قاب های خمشی مرکب RCS نوع جدیدی از قاب های خمشی هستند که در آنها از ترکیب ستون های بتنی و تیرهای فولادی استفاده می شود که دراین سیستم ها ی سازه ای مزیت های قاب های خالص بتنی و فولادی با هم ترکیب می شوند. در قاب های RCS تیر فولادی به صورت ممتد از درون ستون بتنی عبور می کند و تمرکز اصلی در طراحی قاب های RCS روی اتصال بین تیر فولادی و ستون بتنی اتصال RCS می باشد که تحقیقات انجام یافته در مورد این سازه ها بیشتر بر روی اتصالات مرکب آن ها بوده که منجر به تدوین آیین نامه هایی برای طراحی این اتصالات شده است. اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎری ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺘﻦ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ خمشی ﺗﻴﺮ ﻓﻮﻻدی ﻣﻮﺟﺐ ﺷﺪه ﺗﺎ اﻳﻦ ﺳﺎزهﻫﺎ وزن ﻛﻤﺘﺮی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺳﺎزهﻫﺎی بتنی داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ و دﺳﺘﻴﺎبی ﺑﻪ ﻣﻌﻴﺎر ﺳﺘﻮن ﻗﻮی- ﺗﻴﺮ ﺿﻌﻴﻒ ﺑﻪ ﺧﺼﻮص در دﻫﺎﻧﻪﻫﺎی ﻃﻮﻳﻞ در آنﻫﺎ راﺣﺖﺗﺮ اﻧﺠﺎم می ﺷﻮد.
در این سازه ها برای ستون ها از بتن مسلح و برای تیرها از فولاد استفاده می شود. به گونه ای که مزایای مصالح استفاده شده با توجه به خصوصیات بتن و فولاد به فرم کاملا موثری در سیستم های سازه ای دخالت می کنند. به عبارت دیگر از مقاومت فشاری بتن ودر ستون ها و از مقاومت کششی فولاد در تیرها به نحوی استفاده شده است که این استفاده مناسب باعث کاهش سطح مقطع اعضای سازه می گردد. استفاده بهینه از مصالح باعث کاهش وزن ساختمان و نیز کاهش هزینه های ساخت می گردد. در نتیجه با کاهش وزن سازه، نیروی وارد بر پی نیزکاسته شده و در نتیجه سطح مقطع و ضخامت کمتری برای فونداسیون حاصل می گردد که از این جهت نیز باعث کاهش هزینه ساخت کل سازه می گردد. با توجه به مقاومت فشاری بالای بتن نسبت به مقاومت کششی آن، استفاده از بتن در ستون بهترین رفتار بتن را نتیجه می دهد.
همچنین با توجه به مقاومت کششی بالای فولاد، استفاده از فولاد به عنوان عضو خمشی مناسب ترین رفتار فولاد را نتیجه می دهد.
قاب های خمشی مرکب اولین بار در آمریکا، طی اواخر دهه ۱۹۷۰ و اوایل ۱۹۸۰، به عنوان تغییری در قاب های خمشی فولادی سنتی اجرا شده تا آن زمان برای ساختمان های با ارتفاع متوسط تا بلند معرفی گردید. قاب های خمشی مرکب، نوعا مشابه قاب های خمشی فولادی سنتی بوده به جز این که در این نوع قاب ها از بتن مسلح با مقاومت بالا به جای ستون فولادی معمولی استفاده می گردد. انگیزه اولیه برای استفاده از چنین سیستمی، وجود کاهش ۱۰ درصدی هزینه ها در استفاده از مقاومت فشاری بتن در ستون های ساختمان فولادی بوده است. از دیگر دلایل استفاده از این قاب های خمشی مرکب، رفتار غیر خطی مصالح و پدیده ایجاد مفصل پلاستیک در این قاب ها می باشد. به دلیل اهمیت کمتر تیرها نسبت به ستون ها در یک سازه، ترجیح داده می شود که مفصل پلاستیک، اول درون تیر تشکیل شود تا تغییر شکل های بزرگ به جای ستون ها در سیستم سقف به وجود آید که در این صورت احتمال کمتری برای کاهش پایداری کل سازه وجود دارد.
همچنین در اتصالات قاب های خمشی مرکب، به علت ممتد بودن تیرهای فلزی، جوشکاری تیر به ستون به حداقل رسیده و به این وسیله از ایجاد نقطه ضعف در سازه جلوگیری می شود. علاوه بر این در طبقات با ارتفاع کم مثل پارکینگ ها و یا وجود فاصله زیاد بین ستون ها، در صورت استفاده از تیر بتنی، عمق زیادی برای این تیر لازم خواهد بود که این امر برای ایجاد فضای معماری مناسب و انجام فعالیت های دیگر ایجاد مشکل خواهد کرد و بنابراین با استفاده از تیر فولادی که دارای رفتار مناسب تری در خمش بوده و ارتفاع کمتری دارد، نتیجه مطلوب حاصل می گردد.
در این قاب ها به دلیل استفاده از ستون بتنی و وجود تکیه گاه گیردار در پای ستون و دارا بودن رفتار صلب تر نسبت به ستون فولادی، جابجایی سازه در محدوده مناسب قرار می گیرد. همچنین در این قبیل قاب ها به دلیل وجود سقف مختلط به جای سقف معمول و تیر بتنی، به مقدار قابل توجهی از وزن سازه کاسته می شود. از مزیت های دیگر این قاب ها، توانایی تطبیق یافتن با روش های نوین ساخت است که هزینه و زمان ساخت را کاهش می دهند.
مشکل اصلی در طراحی اعضای قاب های خمشی مرکب مشکل اتصال واحد بین تیر فولادی و ستون بتنی می باشد که تمرکز اصلی تحقیقات گذشته روی این اتصالات بوده است که منجر به تدوین آیین نامه ASCE در سال ۱۹۹۴ برای طراحی اتصال بین تیر فولادی و ستون بتنی برای نواحی با لرزه خیزی کم و متوسط شده است. نتایج این تحقیقات نشان می دهد که اتصالات RCS مقاومت و سختی بسیار مناسبی از خود نشان می دهند.
منابع :
۱٫ نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، مدلسازی قاب های مختلط خمشی RCS و تاثیر رفتار اتصالات بر روی رفتار کلی این قاب ها
۲٫ سومین همایش ملی عمران شهری، بررسی قاب های خمشی مختلط RCS تحت بارگذاری لرزه ای
