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/

ضریب رفتار R دیوار برشی فولادی

ضریب رفتار R دیوار برشی فولادی برای مدلسازی در Etabs به صورت زیر در نظر گرفته می شود

مدلسازی دیوار برشی فولادی به روش نواری را قبلا در سایت قرار داده شده

7

نکات مدلسازی دیوار برشی در Etabs

1) بهتر است بطور کلی دیوار برشی بصورت Shell مدل شود. این ضرورت وقتی بیشتر می‌شود که بخواهیم دیوار را مشبندی کنیم. طبق توصیه برنامه نسبت ابعادی مش‌ها نباید از 1 به 4 بیشتر شود. بنابراین بهتر است مشبندی تا حد امکان مربعی باشند. در این حالت گره‌هایی در وسط دیوار ایجاد می‌شود و در صورتی که شما دیوار را Membrane مدل کرده باشید، بخاطر عدم عملکرد خارج از صفحه این المان، برنامه در محل گره‌های ایجاد شده در وسط دیوار دچار خطا می‌شود.

 

2) در برنامه ETABS المان‌های پوسته‌ای دارای دو نوع سختی هستند. یکی سختی درون صفحه (inplane stiffness) و دیگری سختی برون صفحه (out-of-plane stiffness). سختی درون صفحه توسط F11، F22 و F12 کنترل شده و سختی برون صفحه توسط M11، M22 و M12 کنترل می‌شود.
نکته: اگر از پیش‌فرض‌های برنامه مدلسازی را انجام داده باشید، در حین مدلسازی دیوار برشی، همیشه جهت محور محلی 2 به سمت بالا است، مگر آنکه کاربر آن را حول محور عمود بر صفحه 3، دوران داده باشد. بنابراین در اینجا فرض بر آن است که کاربر جهت محور محل دو را تغییر نداده است.

 

When drawing in ETABS the default is to have the 1 axis horizontal and the 2 axis vertical. This means that the flexural modifier for EI should be applied to f22 for wall piers and to f11 for spandrels. If you apply the modifier to both f11 and f22 it hardly affects the results.

در دیوار برشی رفتار خمشی و محوری به سبب مولفه‌های F11 و F22 و رفتار برشی توسط F12 تغییر می‌یابند. توصیه ACI318 نیز برای کاهش سختی خمشی (EI) دیوار بوده که بایستی مولفه‌های F11 یا F22 را کاهش دهیم.  هیچ توصیه‌ای برای کاهش سختی برشی یا F12 وجود ندارد. بنابراین بصورت یک نتیجه کلی اگر شما جهت محورهای محلی دیوار را دوران نداده‌اید، بایستی ضریب ترک‌خوردگی را به F22 اعمال نمایید. برای تیرهای تیغه اما بایستی این ضریب به F11 اعمال شود.

3) برای اینکه دیوارها طراحی شوند باید آنها را نامگذاری کنید در غیر اینصورت طراحی نمی‌شوند. نام دیوارها می‌تواند در طبقات مختلف یکسان باشد. مثلا می‌توانیم از یک نام P1 برای یک دیوار در طبقات مختلف استفاده کنیم ولی یک نام نمی‌تواند بیش از یکبار در یک طبقه تکرار شود. اگر مجموعه‌ای از دیوارها را که به هم متصل هستند را به یک نام قرار دادین، آنگاه آنها بصورت یک دیوار مستقل طراحی می‌شوند. در حین طراحی نیروهای ایجاد شده در اجزای موجود در دیوار با هم جمع می‌شوند.

 

@AlirezaeiChannel