اصطلاح “میانقاب” به دیوارهای جدا کننده درونی یا خارجی یک ساختمان اشاره دارد. این وسیله با استفاده از مواد مختلف، معمولاً یک یا چند پانل را احاطه می‌کند و عملکرد آن، بسته به نوع اجرا ( با اتصال یا بدون اتصال به قاب )، متغیر است. به همین ترتیب، تاثیری که میانقاب بر سازه و توزیع نیرو میان قاب های یک ساختمان دارد نیز متفاوت است. آنها به طور کلی دارای دو دسته سازه ای و غیر سازه ای هستند و عمدتا با یک مشکل اساسی روبرو هستند: خطر ترک خوردگی در حین وقوع زلزله.
به منظور حل این مشکل می توان از دو راهکار استفاده کرد که یکی از آن ها استفاده از وال پست منقطع و دیگری اجرای وال مش است. در میان این دو گزینه، مورد دوم به دلیل داشتن مزایای ویژه چون هزینه کم تر و سرعت نصب بیش تر امروزه کاربرد گسترده تری پیدا کرده است. در ادامه با میانقاب و جزییات مربوط به آن بیش تر آشنا خواهید شد. همراه ما باشید.
دیوار میانقاب چیست؟
دیوار میانقاب یک سازه است که یک یا چند پانل داخل آن توسط یک قاب محصور شده‌اند. این نوع سازه به نام قاب میانپر نیز شناخته می‌شود، زیرا قاب در ابتدا اجرا می‌شود و سپس پانل‌ها در داخل میانقاب قرار می‌گیرند. بنابراین، سازه‌هایی که درون آنها توسط دیوارهای بنایی پر شده‌اند، این نام را می‌پذیرند. مصالح استفاده شده معمولاً شامل بتن، آجر، کناف، و بلوک سفالی می‌شوند. میانقاب به شکل اساسی بر رفتار ساختمان در برابر بارهای جانبی حاصل از باد و زمین لرزه تاثیر می گذارد. رخداد زلزله شدید سبب برخورد میان قاب های دارای مصالح بنایی با قاب محیطی و ایجاد نیروی اندرکنشی می‌شود که بالا رفتن ظرفیت باربری و سختی قاب مرکب را به همراه دارد.
همان طور که در مقدمه متن ذکر شد، مشکل اساسی این سیستم ضعفی است که در برابر خطر ترک خوردگی در اثر نیروی حاصل از زلزله دارند. این عناصر معمولا در رویارویی با زلزله به شکل ناگهانی ترک برداشته یا در مواردی کاملا دچار شکستگی می شوند. در صورت بروز ترک، نیروی زلزله که در جهت عمود بر دیوار وارد می‌شود، باعث خروج آن از صفحه می‌شود و در بسیاری از حالات، باعث وقوع خسارات جانی جدی می‌شود.
تاثیر مینقاب در عملکرد لرزه‌ای سازه
از جمله مهم ترین بندهای موجود در محاسبات پریود سازه می توان به اثرات میانقاب اشاره نمود که گاها به دلیل وجود شبهات از طرف مهندسین محاسب، طراحی سازه را در مرحله بعد با مشکل روبرو می سازد. از آن جا که میانقاب تا چند دهه پیش یک عنصر غیر باربر محسوب می شد، عملکردش بر وضعیت سازه مورد توجه قرار نداشت؛ اما در سال 1950 میلادی، پژوهشگران روسی متوجه بعضی از تاثیرات آن در رفتار سازه شدند. این اتفاق منجر به شروع روند تحقیقات در رابطه با این عناصر شد. اصولا وجود آنها درون قاب بر میزان سختی و مقاومت آن می افزاید. از جمله مسائل مهمی که در باید در ارزیابی رفتار میانقاب ها و مدلسازی عددی مد نظر قرار داد، خواص مصالح به کار رفته در آن هاست.
انواع میانقاب کدام است؟
میانقاب ها بر اساس روش اجرا و تاثیرشان بر توزیع نیرو میان قاب ها به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
- میانقاب سازه‌ای : نوعی از میانقاب با اتصال به قاب تیر و ستون است که نقش باربر جانبی را بر عهده دارد. به عبارت دیگر، اگر یک پانل در چهار ضلع خود و به صورت کامل با قاب محیطی تماس داشته باشد، میانقاب سازه ای به شمار رفته و به عنوان عضو اصلی در نظر گرفته می شود.
- میانقاب غیر سازه‌ای : اگر میانقاب از قاب مجزا و فاقد نقش در باربری جانبی باشد، غیر سازه ای تلقی می گردد؛ اما در این حالت هم تامین پایداری آن به عنوان یک عنصر غیر باربر حین رویارویی با زلزله ضرورت دارد. پایداری مذکور بایستی در مقابل نیروهای درون و بیرون صفحه کنترل شود.
شرایط دیوار جهت بروز عملکرد میانقابی کدام است؟
یک دیوار برای بهره مندی از خصوصیت میانقابی باید شرایط زیر را دارا باشد:
- از مقاومت عمود بر صفحه برخوردار باشد.
- ملات به کار رفته در درزهای آن باتارد یا ماسه سیمان باشد. (گل و گل آهک مورد تایید نیستند.)
- بین آن و اعضای قاب فاصله ای وجود نداشته باشد یا به بیان دیگر، کاملا با تیر و ستون در تماس باشد.
- درزهای عمودی آن ملات داشته باشند.
- عاری از هر گونه ترک قطری سراسری با عرض بالای 3 میلی متر باشد و ترک حاصل از نشست خاک نیز در آن مشاهده نشود.
- آجرچینی آن در تامین مقاومت جانبی سازه به صورت هشت گیر صورت گرفته باشد.
- شکم دادگی یا کج شدگی نداشته باشد.
- ارتفاع آن حداکثر 4 متر و طول آن حداکثر 6 متر باشد.
نقش و عملکرد میانقاب ساختمان چیست؟
برخورداری اعضا و اتصالات قاب محیطی در میانقاب ها از شرایط مطلوب در رابطه با تاثیرات اندرکنش قاب و میانقاب الزامی است. از جمله تاثیرات مذکور می توان به نیروهای انتقالی از میانقاب به ستون، تیر و اتصالات اشاره کرد. اگر حتی یکی از شرایط موجود در این بند در رابطه با قاب دارای دیوار حاکم نباشد، نمی توان دیوار را یک میانقاب در نظر گرفت و اجرا بایستی به شکل مجزا از قاب انجام شود. دیواری که در دهانه مهاربندی وجود دارد، باید به شکلی باشد که به مهاربند امکان عملکرد آزادانه را بدهد. در این گونه دهانه ها در نظر گرفتن اثر میانقابی دیوار شدنی نیست و بایستی اجرا را به شکل مجزا ترتیب داد.
پارامترهای موثر بر مقاومت جانبی میانقاب کدام است؟
میزان مقاومت جانبی میانقاب ها به فاکتورهای گوناگونی بستگی دارد:
- ضخامت
- مسلح سازی میانقاب
- فاصله آزاد میان قاب و میانقاب
- ضریب اصطکاک سطوح تماس
- وجود اتصالات برشی
- وجود بازشو
- سختی قاب
- مصالح مصرفی
- ترتیب اجرا
همچنین به منظور شناخت ترتیب اجرا در ساخت قاب از آزمون های مختلفی استفاده شده است. ترتیب های مذکور عبارتند از:
- اجرای میانقاب پیش از اقدام به اجرای قاب
- مشابه ترتیب دوم؛ اما با بهره گیری از اتصالات برشی
ترتیب ساخت نخست، روش اولیه است؛ اما طبق نتایج حاصل از آزمایش ها، در صورت استفاده از ترتیب دوم و سوم، قاب ها از مقاومت بیش تری در برابر بارهای جانبی برخوردار خواهند بود.
میانقاب دارای بازشو دارای چه شرایطی است؟
میانقاب در صورتی که دارای بازشو باشد، باید تا حد ممکن به شکل مجزا از قاب اجرا گردد. ضمنا دیوار فقط در صورتی که کل شرایط زیر حاکم باشند، میانقاب در نظر گرفته می شود:
- طول بازشو از یک سوم طول دیوار کم تر بوده و ارتفاع آن نیز از یک سوم ارتفاع دیوار تجاوز نکند.
- فاصله افقی و عمودی بین بازشو و تیر و ستون بیش تر از 20 درصد طول و 20 درصد ارتفاع دیوار باشد.
- در بازشو از قاب فولادی متصل به چارچوب پنجره استفاده شود.
در چنین شرایطی باید میزان سختی و مقاومت طراحی میانقاب را 20 درصد پایین آورد. اگر یک دیوار از دو یا چندین بازشو تشکیل شده باشد، برای اندازه بازشوی معادل، باید اندازه کوچک ترین مستطیلی که کل بازشوها را پوشش می دهد، منظور گردد. لازم به ذکر است که دیوارهای دارای بازشو نیز باید مثل دیگر دیوارها از مقاومت مطلوب در راستای خارج از صفحه برخوردار باشند.
اثر میانقاب ها در رفتار لرزه ای قاب های ساختمانی چیست؟
دیوارها یا عناصر جدا کننده که در نقش پر کننده انواع قاب بتنی یا فلزی ظاهر می شوند، کاربرد بسیاری در ساخت و ساز دارند. به طور عموم، معمولاً در تحلیل‌های دینامیکی به وجود پرکننده‌ها توجه نمی‌شود، بنابراین حضور پرکننده در دهانه قاب باعث شکل‌گیری یک نوع زیرسازه به نام میانقاب می‌شود. به عبارت دیگر، اگر فضای درون یک قاب بتنی یا فولادی توسط پانلی از جنس آجر یا بتن پر شود، حاصل آن تشکیل سیستم قاب و میانقاب است. حال باید بررسی کرد که وظیفه این پر کننده ها در عملکرد سازه ای چیست.
رفتار لرزه‌ای ساختمان‌ها طی زلزله‌های مختلف نشان می‌دهد که میانقاب‌ها، به عنوان یک عنصر سازه‌ای با مقاومت در برابر بارهای جانبی، نقش اساسی در عملکرد سازه دارند. به همین دلیل توجه به این عناصر ضروری است. به عنوان یک نمونه، سیستم‌های دارای اتصالات مفصلی که در مقابل نیروهای زلزله پایداری ندارند، با استفاده از اجرای میانقاب به پایداری می‌رسند و سختی جانبی مناسبی را به دست می‌آورند. در مقابل، سیستم‌های کلاسیک در برخی موارد با خسارات زیادی روبرو می‌شوند و حتی در برخی شرایط ممکن است تخریب شوند.
وظایف پرکننده ها در عملکرد سازه
تخریب ساختمان ها در اثر وقوع زمین لرزه های اخیر سبب شد پژوهشگران به بررسی تاثیر عناصر سازه ای گوناگون در برابر بارهای جانبی بپردازند. از جمله این عناصر، پر کننده ها بودند. نتایج حاصل از این پژوهش ها حاکی از آن است که وجود پر کننده داخل قاب سبب تغییر کلی رفتار قاب در برابر بارهای جانبی می شود. ساده ترین توضیح این است که اگر یک قاب مرکب را با یک قاب خالی به اساس قوانین مقابله با زلزله مقایسه کنیم، متوجه می‌شویم که قاب مرکب دارای سختی بسیار بیشتری نسبت به قاب خالی است.
علاوه بر این، مشخصه های سازه چون پریود و میزان شکل پذیری نیز از میانقاب تاثیر پذیرفته و دچار تغییر می شوند. میزان تغییرات مذکور به قدری است که اهمیت نقش پر کننده ها را در حین مقابله ساختمان با نیروهای لرزه ای ثابت و امکان صرف نظر نمودن از آن را به کلی رد می کند.
تاثیر میانقاب‌ها در زمان زلزله
از جمله تاثیرات پر کننده ها می توان به افزایش سختی سازه و کاهش پریود آن اشاره کرد. به این شکل، انرژی بیش تری به سازه القا می گردد. نیروهای زلزله در هر تراز بر اساس سختی میان قاب‌ها توزیع می‌شوند. به همین دلیل، قاب‌های جانبی با ستون‌هایی که دارای سختی کمتری هستند، نیروی کمتری را تحمل می‌کنند. در واقع، استفاده از پر کننده ها و به وجود آمدن میانقاب سبب بیش تر شدن میزان سختی مجموعه نسبت به زمانی است که خالی در نظر گرفته می شود.
باید توجه داشت که اندرکنش میان قاب محیطی و میانقاب روی رفاتار زیر سازه مجموعه تاثیر زیادی دارد. اندرکنش مذکور باعث می شود مجموع میزان سختی قاب و میانقاب به طور مجزا برابر با میزان سختی مجموعه نباشد. همچنین طول ناحیه ای که در آن قاب و میانقاب دارای تماس با یکدیگر هستند، در حین تغییر شکل جانبی بر ساختی جانبی موثر است.
انواع آسیب دیدگی و تخریب در میانقاب ها با مصالح بنایی کدام است؟
حالت‌های تخریب قاب‌ها با میانقاب دارای مصالح بنایی به شرح زیرند:
خرد شدن گوشه ها
این حالت، خرد شدگی میانقاب را دست کم در یکی از موقعیت های بارهای متمرکز گوشه ها نشان می دهد و عموما در میانقاب های دارای مصالح محصور شده با قاب که اتصالات ضعیف و عناصر قاب قوی دارند، دیده می شود.
لغزش ناشی از برش
از لغزش حاصل از برش در امتداد افقی و میان اجزای دیوار میانقاب خبر می دهد. این نوع آسیب در میانقاب های دارای ملات ضعیف و عناصر قاب قوی رخ می دهد.
حالت قطری فشاری
نشانگر خرد شدگی میانقاب در بخش مرکزی دیوار میانقاب است و معمولا به علت ناپایداری در کمانش بیرون از صفحه، در میانقاب های لاغر اتفاق می افتد.
ترک قطری
عموما در قاب های ضعیف یا دارای اتصالات ضعیف که پر کننده قوی، موجب به وجود آمدن ترک قطری در میان دو گوشه دیوار میانقاب است.
گسیختگی قاب
این وضعیت به این معناست که در ستون یا اتصالات تیر و ستون، گسیختگی پلاستیک به وجود آمده است. ظهور گسیختگی در قاب‌های ضعیف یا دارای اتصالات ضعیف، همراه با استفاده از پرکننده‌های قوی، مشاهده می‌شود.
مدلسازی میانقاب مصالح بنایی در جهت درون صفحه
به طور کلی، رفتار سازه پانل های میانقابی به دو روش مدل می شود:
- به عنوان دیوار برشی : در این مدل، میانقاب به عنوان یک دیوار برشی در نظر گرفته می شود. طبق این وضعیت، رفتار دیوار داخل صفحه خود مشابه رفتاری است که یک دیافراگم از خود نشان می دهد. به هر صورت، این شکل برخورد با مساله، تاثیر بین پانل و میانقاب را لحاظ نکرده و از این رو تقریب نسبتا زیادی دارد.
- به عنوان عنصر قطری فشاری : مدل دوم، قاب و میانقاب را معادل یک قاب بادبندی فرض می کند که در آن، یک عنصر بادبندی جای زیرسازه میانقاب را می گیرد. در حین رخداد تغییر شکل جانلی در قاب میانقاب، بعضی از نواحی میان قاب و میانقاب به دلیل تغییر شکل خمشی عناصر فاصله پیدا می کنند. از سوی دیگر، دو سر قطر مخالف پانل به خاطر فشار حاصل از بار جانلی به قاب فشرده می گردند. در نتیجه این اتفاق، یک ناحیه قطری فشاری در پانل ایجاد می شود.
میانقاب نوین چیست؟
اکنون با استفاده از نتایج تحقیقات عملی، یک نوع جدید از میانقاب به زمینه ساخت و ساز وارد شده است. این نوع میانقاب که به طور تخصصی به آن میانقاب نوین اشاره می‌شود، توانایی شکل‌پذیری و پایداری کامل در جهت عمود بر صفحه را داراست. در صورت استفاده از این گونه میانقاب باید جهت مدلسازی آن در سازه، کنترل مطلوبیت عناصر و اتصالات قاب پیرامونی و نیز تعیین مقاومت طراحی و دیگر موارد لازم به ضوابط معتبر مراجعه نمود.
قاب مرکب
میانقاب ها در نقش جدا کننده فضاهای معماری و نیز دیوارهای پوششی، مابین قاب های سازه قرار می گیرند. یک قاب با پرکننده، رفتاری کاملاً متفاوت از یک قاب خالی از پرکننده خواهد داشت. در چنین شرایطی، ساختار حاصل از ترکیب قاب و میانقاب به عنوان یک قاب مرکب شناخته می‌شود. هر چند وجود میانقاب بر سختی، مقاومت و شکل پذیری قاب مرکب موثر است.
پژوهش های اخیر هر چند پیشرفت بی نظیری در ارزیابی رفتار قاب های مرکب داشته و با موفقیت چشمگیر همراه بوده اند، اما همچنان در پاسخ به برخی مسائل با ابهام روبرو هستند. در این رابطه، نیاز به توصیه های تخصصی در رابطه با طراحی و نیاز به روش های ارزیابی و تحلیل مناسب شدیدا احساس می شود. واضح است که با توجه به اهمیت رفتار قاب های مرکب، رفع کاستی های روند طراحی سازه و مهندسی این قاب ها باید در دستور کار قرار گیرد.
کلام آخر
در طراحی سازه‌های دارای قاب، امروزه برخی از مدل‌سازی‌ها به میانقاب به عنوان یک عنصر غیرسازه‌ای توجه نمی‌کنند. این رویکرد ممکن است باعث ایجاد خسارات زیادی در سازه‌های مرکب شود، زیرا تأثیر میانقاب‌ها بر سخت شدگی قاب‌ها نادیده گرفته می‌شود. این کاهش پریود قاب مرکب می‌تواند در برخی موارد به 20 برابر سختی قاب خالی منجر شود و خسارات زیادی به سازه وارد کند. این موضوع به دلیل افزایش سختی و جذب بیشتر نیروهای زلزله در قاب مرکب ایجاد می‌شود.
در نتیجه چنین اتفاقی، میانقاب ها متحمل تنش شدید قرار گرفته و با شکست های جزئی یا کلی روبرو می شوند. اگر شکست‌ها به صورت کلی رخ دهند، نیروهای زیادی که قبلاً تحمل آن به عهده قاب مرکب بود، به عناصر لاغر قاب، مانند تیر و ستون، وارد می‌شود. این عناصر به منظور مقابله با این نیروها طراحی نشده‌اند و به علت آسیب‌دیدگی، پایداری قاب با مشکلات اساسی مواجه خواهد شد.
