دیوار برشی

//دیوار برشی

دیوار برشی

با نیروهای جانبی مؤثر بر یک سازه ( در اثر باد یا زلزله ) به طرق مختلف مقابله می شود که اثر زلزله بر ساختمانها از سایر اثرات وارد بر آنها کاملا متفاوت می باشد. ویژگی اثر زلزله در این است که نیروهای ناشی از آن به مراتب شدیدتر و پیچیده تر از سایر نیروهای مؤثر می باشند. عناصر مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی، دیوار برشی و یا ترکیبی از آن دو می باشند. استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم در مقابل نیروهای جانبی بخصوص اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشند احتیاج به جزییات خاصی دارد که شکل پذیری کافی قاب را تأمین نماید.

این جزییات از لحاظ اجرایی غالباً دست و پاگیر بوده و در صورتی می توان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه خیلی بالا باشد از لحاظ برتری می توان گفت که دیوار برشی اقتصادی تر از قاب می باشد و تغییر مکانها را کنترل می کند در حالی که برای سازه های بلند قاب به تنهایی نمی تواند در این زمینه جوابگو باشد.

حال به ذکر چند نمونه از دیوارهای برشی می پردازیم :

۱-دیوار های برشی فولادی : بعضی مواقع ورقهای فولادی به عنوان دیوارهای برشی بکار می روند. برای جلوگیری از کمانش موضعی چنین دیوارهای برشی فولادی لازم است از تقویت کننده های قائم و افقی استفاده شود.

۲-دیوارهای برشی مرکب : دیوارهای برشی مرکب شامل : ورقهای تقویت شده فولادی مدفون در بتن مسلح، خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح و دیوارهای مرکب ممکن دیگر، که تماماً با یک قاب فولادی و یا با یک قاب مرکب تؤام هستند می شود.

۳- دیوارهای برشی مصالح بنایی : از دیر زمان در ساختمانهای مصالح بنایی از دیوارهای مصالح بنایی توپر غیر مسلح استفاده می شده است ولی روشن شده است که این دیوارها از نقطه نظر مقاومت در مقابل زلزله ضعف دارند و لذا اکنون به جای آنها از دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای با آجر تو خالی و پر شده با دوغاب استفاده می شود.

۴-دیوارهای برشی بتن مسلح : نوع دیگری از دیواهای برشی، دیوارهای برشی بتن مسلح است که در این مقاله به آن می پردازیم. یکی از مطمین ترین روشها برای مقابله با نیروهای جانبی استفاده از دیوار برشی بتن مسلح است. دیوار برشی به عنوان یک ستون طره بزرگ و مقاوم در برابر نیروهای لرزه ای عمل می کند و یک عضو ضروری برای سازه های بتن مسلح بلند و یک عضو مناسب برای سازه های متوسط و کوتاه می باشد.

انواع دیوار برشی بتن مسلح :

دو نوع دیوار برشی بتن مسلح وجود دارد : ۱-دیوار برشی در جا : در دیوار برشی در جا به منظور حفظ یکنواختی و پیوستگی میلگرد های دیوار، به قاب محیطی قلاب می شوند. ۲-دیوار برشی پیش ساخته : در دیوار های برشی پیش ساخته یکنواختی و پیوستگی با تهیه کلیه های ذوزنقه شکل در طول لبه های پانل و یا از طریق اتصال پانلها به قاب توسط میخهای فولادی صورت میگیرد. تأثیر شکل دیوار : تعبیه بال در دیوارها برای پایداری و شکل پذیری سازه بسیار مفید می باشد . نیروهایی که به دیوارهای برشی وارد می شوند :

به طور کلی دیوار های برشی تحت نیروهای زیر قرار می گیرند :

۱-نیروی برشی متغیر که مقدار آن در پایه حداکثر می باشد.
۲-لنگر خمشی متغیر که مقدار آن مجددا در پای دیوار حداکثر است و ایجاد کشش در یک لبه ( لبه نزدیک به نیروها و فشار در لبه متقابل می نماید ) با توجه به امکان عوض شدن جهت نیروی باد یا زلزله در ساختمان، کشش باید در هر دو لبه دیوار در نظر گرفته شود.
۳-نیروی محوری فشاری ناشی از وزن طبقات که روی دیوار برشی تکیه دارد.

توجه : در صورتی که ارتفاع دیوار برشی کم باشد، غالبا نیروی برشی حاکم بر طراحی آن خواهد بود لیکن اگر ارتفاع دیوار برشی زیاد باشد لنگر خمشی حاکم بر طراحی آن خواهد بود. به هر حال دیوار باید برای هر دو نیروی فوق کنترل و در مقابل آنها مسلح گردد.

طراحی دیوار برشی در مقابل برش :

اگر Vu تلاش برشی نهایی در مقطع مورد طراحی باشد بر طبق آیین نامه ایران باید تعیین نیروی برشی مقاوم نهایی بتن : Vu=5υchd=φchd(fc)^0. 5

الف- حالتی که دیوار تحت اثر برش یا تحت اثر تؤام برش و فشار قرار دارد Vc=υcbwd:

ب- حالتی که دیوار تحت اثر برش و کشش فرار دارد : Vc=υc(1+Nu/(3Ag))bwd (A) در این رابطه کمیت Nu/Ag بر حسب ( N/mm^2 ) می باشد و Nuدر این رابطه منفی می باشد حال اگر محاسبه نیروی برشی مقاوم نهایی بتن ( Vc) با جزییات بیشتر مورد نظر باشد آنرا برابر با کمترین مقدار به دست آمده از دو رابطه زیر در نظر گرفته می گیریم و Vc=1. 65υchd + (Nud)/(5Lw) وVc=(0. 3υc+(Lw(0. 6υc+0. 15Nu/(Lwh)))/(Mu/Vu-Lw/2))hd Nu

نیروی محوری برای فشار مثبت و برای کشش منفی است چنانچه Mu/Vu-Lw/2 منفی باشد رابطه A بکاربرده نمی شود. نیروی برشی مقاوم نهایی Vc برای کلیه مقاطعی که در فاصله ای کمتر از کوچکترین دو مقدار Lw/2 و hw/2 از پایه دیوار قرار دارند برابر با مقاومت برشی مقطع در کوچکترین این دو مقدار در نظر گرفته می شود.

نیروی برشی مقاوم نهایی آرماتور ها (Vs) از رابطه زیر محاسبه می شود

Vs = φsAvfy d/S2 Av سطح مقطع آرماتور برشی در امتداد برش و در طول فاصله S2 می باشد چنانچه مقدار Av را در اختیار نداشتیم می توان Vs را از رابطه زیر به دست آورد Vs=Vu-Vc سپس به کمک رابطه فوقرا به دست می آوریم. برای تأمین برش مقاوم Vsعلاوه بر آرماتور های برش افقی Av آرماتور های برشی قائم نیز باید در دیوار پیش بینی شود آرماتور گذاری در دیوار مطابق زیر انجام می شود : چنانچه Vu=0. 0025 فاصله میلگرد های (S2 ) از هم نباید از مقادیر زیر بیشتر باشد : ρn= 3h Lw/5 350سطح مقطع کل بتن در امتداد برش / سطح مقطع آرماتور برشی در امتدادعمود بر برش نباید کمتر از ۰٫ ۰۰۲۵ و یا کمتر از مقدار زیر در نظر گرفته شود : ρn=0. 0025+0. 5(2. 5-hw/Lw)( ρh-0. 0025) لزومی ندارد ρn>ρh در نظر گرفته شود.

طراحی دیوار برشی در مقابل خمش :

چنانچه ارتفاع دیوار برشی بلندتر از دو برابر عمق آن باشد مقاومت خمشی آن مشابه تیری که آرماتور گذاری آن در لبه های آن متمرکز است محاسبه می شود. Av مقاومت خمشی Mu یک دیوار برشی مستطیلی نظیر دیوار برشی این چنین محاسبه می شوددر رابطه فوق : Mr مقاومت خمشی نهاییدیوار :Nu نیروی محوری موجود در مقطع دیوار: As سطح مقطع کل آرماتور های قائم دیوار Fy : تنش تسلیم فولاد : Qs ضریب تقلیل ظریب فولاد Lw : طول افقی دیوار مقدار C/Lw از رابطه زیر به دست می آید C/Lw=(w+α)/(۲w+0. 85β۱) مقدار β ۱ از روابط زیر به دست می آید : Fc=55 N/mm^2 → β۱=۰٫ ۶۵، عرض دیوار : Fc مقاومت فشاری بتن ابتدا با توجه به آرماتور های قائم حداقل که به علت نیازهای برشی در دیوار تعبیر شده اند ظرفیت خمشی مقطع را به دست می آوریم.

همواره باید ظرفیت خمشی بزرگتر یا مساوی نیروی خمشی نهایی دیوار باشد. :

Mr=0. 5AsφsFyLw(1+Nu/(AsφsFy))(1-C/Lw) w=As/(Lwh)*(φsFy)/( φcfc) φs=0. 85 φc=0. 6 a=Nu/(Lw*h*φcfc) h
(Mr>=Mu) چنانچه ظرفیت خمشی کمتر از نیروی خمشی دیوار به دست آید باید یا با کاهش فواصل یا افزایش قطر آرماتور های قائم مقدار As آنقدر افزایش یابد تا خمش بزرگتر از لنگر خمشی مقطع گردد. شکست برشی لغزشی : در شکست برشی لغزشی، دیوار برشی به طور افقی حرکت می کند برای جلوگیری از این نوع شکست آرماتورهای تسلیح قائم که به طور یکنواختی در دیوار قرار گرفته اند مؤثر خواهد بود و تسلیح قطری نیز می تواند مؤثر باشد.

در قسمت زیر انواع مودهای شکست یک دیوار برشی طره ای گفته شده است:

الف ـ گسیختگی خمشی ب ـ شکست لغزشی ج ـ شکست برشی د ـ دوران پی دیوارهای برشی با بازشو ها: شکست برشی یک دیوار برشی با بازشو ها، اگرچه می توان با به کار بردن مقدار زیادی خاموت باعث اتلافانرژی شد اما نمی توان انتظار شکل پذیری زیادی از آن داشت بنابراین بهتر است در چنین شرایطی از تسلیح قطری استفاده کرد.

مزایای دیوار برشی

-کنترل تغییر مکان جانبی ساختمان (Drift).تغییر مکان جانبی ساختمانهای دارای دیواربرشی درمقایسه با سازه های دارای بادبند کمتر است.

-برای سازه های بلند استفاده از قاب خمشی به تنهایی کافی نیست. واستفاده از دیوارهای برشی اجتناب ناپذیر است.

-امکان جانمائی دیواربرشی درفضاهای محدود(مانندهسته آسانسوروپشت راه پله های گرد ) .

-افزایش سختی ساختمان وافزایش ضریب ایمنی درمقابل شکست وریزش وکاهش خسارت به اعضای غیر سازه ای.

-اگرنسبت ارتفاع به طول دیوارکمتراز۲یا۳باشدبه آن دیواربرشی کوتاه می گوینددیوارهای برشی کوتاه درمقابل خمش مقاومت بیشتری دارندولی دربرابربرش ازمقاومت کمی برخوردار هستندبنابراین دراین دیوارها رفتاربرشی حاکم است.

-اگرنسبت ارتفاع به طول زیاد باشدبه آن دیواربرشی بلند (طره ای)می گویندزفتاراین نوع دیوارهابرخلاف نامشان اغلب خمشی است.

انواع دیوارهای برشی با توجه به شکل مقطع:دیوارهای برشی بصورت دوبعدی (تیغه ای )ویا سه بعدی اجرا می شوند.دیوارهای سه بعدی که دردوانتهای خود دارای بال هستند (مقاطع بالدار)ازپایداری وشکل پذیری بیشتری درمقایسه با دیوارهای بدون بال (تیغه ای )برخوردارهستند.

حداکثر مجاز تراکم آرماتور در دیوار برشی چقدر است؟؟

در ستونک ها مانند ستون ها در محل وصله باید ۶.۰% رعایت گردد یعنی در خصوص میلگرد اصلی آن باید ۳.۰% رعایت شود

در میانه ی دیوار ها باید ۴% رعایت گردد که در خصوص میلگرد اصلی آن باید ۲% رعایت شود. 

نوع دیوار چگونه باید باشد؟؟

دیوارهای برشی بتنی را می‌توان بصورت Membrane و هم بصورت Shell تعریف نمود

بطور تجربی وقتی بصورت Membrane تعریف میگردند سازه سبکتر ولی فونداسیون سنگین تر خواهد بود. و هنگامی که بصورت Shell تعریف گردند سازه کمی سنگین تر و فونداسیون سبک تر خواهد شد. البته سبکی و سنگینی نسبی است و بسته به عوامل بسیار زیاد دیگری نیز دارد.

ضرایب اصلاح دیوارهای بتنی برای لحاظ کردن ترک خوردگی چقدر است؟؟

ضریب اصلاح سختی دیوار برشی برای در نظر گرفتن اثرات ترک خوردگی طبق آیین نامه بند [IRCODE-6-0-0-0] به میزان ۰.۳۵ می‌باشد. در مدل سازی بسته به نوع تعریف دیوار برشی این ضریب باید در مشخصه های مختلف دیوار اعمال گردند.

هنگامی که دیوار برشی بتنی بصورت Membrane تعریف شده باشند ضرایب اصلاح برای ترک خوردگی را تنها در m22 اعمال میکنیم

هنگامی که دیوار برشی بتنی بصورت Shell تعریف شده باشند ضرایب اصلاح برای ترک خوردگی را در f11, f22, m11, m22 اعمال مینماییم. 

آیا مش کردن دیوار ها ضروری است؟؟

طبق اصول تحلیل هرچه مش شما کوچکتر باشد نتایج دقیقتری بدست می‌آید. برای همین در هنگام تحلیل Etabs خود دیوارها را مش می‌کند ولی اطلاعات چهار گره ی اصلی آن در طراحی ها استفاده می‌گردد. ولی اگر طراح دیوار های خود را مش کند برنامه علاوه بر دقت بالاتر در محاسبه، نتایج نقاط میانی که از برنامه خروجی گرفته میشود کمک میکند که در طراحی فونداسیون میزان میلگرد مورد نیاز واقعی تر شود. عموماً این میزان کمتر از حالتی است که دیوار مش نشده باشد.

باید توجه کرد که مش ها هنگامی خوب جواب میدهند که بصورت مربعی باشند، هرچند برخی از مهندسین اعلام میدارند که تنها در جهت طول دیوارها را مش می‌نمایند ولی این کار خالی از اشکال نمی‌باشد.

 دیواربرشی را چگونه پایر کنیم؟؟

پایر اساس طراحی دیوارهای برشی در Etabs می‌باشد، بطوری که در هر طبقه هر تعداد المان Wall وجود داشته باشد و با یک نام مشترک Pier معرفی شوند را با هم مدل کرده و طراحی مینماید، طبق اصل گیگو اگر در نامگذاری پایرها اشتباهی صورت بگیرد، نتایج خروجی نیز نامعتبر خواهند بود.

با فرض صحیح بودن نامگذاری پایرها، Etabs در هر طبقه دیوارهایی که پایر هم نام هستند را انتخاب کرده و آنها را با هم طرح می‌نماید. لذا باید توجه داشت که هنگام رسم نقشه ها نیز به این موارد نیز باید دقت نمود.

در هنگام رسم نقشه ی دیوارهای برشی نکته ی حائز اهمیت این است که خود پایر به درد رسم نمیخورد، بلکه ژئوگرافی دیوارها برای رسم مهم تلقی میشوند. پس برخلاف آنچه تصور می‌شود، یک دیوار که دررسم یکپارچه در نظر گرفته شود شاید در هنگام مدل سازی نیاز باشد آن را به چندین پایر تقسیم نماییم.

برای پایر نمودن دیوارها عموماً میتوان برای یک دیوار را از پایین به بالا یک نام پایر انتخاب نمود. و این نام را برای دیوارهای مجاور یا سایر دیوار‌ها نباید استفاده نمود. اگر دیوار مش شده باشد نیز تمامی ریز-دیوارهای آن را همچنان میتوان با یک نام تعیین نمود.

ولی هنگامی که در دیوار بازشدگی وجود داشته باشد، دیگر نمیتوان برای همه ی دیوار یک نام پایر انتخاب کرد زیرا که نیروها در کناره های بازشدگی مهم میشوند، در اینصورت باید برای هر طرف بازشدگی یک نام پایر و برای بالا و پایین آن هر کدام یک نام مجزا انتخاب کرد، بعبارتی در هر زون دیوار برشی بایستی حداقل چهار پایر تعبیه نمود تا نتایج طراحی از صحت برخوردار باشند.

آیا می توان تمام دیوار های برشی را یکپارچه مدل کرد؟؟

عموماً طراحی دیوار برشی ها به حالت دو بعدی محدود می‌گردد، چرا که درک و تحلیل آن برای طراح ساده تر است. همچنین رسم این نوع دیوارهای دو بعدی ساده تر و فهم نقشه های آن برای عموم تکنیسین ها ساده و راحت است. لیکن طراح می‌تواند آن بخش از دیواربرشی ای که به هم متصل است و پیوستگی کافی ای داشته باشد را با هم یکجا تحلیل و طراحی کند. در اینصورت با تجربه‌ی بالایی که دارد میتواند تشخیص دهد که کجا چه مقدار آرماتور قرار دهد که جوابگو و بهینه باشد.

البته باید که در تعیین پایرها کاملاً دقت نماید چرا که مثلاً بازشدگی در این دیوارها باعث تغییر پایربندی میشود و ممکن است طراحی برای پایر های کناری بازشوها با پایرهای زیر و روی آن همخوانی نداشته باشند. که البته این امری کلی است و مختص فقط دیوارهای سه بعدی نمی‌باشد.

توسط | ۱۳۹۷/۸/۱۰ ۱۵:۴۵:۵۷ ۸ام, تیر ۱۳۹۷|مقالات|بدون ديدگاه

ثبت ديدگاه

3 × 2 =

اطلاعات تماس :

EngineerPlus.ir [at] gmail.com

تلفن: 88715202

تلفن همراه: 09195654872

وبسایت: مهندس پلاس