سیستم دیوار برشی و قاب توأم با خرپای كمربندی صلب

قاب مهار بندی شده (یعنی ساختمان مرکب از قاب و دیوار برشی ) برای ساختمان های تقریباً بیش از 40 طبقه پر بازده و موثر نمی باشد زیرا برای اینکه مهاربندی به قدر کافی سخت و قوی باشد مقادیر زیادی مصالح لازم می گردد. بازده یا کار آیی سازه ساختمان را ممکن است با استفاده از خرپاهای کمربندی افقی که قاب را به هسته می بندند تا حدود 30 درصد افزایش داد. خرپاها به هسته بطور صلب متصل می باشند و به ستون های خارجی بطور ساده اتصال دارند. هنگامی که هسته برشی سعی بر خم شدن دارد، خرپاهای کمربندی مانند بازو های اهرم عمل می نمایند و در ستون های پیرامونی مستقیماً تنش های محوری ایجاد می کنند. این ستون ها به نوبه خود در مقابل تغییر شکل هسته مقاومت می نمایند، به عبارت دیگر در هسته کاملاً برش های افقی ایجاد می شود و خرپاهای کمربندی برش قائم را از هسته به قاب نما انتقال می دهند.
بنابراین با به کار بردن این خرپاهای کمربندی ساختمان بطور یکپارچه و خیلی شبیه به یک لوله ی طره شده عمل می کند. ساختمان می تواند یک یا چند خرپای کمربندی داشته باشد. هر چقدر که خرپاهای بیشتری به کار برده شود رفتار یک پارچه هسته و ستون های نما بهتر تأمین می گردد. این خرپاها را می توان در داخل ساختمان در محل هایی قرار داد که مهاربندی مورب (قطری) مانعی در وظیفه ساختمان ایجاد نکند (برای مثال در طبقات مکانیکی). قاعده سازه ای استفاده از خرپاهای کمربندی در بالا و وسط ساختمان به نظر می رسد که برای ساختمان های تا حدود 60 طبقه اقتصادی باشد. خرپاهای کمربندی را می توان یا با اتصالات مفصلی و یا با اتصالات صلب به ستون های پیرامونی متصل کرد. اگر خرپاها به ستون ها بطور پیوسته متصل باشند، تمام سیستم بصورت واحد عمل می کند و در نتیجه فقط درصد کمی از ظرفیت تحمل لنگر هسته مورد استفاده قرار می گیرد زیرا دیوارهای هسته نسبتاً نزدیک تار خنثی مقطع ساختمان قرار دارند. این نکته در دیاگرام تنش سیستم صلب در آن توزیع تنش ها پیوسته می باشد مشاهده می گردد. ازطرف دیگر بازوهای ارتجاعی که از هسته طره شده و به ستون های پیرامونی مفصل می گردند ظرفیت تحمل لنگر هسته را به نحو بهتری قابل استفاده می سازند و از ستون های خارجی نیز مانند سیستم صلب استفاده می شود. با این حال چون اتصالات مفصلی فقط برش را انتقال می دهند و هیچ لنگر خمشی در ستون ها ایجاد نمی کنند ظرفیت بار محوری ستون ها افزایش می یابد. موقعی که قاب به هسته سازه مفصل شده باشد، هسته مانند یک تیر طره ای عمل می نماید و بالای آن به آزادی دوران می کند. در این حالت قاب دوران خیلی کمی را تحمل می نماید. اما اگر قاب بوسیله یک خرپای کمربندی به هسته بسته شده باشد هرگونه دورانی در بالای سیستم جلوگیری می شود زیرا ستون های پیرامونی با ایجاد نیروهای قائم (نیروهای محوری در ستون ها) خرپای کمربندی را مهار می کنند. گیرداری جزیی که در بالای سیستم ایجاد می شود در منحنی لنگر منعکس گردیده است. این سیستم دیگر مانند یک تیر طره ای خالص عمل نمی کند زیرا هم در بالا و هم در پایین گیردار می باشد. منحنی تغییر شکل حاصله به صورت بک s کشید با لنگر خمشی برابر صفر در نقطه عطف می باشد. با افزودن خرپاهای کمربندی اضافی در طبقات میانی ساختمان مقاومت و سختی سیستم افزایش بیشتری پیدا می کند. در هر طبقه خرپا دار از دوران سیستم ممانعت به عمل می آید. گیرداری ایجاد شده در این طبقات منحنی لنگررا به عقب می کشد. در اثر انتقال بیشتر نیروهای جانبی به نیروهای محوری، لنگر خمشی در پای ساختمان به مقدار زیادتری کاهش می یابد و از نوسان (یا تغییر شکل) جانبی ساختمان به مقدار بیشتری کاسته می شود.
منبع: وبلاگ اسماعیل محمدی