مهاربندی با میانقاب

به قاب‌های ساختمانی که درون آنها با دیوارهای بنایی پر شده باشد‌، قاب میان‌پر گفته می‌شود. مصالح ممکن است از نوع آجر‌، بتن‌، بلوک سفالی‌، کناف و …. باشند که به آنها میانقاب نیز می‌گویند. تحقیقات نشان می‌دهد که قاب‌های میانقاب‌، باعث افزایش چشمگیر سختی‌، مقاومت و تغییر در شکل پذیری سازه نسبت به سازه بدون میانقاب می‌شود. این اثر ممکن است اثر مطلوب ‌یا نامطلوبی بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها داشته باشد. اثرات میانقاب یکی از مهمترین بندها در محاسبه پریود سازه بوده که متاسفانه مهندسین در اکثر موارد دچار شبهاتی در این مورد می‌شوند و اشتباه در محاسبه پریود به شدت در طراحی سازه تاثیر گذار است.

شرایط دیوار برای بروز عملکرد میانقابی

زمانی دیوار به عنوان میانقاب عمل می‌کند که در تامین سختی و مقاومت جانبی ساختمان مشارکت داشته باشد و دارای تمامی شرایط زیر باشد.

• دارای مقاومت عمود بر صفحه کافی باشد.
• ملات موجود در درزهای آن از ماسه سیمان یا با تارد باشد. ‌ملات‌های گل و گل آهک مورد قبول نیستند‌.
• فاصله‌ای بین دیوار و اعضای قاب وجود نداشته باشد و دیوار به طور کامل در تماس با تیر و ستون باشد.
• درزهای قائم دیوار دارای ملات یاشد یا با ملات جدید به صورت مناسب پر شده باشد.
• دیوار باید فاقد ترک‌های قطری سرتاسری با عرض بیشتر از ۳ میلیمتر باشد. ضمناً نباید اثر ترک ناشی از نشست خاک نیز در دیوارها مشاهده شود.
• آجر چینی در دیواری که در تامین مقاومت جانبی سازه درنظر گرفته شود ، به صورت هشت گیر انجام شده باشد به گونه‌ای که هر آجر با‌لایی حداقل ۲۵ آجر پایینی را پوشش داده شود.
• دیوار فاقد شکم دادگی یا کج شدگی باشد.
• ارتفاع دیوار نباید از ۴ متر و طول آن نباید از ۶ متر بیشتر باشد.

میانقاب منقطع در ارتفاع ساختمان

• ‌تا حد امکان باید از انقطاع میانقاب در ارتفاع ساختمان اجتناب شود.
• در صورتی که میانقاب در همه طبقات یک دهانه وجود نداشته باشد، با توجه به امکان ایجاد پدیده طبقه نرم، باید ظرفیت ستون‌های مجاور طبقه، بدون میانقاب را ‌در نظر گرفت.

ارزیابی میانقاب‌ها در جهت عمود بر صفحه

‌تمامی میانقاب‌ها باید کفایت ‌لازم را برای تحمل نیروهای زلزله در جهت عمود بر صفحه را داشته باشند. ‌برای تامین پایداری عرضی دیوار در ساختمان باید حداقل یکی از تمهیدات زیر فراهم شود.

‌استفاده ار لایه پوشش بتن آرمه

یکی از بهترین راه‌ها برای افزایش مقاومت عرضی دیوار استفاده از لایه شاتکریت (ماشینی) دارای آرماتور (مش بندی) است.

استفاده از نبشی

این نبشی‌ها در بالای دیوار به تیر و در هر دو وجه به ستون‌های قاب پیرامونی ‌متصل می‌شوند.‌ میتوانند به صورت سراسری یا منقطع اجرا شوند. این نبشی باید کاملاً به تیر یا ستون متصل شوند ولی تنها در تماس با دیوار باشند به گونهای که امکان حرکت نسبی بین نبشی و دیوار در جهت طولی دیوار میسر باشد.

‌استفاده از ستونک‌های نگهدارنده

این ستونک‌ها می‌توانند بر روی وجه یا در داخل دیوار قرار بگیرند و برای اجرای جزییات باید روی دیوار شیارهایی اجرا و سپس دو آرماتور متصل به یکدیگر در داخل آن قرار داده شوند. سپس شیار با بتن یا گروت پر شود. آرماتور ستونک‌های نگهدارنده باید به تیرهای بالا و پایین دیوار متصل شوند.

راه دیگر تامین اجرای ستونک نگهدارنده استفاده از مقاطع I شکل یا دوبل ناودانی (که پشت به پشت به یکدیگر جوش شده) یا مقاطع سرد نورد شده است که در داخل دیوار قرار گرفته و با اتصال مفصلی به تیرهای بالا و پاییین دیوار متصل شده‌اند.

‌اتصال دیوار به قاب با استفاده از تعدادی آرماتور

یکی از راه‌های متداول برای تامین پایداری در جهت عمود بر صفحه استفاده از آرماتور است. این آرماتور در درز ملات دیوار قرار می‌گیرند و انتهای آن‌ها به ستون متصل می‌شود. مقدار طول مورد نیاز برای هر آرماتور جهت قرار گیری در داخل درز ملات حداقل برابر یک سوم طول آن دیوار است. نکته قابل توجه در استفاده از این روش این است که محل اتصال آرماتور به ستون باید به گونه‌ای باشد که آرماتور بتواند به صورت کاملاً افقی در داخل درز ملات قرار بگیرد و وجود آن چیدمان آجرهای دیوار را دچار اخلال و بی‌نظمی ننماید.

در برخی موارد ابتدا آرماتور ها را به ستون متصل می‌نمایند و سپس دیوار چینی انجام می‌شود. این امر در مواردی که آرماتور محاذات درز ملات‌ها نیست باعث اخلال و بی نظمی در آجر چینی می‌شود. به گونه‌ای که بنا مجبور می‌شود برای این که آرماتور در داخل درز ملات قرار بگیرد، آجر‌ها را کمی مورب اجرا نماید یا ضخامت درز ملات را افزایش دهد. این کارها باعث کاهش کیفیت دیوار می‌شود‌ و لذا ممنوع است.

‌استفاده از کلاف قائم

برای اجرای کلاف قائم شیارهای قائمی به ابعاد حداقل ۵ سانتیمتر را در دیوار اجرا نمود و یک آرماتور را که که در بالا و پایین به تیر متصل می‌شود را درون آن قرار داد. سپس شیار را با گروت، دوغاب سیمان یا انواع ملات‌های منبسط شوند پر کرد.

راه دیگر اجرای کلاف این است که در محل مورد نظر دو ورق به عرض ۱۰ سانتیمتر و ضخامت ۵ میلیمتر در هر یک از دو طرف دیوار اجرا نمود. این ورق‌ها در فواصل ۵۰ سانتیمتری توسط میلگرد به دیوار متصل شوند. ورق‌ها در بالا و پایین به صورت مفصلی به تیر متصل می‌شوند.

ضوابط اجرایی میانقاب‌ها با مصالح گسسته – بلوک سفالی

دیوار چینی با بلوک سفالی با رعایت ضوابط اجرایی در تمام میانقاب و تیغه‌ها مجاز است. البته باید جزییات اجرایی مهار داخل صفجه و خارج از صفحه دیوار به درستی اجرا شود.

• بلوک‌ها الزاماً زنجاب شوند.
• در زمان دیوار چینی، از زمان ساخت ملات نباید بیشتر از ۲ ساعت گذشته باشد.
• مشخصات بلوک‌های مصرفی باید ضوابط استاندارد شماره ۷۱۲۲ موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران را تامین نمایند.
• رج آخر باید با استفاده از آجر فشاری و به صورت مورب چیده شود به نحوی که اتصال کامل میان قاب با سقف برقرار شود.
• لازم است بر روی سطح رج اجر دیوار (قسمت آجری) پلاستر ماسه سیمان اجرا شود.

بازشو در میانقاب

در صورتی که طول بازشو بیش از ۵۰٪ طول دیوار یا ارتفاع بازشو بیش از ۵۰ ٪ ارتفاع دیوار جدا کننده باشد، می‌توان پانل دیوار را به صورت پانل‌های کوچکتر در اطراف بازشو طراحی نمود. در صورت عدم امکان استفاده از این روش‌، طراحی دیوار با استفاده از تئوری صفجات با شرایط تکیه گاهی مناسب مجاز است.

البته اگر در دیواری فاصله بازشو یا بازشوی معادل تا بر ستون کمتر از ۲۰ ٪ طول دیوار یا تا بر تیر کمتر از ۲۰٪ ارتفاع دیوار باشد‌، این دیوار را نمی‌توان در محاسبات حتی با در نظر گیری ضریب کاهش به حساب آورد.

اثرات وجود میانقاب در قاب فولادی یا بتنی

روش‌های رايج در طرح و آناليز ساختمان‌ها معمولاً بر اين پايه استوار است كه يک اسكلت مشتمل بر قاب‌های فولادی يا بتنی وظيفه حمل بارهای قائم را بر عهده داشته و نيروهای افقی مثل باد يا زلزله توسط مهاربند، ديوار برشی يا سيستم‌های مشابه تحمل می‌شود. معمولاً در دهانه‌هايی كه به صورت ضربدری مهاربندی شده‌اند، امكان گذاشتن درب و احتمالاً پنجره‌های بزرگ از بين می‌رود‌ واكثر اين دهانه‌ها توسط مصالح بنايی پر می‌شوند. از آنجا كه عضو مهاربند در داخل ديوار مصالح بنايی قرار می‌گيرد، لذا به نظر می‌رسد كه عملاً رفتار لرزه‌ای اين نوع قاب مهاربندی شده متفاوت از قاب مهاربند شده بدون ميانقاب داخل آن باشد. از آنجا كه مهاربند در داخل ديوار بنايی مستقر است، لذا انتظار می‌رود ضريب لاغری آن كمتر شده و مقاومت فشاری آن افزايش يابد. همچنين وجود ديوار باعث بالا رفتن سختی و مقاومت مهاربند می‌شود، كه اين عامل نيز به نوبه خود می‌تواند باعث تقليل تغيير شكل نسبی طبقات و زمان تناوب ساختمان شود.

رفتار عمومی لرزه‌ای قاب‌های دارای ميانقاب

مقاومت فشاری مصالح بنايی بستگی به عوامل زيادی از جمله به مقاومت فشاری واحد مصالح بنايی، مقاومت فشاری ملات مصرفی و چسبندگی ملات به واحدهای مصالح بنايی دارد. مقاومت كششی و برشی آجركاری به طور كلی به چسبندگی ملات بستگی دارد. همچنين ضريب ارتجاعی مصالح بنايی بستگی زيادی به وزن مخصوص و سختی آجر و نيز به مشخصات ملات دارد. ديوارهای مصالح بنايی بايد دارای مشخصاتی از قبيل مقاومت فشاری و برشی، شكلپذيری و ميرايی مناسب باشند.

بخشی از اين مشخصات با استفاده از مصالح مرغوب و مناسب تأمين می‌شود و بخش مهمتر در تأمين پارامترهای فوق مهارت بنا و كيفيت اجرا است.‌ قاب‌های فولادی متداول نيز عموماً با اتصالات ساده نبشی در بالا و پائين تير به ستون تشكيل می‌شود. اين قاب‌ها برای باربری ثقلی طرح می‌شوند و برای بار جانبی سختی اندكی دارند.

به علت وجود اندركنش قاب و ميانقاب در هنگام زلزله، رفتار قاب همراه ميانقاب با رفتار قاب يا ميانقاب تك كاملاً متفاوت خواهد بود. ‌ساده‌ترين توضيحی كه برای رفتار قاب‌های به همراه ميانقاب بتوان يافت، تبديل رفتار خمشی به رفتار خرپايی باشد. در قاب تنها، تحت نيروهای جانبی كنش خمشی پديد می‌آيد كه قاب به كمك تغييرشكل خمشی اعضای خود، نيروهای برشی ناشی از بار جانبی را جذب می‌كند.

حالت‌های شكست ميانقاب

‌هنگامی كه يک قاب مركب در صفحه خود تحت نيرويی جانبی قرار می‌گيرد ابتدا قاب و ميانقاب همانند مجموعه‌ای يكپارچه عمل می‌كنند و ميانقاب در كنج‌های فشاری تحت فشار و در كنج‌های كششی تحت كشش قرار می‌گيرد. با افزايش نيرو، بين قاب و ميانقاب در كنج‌های كششی جدايی می‌افتد و تركی ايجاد می‌شود كه به ترک مرزی موسوم است. با افزايش نيرو، تركی در امتداد قطر فشاری به علت نيروی كششی عمود بر آن جهت ايجاد می‌شود و چنانچه جهت نيرو عوض شود در قطر ديگر هم تركی مشابه بوجود می‌آيد، كه حالت ضربدری را پيدا می‌كند.

ترک قطری نقطه پايان رفتار خطی است. در مرحله بعدی نيرو به حدی می‌رسد كه تنش‌ها در كنج فشاری ميانقاب را خرد می‌كنند كه اين حالت را شكست كنج می‌نامند. رفتار قاب مركب قبل و بعد از شكست كنج غيرخطی است. پس از شكست كنج، سختی به شدت كاهش می‌يابد اما صفر نمی‌شود، ولی هنوز مقاومت قاب مركب به حالت حدی نرسيده است. پس از رسيدن به مقاومت حدی، اعمال هر مقدار جابه‌جايی صرفاً موجب خرد شدن ميانقاب و گسترش ترکها می‌شود، بدون آنكه مقاومت افزايش يابد.