الزامات دیوار برشی بتنی در سازه فولادی

در مواردیکه در ساختمان با اسکلت فولادی از دیوار برشی بتنی استفاده می شود، موارد زیر رعایت گردد:

 

موارد مشترک مربوط به ستون های فولادی غیر محاط و محاط در بتن

• عرض تیرهای واقع در داخل دیوار برشی، به نحوی در نظر گرفته شود که آرماتورهای قائم دیوار برشی بتوانند به راحتی از کنار آن عبور داده شوند (پهنای تیر، حداقل ۱۰ سانتی متر از ضخامت دیوار کمتر باشد).
• توالی اجرا در نقشه ذکر گردد. گزینه اول اجرای همزمان سقف و دیوار بتنی و گزینه دوم اجرای بتن سقف پس از بتن ریزی دیوار می باشد. در صورتیکه بتن ریزی دیوار پس از اجرای سقف ها انجام می گردد لازم است که تیرها

اجرای تیر در داخل دیوار برشی

از نظر آیین نامه الزامی به اجرای تیر در داخل دیوار برشی نیست.
ولی به دلایل زیر محاسبین معمولا در داخل دیوار تیر را ترسیم و مدل می کنند و در اجرا نیز، اجرا می شود:
1- اگر در تراز طبقه در داخل دیوار تیر منظور نشود، آرماتورهای تیرهای "دهانه مجاور" دیوار برشی نمی توانند به صورت سراسری داخل دیوار ادامه یابند. در این حالت میلگردهای تیرهای دهانه مجاور باید در داخل المان مرزی دیوار قلاب شده و مهار شوند (به علت قطع تیر). در مواردی که تراکم میلگرد در داخل المان مرزی زیاد است، ممکن است مهار میلگرد تیر داخل المان مرزی بتن ریزی را با مشکل مواجه کند. اگر ضخامت دیوار برشی زیاد باشد (هم عرض تیر دهانه مجاور) در این حالت مشکلی پیش نمیاد.
2- در مواردی که ضخامت دیوار برشی کم است اتصال سقف بتنی به دیوار برشی ممکن است به خوبی انجام نشود. اجرای تیر به جهت مهیا کردن فضای بیشتر برای مهار میلگردهای سقف در داخل دیوار می تواند به اتصال مناسب دیافراگم سقف به دیوار کمک کند.
3- در دیوارهای برشی با ضخامت کم (و لاغری بالا) این تیرها همانند سخت کننده عرضی در تیرورق های فولادی به پایداری بیشتر دیوار کمک می کنند. و بنابراین توصیه می شود تیر داخل دیوار (در تراز طبقه) منظور شود.
بنابراین به طور کلی در دیوارهای برشی با ضخامت کم و متوسط توصیه می شود جهت اجرای مناسب سازه و ایجاد یکپارچگی تیرها اجرا شوند.
مدلسازی تحلیل و طراحی دیوار برشی در Etabs دیوار برشی بتنی در ایتبس[/caption]

روش های طراحی دیوار برشی در Etabs

سه روش برای طراحی دیوار برشی وجود دارد:
1-روشSimplified T , C روش تبدیل لنگر و نیروی محوری دیوار به دو ستون که به روش المان مرزی معروف است و بصورت دستی نیز قابل انجام است.در این روش میبایست حداکثر درصد فولادی کششی و فشاری المان های مرزی برای طراحی اجزای لبه ای برابر 0.03 همانند ستون های معمولی تعریف گردند.این روش با توجه به عدم در نظر گرفتن میانه دیوار برای تحمل لنگر وارده در طبقات در جهت اطمینان است.(جان تنها برش را تحمل مینماید)
2- روش Uniform Reinforcing که روش میلگرد گذاری یکنواخت است و دورتادو دیوار از یک میلگرد یکنواخت استفاده میشود و بیشتر برای دیوارهای مستطیلی که در دو لبه خود دارای ستون نیستند مناسب است.
3- General Reinforcing که در این روش با استفاده از Section Designer مقطع دیوار ساخته شده و به دیوار ها اختصاص داده میشود و سس طراحی یا کنترل برای هر نوع دیواری انجام میپذیرد.
حداکثر و حداقل درصد میلگرد قائم دیوار مطابق آیین نامه آبا به ترتیب 0.04 (با رعایت محل وصله=0.02 ) و 0.0025 میباشد.
کنترل المان مرزی:
طبق آیین نامه میتوان اجزای لبه ای را در محل هایی که تنش فشاری دیوار کمتر از 0.15 fc می شودقطع کرد.چنانچه این ضابطه رعایت نگردد میتوان ضخامت پوسته دیوار را افزایش داد.
برای مدل کردن اثر دیوار برشی در پی میتوانید از تیر عمیق که عمق آن برابر ارتفاع دیوار و عرض آن هم ضخامت دیوار است استفاده کنید.لازم به ذکر است درصورت شبکه بندی دیوار برشی در Etabs با انتقال نتایج به Safe برنامه یکسری تیر عمیق به ارتفاع دیوار و عرض آن در محل دیوار برشی ایجاد و نیروهای دیوار را در محل گره های محل شبکه بندی دیوار منتقل میکند

دیوار برشی در کنار بازشو

چرا توصیه می شود دیوار برشی در کنار بازشو ها نباشد؟ 

نیروهایی که به دیوارهای برشی وارد می شوند :

به طور کلی دیوار های برشی تحت نیروهای زیر قرار می گیرند :
1-نیروی برشی متغیر که مقدار آن در پایه حداکثر می باشد .
2-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.
3-نیروی محوری فشاری ناشی از وزن طبقات که روی دیوار برشی تکیه دارد .

اگر بخواهیم از نظر انتقال و توزیع نیروی زلزله به این موضوع نگاه کنیم، میبینیم که وظیفه توزیع نیرو و انتقال نیرو به عهده اتصال دیوار برشی و دیافراگم سقف میباشد. منطقی است که مسیر انتقال نیروی زلزله به این شکل هست که پس از ورود انرژی زلزله به سازه دیوار ها وظیفه استهلاک انرژی رو دارن ، این استهلاک انرژی به این گونه هست که دیوار باید جذب انرژی خوبی داشته باشد تا به وسیله اتصال بین دیافراگم و سقف این انرژی از طریق دیافراگم به تیرها و سپس از طریق ستون و دیوار به زمین منتقل میشود.

اتصال مناسب سقف و دیوار ضامن جذب انرژی خوب توسط دیوار هست. حال فرض کنید دیوار اتصال مناسبی با سقف نداشته باشد نیروی ناشی از تغییر مکان که از سقف به دیوار میرسد بسیار کم است و دیوار وظیفه خود را بدرستی انجام نمیدهد، در این صورت استهلاک انرژی خوبی در سازه بوجود نمی آید و عملا دیوار ها در جذب انرژی زلزله به مقداری که باید سهیم باشد ، نمیتواند این انرژی زلزله را دریافت کند و بع زمین منتقل کند و عملا این عدم جذب انرژی تاثیر بدی بر روی دیافراگم سقف خواهد داشت.

در چنین مواردی ما نیاز به جمع کننده هایی در مسیر دیواد نیاز پیدا میکنیم که واسطه این بشوند که انرژی زلزله به دیوارها برسند (که باید لزوم یا عدم لزوم استفاده آن برسی شود. استفاده از جمع کننده ها هم بستگی به شرایط سازه و نحوه استفاده و دیواربرشی با قاب خمشی به طور همزمان دارد ) و سازه از نظر جذب و استهلاک انرژی به مشکل بر نخورد.

در صورت استفاده از دیوار برشی، برای انتقال بار از دیافراگم سقف به دیوار برشی باید آرماتور دوخت مورد نیاز با عملکرد برش اصطکاکی طبق بخش 9-12-13 برای نیروهای انتقالی دیافراگم که از بخش 6-7-2-7 محاسبه می شود طراحی گردد. این نکته باید در مورد دیوار هایی که به علت قرار گرفتن در کنار بازشو های سقف، اتصال کامل به دیافراگم ندارند به طور ویژه بررسی شود. توصیه می شود اصولا از کاربرد دیوار های برشی در کنار بازشو های سقف اجتناب گردد.

مجتبی شیری - به نقل از کانال محاسبات سازه

محل مناسب دیوار برشی

انتخاب مکان مناسب جهت قرارگیری دیوارهای برشی:

 این مساله نیز تقریباً مشابه بادبندگذاری است. به طور خلاصه:

1-  قرار گیری دیوار برشی در دهانه های بلند نسبت به دهانه های کوتاه ارجح است.

2-  قرارگیری دیوار برشی در دهانه های متوالی ارجح است.

3-  طرز انتخاب محلهای دیوار برشی بهتر است به گونه ای باشد که سازه منظم باشد و بین مرکز جرم و سختی فاصله نیافتد.

4-  بهتر است تعداد دهانه های دیوار برشی از طبقات بالا به پایین به تدریج اضافه شود.

5- بهتر است دیوارهای برشی بین ستونها قرار گیرند هر چند منعی برای این موضوع وجود ندارد.

انتخاب محل دیوارهای برشی

دیوارهای برشی بتنی اغلب در ساختمانهای اسکلت بتنی دیده می‌شوند. این دیوارها به مانند تیرهای عریض عمودی می‌باشند که بارهای جانبی ناشی از زلزله یا باد را از طبقات مختلف به سمت فونداسیون هدایت می‌نمایند. بطور متداول ضخامت این دیوارها با توجه به ارتفاع ساختمان از ۱۵۰ تا ۴۰۰ میلیمتر متغیر بوده و بصورت پیوسته از روی فونداسیون تا سقف طبقه آخر گسترش می‌یابند.
بعضی از دیوارهای برشی در دو انتهای خود با ستونهای ساختمان یکپارچه می‌شوند که در این حالت عموما ستونها (یا همان المانهای مرزی) وظیفه انتقال بارهای ثقلی و دیوار وظیفه انتقال بارهای جانبی را برعهده خواهد داشت.

دیوارهای برشی مقاومت و سختی سازه را در راستای محور طولی خود افزایش چشمگیری می‌دهند و جابجایی‌های سازه را بطور قابل توجهی کاهش می‌دهند. در این مقاله به بررسی سه مدل از پر کاربردترین مدل‌های چینش دیوار برشی در پلان ساختمانهای با ارتفاع متوسط [Mid-Rise] پرداخته شده است.
تا جای امکان مرکز هندسی ساختمان بر مرکز هندسی مجموع دیوارهای برشی در دو جهت متعامد، منطبق باشد تا لنگرهای پیچشی بزرگ در ساختمان ایجاد نگردد.
ضمن رعایت مورد ۱، مرکز هندسی هر دیوار تا جای امکان از مرکز هندسی ساختمان فاصله داشته باشد تا در برابر پیچش سازه بخوبی مقاومت کند.
از تعبیه دیوار برشی در پیرامون بازشوها احتراز گردد. زیرا موجب توزیع تنش شدید و غیر یکنواخت در ناحیه اتصال بین دیوار و دال کف می‌شود.
از تعبیه دیوار برشی با طول کم پرهیز گردد. در این حالت لنگر بسیار زیادی در پای دیوار ایجاد شده و منجر به افزایش بی دلیل آرماتور در آن ناحیه از فونداسیون می‌شود.
برای انجام مقایسه، مواردی که در بالا اشاره شد، در یک ساختمان ۵ طبقه بصورت کلی رعایت شده و طول دیوارها در دو جهت X و Y مساوی و برابر ۱۰ متر انتخاب شده است. در شکل زیر پرسپکتیو سه طرح مزبور از چیدمان دیوار نشان داده شده است.

مقاومت در برابر پیچش سازه:
طبق بند ۲ ذکر شده در نکات کلی ، هر چه مکان هندسی دیوارها به مرکز هندسی سازه نزدیک تر باشد توان مقابله آن با لنگرهای پیچشی ضعیف تر می‌گردد. پس مدل ۱ از لحاظ مقاومت در برابر پیچش ضعیف بوده و مدل ۲ و ۳ مقاومت تقریبا برابر و قابل قبولی را از خود نشان می‌دهند.
نیروی محوری ستونها در تراز پایه:
طی تحقیقات انجام گرفته، مدل ۳ تحت زلزله دارای کمترین و مدل ۱ دارای بیشترین نیروهای محوری در ستونهای طبقه اول خود می‌باشند [۱].
این مسئله را بدین صورت می‌توان توجیه نمود که ساختمان تحت نیروی جانبی مانند تیر طره تحت خمش عمل می‌کند که ستونهای خارجی آن بیشترین نیروهای محوری را جذب می‌کنند (مانند توزیع تنش خمشی در تیر). حال با جانمایی دیوارها مابین ستونهای خارجی، سهم اعظم نیروها از طریق دیوارها منتقل شده و کاهش چشمگیری در مقدار نیروی محوری ستونها رخ می‌دهد.
نیروی برشی ستونها در تراز پایه:
این مقدار در مدلها برای ستونهای داخلی و خارجی متفاوت بدست آمده است. برای ستونهای خارجی، کمترین برش بترتیب در مدلهای ۳، ۲ و ۱ رخ داده و برای ستونهای داخلی کمترین برش بترتیب در مدلهای ۱، ۳ و ۲ ایجاد شده است.
نتیجتا میانگین برش در کل ستونها در مدل ۳ حداقل می‌باشد.
لنگر خمشی ستونها:
در مدل ۱ که دیوارهای برشی بصورت متقارن در هسته مرکزی آن جانمایی شده است؛ کمترین مقدار لنگر در پای ستونها مشاهده شده است [۱].
علت این امر را می‌توان به فاز تغییر شکل ساختمان مدل ۱ مرتبط نمود. قرار دادن دیوارهای برشی در مرکز سازه موجب افزایش مقاومت ساختمان در برابر تغییر شکل برشی شده و ساختمان را در برابر تغییر شکل خمشی ضعیف می‌سازد. به همین علت در مدل ۱ در پای ستونها کمترین لنگرها ایجاد می‌گردد.
جهت آشنایی با فازهای تغییر شکل ساختمان، مقاله “مُدهای تغییر شکل الاستیک قاب خمشی تحت زلزله” را مطالعه کنید.
سختی سازه در برابر تغییر مکان جانبی:
کمترین تغییر مکان جانبی متعلق به مدل ۱ می‌باشد که دارای اختلاف مشهودی نسبت به مدل ۲ و ۳ است. طی مطالعات انجام گرفته جابجایی طبقه ۵ برای ۳ مدل مطابق جدول زیر می‌باشد [۱]:

بعلت فاز عملکرد برشی دیوارها در مدل ۱، سختی سازه افزایش چشمگیری داشته اما در مدل ۲ و۳ دیوارها فاز عملکرد خمشی داشته که موجب نرم تر شدن سازه شده است.
با توجه به جمیع موارد عنوان شده بین سه طرح چینش دیوار برشی در یک سازه مشابه، طرح ۲ با چیدمان متقارن پیرامونی بعلت مقاومت مناسب در برابر پیچش و سختی قابل قبول برگزیده خواهد شد.
رعایت نکات کلی در جانمایی دیوارهای برشی
معرفی سه طرح چیدمان دیوار
مدل ۱: دیوارهای برشی متقارن در هسته مرکزی
مدل ۲: دیوارهای برشی متقارن پیرامونی
مدل ۳: دیوارهای برشی متقارن معکوس پیرامونی
مقایسه عملکرد مدلها
نتیجه‌گیری

با توجه به جمیع موارد عنوان شده بین سه طرح چینش دیوار برشی در یک سازه مشابه، طرح ۲ با چیدمان متقارن پیرامونی بعلت مقاومت مناسب در برابر پیچش و سختی قابل قبول برگزیده خواهد شد.

[۱] www.ijera.com/special_issue/AET_Mar_2014/CE/Version%20%202/G3538.pdf

[۲] www.esatjournals.net/ijret/2014v03/i09/IJRET20140309055.pdf

[۳] www.irjet.net/archives/V2/i4/Irjet-v2i440.pdf

منبع:://structech.ir/

تاثیر وجود دیوار برشی بتنی بر عملکرد لرزه ای سازه ها

تاثیر وجود دیوار برشی بتنی بر عملکرد لرزه ای سازه ها

در همه‌ی سازه‌ها و به خصوص در سازه‌های بلند، لازم است سختی مناسب برای مقاومت در مقابل نیروهای جانبی باد و زلزله فراهم شود. در غیر این صورت ممکن است هنگام اثر بارهای جانبی، تنش‌های بسیار زیاد و ارتعاش در اعضای مختلف ایجاد شود؛ به طوری که احساس ناراحتی شدید برای ساکنین ساختمان، و یا حتی آسیب‌های جدی برای ساختمان به وجود آورد. سختی جانبی مناسب برای مقاومت در مقابل بارهای جانبی ممکن است توسط قاب‌های خمشی، دیوارهای برشی، و یا ترکیب قاب خمشی و دیوار برشی ایجاد شود. دیوارهای برشی در حقیقت دیوارهای بتن آرمه‌ای هستند که از سختی داخل صفحه‌ای بسیار زیاد برخودار می‌باشند . این دیوارها مشابه یک تیر کنسولی قائم و عمیق عمل می‌کنند که برای ساختمان پایداری جانبی ایجاد نموده و در مقابل برش‌ها  و لنگرهای خمشی ناشی از بارهای جانبی مقاومت می‌کنند .دیوارهای برشی از آن جهت به این نام خوانده می‌شوند که قسمت عمده‌ی برش ناشی از نیروهای جانبی را تحمل کرده و به زمین انتقال می‌دهند. با این وجود، از آن جا که دیوارهای برشی مانند تیرهای طره‌ای قائم هستند، عملکرد اصلی آن‌ها "عملکرد خمشی‌" است و به همین جهت دیوار برشی چندان با عملکرد آنها هم سو نیست. در مقابل قاب‌های خمشی در مقابل بار جانبی بر خلاف نام " عملکرد برشی " داشته و با تغییر شکل برشی خود ، بارهای جانبی را به زمین انتقال  می‌دهند. در دیوراهای برشی با نسبت ارتفاع به طول کوچک، برش بیش از خمش حائز اهمیت است. در مقابل در دیوارهای برشی بلندتر، لنگر خمشی از اهیمت به مراتب بیش‌تری برخوردار است. به دلیل مشابهت عملکرد دیوارهای برشی با تیرهای عمیق، فولادهای برشی در آن ها هم به صورت افقی و هم به صورت قائم قرار داده می‌شوند. در دیوارهای برشی کوتاه‌تر ، فولادهای برشی افقی کم تر مؤثر بوده و فولادهای برشی قائم نقش مؤثرتری دارند . در مقابل در دیوارهای برشی بلندتر ، فولادهای برشی افقی تأثیر بیش تری در تحمل برش دارند .
چند نکته:
1- استفاده از دیوار برشی همیشه مناسب‌ترین روش نیست زیرا باعث تمرکز نیروی در نقاط خاصی از پی می‌شوند.
2- در سازه‌های بلند که دارای منظمی و دهانه‌های مناسب هستند، استفاده قاب خمشی ممکن است به طرح بهتری منجر شود مگر آنکه ملاحظه خاصی در ارتباط  با کنترل جابجایی مد نظر باشد.
3- در سازه‌های کوتاه‌تر از 4 طبقه استفاده از دیوار برشی در اغلب اوقات غیرمنطقی است.
4- در سازه های بلند وجود دیوار باشی باعث افزایش برش پایه میشود. این امر به دلیل افزایش سختی قاب است.

 

@AlirezaeiChannel