازی لرزه‌ای است که مزایای متعددی را به همراه دارد. در صورت مقاوم ‌سازی ساختمان با این سیستم، اختلال در عملکرد ساختمان و ایجاد مزاحمت برای ساکنان آن به حداقل می‌رسد. ادغام مهاربندهای کمانش ‌تاب در زیرسازه بیرونی علاوه بر کمک به افزایش مقاومت و سختی ساختمان، امکان بهبود عملکرد لرزه‌ای ساختمان را نیز فراهم می‌سازد.

میدوریگائوکا-اول یک ساختمان دانشگاهی بتن مسلح 6 طبقه در پردیس مؤسسه فناوری توکیو است. از آنجایی که الزامات آیین‌نامه طراحی لرزه‌ای ژاپن در این ساختمان برآورده نمی‌شد، یک طرح مقاوم‌سازی به تصویب رسید که از زیرسازه بیرونی تحت مفهوم «مهندسی نمای یکپارچه» استفاده شود. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، در این طرح در سطح خارجی نورگیر یا شیشه از مهاربندهای کمانش‌تاب استفاده شده. این سطح که به‌عنوان نما عمل می‌کند، به بیرون ساختمان اصلی متصل است. در این طرح با ترکیب هنر و مهندسی به ‌شیوه‌ای ماهرانه، ساختمانی ایجاد شد که اکنون از منظر لرزه‌ای ایمن محسوب می‌گردد. اکثر طراحی های نوین مهاربند کمانش ‌تاب نتیجه معرفی اجزای منحصر به ‌فرد و نوآورانه در ساختار اصلی آن است. 

میدوریگائوکا-اول پس از مقاوم‌سازی (Source: https://b2n.ir/m06942 )
میدوریگائوکا-اول پس از مقاوم‌سازی (Source: https://b2n.ir/m06942 )