مدیریت پیمان بدون مصالح
ژوئن 18, 2023اجرای نمای سنگی ساختمان
جولای 9, 2023از بنیادیترین اجزای ساختمان که در سازههایی از جمله میلگرد بکار میروند دیوارها میباشند. با توجه به اینکه استفاده از بتن در اجرا ساختمان بسیار پرکاربرد است، دیوارهای بتنی نیز بسیار مورد استفاده قرار میگیرند. دیوار یک عضو صفحهای نازک میباشد بگونه ای که ضخامت آن نسبت به عرض و ارتفاع آن بسیار کمتر است. دیوار برشی نیز که اکنون در این مقاله میخواهیم بطور کامل آنرا بررسی کنیم برای مقاومت سازه در برابر بارهای جانبی همچون نیروهای زلزله و باد مورد استفاده قرار میگیرد.
دیوارها با توجه به وضعیت تکیه گاه و بارهایی که به آنها وارد میشود مانند یکی از حالات زیر عمل میکند:
- مانند یک ستون تحت بار محوری
- مانند یک تیر طرهای تحت بار جانبی
- مانند یک دال تحت بار عمود بر صفحه
- مانند یک تیر-ستون تحت بارهای محوری و جانبی
دیوار برشی و دیوار حائل نیز جزء المانهای اساسی سازه میباشند زیرا که نقش بسیار مهمی برای مقاومت سازه در برابر نیروهای زلزله، باد و فشار خاک دارند.
هرگونه بیدقتی و کوتاهی در اجرای دیوار برشی و دیوار حائل سبب بروز مشکلات و خسارات زیادی میشود بنابراین نکات و ضوابط اجرای دیوار حائل و دیوار برشی موضوعی مهم است که باید دقت لازم به آن بشود.
انواع دیوار برشی
دیوار برشی فولادی
در پارهای از مواقع از ورقهای فولادی به عنوان دیوارهای برشی استفاده میشود؛ برای جلوگیری کردن از کمانش موضعی برای دیوارهای برشی فولادی باید از تقویت کنندههای قائم و افقی استفاده نمود.
دیوار برشی مصالح بنایی
از گذشته تا کنون در ساختمانهای تشکیل شده از مصالح بنایی، از دیوار برشی مصالح بنایی غیر مسلح استفاده میشده است، اما خوب اینگونه دیوارها از لحاظ مقاومت در برابر زلزله ضعف دارند و اکنون بجای این نوع دیوارهای برشی از دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای با آجر تو خالی و پر شده با دو قاب استفاده میشود.
دیوارهای برشی مرکب
دیوارهای برشی مرکب یا دیوار برشی بتن فولاد از ورقهای تقویت شده فولادی مدفون در بتن مسلح، خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح و دیوارهای مرکب ممکن دیگر که همگی با یک قاب فولادی و یک قاب مرکب توام هستند تشکیل گردیده است.
دیوارهای برشی بتن مسلح
در این مقاله بیشتر به این نوع دیوار برشی که از بتن مسلح ساخته شده است میپردازیم، یکی از مطمئنترین روشها برای مقابله با نیروهای جانبی استفاده از دیوار برشی بتن مسلح میباشد. دیوار برشی همچون یک ستون طره بزرگ و مقاوم در مقابل نیروهای لرزهای عمل مینماید و عضوی ضروری جهت سازههای بتن مسلح بلند و یک عضو مناسب جهت سازههای متوسط و کوتاه است.
انواع دیوار بتن آرمه
1. دیوارهای حائل (retaining wall)
اینگونه دیوارها برای پایداری در برابر فشارهای جانبی از جمله فشار خاک یا فشار آب کاربرد دارند. معمولاً وزن دیوار سبب پایداری آنها میشود به همین دلیل گاهاً به این نوع دیوارها وزنی نیز گفته میشود؛ این دیوارها دارای انواع وزنی، طرهای، پشتبندار و جلوبنددار است.
2. دیوارهای باربر قائم (beaving wall)
اینگونه دیوارها علاوه بر اینکه وزن خود یا همان بار مرده را تحمل میکنند؛ نیروهای خارجی قائم را بوجود آمده از عکس العمل سقف و غیره است را نیز تحمل میکنند.
اگر بار خمشی به این دیوارها وارد شود رفتاری همچون ستون خواهند داشت و شرایط و ضوابط ستونها علاوه بر ضوابط دیوارها برای آنها حاکم خواهد بود.
3. دیوارهای زیرزمین (basement wall)
این نوع دیوارها علاوه بر تحمل بارهای قائم، فشار جانبی خاک را نیز تحمل میکنند. لذا برای محاسبه ضخامت این نوع دیوارها حتماً باید این فشار نیز در نظر گرفته شود.
همیشه دیوار زیرزمین باید دارای ضخامتی بیشتر از دیوارهای بالا خود باشد؛ و حداقل ضخامت این دیوارها 20 سانتیمتر و در نقاط مرطوب 30 سانتیمتر میباشد.
4. دیوارهای جداکننده یا تیغه یا غیر بابر (partion wall)
که فقط برای جداسازی فضاهای داخلی استفاده میشود. آیین نامه ACI حداقل ضخامت دیوارهای بتنی غیر باربر را 10 سانتیمتر توصیه میکند.
5. دیوار برشی یا (shear wall)
این نوع دیوار برای مقاومت در برابر بارهای جانبی از جمله بار باد و یا زلزله مورد استفاده قرار میگیرد.
دیوار برشی چیست ؟
دیوارهای برشی با توجه به سختی و مقاومت بالایشان برای مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی مانند نیروهای زلزله و باد نقش مهم را بر عهده دارند و کاربرد رایجی نیز در تمام دنیا دارند.
دیوار برشی را میتوان در قسمتهای مختلف پلان ساختمان اجرا نمود اما بهتر است قرار گرفتن این دیوارها متقارن باشد و همچنین مرکز ثقل هر طبقه نیز تا جای امکان نزدیک به مرکز سختی دیوار برشی قرار گیرد.
دیوارهای برشی علاوه بر اینکه باید مقاومت لازم را داشته باشند همچنین باید شکل پذیری کافی نیز جهت ممانعت از شکسته شدن مخصوصاً در برابر نیروهای بسیار قوی همانند زلزله را دارا باشند.
نیروهای ناشی از زلزله به مراتب از سایر نیروهای مؤثر شدیدتر و پیچیدهتر است و عناصر مقاوم در برابر نیروهای جانبی شامل قاب خمشی، دیوار برشی و یا ترکیبی از هر دو است؛ قاب خَمِشی المانی مقاوم در برابر نیروهای جانبی به ویژه اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشد نیاز به در نظر گرفتن جزئیات خاصی دارد که موجب شکل پذیری کافی قاب میشود.
در مناطقی که وقوع لرزهای قوی انتظار میرود، امکان این است که دیوارهای برشی را طوری طراحی نمائیم که در طول یک زلزله قوی، حالت الاستیک بماند. در غیر اینصورت وقوع تغییر شکلهای بزرگ و غیر الاستیک در پای دیوار احتمال دارد.
در خصوص بار جانبی ایجاد شده توسط زلزله که ویژگیای دینامیکی دارد، جذب انرژی دیوار در مقابل آن از اهمیتی خاص برخوردار است. در همین خصوص آیین نامهها برای طراحی اعضای بتن آرمه در مناطق زلزله خیز و فولادگذاری ویژه تعیین شده است. به گونهای که با این فولادگذاری ویژه، دیوار سازهای از رفتار شکل پذیر برخوردار می گردند و در برابر زلزله، جذب انرژی و اتلاف انرژی قابل توجهی ارائه میدهد.
اینگونه که متوجه میشویم دیوارهای برشی برای تحمل نیروهای جانبی دارای اهمیت زیادی هستند و بنابراین دیوارهای برشی باید بصورت دقیقتری طراحی گردند تا دارای مقاومت و شکل پذیری لازم و کافی شوند.
دیوارهای برشی بتن آرمه
دیوارهای برشی را میتوان از چند بابت زیر تقسیم بندی نمود:
- از نظر رفتار
- از نظر تغییر در شکل مقطع
- از نظر تغییر در ارتفاع
- دارای باز شو باشند یا دارای بازشو نباشند.
دیوارهای برشی از لحاظ رفتار
بر اساس گزارش ATC-40 اگر نسبت وضعیت دیوار یعنی ارتفاع به طول آن برابر یا بیشتر از 4 باشد، دیوار لاغر میباشد و اگر این نسبت از 2 کوچکتر باشد دیوار چاق است.
آیین نامه FEMA-365 برای این نسبتهایی که در بالا عنوان کردیم به ترتیب اعداد 3 و 1.5 را اعلام نموده است. اما در دستورالعمل بهسازی ایران عددی پیشنهاد نمیگردد.
دیوارهای برشی کوتاه
دیوار برشی با ارتفاع کم یعنی نسبت ارتفاع به طول آن کمتر از 2 یا 3 باشد و به آن دیوار برشی کوتاه گفته میشود. از این نوع دیوار برشی برای ساختمانهای کوتاه میتوان استفاده نمود.
در پارهای از مواقع نیز برای ساختمانهای بلند از دیوار برشی کوتاه استفاده میشود و آن زمانیست که جهت مقاوم سازی ساختمان در برابر بارهای جانبی در تعدادی از دهانههای طبقه همکف و یا بر فراز شالوده از دیوارهای برشی کوتاه به شکل پیوسته بین دهانهها استفاده میشود.
رفتارهای دیوارهای برشی کوتاه با رفتارهای دیوارهای برشی بلند متفاوت است؛ بیشترین تحقیقات در خصوص رفتار این نوع دیوارها توسط پارک و پاولی در نیوزلند انجام گرفته است. آنها توصیه میکنند که فولادگذاری در دیوارهای برشی تا جایی که امکان دارد یکنواخت انجام گردد و به سمت لبه قائم تمرکز بیشتری داشته باشد.
حداقل فولادگذاری در این دیوارها 0.0025 میباشد. گر چه امکان دارد که شکل پذیری کافی برای دیوار ایجاد نشود اما از لحاظ مقاومت و شرایط لازم جهت طراحی کافی میباشد.
دیوارهای برشی بلند یا طره ای
این دیوارها نسبت ارتفاع به طول زیاد دارند به گونهای که رفتار اغلب آنها بر عکس نامشان رفتار خمشی میباشد. همانطور که عنوان گردید هدف اصلی استفاده از این دیوارها تحمل بارهای ایجاد شده از زلزله و استهلاک انرژی آن در ساختمانهای متوسط و بلند میباشد.
در دیوار برشی بلند یا طره ای شکل هندسی مقطع آنها بر رفتار خمشی آنها تأثیر میگذارد و همچنین تغییر طول یا ضخامت آنها در ارتفاع نیز جهت رعایت مسائل مختلف سازهای و یا معماری دارای اهمیت است.
اثر شکل مقطع بر رفتار دیوار برشی
مشخص شده است که شکل مقطع دیوار بر رفتار آن اثر چشمگیری دارد. چنانچه دیوار در دو انتهای خود دارای بال باشد هم از پایداری و هم از شکل پذیری بیشتری در مقایسه با دیوار بدون بال برخوردار است. تحقیقات بر روی شکل مقطع با مقایسه بین دیوارهای بال دار و بدون بال مشخص می کند که چه با مساوی بودن نیروهای محوری و چه مساوی در نظر گرفتن ظرفیت تحمل لنگر، با افزایش درصد فولاد موثر در مقاومت خمشی و شکل مقطع، شکل پذیری تا حد قابل توجهی افزایش می یابد و اثر شکل مقطع بر این افزایش به مراتب بیشتر است.
دیوار برشی از نظر تغییر در ارتفاع
در ساختمانها با ارتفاع متوسط شکل مقطع دیوارها از شالوده تا بالاترین تراز تقریباً ثابت است؛ و این عدم تغییر در مقطع دیوار بیشتر برای دیوار یکنواخت استفاده میشود و از طرفی نیاز مقاومتی به دلیل بارهای جانبی، کاهش فولادگذاری در مقطع را از پایین به بالا موجب میشود.
در مواردی نیز به منظور کاهش مقاومت مورد نیاز موجب تغییر در ضخامت دیوار میشود.
دیوارهای برشی از نظر بازشو
معمولاً اما نه همیشه دیوارها دارای بازشو میباشند؛ این بازشوها یا در جان و یا در بال دیوار قرار میگیرند. از طرفی با محاسبات مهندسی باید عرض و ارتفاع این بازشوها بگونه ای تعیین گردند که نه آنقدر کوچک باشند که در طراحی نقشه ساختمان از وجود آنها صرف نظر شود و نه آنقدر بزرگ باشند که بر روی مقاومت برشی و خمشی آن اثر نا مطلوب بگذارد.
مشخص است که در وضعیت اخیر باید محاسبه مقاومت و جزئیات فولادگذاری بشکل دقیق تعیین شود. به همین علت است که باید دیوارهای برشی را در حالت بازشو و بدون بازشو بررسی کرد.
از لحاظ بازشو دیوارهای برشی بصورت دیوارهای توپر و سوراخ دار (با الگوهای منظم و نامنظم) تقسیم بندی میگردند؛ دیوارهای توپر بدون بازشو یا دارای بازشوهای کوچک هستند؛ دیوارهای پانچ شده دارای بازشوهایی میباشند که به شکل عمودی قرار نگرفتهاند. دیوارهای سوراخ شده از قطعات دیواری افقی و عمودی در الگوهای منظم تشکیل شدهاند که به این دیوارها گاهی دیوارهای قابی نیز میگویند.
معمولاً اما نه همیشه دیوارها دارای بازشو میباشند؛ این بازشوها یا در جان و یا در بال دیوار قرار میگیرند. از طرفی با محاسبات مهندسی باید عرض و ارتفاع این بازشوها بگونه ای تعیین گردند که نه آنقدر کوچک باشند که در طراحی از وجود آنها صرف نظر شود و نه آنقدر بزرگ باشند که بر روی مقاومت برشی و خمشی آن اثر نا مطلوب بگذارد.
مشخص است که در وضعیت اخیر باید محاسبه مقاومت و جزئیات فولادگذاری بشکل دقیق تعیین شود. به همین علت است که باید دیوارهای برشی را در حالت بازشو و بدون بازشو بررسی کرد.
از لحاظ بازشو دیوارهای برشی بصورت دیوارهای توپر و سوراخ دار (با الگوهای منظم و نامنظم) تقسیم بندی میگردند؛ دیوارهای توپر بدون بازشو یا دارای بازشوهای کوچک هستند؛ دیوارهای پانچ شده دارای بازشوهایی میباشند که به شکل عمودی قرار نگرفتهاند. دیوارهای سوراخ شده از قطعات دیواری افقی و عمودی در الگوهای منظم تشکیل شدهاند که به این دیوارها گاهی دیوارهای قابی نیز میگویند.
دیوارهای مزدوج یا همبسته نوع خاصی از دیوارهای سوراخ شده میباشد که توسط دو یا چند عضو قابی شکل افقی (تیرهای همبند) به همدیگر متصل گردیده اند.
دیوارهای ناپیوسته تا شالوده ادامه پیدا نمی کنند و به ستونهای اجزای دیگر متکی میباشند. تأثیر متقابل دیوار با قابها یا دیوارهای کنارش بویژه دیوارهای ناپیوسته و اجزای قرار گرفته در دیگر محورهای ساختمان باید مشخص گردد.
در دیوارهای مزدوج یا سوراخ شده به اجزای قائم اصولاً پایههای دیواری و اجزای افقی تیرهای رابط، تیرهای همبند یا تیرهای طاقی نیز گفته میشود. همچنین هر یک از اجزای مذکور را قطعات دیواری گفته میشود.
انواع اجزای دیوار برشی وابسته به مقاومتهای نسبی دیوار است. اطلاعات کامل در طراحی این اجزا در FEMA-306 موجود میباشد. منتخب این اطلاعات نیز در قالب جداولی در تفسیر FEMA-356 قرار گرفته است. دیوارهای برشی از لحاظ بازشو دارای انواع زیر میباشند :
دیوارهای بدون بازشوی ساختمانی
مدل تحلیلی برای المان دیوار توپر است که بیانگر سختی، مقاومت و ظرفیت تغییر شکل پذیری دیوار در صفحه بارگذاری است و باید رفتار خارج از صفحه دیوار را همچنین بجز در وقتی که دیوار، بال اجزای دیواری متقاطع است در نظر گرفت.
اغلب دیوارهای برشی طرهای بدون بازشو را میشود مطابق شکل بالا به شکل تیر و ستون مدل سازی نمود. بارهای جانبی را نیز میتوان به شکل بارهای متمرکز در تراز کفها به دیوار وارد کرد در این حالت تراز کف طبقات، دیاگرام صلب در نظر گرفته میشود که این دیاگرامها سبب پایداری بیشتر دیوارها شده و همچنین موجب میشود ضخامت کمتری برای دیوارها در این حالت نیاز باشد.
دیوارهای لاغر اغلب با رفتار خمشی کنترل میشوند در حالیکه دیوارهای چاق با رفتار برشی کنترل میشوند. رفتار دیوار با نسبت وضعیت بین دو مقدار فوق از هر دو رفتار خمشی و برشی تأثیر میگیرد.
در مدلسازی در نظر گرفتن گسیختگی بالقوه مهارها و اتصالات نیز امکان دارد لازم شود. بجز در دیوارهای چاق یک یا دو طبقه نیازی به مدل کردن لغزش بین درزهای اجرایی نمیباشد.
دیوارهای برشی دارای بازشو با تیرهای همبند
در بیشتر موارد تعبیه بازشوی منظم جهت پنجرهها و درها در دیوارهای برشی اجتناب ناپذیر میباشد. محل بازشوها باید بگونه ای باشد که رفتار سازهای دیوار جهت تحمل نمودن بارهای وارده مناسب باشد؛ بنابراین باید برای این خصوص طراح متخصصی انتخاب گردد تا موجب ایجاد مشکلی در رفتار کلی و خمشی دیوار با کاهش قابل توجهی که در سطح مقطع آن نشود.
و همچنین با قرار دادن بازشوها به هیچ وجه نباید از مقاومت برشی مورد نیاز دیوار کم شود به این علت که موجب ترد شدن دیوار میشود و قبل از اینکه به حداکثر ظرفیت خمشی خود برسد به دلیل شکست برشی فرو میریزد.
این نوع دیوارها اصولاً شبیه دیوارهای توپر عمل میکنند البته مدلسازی و روشهای ارزیابی آنها قضاوت مهندسی لازم را نیازمند است. دیوارهای برشی لاغر و قطعات دیوار را میتوان مانند المانهایی همچون تیر-ستون معادل با لحاظ کردن تغییر شکلهای خمشی و برشی مدلسازی کرد.
دیوارهای ناپیوسته
برخی از مواقع به علت مواردی از جمله نوع ساختمان و شیوههای مورد نظر در بهرهبرداری از آن موجب میشود که پیوستگی در دیوار برشی دچار نقص گردد. در این نوع دیوارها، ستونها یا تیرهای اتکایی به دلیل ایجاد طبقه نرم در طبقه زیرین یا همکف، امکان دارد در معرض نیروها و تغییر شکلهای بسیاری قرار گیرند و میتوان نتیجه گفت که این دیوارها به شکل بالقوه جهت گسیختگی مستعد میباشند. علاوه بر این در تراز ناپیوستگی جهت مدل، جریان نیروهای برشی از یک صفحه قائم مقاوم به دیگر صفحهها از بین دیافراگم طبقه ممکن است لازم باشد.
در محل تقاطع اعضای اتکایی با دیوار که تمرکز تنش ایجاد میشود؛ مدلسازی مناسب با در نظر گرفتن جریان نیروها ضروری میباشد. در مدل تحلیلی باید مودهای محتمل پاسخ غیر ارتجاعی باشد. در اجزای مرکب از قاب و دیوار جهت مدل کردن تیر برای اتصال به لبه دیوار باید محدوده مناسبی از صلبیت تا خط وسط دیوار در نظر گرفته شود. کمک گرفتن از کفهای صلب جانبی یکی از راهکارهایی میباشد که موجب جلوگیری از جابجایی ستونها در تراز بحرانی میگردد.
برای تخمین دقیق تر هزینه ساخت هر متر مربع ساختمان با دیوار برشی، توصیه می شود با یک مهندس عمران یا پیمانکار مجرب در منطقه خود مشورت کنید. آنها می توانند با بررسی جزئیات پروژه شما، برآوردی دقیق از هزینه ساخت ارائه دهند.
موارد مهم در تحلیل دیوار برشی
انتخاب محل دیوار برشی
محل دیوار برشی در پلان هر دیوار برشی ممکن است در اثر نیروهای محوری، دچار جابجایی یا تغییر شکل انتقالی و چرخشی گردد. اینکه یک دیوار برشی تا چه اندازه و چگونه تحت تأثیر لنگر واژگونی، نیروهای برشی یا پیچشی قرار میگیرد به شکل هندسی، محل قرار گرفتن آن در پلان ساختمان و جهت آن در مقابل نیروهای زلزله بستگی دارد.
در بین نکات بسیار مهمی که از لحاظ سازهای رعایت آن مهم است باید موارد زیر را برشمرد:
- برای دیوارهای منفرد، پایداری پیچشی، ظرفیت مناسب شالوده، تأمین تقارن در سختی بسیار مهم است.
- توزیع یکنواخت تغییر شکلهای غیر ارتجاعی در کلیه سطح پلان ساختمان باید لحاظ گردد.
شکل پذیری
در حالت کلی در دیوارهای مسلح لاغر رفتار برشی حاکم میباشد و تحت بارگذاری جانبی شدید لولای خمیری خمشی در نزدیکی پای دیوار تشکیل میشود.
شکل پذیری دیوار تابعی از میزان بار محوری، تسلیح طولی متمرکز در نزدیکی مرزهای دیوار، میزان برش لازم جهت جاری شدن برشی، ضخامت و تسلیح استفاده شده در قسمت جان دیوار میباشد؛ که در کل تنشهای ناشی از بار محوری و برشی بیشتر، شکل پذیری خمشی و توانایی جذب انرژی در دیوار برشی را کاهش میدهد.
بارهای محوری و خمشی
امکان دارد که در مقاطع دیوار چاق تأثیرات غیر خطی تغییرات کرنشی دخالت داشته باشد. بر اساس تحقیقات انجام شده در قسمتهای بال و جان که دارای عملکرد درست میباشند سختی و مقاومت ترکیب شده جهت بارگذاری محوری و خمشی باید با در نظر گرفتن پهنای مؤثری برای بال از هر سمت جان و معادل با کمترین مقادیر زیر تعیین گردد :
- نصف فاصله تا جان بعدی
- عرض موجود بال
- یک هشتم دهانه برای تیرها و یک چهارم کل ارتفاع برای دیوارها
زمانیکه بال در فشار قرار میگیرد بتن و میلگردها هر دو باید در قسمت بال مؤثر و در مقابل بار محوری و خمشی مؤثر باشند.
تاثیر شکل سازه بر رفتار دیوار برشی
شکل مقطع دیوار بر رفتار آن تأثیر چشمگیری میگذارد و اگر دیوار در دو انتهای خود بال داشته باشد از پایداری و از شکل پذیری بیشتری نسبت به دیوار بدون بال برخوردار میباشد.
نکات اساسی دیوار برشی
- شکل پذیری دیوار برشی
- انتخاب محل دیوار برشی
- عرض موجود بال
- توجه به بارهای محوری و خمش
برای طراحی نمای ساختمان رویایی خود با گروه ساختمانی مانکس تماس بگیرید!