در ساختمانهای بلند کنترل تغییر مکان جانبی سازه تحت نیروهای جانبی از جمله مباحث چالش انگیز در طراحی به شمار میاید. تأمین معیار آرامش و آسایش ساکنان تحت نیروی باد با سیستم های سازه ای متنوع قابل حصول است. در این مقاله ساختمان هشتاد طبقه بتن مسلح در حالت سه بعدی با سیستم لوله قابی خارجی با هسته بتن مسلح تحت بار ثقلی و باد مورد تحلیل و طراحی قرار میگیرد. سپس با افزودن مهار بازویی بتن مسلح دو طبقه ای در دو تراز مختلف در ارتفاع سازه، رفتار هر دو سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان میدهد در سیستم لوله با هسته در طبقات نزدیک به بام، عملکرد هسته به صورت منفی است و موجب تحمیل نیروی اضافی به قاب است. هرچند وجود مهار بازویی موجب کاهش حدود 11 درصدی در حداکثر تغییر مکان جانبی نسبی طبقات و حدود 11 درصد درتغییر مکان بام سیستم میشود، اما پدیده برش منفی را در طبقات نزدیک بام تشدید میکند. همچنین وجود مهار بازویی تاثیر ناچیزی روی لنگی برشی طبقات دارد.. در سازه های با ارتفاع حدود 91 تا 04 طبقه، حداکثر تغییر مکان جانبی سازه و حداکثر تغییر مکان نسبی طبقات تحت نیرو های جانبی اغلب با به کارگیری یک هسته مهاربندی شده قابل کنترل است. اما با افزایش ارتفاع سازه، یا به عبارت دیگر از آن نام می برند، هسته مهاربندی شده به تنهایی » نسبت ظاهر « افزایش نسبت ارتفاع به عرض سازه که اغلب تحت عنوان قادر به تأمین سختی کافی نمی باشد و سازه دچار جابه جایی زیاد می شود. معمولاً ساختمان با نسبت ظاهر بیشتر از حدود 9/1 را به عنوان سازه بلند لحاظ می کنند. تأمین سختی هم از نظر معیار آرامش و آسایش ساکنان، تحت نیروی باد و هم از نظر معیار ایمنی در طراحی سازه و کنترل اثرات P-Δ .] و غیره در سازه های بلند حائز اهمیت است]  یکی از راهکارهای مؤثر برای کنترل جابه جایی سازه بلند، به کار گیری مهار بازویی است. این مهار بازویی از دو طرف هسته در یک، دو یا سه طبقه ادامه می یابد و به سایر ستون های خارج هسته متصل می شود.

عملکرد مهار بازویی و هسته بتن مسلح ، چنانچه سیستم مقاوم جانبی یک سازه صرفاً مبتنی بر هسته مهاربندی شده باشد، تغییر شکل سازه تحت نیروی جانبی مانند یک تیر طره در مود خمش است، اما چنانچه با یک خرپای نسبتاً سخت )مهار بازویی( هسته را به ستون های خارجی متصل کنیم تحت بار جانبی دوران هسته موجب دوران مهار بازویی می شود و ستون های خارجی در یک طرف تحت کشش و در طرف مقابل تحت فشار قرار می گیرند. این فرایند ستون های خارجی را وادار به مشارکت در باربری جانبی می کند. در این حالت تغییر شکل هسته تقریباً S شکل است. عملکرد مهار بازویی با مشارکت دادن ستون ها موجب کاهش لنگر هسته و نیروی محوری ستون های هسته تحت بار جانبی می شود، اگرچه اثری بر برش هسته ندارد و کل برش بایستی توسط هسته تحمل شود.عملکرد یک مهار بازویی روی هسته سازه مانند عملکرد یک فنر پیچشی روی یک تیر طره تحت بار گسترده است.

اسمیت و همکار با نوشتن معادلات سازگاری یک تیر کنسولی با یک فنر پیچشی ) که یک درجه نامعین استاتیکی است( با فرض رفتار الاستیک خطی و سطح مقطع یکنواخت می توان تابع تغییر مکان نوک تیر را بر حسب فاصله نوک تیر تا محل استقرار فنر ) x ( به دست آورد و با مشتق گیری بر حسب x، محل بهینه فنر برای کمینه شدن جابه جایی نوک تیر حاصل می شود. این مقدار برابر x=0.455H به دست می آید که H طول تیر کنسول است. ایشان یک قانون سر انگشتی برای محل بهینه .] 5 در ارتفاع سازه اعلام نمودند.] 1 / دو مهار بازویی با قرار دادن آنها در فواصل حدود 9 یکی از معایب به کار گیری مهار بازویی اتلاف فضای طبقه دارای مهار بازویی است، زیرا در حالت سه بعدی برای در گیر نمودن همه ستون های خارج از هسته مهاربندی، آنها را توسط خرپای کمربندی در هر دو جهت در پلان در همان طبقه دارای مهار بازویی به یکدیگر متصل می کنند و فقط تعدادی از این ستون ها با مهار بازویی امکان اتصال به هسته را دارند. فضای .] طبقه مذکور معمولاً به عنوان فضای غیر مسکونی و به صورت طبقه تأسیسات مورد استفاده قرار می گیرد] 1 هسته های بتنی به علت مقاومت در برابر نیرو های جانبی و سختی مناسب به طور وسیع به عنوان سیستم مقاوم در برابر نیرو های جانبی در سازه های بلند مورد استفاده هستند. هرچند رفتار این سیستم های سازه ای در بین متخصصان و دانشمندان مورد بحث است. زیرا تحقیقات چندان گسترده ای در مورد عملکرد آن وجود ندارد. بنا براین تحقیق در مورد رفتار مکانیکی و مشخصات خرابی این سیستم ها می تواند در شفاف سازی طراحی مهندسی تأثیر زیادی داشته باشد عملکرد کلی سیستم مرکب هسته با قاب مشابه سیستم دوگانه دیوار برشی با قاب است. قاب و هسته بتن مسلح به صورت سیستم دوگانه در برابر نیروی جانبی با یکدیگر دارای تعامل هستند. هسته بتنی سختی جانبی بیشتری دارد نیروی زیادی را به خود اختصاص می دهد و قاب پیرامونی عموماً نیروی ثقلی را متحمل می شود. لذا رفتار لرزه ای هسته بتنی در چنین سازه هایی اهمیت فراوان دارد. برای هسته بتنی که دارای نسبت ارتفاع به عرض زیاد )حدود 54 تا 51 ( و بیشتر می باشند، قاب خارجی جهت کاهش تغییر مکان ها می تواند مفید باشد. در این تحقیق یک ساختمان بلند 04 طبقه با سیستم لوله قابی با هسته بتن مسلح )لوله هسته( طراحی می شود و – سپس با افزودن مهار بازویی در دو تراز مختلف در ارتفاع سازه، رفتار سیستم ها مورد بررسی و قیاس قرار می گیرد.

3. مشخصات سازه ای
در این تحقیق ابتدا یک ساختمان 04 طبقه بتن مسلح تحت نیروی ثقلی و باد با سیستم لوله قابی با هسته بتن مسلح طراحی می شود. پلان ساختمان در شکل 9 ملاحظه می گردد. هسته به صورت مربع در پلان است که در چهار گوشه به چهار ستون 1 متر و اتصال تیرها به ستون ها در لوله پیرامونی از نوع ممان گیر و اتصال سایر / متصل است. فاصله ستون های پیرامونی 1 تیرها به ستون ها از نوع مفصل است. نیروی جانبی توسط لوله پیرامونی به همراه هسته بتنی و نیروی ثقلی توسط ستون های داخلی و پیرامونی تحمل می شود. ارتفاع طبقات 0 متر است. ارتفاع کل سازه 914 متر و نسبت ظاهر)ارتفاع به عرض( آن 99 است، لذا این سازه در زمره ساختمان های بسیار بلند به شمارمی آید. بار مرده و زنده کف ها به ترتیب 144 و 144 کیلوگرم بر متر مربع لحاظ می شود. نیروی جانبی باد مطابق استاندارد ASCE5-07 بر سازه اعمال می گردد. مدلسازی، تحلیل و طراحی در نرم افزار ETABS انجام می گیرد. رفتار مصالح به صورت خطی مدل می شود. برای طراحی از آیین نامه ACI318-99 استفاده شده است. مقاومت فشاری بتن ستون ها، تیرها و هسته برابر 044 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و مقاومت کششی فولاد برابر 0444 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

مندیس و همکاران توصیه کردند که برای اطمینان از قابلیت خدمت سازه تحت نیروی باد محدودیت تغییر مکان حداکثر جانبی نسبی بین طبقه ای برابر 144 H/ ( H ارتفاع کل سازه است( اعمال شود این مقدار با حدود توصیه شده توسط NBCC و نتایج آماری نظر سنجی از طراحان ساختمان فولادی در کشور امریکا که از تغییر مکان جانبی نسبی حدود 144 H/ تا 044 H/ استفاده می کنند، همخوانی دارد. هر چند در بسیاری از موارد مشخص نیست که این معیارها برای دریفت طبقه است یا دریفت کل سازه ] 1[. در این تحقیق از معیار 044 H/ برای کنترل جابجایی سازه در طراحی استفاده شده است. سرعت مبنای باد برابر صد و شصت کیلومتر در ساعت ) 00 متر بر ثانیه ( فرض شده است. از نظر شرایط محیطی با فرض واقع شدن در منطقه B از منطقه بندی آیین نامه ASCE7-05 استفاده می شود. همچنین ضریب توپوگرافی و ضریب تند باد به 4 لحاظ شده است. / ترتیب برابر 5 و01

بررسی عملکرد
چگونگی توزیع نیروی محوری فشاری ستون های واقع بر محور بال سیستم لوله هسته در شکل 0 ملاحظه می شود. در این سیستم سازه ای حداکثر نیروی محوری در طبقات پایین و در ستون های طرفین در بال فشاری رخ می دهد و بیش ترین مقدار آن در طبقه سوم برابر 114 تن است که مقدار آن در همین طبقه در وسط بعد پلان )ستون میانی در بال فشاری( به حدود 144 تن کاهش می یابد. یعنی در یک ردیف از ستون در ناحیه بال طره قائم در حالیکه ابعاد همه ستون ها یکسان است، 1 است. این نسبت اندیس لنگی برشی نامیده می شود و متخصصان همواره / مقدار نسبت نیروی حداکثر به نیروی حداقل برابر 1 در صدد کاهش آن بوده اند. در طبقات بالاتر، مقدار اندیس لنگی برشی کاهش می یابد و در طبقه 14 ، تقریباً برابر واحد )یک( می شود. هر چند در طبقات آخر شاهد نیروی کششی در ستون های طرفین طره هستیم که اندیس لنگی برشی منفی خواهد شد. البته مقدار نیروی فشاری این ستون ها (واقع در بال کششی طره) ناچیز است.