ساختمان های مسکونی فولادی و سازه ساختمانی
چکیده:
در آیین نامه های کنونی طراحی سازه به روش نیرو انتظار می رود حداقل معیارهای لازم جهت امنیت جان ساکنین در هنگام وقوع زلزله با تدابیری که در آیین نامه ها اندیشیده شده است تامین گردد» اما چون این آیین نامه ها فاقد مکانیزم لازم جهت کنترل ساختمان ها در برابر سطوح مختلف زلزله می باشند و همچنین با توجه به کاستی های روش های طراحی به روش نیرو نیاز به ارایه روش های جدید بر مبنای تحلیل های غیرخطی وبا در نظر گرفتن رفتار واقعی سازه در هنگام زلزله روز به روز آشکارتر می شود.
با توجه به استاندارد ۰ ایران ساختمان های مسکونی باید در برابر زلزله بهره برداری سطح عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه و در برابر زلزله طرح سطح عملکرد ایمنی جانی را براورده نمایند. در این تحقیق هدف ارزیابی اهداف و ضوابط ارایه شده در استاندارد ۲۸۰۰ می باشد و اینکه آیا این اهداف و ضوابط با یکدیگر تطابق دارند یا خیر؟
برای این منظور چند نمونه از ساختمان های مسکونی فولادی که بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ طراحی شده اند انتخاب گردیده و عملکرد آنها بر اساس نشریه ۳۶۰ که آیین نامه آسیب پذیری سازه در برابر زلزله می باشد مورد کنترل قرار گرفته است. در ارزیابی این ساختمان ها از روش تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که دستیابی استاندارد ۲۸۰۰ به اهدافی که در اول مبانی طراحی خود اعلام کرده است در اکثر مواره امکان پذیر می باشد.
واژگان گلیدی: ارزیابی عملکردی- تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی- ساختمان های مسکونی فولادی- مفاصل پلاستیک
فصل اول: کلیات ۱-۱-مقدمه مهندسین طراح سازه از روش های غیرخطی برای ارزیابی لرزه ای سازه های ساختمانی و غیر ساختمانی موجود و همچنین طراحی سازه های جدید بهره می گیرند. هدف عملی کلیه ی روش های تحلیل غیرخطی لرزه ای پیش بینی رفتار سازه در زمین لرزه های آینده است.
توسعه مفاهیم طراحی بر اساس عملکرد و ورود آن به مدارک فنی مهندسی به اهمیت این روش ها افزوده است. طراحی بر اساس عملکره از پیش بینی کارایی سازه ها برای بستر سازی تصمیم گیری مناسب در تامین جانی در مورد خطرات محتمل استفاده می کند. برای رسیدن به این مهم در روش طراحی بر اساس عملکرد.
کارایی یک ساختمان را بر اساس آسیب مورد انتظار در اجزای سازه ای و غیر سازه ای دسته بندی می کنند. از آنجا که آسیب های سازه ای نشان دهنده بروز رفتار غیر خطی استء روش های طراحی و تحلیل الاستیک استفاده می کنند.
در بهترین حالات صرفاً به صورت ضمنی قادر به پیش بینی میزان خرابی ها هستند.
تخمینی مستقیم از میزان تغییر فرم ها و خرابی ها است. در حال حاضر ساختمان های مسکونی براساس آیین نامه ۲۸۰۰ طراحی می شوند و به دو روش تحلیل استاتیکی یا دینامیکی طیفی مورد بررسی قرار می گیرند.
سوال این است که در تحلیل استاتیکی يا تحلیل طیفی آیا به اندازه کافی رفتار سازه که طراحی می شوند درست ارزیابی می گردد یا خیر؟ ساختمان های مسکونی می بایست در برابر زلزله ضعیف قابلیت بهره برداری خود را حفظ کنند. در برابر زلزله متوسط دارای خدمات دهی بی وقفه باشند.
در پرابر زلزله شدید ایمنی جانی ساکنین حفظ شود و در برابر زلزله خیلی شدید نهایتا در آستانه فرو ریزش قرار داشته باشند. آیین نامه ۲۸۰۰ موارد بالا را لحاظ نمی کند و فقط سازه را در برابر زلزله شدید طراحی و کنترل می کند. اما روشی را هم که انتخاب می کند روش استاتیکی یا دینامیکی طیفی می باشد.
نهایت اینکه آیا سازه ای از این نوع که در برابر زلزله شدید دارای ایمنی جانی برای ساکنین می باشد» لزوماً در برابر زلزله ضعیف هم همین رفتار را دارد؟ آیا تحلیل آیین نامه ۲۸۰۰ برای ساختمان های مسکونی کفایت می کند يا با تحلیل به روش تاریخچه زمانی غیر خطی» نتایج چیز دیگری خواهد بود؟ |۲-۱- ضرورت تحقیق حفظ جان انسان ها و تأمین سطوح عملکردی در برابر زلزله و همچنین حفظ سرمایه های انسانی در برابر زلزله و با توجه به تعداد انبوه ساختمان های فلزی مورد استفاده در کشور و همچنین روند روبه رشد و توسعه ساختمان های جدید با توجه به انبوه سازی و ساختمان های آپارتمانی که عمدتا درطبقات بالا ساخته می شوند آیا ضروری نیست که دقت و ارزیابی بیشتری درقسمت طراحی سازه های فلزی انجام شود؟
آیا در حوزه طراحی و ساخث فضاهای مسکونی درکشور نیازمند ضوابط سختگیرانه تری نسبت به شرایط کنونی نیستیم؟ عملکرد ساختمان ها در شرایط و زمان های بحرانی علاوه بر استفاده به عنوان فضای مسکونی در تایید این نکته می باشد که ساختمان های مسکونی در شرایط کنون حتی به عنوان فضای آموزشی هم استفاده می شوند اهمیت فوق العاده برخوردار می باشند.
با توجه به زلزله های اخیر اتفاق افتاده در کشور مخصوصا زلزله سرپل ذهاب آیا هیچ گونه تغییر نگرشی نسبت به طراحی سازه های مسکوئی قرار نیست اتفاق بیافتد؟
آخر اینکه آیا بهتر نیست با توجه به زلزله های اخیر طراحی سازه ها به سمت تحلیل های غیرخطی و ایمنی بیشتر در جهت تامین سطوح عملکردی چرخش داشته باشد؟
۳-۱- هدف تحقیق هدف تحقیق این است که چند نمونه از ساختمان های مسکونی فولادی که به صورت واقعی در برابر زلزله بر اساس آیین نامه ۲۸۰۰ طراحی شده اندء انتخاب و با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی بررسی گردند که آیا اهداف نشریه ۳۶۰ را پوشش می دهند يا خیر؟
در ضمن توجه به این موضوع که آنالیز تاریخچه زمانی غیر خطی روشی پیچیده و در عین حال دقیق برای ارزیابی نیازهای غیر الاستیک سازه ها تحت اثر تاب نگاشت های حرکت زمین است. تغییر نگرش از طراحی بر اساس نیرو به سمت طراحی براساس عملکرد سازه اصطلاحاً طراحی بر اساس عملکرد نامیده می شود که بر مبنای طراحی در حالات حدی می باشد.
در ضمن طراحی سازه بر اساس تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی روشی است که با واقعیت ها بسیار نزدیکتر می باشد چون شتاب نگاشت های واقعی به یک سازه در حالت طبیعی واره می شوند و خروجی های این تحلیل بسیار کمک می کند تا طراحی سازه سطوح عملکرد مورد نیاز در زلزله های متفاوت را بدست آورد. ۳-۱- محتوای تحقیق چند ساختمان فولادی مسکونی در طبقات مختلفء انتخاب گردیده است. این ساختمان ها توسط دفتر فنی با استفاده از نرم افزار 2016 17208 مورد تحلیل و طراحی قرار گرفته است.
در این تحقیق سعی بر این است تا عملکرد لرزه ای ساختمان های پیش گفته به روش تاریخچه زمانی غیر خطی با رعایت ضوابط نشریه ۳۶۰ مورد ارزیابی قرار گیرند.
برای تحلیل عملکرد لرزه ای شتاب نگاشت های زلزله های 37017777130678 ۸ 102/۸ و 5۳31085 /۳۸7,۸ از میان فهرست شتاب نگاشت های سایت بین المللی 47 با توجه به شرایط جغرافیایی منطقه مورد مطالعه انتخاب گردیده است. با توجه به حافظه مورد نیاز کامپیوتر و همچنین فراوانی داده ها جهت نظم مطالب و تحلیل پیش رو در نهایت از سه شتاب نگاشت عنوان شده در بالا استفاده گردید.
۵-۱- ساختار پژوهش این پایان نامه در پنج فصل تهیه و تنظیم شده است که فصل های آن به شرح زیر می باشد: در فصل اول این پایان نامه» کلیات پژوهش شرح داده شده است. در فصل دوم این پایان نامه ادبیات نظری و پیشینه پژوهش آورده شده است. در فصل سوم این پایان نامه» مدل سازی و صحت سنجی ارائه خواهد شد. در فصل چهارم از این پایان نامه نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی برای کلیه مدل ها مورد بررسی قرار گرفته شده است. فصل پنجم این پایان نامه نیز شامل نتیجه گیری و پيشنهادات برای ادامه این موضوع می باشد.
فصل دوم: ادبیات نی و تاریخچه تحقیق ۱-۲- مقدمه در این فصل رفتار سازه در برابر زلزله مورد ارزیایی قرار می گیرد. همچنین در این فصل انواع سیستم باربر جانبی سازه ها معرفی خواهد شد و کارهای صورت گرفته در این زمینه ارائه خواهد شد.
۲–۲- رفتار سازه در برابر زلزله در زمان وقوع زلزله پی ساختمان همراه با زمین شروع به حرکت می کند و اين جابجایی را به قسمت های مختلف ساختمان انتقال می دهد. به خاطر تفاوت زمانی در دریافت این حرکات به وسیله جرم های مختلف طبقات ساختمانی این جرم ها با هم حرکت نمی کنند و باعث بروز جایجایی های متفاوت با اختلاف فازهایی نسبت به همدیگر می شود که به این پدیده تغییر شکل ساختمان یا پاسخ ساختمان به زلزله می گویند.
در اثر تغییر شکل های ایجاد شده در ساختمان تنش ها و کرنش هایی به وجود می آید که البته به میزان و شدت زلزله و تغییر مکان و اینکه سازه در چه محدوده ای (خطی- غیر خطی) می باشد متفاوت است و اگر میزان این تنش ها و کرنش های به وجود آمده بیش از کرنش گسیختگی باشد در آن صورت این قسمت از سازه منهدم خواهد شد.
اگر رفتار واقعی سازه در برابر زلزله مورد ارزیابی قرار بگیرد ملاحظه می شود که اکثر سازه هاء رفتار غیر خطی (غیر الاستیک) از خود نشان می دهند.
۱-۲-۲ اثر انواع زوال و کمانش در سازه سازه در اثر ارتعاش زمین ناشی از زلزله تعداد بسیار زیادی رفت و برگشت بار را باید تحمل کند.ء که این امر باعث کاهش سختی سیستم در هر رفت و برگشت می شود.
۲-۲ رفتار هبسترزیس سازه ها .الف) رفتار نامناسب ۰ ب ( رفتار مناسب در نتیجهء پیش بینی اثرات یک زلزله جدید» در کاهش سختی سازه ها (در اثر رفت و برگشت های زلزله قبل) کمک موثری در ارزیابی آسیب پذیری آن ها خواهد بود. در برخی سازه ها ممکن است.
مقاومت سیستم بعد از هر رفت و برگشت کامل بارء کاهش پیدا کند. چنین سازه هایی به حتم در سیکل های متوالی بارگذاری یکسان در مقایسه با سازه هایی فاقد چنین کاهش مقاومتی» تغییر شکل بیشتری از خود نشان می دهند و لازمة حفظ پایداری آن ها این است که بتوانند این تغییر شکل های بیشتر را تحمل کنند. فولاد اصولاً ماده ای شکل پذیر می باشد. ام در اثر زوال یا گسیختگی اعضاء و قاب ها که عمدتاً بر اثر کمانش موضعی يا کلی و یا شکست نزد اتصالات اتفاق می افتدء دیگر این قاب فولادی شکل پذیر محسوب نمی شود.
برای مقابله با ضعف های ناشی از انواع کمانش, که باعث ضعف رفتار چرخه ای می شود بایستی طول مهاری را در اعضاء فشاری کاهش داد. برای مثال نمونه بارزی از رخداد زوال» سختی و مقاومت در سیستم های سازه ای با بادیندهای همگرا است که در آن بادیندهای لاغر بکار برده شده باشند. از آنجایی که این بادبندها به دلیل لاغری زیاد در فشار دچار کمانش می شوند در نتیجه مقاومت قابل مقایسه ای با حالت کششی از خود نشان نمی دهند و در نتیجه چرخه هیسترزیس را به طرف شکل خاصی سوق می دهند. نمونه ای از اين نوع چرخه که در آن بادیندها با ضرایب لاغری متفاوت به کار برده شده در شکل(۳-۲) نشان داده شده است.
همان طور که ملاحظه می شود زوال های سختی و مقاومت ناشی از کاهش ضریب لاغری و خوابیده شدن منحنی به طرف محور افقی محسوس می باشد. این مطلب به این دلیل در این بخش گنجانده شده است که شرط محاسبات مربوط به ضریب رفتاره عدم وجود شرایط انواع زوال ها و کمانش ها می باشد.
به بیان دیگر مقادیر پیشنهادی برای ضریب رفتار زمانی قابل قبول هستند که سازه دچار زوال و کمانش نشود. ۲-۲-۲-منحنی چرخه هیسترزیس در هنگام زلزله انرژی ورودی به سازه به صورت انرژی ذخیره شده در سازه ۳2 و انرژی اتلافی توسط سازه 1:0 از بین می رود. انرژی اتلافی توسط سازه شامل دو بخش میرایی لزج (ع1) و انرژی اتلافی توسط میرایی هیسترزیس (ط1) می باشد.
اگر سازه تحت ارتعاش دائم دارای جابجایی برابر در دو سیکل متوالی باشد اين بدان معنی است که انرژی جنبشی صفر می باشد و انرژی ورودی مجموع انرژی اتلافی توسط میرایی لزج و انرژی اتلافی توسط میرایی هیسترزیس می باشد.
واضح است که هر چه مساحت چرخه هیسترزیس بیشتر باشد سیستم می تواند در مقابل انرژی بیشتری مقاومت کند.
1 انرژی پرواحد جرم *رممشیص) انرژی پررواحد جرم *(عع0/5) 8 8 ( 1 «۳ و ٍ ات ی 1 0 1 1 1 زمان (ثانی) شکل ۴-۲. تغییرات آنرژی مستهلک شده توسط پدیده های میرابی و تسلیم برای بررسی پاسخ غیر الاستیک سیستم سازه ای, لازم است که ابتدا یک مدل ریاضی جهت ارائه خصوصیات نیروی بازگرداننده در نظر گرفته شده و سپس رابطه ای بین نیروی برشی و تغییر مکان طبقه تعریف گردد.
اگر منحنی برش پایه- تغییر مکان را برای سازه شکل زیر برای یک دورةٌ افزایشی بارگذاری و باربرداری رسم گردد آنگاه از اتصال نقطه اوج منحنی برش پایه- تغییر مکان هر دوره بارگذاری» منحنی هیسترزیس یا منحنی پوش (منحنی اسکلتون) به دست می آید.
شکل ۵-۲. رابطه بار – تغیر مکان در تسلیم تدریچی باید دانست که به طور معمول منحنی پوش(هیسترزیس) و منحنی بارگذاری افزایشی بر هم منطبق هستند.
باید توجه داشت که شکل منحنی چرخه ای(هیسترزیس) به طور قابل توجهی متأثر از سیستم های سازه ای و مصالح به کار رفته در آن ها است. به هر حال لازمه تحلیل غیر خطی سازه یک مدل رفتار چرخه ای است که تا حد زیادی شرایط فیزیکی آن سازه را ارضاء نماید. در نتیجه سازه ها در اثر وجود شکل پذیری مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را به صورت هیسترزیس تلف می کند و مقدار این آنرژی بستگی به مقدار شکل پذیری کلی سازه دارد.
۳-۲-۲- اصول و فلسفه طراحی لوزه ای همان طور که در فصل قبل گفته شد طراحی لرزه ای به طور کلی سه هدف را دنبال می کند که سطوح عملکرد مختلف سازه نیز به نحوی معرف همین اهداف می باشد.
اما مسأله اینجاست که چگونه می توان در طراحی سازه این سطوح عملکرد را تعریف نمود. به عنوان مثال قابی که در شکل(۶-۲) نشان داده شده است(دارای سه درجه گیردار نامعین) می باشد. به طوری که در کتاب های کلاسیک آمده است برای اینکه این قاب واژگون گرددء پایستی حداقل چهار مفصل پلاستیک در آن تشکیل شود تا تبدیل به مکانیزم شده و این به شرطی است که در جریان تشکیل مفصل هاء اتفاقی نظیر کمانش موضعی رخ ندهد. به عنوان فرض مفصل ها را می توان در نقاط ۱ و ۲ و ۲ در شکل در نظر گرفت.
در این سازه اگر بار وارده (۳) به صورت افزایشی وارد گردد یا به عبارت دیگر از مقادیر کم شروع شده و به تدریج افزایش یابد (بارگذاری افزایشی)» واضح است که تغییر مکان ها به تدریج افزایش پیدا کرده و به تبع آن لنگرها و برش ها زیاد می شوند و سرانجام به جایی خواهد رسید که نخستین مفصل پلاستیک در سازه تشکیل می شود.
(به عنوان فرض در نقطه (۱) )ولی در این وضعیت.
سازه هنوز مقاوم است و بارگذاری را می توان افزایش داد» با افزایش بارگذاری تنش ها در سازه به حدی می رسد که دومین مفصل (به عنوان فرض در نقطه (۲) ) تشکیل می شود. با وجود دو مفصل پلاستیک نیز سازه هنوز پایدار است و سازه قابلیت بارگذاری را دارد و بنایراین بار را می توان افزایش داد. تا چهارمین مفصل
(به عنوان فرضی در نقطه (۴) )تشکیل شود و به اصطلاح مکانیزم به وجود آید.
روند تشکیل مفصل پلاستیک رو نمودار پار جانبی – تغیبر مکان همان طور که اشاره شدء می توان سازه را طوری طراحی کرد تا مفصل های پلاستیک تشکیل شده در آن ها بتوانند دوران قابل ملاحظه ای تحمل نمایند.
اگر مهندسین طراح بتوانند از عهده این کار برآیند یا به بیان دیگر سازه بتواند بدون فروریزی تغییر شکل های زیادی را تحمل نمایدء می توان انتظار داشت که در سازه» ناحیه افقی منحنی برش پایه-تغییر مکان را که با تشکیل نخستین مفصل آغاز شده تا رسیدن به مکانیزم ادامه پیدا می کند افزایش داد. به عبارت دیگرء می توان با اتخاذ تدابیر خاصی که در محل تشکیل مفصل ها به کار برده می شود.
منحنی برش یا تغییر مکان جانبی را به طرف منحنی سوق داد تا منحنی . در مورد تفاوت دو منحنی در شکل می توان گفت در سازه ای که منحنی برش پایه-تغییر مکان آن به صورت است» تمهیداتی صورت گرفته که مفصل های اولیه طی تشکیل مفصل های بعدی در سازه» سالم مانده اند (خرد نشده اند) و می توانند تغییر شکل بیشتری را تحمل کند و اهداف طراحی لرزه ای را برآورده نمایند و این نکته در واقع فلسفه اصلی طراحی لرزه ای سازه ها است.
۳-۲- سیستم های باربر جاثبی ۱-۳-۲- سیستم قاب خمشی (8174۳) سیستم قاب خمشی مجموعه ای از تیرها و ستون ها و اتصالات صلب است که به طور همزمان نیروهای جانبی و ثقلی را تحمل می کنند.
در این سیستم چون هیچ عضو اضافی مثل مهاربند یا دیوار برشی وجود ندارد که در برابر تغییر شکل های جانبی مقاومت کند.ء بنابراین سازه از شکل پذیری بالایی برخوردار است.
به عبارتی در صورت وارد شدن نیروهای جانبی» قاب سازه مشابه موم در برابر این نیروها تغییر شکل داده و بدین ترتیب مانع از خرابی ساختمان می شود.
در سیستم قاب خمشی بارهای قائم توسط قاب های ساختمانی تحمل شده و مقاومست در برابر نیروهای جانبی توسط قاب های خمشی تأمین می شود.
قاب های خمشی باعث ایجاد فضاهای آزاد معماری با کمترین تداخل سازه ای می شوند. ساختمان های اداری که معمولاً نیاز به فضاهای منعطف با کاربری های متنوع دارند از این سیستم استفاده می کنند. برای کاهش تغییر مکان جانبی در ساختمان های بلند سیستم های دوگانه استفاده می شود که از مهاربندی و یا دیوارهای برشی بهره می گیرند و معمولاً در هسته داخلی قرار داده می شوند زیرا در این نقاط انعطاف پذیری پلان زیاد مهم نیست.
به علت هزینه بالای اتصالات خمشی موجود در این سیستم ساختمان های با ارتفاع کم ممکن است از این سیستم در چند دهانه محدود استفاده شود. دیگر دهانه های مفصلی تنها بارهای قائم را تحمل کرده و توسط دهانه های دیگری که قاب خمشی هستند پشتیبانی می شوند. اتصال تیر به ستون معمولاً قائم بوده و تلاش می شود که بعد از تغییر شکل نیز قائم باقی بماند.
تیرها با مقاومت در مقابل پیچش به تحمل بارهای جانبی کمک می کنند. انواع سیستم های قاب خمشی به سه دسته قاب خمشی معمولی» قاب خمشی متوسط و قاب خمشی ویژه تقسیم می شوند. قاب خمشی ویژه به قابی اطلاق می شود که در برابر نیروهای جانبی زلزله بتواند تغییرشکل های فرا ارتجاعی قابل ملاحظه ای را تحمل کند.
در طراحی این قاب ها سعی بر آن است که در یک يا دو انتهای تیسرء در خارج از محدوده اتصال تیر به ستون»ء مفصل های پلاستیک تشکیل شوند. ضوابط لرزه ای قاب خمشی ویژه شامل موارد زیر می باشد: مقاطع ستون ها باید از نوع فشرده لرزه ای باشند.
ضوابط آیین نامه برای مقاطع فشرده لرزه ای سخت گیرانه تر از مقاطع فشرده است. در ستون ها استفاده از مقطع متشکل از چند نیمرخ بست دار مجاز نیست. ظرفیت بار محوری ستون در فشار یا کشش, بدون در نظر گرفتن لنگر خمشی وارد بر آنء نباید کمتر از بار محوری تعیین شده در ترکیب بار زلزله تشدید یافته باشد.
در ناحیه بحرانی ایجاد هر گونه تغییر در ضخامت یا پهنای بال تیر مجاز نیست.
برشگیرهایی که برای مرکب کردن دال بتن آرمه و تیرها به کار برده می شود نباید در ناحیه بحرانی نصب شود. استفاده از تیرهای لانه زنبوری مجاز نیست. اتصال تیر به ستون باید برای لنگر خمشی و نیروی برشی قابل انتظار که در بر ستون ایجاد می شودء طراحی شود.
۲-۳-۲- سیستم مهاربندی همگرا (37) سیستم های مهاربندی همگرا که معروف ترین آن» سیستم مهاربندی ضربدری یا کل شکل هستند. از مفیدترین سیستم ها برای کنترل تغییر مکان ایجاد شده در برابر بارهای جانبی هستند.
به غلت پیکربندی خرپا گونه. صلبیت جانبی این سیستم ها بسیار زیاد است.
به طوری که یک سیستم قاب فولادی با بادبندی همگرا (*131-) از نوع ضربدری در مقایسه با سیستم قاب خمشی (8/1631) نظیر آن» می تواند تا ۱۰ برابر سخت تر باشد.
این سیستم ها در مسیر تکمیل سیستم های سازه ای فولادی جهت مفابله با نیروهای باد ابداع گردیده اند. از مشکلات عمده این سیستم هاء شکل پذیری و جذب انرژی کم عمدتاً به دلیل کمانش موضعی یا کلی عضو فشاری مهاربند و تا حدی هم ضعف و عملکرد نامناسب اتصالات آن می باشد.
ظرفیت انرژی جذب شده توسط مهاربندهای همگرای ضربدری در حقیقت به طور کامل وابسته به رفتار چرخه ای غیرخطی مهاربند قطریء تحت بارهای متناوب کشش و فشار می باشد.
اعضای مهاربندی در سیستم مهاربندی همگراء وظیفه تامین سختیء شکل پذیری و مقاومت را بر عهده دارند. مهاریندها به طور متناوب و به طور کششی جاری شده و در فشار کمانش می نمایند. کمانش غیرالاستیک مهاربند و مفاصل کششی ایجاد شده به عنوان عوامل اصلی جذب انرژی توسعه مفاصل پلاستیک در سایر نقاط سازه را نتیجه می دهند. تعداد مفصل های ایجاد شده ارتباط مستفیم به وضعیت اتصالات آانتهایی مهاربند دارد.
اگر مهاربندی تحت اثر بارهای تکراری با دامنه تغییر مکان ثابت قرار گیرد که منجر به تغییر طول پلاستیک جدید نشود» اتلاف انرژی هم روی نخواهد داد. از این رو ظرفیت اتلاف انرژی سیستم مهاربندی همگرای فقط کششی اولاً کم بود» ثانیاً به شدت دارای حالت تنزلی است.
در این سیستم شکل پذیری قاب از طریق تسلیم تیر پیوند تامین و از خسارت وارد بر سایر اعضای سازه ای جلوگیری می شود. بدین ترتیب تیر پیوند می تواند شکل پذیری سازه را بدون خسارت به سایر اعضای سازه تأمین کند. ۳-۳-۲ سیستم مهار بندی واگرا (1331) هزینه اجرای قاب واگرا کمی بیشتر از هزینه اجرای قاب همگرا می باشدء ولی چون کاهش تغییر مکان جانبی در مقایسه با قاب های خمشی کاهش نیروهای تکیه گاهی و لنگر به منظور کاهش ابعادی» امکان تعبیه بازشو در مقایسه با قاب مهاربندی همگراء کاهش اثر 3-8 در مقایسه با سیستم قاب خمشی و در ساختمان های با ارتفاع زیاد استفاده از قاب مهاربندی هم محور مجاز نمی باشد.ء استفاده از آن را توجیه می کند.
رفتار سیستم 131817 چه در ناحیه خطی و چه در ناحیه غیر خطی کاملاً متاثر از طول تیر پیوند می باشد. تحت یک زلزله شدیدء مفصل های خمیری در سیستم ایجاد می شوند که نوع این مفصل ها بیانگر رفتار خمشی یا برشی می باشد. دوران پلاستیک تیرهای پیوند با استفاده از مکانیسم های جذب انرژی تخمین زده می شود و ممکن است ۵ تا ۱۰ برابر بزرگتر از دوران پلاستیک یک تیر قاب خمشی باشد. فراهم آوردن این دوران های پلاستیک و متمرکز نمودن عملکره غیر خطی قاب در تیر پیوند معیاری مهم در طراحی بادبند های واگرا است.
۴-۲- رفتار مهاربندهای همگرا در هنگام زلزله بررسی رفتار مهاربندهای همگرا در محدوده خطی و در هنگامی که نیروهای ناشی از زلزله در محدوده الاستیک هستند بسیار ساده است؛ اما وقتی که سازه وارد محدوده غیر الاستیک خود می شود» مهاریندها رفتار هیسترزیس خاص خود را نشان می دهند. توانایی جذب انرژی و شکل پذیری سیستم بطور عمده به رفتار هیسترزیس غیر خطی اعضای قطری تحت بارهای متناوب کششی و فشاری بستگی دارد.
پیش بینی رفتار مهاریندها در فشار به علت کمانش کلی در صفحه و خارج از صفحه آن با یقین کامل امکان پذیر نیست. اما بسته به لاغری مهاربندها می توان از الگوهایی جهت توجیه رفتار آن استفاده کرد. رفتار کششی تنها به علت لاغری زیاد عضو مهاربندی این نوع مهاربند به مهاربند میله ای مرسوم است و اغلب برای ساختمان های قابی سبک وزن یک تا دو طبقه مورد استفاده قرار می گیرد (در ایران بسیاری از طراحان برای ساختمان های چند طبقه هم مهاریندها را کششی طرح می کنند). شکل ۸-۲ رفتار هیسترزیس یک میله مهاربند را تحت اثر بار چرخه ای نشان می دهد.
در اين شکل ۳ و 6 به ترتیب نیروی محوری القایی در مهاربند و تغییر طول مربوط به آن می باشد.
11 و ۵ به ترتیب بار افقی تحمل شده توسط مهاربندها و تغییر شکل افقی قاب است.
فرض می شود که هر مهاربند تنها می تواند مطابق فقط کشش تحمل نماید. پس کل بار افقی حمل شده توسط مهاریند با جمع نمودن مولفه افقی نیروی القایی در میله مطابق شکل د حاصل می شود.
رفتار هیسترزیس یک میله مهاربند تحت اثر بار چرخه ای چرخه های هیسترزیس نشان داده شده در شکل ۸-۲- د نشان می دهد که مهاربند تنها وقتی اتلاف انرژی دارد که تغییر طول پلاستیک جدیدی را تحمل نماید و از آنجایی که در مرحله برگشت. به علت کمانش تغییر شکل پلاستیک مرحله ی قبل جبران نمی شود.
بنابراین در سیکل های متوالی اين تغییر شکل های پلاستیک به صورت تجمعی در مهاربند جمع شده و باعث ازدیاد طول مهاربند و در نتیجه طول کمانش می شود که در نهایت باعث از بین رفتن مهاربند و افزایش تغییر مکان های جانبی و افزایش اثر ۳-۸ می شود. از طرف دیگر به طوری که در شکل نشان داده شده است.
