گام به گام طراحی دیوار حائل به صورت دستی و نرم افزاری

همانطور که می دانید در ساخت و سازهای متداول احداث طبقاتی پایین تر از تراز پایه، به عنوان زیر زمین امری رایج می باشد که این سازه ها همیشه همراه با احداث دیوار حائل بتنی در زیر زمین ها هستند اما تفاوت دیوار حایل با دیوار برشی در چیست؟ آیا در ایتبس باید پای دیوارهای حایل را گیردار کنیم؟

در این مقاله جامع ابتدا کاربرد دیوار حائل در ساختمان را بیان خواهیم کرد و سپس به طراحی دستی و نرم افزاری دیوار حائل بتنی خواهیم پرداخت.

⌛ آخرین به‌روزرسانی: 6 مرداد 1400

📕 تغییرات به‌روزرسانی: آپدیت بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398 و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

 

1. نحوه مقابله با فشار جانبی خاک بر دیوار حائل

❓ نحوه مقابله با فشار جانبی خاک وارد بر دیوارهای حائل زیرزمین چگونه است؟

مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان 1392، در بند 7-5-2، انواع سازه‌های نگهبان موقت و دائم برای مهار فشار خاک را، ازنظر عملکرد به 5 گروه زیر تقسیم می‌کند:

1. دیوار با عملکرد وزنی (بند 7-5-2-1)
2. دیوار سپرگونه (بند 7-5-2-2)
3. خاک مسلح (بند 7-5-2-3)
4. میل مهاری و میخ‌کوبی (بند 7-5-2-4)
5. دیوارهای زیرزمین (بند 7-5-2-5)

توضیحات مختصری از نحوه عملکرد و کاربرد هر یک دربندهای مربوطه ذکر گردیده است. ازآنجایی‌که در ساخت‌وسازهای امروزی استفاده از دیوارهای زیرزمین به‌عنوان سازه نگهبان دائم برای مهار فشار جانبی خاک رایج است، در این مقاله به همین مورد خواهیم پرداخت.

بند 7-5-2-5، مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان 1392، دیوارهای زیرزمین را ازنظر اجرا به دودسته تقسیم می‌کند:

1.1. دیوارهای مستقل

دیوارهایی که در زیرزمین اجراشده و هیچ اتصالی با ستون، تیر و سقف سازه ندارد. درواقع این دیوارها به‌صورت مجزا و بافاصله از دیوار زیرزمین در اطراف سازه اجراشده و فشار خاک را پیش از رسیدن به دیوار زیرزمین مهار می‌کنند. همین موضوع منجر می‌شود که در این حالت بتوان دیوارهای زیرزمین را همانند سایر دیوارهای پیرامونی طبقات از بلوک های سیمانی یا سفالی ساخته و برای آن بازشو تعبیه نمود.

 

 

 

 

 

آرماتوربندی و اجرای این دیوارها مقدم بر آرماتوربندی فونداسیون ساختمان است. با توجه عدم اتصال آن به تیر یا سقف سازه، دیوار حائل عملکرد طره‌ای داشته و همین موضوع سبب شده است که مقطع آن‌ها اکثراً ذوزنقه‌ای یا T شکل باشد.

 

 

 

2.1. دیوارهای متصل

دیوارهایی که به ستون‌ها یا بخشی از آن‌ها متصل است و ازنظر سازه‌ای با آن‌ها به‌صورت یکپارچه عمل می‌کنند. این تعریف برای دیوارهای زیرزمینی است که در کشورمان به‌صورت وسیع مورداستفاده قرار می‌گیرد.

در ساخت‌وسازهای قدیمی که برای اکثر ساختمان‌ها از مصالح بنایی استفاده می‌شد، اغلب ساختمان‌ها حداکثر دوطبقه مسکونی و یک طبقه زیرزمین داشتند که کاربری این زیرزمین اغلب به‌صورت انباری و یا گاهی به‌صورت مسکونی (با تعبیه پنجره از سمت حیاط) بود. در این قبیل ساختمان‌ها اکثر دیوارهای پیرامونی ساختمان از نوع باربر (حمال) بوده و ضخامت‌های بسیار زیادی داشتند. همین امر سبب می‌شد که دیوارهای زیرزمین نیز بسیار ضخیم (30 تا 40 سانتی‌متر) باشند.

تجربه نیز به استادکارها ثابت کرده بود که وجود دیوارهایی با این ضخامت برای مهار فشار خاک برای یک طبقه زیرزمین (با حداکثر ارتفاع 3 متر) کفایت می‌کند. نتیجتاً دیوارهای باربر این ساختمان‌ها در نقش دیوار حائل بنایی را دیوار زیرزمین نیز ایفا نقش می‌کردند. (این دیوارها در عکس‌های زیر مشخص‌شده‌اند.)

 

 

در سال‌های اخیر با افزایش جمعیت و خودروها، نیاز به تأمین پارکینگ برای همه واحدهای مسکونی یک ساختمان، منجر شد که مهندسین به فکر افزایش تعداد طبقات زیرزمین به‌منظور تأمین پارکینگ خودروها بیافتند. با توجه به پیشرفت فنّاوری ساخت‌وساز، امروزه مهندسین برای مهار فشار جانبی خاک، از دیوارهای بتن‌آرمه که با نام «دیوار حائل» شناخته می‌شود، استفاده می‌کنند.

هرچند این دیوارها ازنظر ظاهری بسیار شبیه دیوارهای برشی است؛ ولی ازنظر عملکردی بسیار متفاوت از آن‌هاست. به‌کارگیری دیوار حائل به‌عنوان دیوار زیرزمین، محدودیت تعداد طبقات زیرزمین را که درگذشته وجود داشت، به‌کلی حذف کرد. (در عکس‌های زیر عمق گودبرداری و آرماتوربندی و قالب‌بندی دیوارهای حائل قابل‌مشاهده است.)

 

 

 

3.1. تفاوت دیوار حائل بتن‌آرمه با دیوار برشی

دیوارهای برشی دارای عملکرد درون صفحه‌ای بوده (خمش در دیوار در صفحه دیوار ایجاد می‌شود) درحالی‌که دیوار حائل عمدتاً دارای عملکرد برون صفحه است (خمش دیوار در خارج صفحه آن اتفاق می‌افتد).

بارهای وارده برای طراحی دیوار برشی عمدتاً لرزه‌ای ولی بارهای وارده برای طراحی دیوار حائل عمدتاً استاتیکی و گاهی لرزه‌ای است.
راستای بار وارده بر دیوار برشی هم‌راستا با صفحه دیوار ولی راستای بارهای وارده بر دیوار حائل عمود بر صفحه دیوار است.

2. لزوم استفاده از دیوار حائل

❓ در چه مواقعی بایستی به طراحی و اجرای دیوار حائل روی‌آوریم؟

حتماً تاکنون متوجه شده‌اید که در مواردی که دیوارهای زیرزمین در تماس با خاک اطراف قرار داشته باشند و خاک نیرویی را از سمت خود به سمت دیوارها وارد کند، بایستی از دیوار حائل استفاده نمود.

امروزه در اکثر ساخت‌وسازها دیوار حائل به‌عنوان یک سازه نگهبان دائم برای مقابله با فشار جانبی خاک در طبقات زیرزمین مورداستفاده قرار می‌گیرد و استفاده از دیوارهای ضخیم بنایی به‌عنوان دیوار حائل زیرزمین تقریباً منسوخ‌شده است.

ازآنجایی‌که اغلب، سازندگان و کارفرمایان، نسبت به اجرای دیوار حائل دارای یک ذهنیت منفی بوده و آن را یک هزینه اضافی برای پروژه تلقی می‌کنند؛ سازمان‌های نظام‌مهندسی اجرای دیوار حائل بتن‌آرمه برای زیرزمین‌های با بیشتر از یک طبقه (گودبرداری بیشتر از 3 متر از تراز صفر-صفر) الزام کرده است.

از همین رو گاهی طراحان با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی پروژه، برای زیرزمین‌های یک طبقه، اجرای دیوار حائل بتنی را ضروری ندانسته و ساخت دیوار با آجر فشاری و ملات ماسه سیمان با حداقل ضخامت 30 سانتی‌متر را ترجیح می‌دهند (همانند عکس زیر).

هرچند این موضوع ازنظر قانونی ممانعتی نداشته و تجربه نیز، کارایی آن را ثابت کرده است؛ ولی در غالب موارد، امکان انتقال تراز پایه سازه به بالای دیوارهای حائل بنایی میسر نمی‌شود (دلیل این موضوع در ادامه بیان خواهد شد).

 

 

3. بارهای وارد بر دیوار حائل

اکثر مهندسین با توجه به فیزیک مسئله، تنها بار وارده بر دیوار حائل را، بار ناشی از فشار خاک اطراف دیوار در نظر می‌گیرند. درواقع آن‌ها این‌گونه تصور می‌کنند که فقط یک‌بار جانبی که ناشی از وزن خود خاک است، با توزیع مثلثی به دیوار حائل وارد می‌شود.

این در حالی است که نشریه شماره 308 (راهنمای طراحی دیوارهای حائل – 1384) نیروهایی از قبیل بار مرده، وزن خاک، فشار جانبی خاک، فشار آب زیرزمینی، فشار نیروی آپلیفت (برکَنِش)، فشار ناشی از سربار، نیروی امواج، نیروی زلزله و … را برای طراحی دیوار حائل بیان کرده است.

با توجه به نقشه‌ها و دیتیل های اجرایی رایجِ دیوار حائل ساختمان‌های متداول؛ می‌توان تعداد نیروهای وارده را به سه نیروی وزن خاک، نیروی زلزله و فشار سربار محدود کرد.

❓ امکان حذف فشار آب یا یخ در دیوارهای حائل (فشارهای ناشی از حضور آب در خاک پشت دیوار) چگونه ممکن می‌شود؟

بر اساس بند 7-5-8 مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392، درصورتی‌که مهندسین برای هدایت آب جمع شده در پشت دیوار (ناشی از بارندگی یا بالا آمدن سفره آب زیرزمینی)، اقدام به تعبیه زهکش و فیلتر در پشت و نزدیک پاشنه دیوار نمایند، می‌توان از فشار هیدرو استاتیکی آب و یخ صرف‌نظر نمود.

❓ نحوه کار سیستم زهکشی دیوار حائل چگونه است؟

بر اساس روابط مکانیک خاک، آب همواره مسیر با نفوذپذیری بالا (آسان‌ترین مسیر) را برای حرکت انتخاب می‌کند. در اجرای زهکش‌ها نیز این مسئله رعایت شده ولوله‌ی زهکشی پس از جایگذاری، با فیلتر پوشانده شده تا آب پشت دیوار را به سمت لوله‌ی متخلخل هدایت کنند.

مصالح فیلتر به‌گونه‌ای است که ضمن جلوگیری از شست و شوی خاک توسط آب، نفوذپذیری بالایی داشته و آب به‌راحتی از آن عبور می‌کند. آب پس از ورود به لوله‌ی متخلخل، از طریق لوله‌های تخلیه به خارج یا سیستم فاضلاب ساختمان تخلیه می‌شود.

 

 

4. محاسبه بارهای وارد بر دیوار حائل جهت اعمال در نرم‌افزار

در ابتدا به سراغ بخشی از وبینار برگزار شده توسط سبزسازه و با تدریس مهندس باقری می‌رویم که توضیحات جامعی را می‌توان با مشاهده آن به دست آورد.

 

 

با توجه به رواج چشم‌گیر طراحی و اجرای دیوار حائل برای ساختمان‌ها در سال‌های اخیر، آیین‌نامه‌های فعلی فرصت چندانی برای پرداختن منسجم به این موضوع را پیدا نکرده‌اند! همین موضوع سبب شده است برای تعیین نحوه توزیع نیروهای مؤثر در طراحی دیوار حائل از منابع مختلفی از قبیل مباحث ششم، هفتم و نهم مقررات ملی، نشریه شماره 308، کتب مکانیک خاک و پی‌سازی پیشرفته و … توأماً استفاده کرده و نتایج و نکات آن‌ها را به‌صورت زیر جمع‌بندی نماییم:

1.4. محاسبه فشار جانبی خاک

از دروس مکانیک خاک و پی‌سازی به خاطر داریم که فشار جانبی خاک که ناشی از وزن آن است؛ دارای یک توزیع مثلثی در ارتفاع دیوار است که در پاشنه دیوار به حداکثر خود می‌رسد. مقدار حداقل این فشار به ازای هر متر عمق، طبق بند 6-4-2-1 مبحث ششم مقررات ملی نباید کمتر از فشار مایع معادل با وزن مخصوص 5 کیلو نیوتن بر مترمکعب در نظر گرفته شود.

 

 

اگر مشخصات خاک به‌صورت زیر باشد:

 

 

Φ: زاویه اصطکاک داخلی خاک
ɣ: وزن مخصوص خاک
H: ارتفاع دیوار

مقدار حداقل فشار جانبی خاک طبق بند 6-4-2-1 برای دیوار به ارتفاع 3 متر برابر است با:

P_min= 5 Kg/m³ x 3 = 1500 Kg/m²

علاوه بر فشار حداقل، بایستی مقدار فشار واقعی وارد بر پاشنه دیوار حائل را بر اساس داده‌های آزمایشگاه ژئوتکنیک، به‌صورت زیر محاسبه کنیم:

 

 

 

طبق بند 3-5-2-2 نشریه 308؛ ضریب فشار فعال (Ka) طبق رابطه زیر به دست می آید:

K_a=tan⁡²(45-φ/2) =tan⁡²(45-30/2)=0.34

P_actual=K_a×γ×H=0.34×1600 Kg/m³ ×3 m=1632 Kg/m²

از بین فشار حداقل آیین‌نامه‌ای (P_min) و فشار واقعی (P_actual)، بیشترین مقدار را به‌عنوان فشار پاشنه دیوار، برای استفاده در طراحی نرم‌افزاری انتخاب خواهیم نمود:

P_soil= Max { P_min, P_actual} = Max { 1500, 1632 } = 1632 Kg/m²

P_soil=1632 Kg/m²

1.1.4. انتخاب ضریب فشار جانبی K₀ یا K_a یا K_p

بر اساس بندهای 7-5-4-3-5 و 7-5-4-3-6 مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان، برای دیوارهای زیرزمین که انتهای آن‌ها به سقف متکی است (دیوار صلب)، در شرایط بارگذاری استاتیکی از ضریب فشار خاک در حالت سکون (K₀) و برای شرایط بارگذاری لرزه‌ای، انتخاب ضریب فشار جانبی به عهده مهندس واگذارشده است.

ولی با توجه به فرضیاتی که در مدل‌سازی و طراحی دیوارهای حائل اعمال می‌شود و در نظر گرفتن حاشیه اطمینان بیشتر، بهتر است برای هر دو حالت بارگذاری استاتیکی و لرزه‌ای (دینامیکی) از ضریب فشار جانبی در حالت محرک (K_a) استفاده شود.

2.4. محاسبه نیروی زلزله دیوار حائل

اعمال یا عدم اعمال نیروی زلزله به دیوارهای حائل ازجمله موضوعاتی است که در بین مهندسین هنوز هم جای مناقشه دارد. بطوریکه:

دسته‌ای از مهندسین با در نظر گرفتن رفتار صلب و اتصال گیردار دیوار حائل به تیرهای طبقه؛ فشار جانبی خاک را بسیار بحرانی‌تر از نیروی زلزله تلقی کرده و اعمال نیروی زلزله را صرفاً برای دیوارهای حائل طره‌ای (نه دیوارهای حائل گیردار) ضروری می‌دانند.

دسته‌ی دوم مهندسین، معتقدند که برای نزدیک‌تر شدن مدل‌سازی به واقعیت، بایستی تمام نیروها (هرچند غیر بحرانی) در طراحی دیوار حائل دیده شود.

آوردن ضوابط مربوط به محاسبه فشار دینامیکی زلزله در دیوار حائل در نشریه شماره 308 و بررسی ضوابط انتقال تراز پایه به بالای دیوار حائل در ویرایش چهارم استاندارد 2800، تلویحاً نظر دسته دوم مهندسین را تأیید می‌کند. (ما نیز در این مقاله از همین روند پیروی خواهیم کرد.)
نحوه توزیع فشار دینامیکی زلزله بسته به آیین‌نامه انتخابی، متفاوت خواهد بود.

از میان آیین‌نامه‌های رایج مانند آشتو (AASHTO) ، فِما (FEMA) و …، انتخاب آیین‌نامه آشتو برای کاهش حجم محاسبات بسیار مناسب است که بر اساس آن توزیع فشار دینامیکی ناشی از زلزله در ارتفاع دیوار به‌صورت یکنواخت (مستطیلی) بوده و محل اثر آن نزدیک وسط ارتفاع دیوار است.

نشریه شماره 308 نیز، برای محاسبه مقدار فشار دینامیکی زلزله، از روش «مونونوبه-اُکابه» که اصطلاحاً روش M-O نامیده می‌شود، استفاده می‌کند. این روش که حالت بسط یافته روش کولومب است، شتاب زلزله‌ی وارد بر گوه خاک ِ پشت دیوار را در دو حالت محرک (Active) و مقاوم (Passive) بررسی می‌کند. با توجه جزئیات اجرایی و رفتار دیوار حائل در ساختمان توصیه می‌شود از فشار دینامیکی در حالت محرک (استفاده از ضریب K_ae) برای محاسبه نیروی زلزله وارد بر دیوارهای حائل استفاده شود.

 

 

برای محاسبه دستی مقدار فشار دینامیکی زلزله از طریق فرمول فوق لازم است هر چهار پارامتر آن محاسبه و در فرمول جایگذاری شود که این پارامترها عبارت‌اند از:

1.2.4. محاسبه فشار دینامیکی زلزله

1.1.2.4. مقدار ضریب فشار جانبی در حالت محرک زلزله (K_ae):

که از فرمول زیر قابل‌محاسبه است:

 

 

 

 

زاویای موردنیاز برای جایگذاری در فرمول بالا را می‌توان از طریق شکل زیر مشخص و در فرمول جایگذاری نمود:

 

 

2.1.2.4. وزن مخصوص خاک پشت دیوار: (ɣ)

وزن مخصوص خاک باید از گزارش آزمایشگاه مکانیک خاک و در صورت نبود این گزارش‌ها از نتایج آزمایش‌های خاک ملک مجاور استفاده نمود. مقدار ɣ بسته به جنس، دانه‌بندی، درصد رطوبت و … برای انواع خاک متغیر خواهد بود.

3.1.2.4. عمق دیوار از تراز صفر-صفر: (H)

عموماً از نقشه‌های معماری قابل‌برداشت است.

❓توجه شود که مقدار H ممکن از قابی به قاب دیگر متفاوت باشد. به نظرتان این اتفاق چه زمانی رخ می‌دهد؟

4.1.2.4. ضریب زلزله افقی و قائم (K_v, K_h):

ضریب زلزله قائم که به‌صورت نسبتی از ضریب فشار افقی (K_h) محاسبه می‌شود (مقدار K_v تقریباً نصف K_h است.) ولی مقدار دقیق این کسر بسته به مشخصات خاک قابل‌تعیین است.

مطابق با بند 14-4-1 نشریه 308؛ اگر شرایط زیر برقرار باشد و با در نظر گرفتن A برابر شتاب مبنای طرح، حائل و سازه های متکی بـه آن بـه نحوی طراحی شوند که تغییر مکان افقی 250A برحسب میلی‌متر بدون ایجاد خسارت عمده ممکـن باشـد، ضریب افقی زلزله (K_h) را می توان برابر 0.5A در نظر گرفت:

در برابر لغزش حائل، نیروی مقاومی به‌جز اصطکاک سازه و خاک و اندکی فشار مقاوم خاک روی پنجه وجـود نداشته باشد.

اگر حائل کوله ی پل است اتصال عرشه به کوله توسط تکیه‌گاه‌های لغزشی تأمین‌شده باشد.

از خواندن توضیحات مربوط به پارامترها و نحوه محاسبه هر یک از آن‌ها، حتماً متوجه شده‌اید که تکرار این پروسه محاسباتی برای همه دیوارهایی که در قاب‌های پیرامونی سازه قرار دارند، سخت و زمان‌بر خواهد بود. به همین منظور نشریه شماره 308 (راهنمای طراحی دیوارهای حائل) با در نظر گرفتن فرضیاتی نسبت به سبک‌سازی محاسبات فشار دینامیکی اقدام کرده که این فرضیات عبارت‌اند از:

بر اساس توضیحات فصل چهاردهم نشریه 308؛ ازآنجایی‌که مقدار ضریب زلزله قائم (K_V) در حدود نصف تا دوسوم مقدار ضریب فشار افقی (K_h) در نظر گرفته می‌شود، لذا تأثیری کمتر از 10% بر مقدار فشار دینامیکی خواهد داشت؛ پس می‌توان در طراحی لرزه‌ای دیوارهای حائل به روش M-O از K_V و اینرسی حاصل از آن صرف‌نظر نمود. درنتیجه مقدار عبارت داخل پرانتز در فرمول اولیه‌ای که برای محاسبه فشار دینامیکی ارائه‌شده بود، برابر یک می‌گردد که در محاسباتی تأثیر چندانی نخواهد گذاشت.

k_ae γH(1-k_v)→k_ae γH

این نشریه برای محاسبه ضریب K_ae، به‌جای استفاده از فرمول طویل ارائه‌شده، گرافی را به‌صورت زیر پیشنهاد می هد:

 

پس اینکه مقادیر K_h، Φ و δ که δ = Φ/2 از گزارش آزمایشگاه خاک استخراج شد، با استفاده از گراف بالا مقدار K_ae قابل‌محاسبه خواهد بود. این مقدار، در فرمول ساده‌شده‌ای که در فرض اول ارائه شد، قرارگرفته و مقدار فشار دینامیکی ناشی از زلزله که به دیوار وارد می‌شود، محاسبه خواهد شد.

مثال: اگر مشخصات خاک به‌صورت جدول زیر گزارش‌ شده باشد:

 

 

برای محاسبه فشار دینامیکی زلزله خواهیم داشت:

 

مقدار K_ae از گراف بالا تقریباً برابر 0.42 به‌دست‌آمده است:

K_ae= 0.42

و درنهایت مقدار فشار دینامیکی ناشی از زلزله برابر خواهد بود با:

عبارت RWE مخفف Retaining Wall Earthquake که برای معرفی بار دینامیکی زلزله در نرم‌افزار از این عبارت استفاده خواهیم کرد.

RWE=kaeγH=0.42×1600 kg/m³ ×3 m=2016 kgf/m²

RWE=2016 kgf/m2

❓ تأثیر وجود دیوار حائل بر طراحی لرزه‌ای سازه چیست؟

حتماً کم‌وبیش در مورد آوردن تراز پایه سازه به بالای دیوارهای حائل و تأثیر آن بر طراحی لرزه‌ای سازه شنیده‌اید.

همان‌طور که می‌دانید انتقال تراز پایه به بالای دیوارهای حائل سبب کاهش ارتفاع سازه از تراز پایه شده و ضرایب زلزله سازه را کاهش می‌دهد که درنهایت منجر به کاهش نیروی زلزله‌ی وارده به سازه می‌شود.

در این حالت سازه با مقاطع سبک‌تری طراحی پاسخگو بوده و صرفه اقتصادی زیادی برای سازنده خواهد داشت.

گاهی به دلیل عدم تسلط کامل مهندسین به ویرایش چهارم استاندارد 2800 این ذهنیت غلط ایجاد می‌شود که صرفاً وجود دیوار حائل برای انتقال تراز پایه به بالای آن کفایت می‌کند.

این در حالی است که وجود دیوار حائل شرط لازم آن بوده و ضوابط دیگری به‌عنوان شروط کافی وجود دارد که دربند 3-3-1-2 همین استاندارد به‌صورت زیر بیان‌شده است:

 

 

تأمین یا عدم تأمین این شروط سبب ایجاد ابهام و اختلاف‌نظر در بین اساتید و مهندسین صاحب‌نظر شده و برای طراحان سازه تا حدودی گیج‌کننده شده است. بر اساس این بند شروط انتقال تراز پایه به بالای دیوارهای حائل عبارت‌اند از:

• وجود خاک کوبیده شده (متراکم) در اطراف ساختمان
• عدم وجود تغییر مکان جانبی در طبقات زیرتراز پایه

❓ چه زمانی می‌توان این انتقال (تراز پایه) را انجام داده و از صحیح بودن آن اطمینان حاصل کرد؟

با توجه به مشکلات و ابهاماتی بیان‌شده، مهندسین و طراحان ساختمان استان اصفهان؛ پس از بارها مکاتبه با سازمان نظام‌مهندسی استان، طبق استعلاماتی که از مرکز تدوین مقررات ملی و مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن به عمل آوردند، راهکاری را به‌صورت زیر پیشنهاد کردند:

«شرط بالا آوردن تراز پایه از روی فونداسیون و انتقال آن به ترازبالای دیوار حائل آن است که تغییر مکان بالاترین ترازِ دیوار حائل در برابر بار جانبی در هر راستا، حداکثر 0.02 تغییر مکان نسبی جانبی (Drift) اولین طبقه‌ای که بر روی آن تراز پایه قرار دارد، باشد.

به‌عنوان‌مثال اگر سازه‌ای دوطبقه زیرزمین داشته باشد، بایستی تغییر مکان دیوار در بالاترین نقطه‌ی آن، 0.02 تغییر مکان جانبی طبقه همکف باشد.»

❓درصورتی‌که تغییر مکان بالاترین ترازِ دیوار حائل ضابطه فوق را ارضا نکند، چه راهکاری پیشنهاد می‌شود؟

در این حالت باید یکی از سه راهکار زیر را پیش گرفت:

1. قفل آنالیز را بازکرده و در تعریف بارهای زلزله، تراز پایه را به تراز Base (تراز روی فونداسیون) منتقل کرده و محاسبات ضریب زلزله و تحلیل سازه را برای حالت جدید، مجدداً انجام دهیم.
2. قفل آنالیز را بازکرده و سعی کنیم سختی دیوارهای حائل را به‌قدری افزایش دهیم که ضابطه فوق ارضا شود.
3. برای این کار می‌توان ضخامت دیوارهای حائل، ابعاد تیرها و ستون‌های طبقات زیرزمین را افزایش دهیم تا تغییر مکان‌های جانبی سرِ دیوارهای حائل کاهش‌یافته و ضابطه فوق را ارضا کند.

چنانچه به دلایل معماری و اجرایی استفاده از راهکار دوم میسر نبود و طراح مایل به انتقال تراز پایه به روی فونداسیون نبود (رد راهکار اول)، مهندس طراح بایستی ملک‌های مجاور پروژه را بررسی کرده و اطمینان یابد که هیچ‌گونه عملیات گودبرداری و خاک‌برداری در اطراف پروژه در طول عمر ساختمان صورت نخواهد گرفت و خاک اطراف همچنان کوبیده و متراکم باقی خواهد ماند. در این صورت می‌تواند بدون ارضای ضابطه فوق، تراز پایه را به بالای دیوارهای حائل انتقال دهد.

راهکار سوم معمولاً در پروژه‌هایی که ساختمان به‌صورت مجتمع‌های مسکونی بوده و ساختمان در وسط زمین‌ساخته می‌شود، انجام‌شدنی است.

جمع‌بندی: مطمئن‌ترین و ایمن‌ترین روش برای انتقال تراز پایه به بالای دیوارهای حائل، استفاده از راهکارهای اول و دوم است. به‌عبارت‌دیگر مهندس طراح بایستی تراز پایه را روی تراز فونداسیون در نظر بگیرد یا با افزایش ضخامت دیوار و ابعاد تیرها و ستون‌ها، تغییر مکان‌های جانبی سر دیوار حائل را به ضابطه فوق مقید کند. در غیر این صورت هیچ روش مطمئنی برای انتقال تراز پایه به تراز مجاور زمین طبیعی نیست و ممکن است در آینده ساختمان دچار آسیب‌های جدی گردد.

3.4. محاسبه فشار سربار دیوار حائل

در درس مهندسی پی خواندیم که فشار افقی ناشی از سربار به‌صورت نسبتی از بار قائمی که بر خاک پشت دیوار وارد می‌شود، قابل‌تعیین است.

این نسبت با ضرب ضریب فشار جانبی (K) در مقدار بار گسترده قائم وارده (q) به دست می‌آید که با توجه به نحوه اجرا و توضیحاتی که پیش‌تر ارائه شد، توصیه می‌شود از ضریب فشار جانبی محرک (K_a) استفاده شود.

 

 

❓ ممکن است این سؤال پیش آید که مقدار سربار قائم را بایستی چقدر در نظر گرفت؟

هرچند مهندسین در این موضوع نیز اتفاق‌نظر ندارند ولی بر اساس بند 7-3-3-5-3 لازم است بار مرده ساختمان‌ها و ابنیه مجاور به‌طور کامل به‌عنوان سربار قائم دیوار حائل در نظر گرفته شود. از طرفی چون تعیین بار مرده ساختمان‌های مجاور، صرفاً در حالتی امکان‌پذیر است که این ساختمان‌ها ساخته‌شده باشند؛ لذا اغلب مهندسین از این بار چشم‌پوشی کرده و در محاسبات وارد نمی‌کنند.

تا اینجای کار، با مفاهیم آیین‌نامه‌ای دیوار حائل و نحوه‌ی محاسبات انواع بارهای وارد بر آن به‌صورت دستی آشنا شدیم. حال نوبتی هم باشد، نوبت به عملیات نرم‌افزاری مربوط به مدل‌سازی، بارگذاری و طراحی دیوار حائل می‌رسد. در ادامه قصد داریم گام‌به‌گام مراحل طراحی و نکات آیین‌نامه‌ای مربوط به دیوار حائل را بررسی نماییم

5. طراحی دیوار حائل در ایتبس

قبلاً گفته شد دیوار حائل و برشی ازنظر ظاهری شباهت‌های بسیاری با یکدیگر دارند؛ لذا اکثر گام‌های مدل‌سازی آن‌ها مشابه یکدیگر است. با توجه به اینکه جزوات و کتب بسیاری به نحوه مدل‌سازی دیوار برشی پرداخته‌اند؛ در این مقاله گام‌های مشترک مدل‌سازی این دو دیوار را به‌صورت خلاصه بیان کرده و در عوض گام‌های اختصاصی طراحی دیوار حائل به‌طور کامل تشریح خواهد شد.

1.5. تعریف و ترسیم دیوارهای حائل

پس از اتمام ترسیم تیرها، ستون‌ها و کف‌های سازه، نوبت به ترسیم دیوارهای حائل زیرزمین می‌رسد. برای ترسیم آن‌ها، ابتدا به پلان اولین سقفِ بالای فونداسیون (اولین سقف بالای Base) رفته و با انتخاب آیکون رسم دیوار از منوی کناری، شروع به ترسیم دیوارهای حائل می‌نماییم.
درصورتی‌که ساختمان دارای بیش از یک طبقه زیرزمین باشد؛ برای افزایش سرعت مدل‌سازی توصیه می‌شود پس از اتمام ترسیم دیوار حائلِ یکی از طبقات زیرزمین، از مسیر Edit > Replicate برای کپی کردن دیوارها در سایر طبقات زیرزمین اقدام شود.

دقت داشته باشد که ارتباط و دسترسی طبقات مختلف زیرزمین با یکدیگر و با گذر (خیابان) از طریق رمپ میسر می‌شود. پس درصورتی‌که برای سازه بیش از یک طبقه زیرزمین پیش‌بینی‌شده باشد، نباید در محل اتصال رمپ به زیرزمین دیوار حائل ترسیم شود.

 

 

با توجه به رفتار خارج صفحه دیوارهای حائل و بررسی مقاله Shell یا Membrane ؛ برای مدل‌سازی دیوارهای حائل بایستی از دیوار با رفتاری پوسته‌ای (Shell) استفاده شود.

برای تعریف مقطع دیوار حائل باضخامت 25 سانتی‌متر و از نوع Shell باید مسیر زیر را پیمود:

 

 

2.5. مش بندی دیوار حائل

با توجه به عملکرد دیوار و بارگذاری آن، مش بندی آن‌ها در همه دهانه‌های قاب ضروری است. روند مش بندی دیوارهای حائل مشابه مش بندی دیوارهای برشی است که در مقاله “مش بندی دیوارهای برشی” به‌صورت کامل بررسی‌شده است. لذا بررسی جزئیات این مقاله را بر عهده مهندسین واگذار می‌کنیم.

 

 

 

3.5. اختصاص تکیه‌گاه گیردار به‌پای دیوار حائل

پس از مش بندی دیوارها نوبت به اختصاص تکیه‌گاه به دیوارهای حائل می‌رسد. این تکیه‌گاه‌های گیردار به‌پای مش‌های دیوار اختصاص داده خواهد شد. لذا اختصاص تکیه‌گاه به‌پای دیوار، بایستی بعد از مش بندی دیوار انجام شود. برای این کار ابتدا نقاط پای مش را به‌صورت زیر انتخاب خواهیم کرد این نقاط پس از انتخاب در نرم‌افزار با علامت x مشخص خواهند شد:

 

 

نقاط مشخص‌شده با علامت X، همان نقاطی هستند که بایستی بااتصال گیردار به فونداسیون سازه متصل شوند. برای اختصاص تکیه‌گاه گیردار به‌صورت زیر عمل می‌کنیم:

 

 

پس از زدن دکمه OK تکیه‌گاه‌های گیردار به‌صورت مستطیل‌هایی در پای مش‌های دیوار ظاهر خواهند شد. این کار برای پای تمامی دیوارها در تمامی دهانه‌ها انجام خواهیم داد.

 

 

❓ علت اختصاص تیکه گاه گیردار به‌پای دیوارهای حائل چیست؟

همان‌طور که می‌دانید با توجه به آرماتور گذاری و بتن درجای ریخته شده در اسکلت بتنی، همه‌ی اتصالات سازه به‌صورت گیردار (صلب) اجرا می‌شوند. هرچند، برخی، دیتیل هایی برای اتصالات مفصلی نیز ارائه کرده‌اند.

اتصالات گیردار از فونداسیون شروع و تا بالای خرپشته ساختمان ادامه پیدا می‌کند. لذا اتصال همه المان‌ها به فونداسیون سازه (مانند اتصال ستون به پی، اتصال دیوارهای برشی و حائل به پی و …) از نوع گیردار است.

 

 

مهندسین برای تأمین اتصال گیردار در المان‌های متصل به فونداسیون، میلگردهای قائمی با طول مشخصی را به‌عنوان میلگرد انتظار در فونداسیون تعبیه کرده که نقش میلگرد ریشه را برای دیوارهای حائل ایفا می‌کنند. سپس میلگردهای قائم دیوار به آن‌ها وصله شده و شبکه منسجمی از آرماتور را تشکیل می‌دهند.

از طرف دیگر اختصاص تکیه‌گاه به‌پای دیوارها، مانع از تمرکز نیروهای فشاری و کششی در دو انتهای دهانه دیوار می‌شود که مدل‌سازی را به واقعیت اجرایی نزدیک می‌کند. در نظر گرفتن مسائل مطرح‌شده، لازمه‌ی اختصاص تکیه‌گاه گیردار به‌پای دیوارها را بیش‌ازپیش آشکار می‌کند که در عکس‌های زیر وصله میلگرد انتظار فونداسیون با میلگرد قائم دیوارها به‌خوبی قابل‌مشاهده است.

 

 

 

 

4.5. نام‌گذاری دیوار حائل

نام‌گذاری دیوارهای حائل (Pier Lable) به دلیل تفاوت در رفتار و نحوه بارگذاری؛ با نام‌گذاری دیوارهای برشی دارای تفاوت‌هایی است که عبارت‌اند از:

بارهای وارده بر دیوار حائل در جهت عمود بر صفحه دیوار است (مشابه دال‌ها) و در اکثر موارد مقدار حداکثر خمش، در وسط ارتفاع دیوار ایجاد می‌شود؛ لذا توصیه می‌شود نام دیوارها حداقل در وسط ارتفاع دیوار تغییر کند (حداقل از 2 نام‌گذاری در ارتفاع یک دیوار استفاده شود)
رعایت این موضوع در دیوارهای برشی با توجه به رفتار و بارگذاری داخل صفحه، ضروری نبوده و عموماً برای دیوارهای برشی هر قاب از یک نام‌گذاری ثابت در تمام ارتفاع آن استفاده می‌شود. مگر در شرایط خاص مانند دیوار برشی کوپله و … که برای اطلاعات بیشتر می‌توانید مقاله “دیوار برشی کوپله” را مطالعه نمایید.

در ابتدای همین مقاله اشاره شد که برخلاف دیوارهای برشی، ستون‌های متصل (چسبیده) به دیوار حائل، جزئی از دیوار محسوب نمی‌شوند؛ پس‌نیازی به نام‌گذاری ستون‌های چسبیده به دیوار حائل (همانند روشی که در نام‌گذاری دیوارهای برشی داشتیم) نیست. در اصل این ستون‌ها برای دیوار حائل المان مرزی محسوب نمی‌شوند؛ بلکه به‌عنوان عضوی قائم از قاب سازه عمل می‌کنند.

برای نام‌گذاری دیوارهای حائل بایستی پس از انتخاب مش‌های موردنظر، از مسیر زیر برای اختصاص نام به دیوار اقدام کنیم:

 

 

 

توصیه می‌شود با توجه به راستای بارهای وارده بر دیوار و برای افزایش دقت آنالیز دیوارهای حائل؛ نیمی از مش‌های دیوار را با یک نام و بقیه‌ی آن با نام دیگری،Lable دهی شود.
به همین ترتیب میتوان دیوار را با دو نام جداگانه نام گذاری کرد تا نتایج نرم افزار داری خطای کمتری باشد:

 

 

❓ اگر سازه بیشتر از یک طبقه زیرزمین داشته باشد، نحوه نام‌گذاری مش‌های دیوار چگونه خواهد بود؟

مانند قسمت قبل، در طبقه اول نیمی از مش‌های هر طبقه با یک نام و بقیه‌ی آن با نام دیگری، Lable دهی شود. این کار را روی دیوارهای هر طبقه به‌صورت مجزا انجام خواهیم داد. برای مثال اگر سازه دارای دوطبقه زیرزمین باشد، نام‌گذاری مش‌های آن به‌صورت زیر خواهد شد:

 

 

اگر در دهانه‌ای از قاب، تیر تراز سقف حذف‌شده و به‌جای آن از تیر نیم‌طبقه استفاده شود، چه تأثیری در مدل‌سازی و طراحی دیوار حائل خواهد داشت؟

 

 

همان‌طور که از شکل بالا پیداست، در صورت حذف تیر تراز سقف، بالای دیوار با سقف سازه در ارتباط نیست که سبب خواهد شد جابجایی و تغییر شکل این دیوار نسبت به سایر دیوار، افزایش پیدا کند.

برای دیدن اثر این موضوع در مدل‌سازی، می‌توان دو راهکار زیر را پیشنهاد داد:

• دیواری را که اتصالی با سقف یا تیر ندارد، به‌عنوان دیوار بحرانی انتخاب کنیم. (در مورد دیوار بحرانی طراحی و انتخاب آن در گام 9 طراحی دیوار حائل به آن می‌پردازیم.)
• با توجه به دیتیل های اجرایی دیوار حائل، توصیه می‌شود در بالای دیوار حائل، تیری ترسیم و مدل‌سازی شود. بهتر است عمق این تیر هم‌اندازه عمق تیرهای کناری و عرض آن، هم‌عرض دیوار در نظر گرفته شود.

ازآنجایی‌که سختی تیر اضافه‌شده در قیاس با سختی دیوار حائل قابل‌اغماض است، اضافه کردن این تیر در طراحی دیوار حائل تأثیر چندانی نخواهد داشت. در عوض این کار سه مزیت عمده به همراه دارد:

الف) انتهای میلگردهای قائم دیوار حائل را می‌توان در داخل این تیر قلاب و خم نمود.
ب) اسکلت سازه یکپارچگی بیشتری پیداکرده و جابجایی طبقات زیرتراز پایه محدودتر خواهد شد (امکان برآورده شدن یکی از شروط بند 3-3-1-2 استاندارد 2800
پ) با پیروی از راهکار دوم، دیوار حائل بحرانی را می‌توان مطابق روش اشاره‌شده در گام 9 انتخاب کرد.

با توجه به توضیحات ارائه‌شده، انتخاب راهکار دوم برای مدل‌سازی دیوارهای غیر متصل به سقف سازه معقول‌تر است.

 

5.5. تعیین ضریب ترک‌خوردگی دیوار حائل

1.5.5. سختی داخل صفحه دیوار برشی (f11, f22)

در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، برای منظور کردن ضرایب ترک‌خوردگی، سه رول ارائه‌شده است:

• روش اول: همان روش رایج؛دیوارها بسته به ترک‌خوردگی آن ها ضریب 0.35 یا 0.71 می گیرند.
• روش دوم: مطابق به پیشنهاد آیین‌نامه، می‌توان برای تمام اعضا هم‌زمان ضریب کاهش ممان اینرسی برابر 0.5 را اعمال کرد.
• روش سوم: نیاز به محاسبات دقیق عضو به عضو دارد.

در صورت استفاده از روش اول، باید ترک خوردگی دیوار ها در نرم افزار ایتبس کنترل شود. در این روش مطابق جدول 9-6-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان 1399، ضریب ترک خوردگی برای دیوارهای ترک نخورده، 0.7 و برای دیوار های ترک‌خورده، 0.35 است.

روند کنترل آن به این صورت است که ابتدا ضریب 0.7 را به‌تمامی دیوار ها اعمال خواهیم کرد.پس‌ازآن به کنترل ترک خوردگی دیوار می پردازیم و در طبقاتی که دیوار ترک خورده است ضریب 0.35 را اعمال می کنیم.شما می‌توانید با مراجع به مقاله ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی، مطالب این قسمت را کامل تر مطالعه کنید.

همچنین در صورت استفاده از روش دوم، نیازی به کنترل ترک خوردگی دیوار نخواهد بود و ضرایب سختی خمشی تمامی دیوار ها برابر 0.5 وارد خواهد شد.

 

 

در اعمال کاهش سختی خمشی دیوار و تیر همبند، ضرایب f11 و f22 مورداستفاده قرار می گیرند.

2.5.5. سختی خارج از صفحه دیوار (m11, m22, m12)

برخی از مهندسین در کنترل دیوار برشی، از مقاومت خمشی خارج از صفحه آن صرفه نظر می کنند و بنابراین برای مدل‌سازی دیوار از المان membrane استفاده کرده که به معنی صفر در نظر گرفتن m11، m22 و m12 است.مطابق با متن زیر از CSI knowledge base، توصیه‌شده است که اگر قصد صرفه نظر کردن از خمش خارج صفحه دیوار برشی رادارید، به‌جای membrane فرض کردن دیوار، یک ضریب کم مانند 0.1 برای m11، m22 و m12 در نظر بگیرید.

 

 

همچنین شما می‌تواند، در صورت در نظر گرفتن خمش خارج از صفحه، مقدار ضرایب m11، m22 و m12 را برای دیوارهای ترک‌خورده برابر 0.35 و برای دیوارهای ترک نخورده، برابر 0.7 قرارداد.

با توجه به مطالب گفته‌شده، ضرایب ترک‌خوردگی دیوارها پس از انتخاب دیوار در نرم‌افزار ETABS، مطابق شکل زیر تعریف می‌شود:

 

 

6.5. تعریف بارهای وارده و ترکیبات بارهای طراحی دیوار حائل

در اوایل مقاله با انواع بارهای وارد بر دیوارهای حائل آشنا شدیم و دیدیم که با توجه به دیتیل های اجرایی مرسوم می‌توان تعدادی از آن‌ها را حذف کرد. درنهایت بارهای وارده بر دیوار حائل که بایستی در مدل‌سازی اعمال شود به دو بار:

• فشار جانبی خاک (ناشی از وزن خاک)
• فشار دینامیکی زلزله

محدود شد که نحوه محاسبه دستی آن‌ها را آموختیم.

پیش از آنکه با نحوه بارگذاری و اعمال (اختصاص) این 2 بار در نرم‌افزار Etabs بپردازیم، بایستی با چگونگی تعریف این بارها در نرم‌افزار آشنا شویم.
برای معرفی بار ناشی از فشار خاک از نام Soil و برای بار ناشی از زلزله از نام (RWE)Retaining Wall Earthquake، در نرم‌افزار استفاده خواهیم کرد. تعریف این بارها در نرم‌افزار از مسیر زیر میسر خواهد بود:

 

 

علاوه بر تعریف الگوهای بار مذکور، لازم است ترکیبات بار مطابق با مبحث ششم ویرایش 98 ساخته‌شده در نرم‌افزار، این الگوهای بار را نیز در برگیرد.

 

 

7.5. اعمال بارهای طراحی دیوار حائل در ایتبس

راستای بارهای وارده بر دیوار حائل عمود بر صفحه دیوار و جهت‌ها آن‌ها از سمت خاک به سمت دیوار است. همین موضوع سبب شده است تعیین موقعیت دیوار حائل با توجه به جهت محورهای اصلی نرم‌افزار (نه محورهای محلی دیوار حائل) بسیار مهم تلقی گردد.

در حقیقت پس از تعیین موقعیت دیوار نسبت به محورهای اصلی، بایستی جهت و علامت (مثبت یا منفی) بار به نحوی انتخاب شود که فشار ناشی از بارها همواره دیوار را به سمت داخل هل دهد.

محورهای اصلی نرم‌افزار همواره به‌صورت پیش‌فرض در گوشه پنجره‌های نمایش دیده می‌شود. این محورها معمولاً در گوشه پایین سمت چپ پلان قرار دارد. اگر به هر محورهای اصلی در یک از پنجره‌ها قابل‌مشاهده نبود، از مسیر View > Show Axes می‌توان نسبت به فعال‌سازی و نمایش مجدد آن اقدام کرد.

 

 

برای اعمال بارهای وارده به دیوارهای حائل در نرم‌افزار بایستی مراحل زیر را به ترتیب پیمود:

ابتدا یکی از قاب‌های پیرامونی سازه را که دیوار حائل در آن قرار دارد، انتخاب می‌کنیم. (در این مثال دیوارهای روی آکس 3 را انتخاب نموده‌ایم.)
به‌وسیله‌ی موس همه دیوارهای حائل را به حالت انتخاب (Select) درمی‌آوریم (سعی کنید المان‌های دیگری نظیر تیر یا ستون را انتخاب نکنید).

پس از پیمودن مسیر Assign>Shell Loads>Uniform…، پنجره‌ای به شکل زیر ظاهر می‌شود که به‌عنوان‌مثال برای اعمال بار فشار جانبی خاک به دیوارهای روی آکس 3، باید به‌صورت زیر تنظیم شود:

 

 

1.7.5. تعیین راستا و علامت بارهای جانبی

همان‌طور که در شکل سه‌بعدی زیر مشاهده می‌کنید، فشار جانبی خاک در راستای محور Y و هم‌جهت با آن وارد می‌شود. بر همین اساس در قسمت Direction عبارت Global-Y را انتخاب نمودیم که بدان معناست که بار وارده در راستای محور Y وارد می‌شود و برحسب موقعیت دیوار در پلان سازه، جهت بار وارده هم‌جهت با محور Y است که بایستی از علامت بار مثبت (+) استفاده کنیم.

 

 

همین روال را برای اعمال فشار جانبی خاک (Soil) و فشار دینامیکی زلزله (RWE) پیش خواهیم گرفت. تنظیمات بارگذاری برای دیوارهای هر قاب به‌صورت جدول زیر خواهد شد:

 

 

برای اطمینان از صحت بارگذاری دیوارها، پس از آنالیز سازه؛ می‌توان کانتورهای تنش و تغییر شکل‌های ایجادشده در دیوار را از مسیر زیر مشاهده کرد:

 

با زدن دکمه OK تنش‌های خمشی ناشی از فشار خاک وارده بر دیوار به‌صورت کانتورهای رنگی در نرم‌افزار نمایش داده می‌شود. همان‌طور که از کانتورهای رنگی شکل زیر نیز پیداست، مقدار لنگر در پای دیوار (نزدیک فونداسیون) به حداکثر خود رسیده است که با توجه به نحوه توزیع فشار جانبی خاک، کاملاً صحیح و مطابق انتظار است.

 

 

همین‌طور برای مشاهده تغییر شکل‌های ایجادشده در دیوار حائل براثر فشار خاک وارده، باید مطابق روند زیر پیش رویم:

 

 

که پس از زدن دکمه OK تغییر شکل‌های ایجادشده در دیوار به‌صورت زیر نمایش داده می‌شود. با توجه به جهت بارگذاری، تغییر شکل‌های ایجادشده کاملاً صحیح و مطابق انتظار است.

 

 

2.7.5. بارگذاری دیوارهای مورب

برای دیوارهای مورب، باید نیروی واردشده بر دیوار را به دونیروی HNx (نیروی تجزیه‌شده در جهت x) و NPy (نیروی تجزیه‌شده در جهت y) تبدیل کرد. در زمان اعمال نیروی تجزیه‌شده به دیوار، باید قسمت Direction را برای نیروی HNx بر روی Gravity-xproj و برای نیروی HPy بر روی Gravity- yproj قرار دهید.

 

 

8.5. ضوابط و محدودیت‌های آیین‌نامه‌ای در طراحی دیوارهای حائل

پیش از شروع طراحی دیوارهای حائل در نرم‌افزار ایتبس، بایستی ضوابط آرماتور گذاری این دیوارها بررسی شود؛ زیرا نرم‌افزار قادر به اعمال این ضوابط در طراحی نبوده و لازم است مهندس طراح آن‌ها را به‌صورت دستی در نرم‌افزار اعمال کند.

1.8.5. حداقل میلگرد افقی

 

ρ  افقی   ≥0.0025

در نرم‌افزار ایتبس، این محدودیت کنترل می شود و درصورتی‌که درصد میلگرد افقی محاسباتی کمتر از 0.25 درصد باشد، مقدار حداقل نمایش داده می شود.

2.8.5. حداکثر میلگرد افقی

حداکثر برش مجاز در دیوارهای سازه ای مطابق با مبحث نهم به شرح زیر محدودشده است:

 

 

شکست برشی می تواند موجب کاهش مقاومت فشاری (محوری) دیوار شود. شکست برشی در دیوارهایی که برش وارد بر دیوار بیش از حداکثر مقدار مجاز آئین‌نامه (0.83A_cv √(f’_c )) باشد، باخرد شدن جان همراه است که می تواند منجر به از دست رفتن مقاومت محوری دیوار شود.

 

 

این محدودیت توسط نرم‌افزار ایتبس کنترل می شود و درصورتی‌که برش وارد بر دیوار بیش از مقدار آئین نامه باشد، نرم‌افزار مقدار آرماتور برشی را نمایش نمی دهد و در عوض پیغام OS صادر می کند.

 

 

قابل‌توجه است که نرم‌افزار مقاومت حداکثر دیوار را بر اساس رابطه 0.66A_cv √(f’_c ) محاسبه می کند.

3.8.5. حداکثر فواصل میلگرد قائم

مطابق با بند مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، فاصله میلگردها نباید از مقدار 35 سانتی متر تجاوز کند.

 

4.8.5. حداقل میلگرد قائم

 

 

طبق رابطه فوق، در سازه های کوتاه (H_w/L_w<0.5)، حداقل درصد آرماتور قائم بیش از آرماتور افقی به دست می آید که در این صورت مقدار آن را برابر با درصد میلگرد افقی در نظر می گیریم.

همچنین در سازه های با دیوار برشی متوسط و بلند (H_w/L_w>2.5) حداقل درصد آرماتور قائم برابر 0.0025خواهد بود.در ساخت‌وساز رایج معمولاً این حالت حاکم است و بنابراین در اکثر موارد حداقل درصد آرماتور قائم برابر 0.0025 خواهد بود.

به‌عنوان‌مثال در دیوار سازه با نسبت H_w/L_w>2.5 باضخامت h=250mm آیا می توان از میلگرد قائم φ10@250mm (در دو شبکه) استفاده کرد؟

ρ قائم=ρ_l=(2π×R²_Rebar)/(S×h)=(2π×6²)/(250×250)=0.0036≥0.0025 →OK

 

5.8.5. حداکثر میلگرد قائم

مطابق ویرایش قدیمی مبحث نهم (ویرایش 92) درصد میلگرد در دیوار نباید بیش از 4 درصد باشد و با توجه به این درصد در محل وصله نیز باید رعایت شود، در صورت استفاده از وصله پوششی عملاً این مقدار به 2 درصد کاهش می یابد.

 

 

نکته: در مبحث نهم ویرایش 99 و نیز ACI318-2019 مشابه این بند وجود ندارد. بنابراین محدودیتی برای حداکثر درصد میلگرد قائم الزام نشده است ولی توصیه می شود در المان مرزی حداکثر 6 درصد و در جان دیوار حداکثر 4 درصد رعایت شود (با احتساب وصله پوششی، به ترتیب 3 و 2 درصد).

6.8.5. تنظیم پارامترهای طراحی در نرم‌افزار

در طراحی دیوار به روش General و یا Uniform، ایتبس از پارامترهای IP-Max و IP-Min استفاده می کند. درصورتی‌که مقطع تعریف‌شده به‌صورت desing به pier نسبت داده‌شده باشد (از نوع check نباشد) در این صورت اگر مقدار میلگرد محاسبه‌شده توسط ایتبس از حداکثر تعریف‌شده در این قسمت فراتر رود، دیوار غیرقابل‌قبول اعلام می شود.

همچنین در طراحی دیوار به روش Simplified C & T، ایتبس از پارامترهای PT-Max و PC-Min استفاده می کند. درصورتی‌که میزان میلگرد طراحی‌شده از حداکثر مقدار تعریف‌شده در PT-Max و PC-Min فراتر رود، نرم‌افزار ابعاد المان مرزی در این روش را افزایش می دهد.

 

 

9.5. طراحی آرماتورهای قائم دیوارهای حائل در نرم‌افزار

با اطلاعاتی که از مطالعه‌ی مقالات “آرماتور گذاری دیوار برشی” و «”آرماتور گذاری فونداسیون” آموختیم؛ می‌دانیم طراحی دیوار (برشی و حائل) در نرم‌افزار Etabs به دو شیوه‌ی آرماتور گذاری یکنواخت (Uniform Reinforcing) و آرماتور گذاری عمومی (General Reinforcing) قابل انجام است.

ازآنجایی‌که ستون‌های متصل به دیوار حائل جزئی از دیوار (المان مرزی) محسوب نمی‌شوند؛ استفاده از آرماتور گذاری یکنواخت Uniform Reinforcing به سبب سهولت آرماتور گذاری مناسب‌تر خواهد بود.

از طرفی در طراحی دیوار حائل به روش Uniform Reinforcing می‌توان برای کلیه‌های دیوارهای یک قاب از نام‌گذاری یکسان استفاده نمود درحالی‌که درروش General Reinforcing بایستی برای دیوارهای هر دهانه نام‌گذاری مختلفی انجام داد.

با در نظر گرفتن موارد بیان‌شده، در این مقاله برای آرماتور گذاری دیوار حائل از روش آرماتور گذاری یکنواخت (Uniform Reinforcing) بهره خواهیم برد که برای این کار لازم است مراحل زیر را به ترتیب انجام دهیم:

انتخاب یک دیوار حائل از هر قاب که توصیه می‌شود طول دیوار انتخاب‌شده از طول سایر دیوارهای همان قاب بزرگ‌تر باشد تا تلاش‌های وارده بحرانی‌تر شود.

از مسیر زیر برای آرماتور گذاری مقطع دیوار (تعیین سایز و فاصله میلگردهای قائم، مقدار کاور آن‌ها) استفاده می‌کنیم.

 

 

پس از کلیک بروی Uniform Reinforcing پنجره‌ای به شکل زیر ظاهر می‌شود که لازم است مشخصات مقطع دیوار را وارد نماییم. مقادیر واردشده در این پنجره بایستی دربرگیرنده تمامی ضوابط آرماتور گذاری دیوارهای حائل، که در گام 8 بررسی شد، باشد

 

 

در مورد انتخاب روش محاسبه میلگردهای قائم به روش Check یا Desing، بایستی گفت که در صورت استفاده از روش Desing برای طراحی آرماتورهای قائم دیوار برشی، نرم‌افزار این آرماتورها به‌صورت مساحت میلگرد محاسبه خواهد نمود.

در این حالت مهندس بایستی با رعایت ضوابط میلگرد گذاری آیین‌نامه و در نظر گرفتن اصول تیپ بندی، نسبت به تبدیل این مساحت به تعداد و سایز میلگرد اقدام کند. با توجه به‌وقت گیر بودن این پروسه، بهتر است از روش Check برای محاسبه آرماتورهای قائم دیوار استفاده شود.

پس از کلیک بر روی دکمه OK، مقطع تعریف‌شده به دیوارهای حائل بحرانی انتخاب‌شده، اختصاص داده خواهد شد. با در نظر گرفتن ترسیم نقشه‌های سازه و سهولت اجرا، بهتر است مشخصات مقاطع همه دیوارها مشابه هم باشند.

پس از اختصاص مقطع به دیوارهای بحرانی هر قاب، با کلیک بر روی آیکون رسم دیوار برشی، دیوارهای سازه طراحی‌شده و کفایت مقطع اختصاص داده‌شده در مرحله قبل، از مسیر زیر قابل‌بررسی خواهد بود:

 

 

با کلیک بر روی دکمه OK مقدار رِشیو هر دیوار بر روی آن نمایش داده خواهد شد. محل و تعداد ریشوهای نمایش داده‌شده با توجه به تعداد نام‌گذاری دیوار در ارتفاع آن مشخص می‌شود (به همین دلیل توصیه می‌شود که حداقل از 2 نام‌گذاری در ارتفاع دیوار استفاده شود).

درصورتی‌که مقدار ریشو از یک کمتر باشد، بدان معناست که آرماتورهای قائم دیوار برای بارهای وارده کافی بوده و دیوار تحمل آن‌ها را دارد. (هرچند یکی از رشیوهای روی دیوارها 1.076 شده که کمی از یک بزرگ‌تر است، ولی به دلیل تجاوز بسیار جزئی آن، قابل‌اغماض است.)

 

 

درصورتی‌که مقطع اختصاص داده‌شده به دیوار برای بارهای وارده کفایت نکند (رشیو دیوار بزرگ‌تر از یک باشد)، بهتر است تراکم آرماتورهای دیوار را (با در نظر گرفتن نکات اجرایی) افزایش داده شود و در گام بعدی نسبت به افزایش ضخامت دیوار اقدام گردد.

درصورتی‌که مقطع اختصاص داده‌شده به دیوارها به نسبت بارهای وارده، قوی‌تر باشد (رشیو دیوار بسیار کوچک‌تر از 1 باشد)، می‌توان با کاهش ضخامت دیوار یا سایز آرماتور یا افزایش فاصله میلگردها، در جهت نزدیک کردن رشیو موردنظر به 1 اقدام نمود تا طرح موردنظر اقتصادی‌تر باشد.

❓ آیا امکان طراحی دستی میلگردهای قائم دیوار حائل وجود ندارد؟

پاسخ به این سؤال تا حد زیادی به توانایی محاسباتی طراح سازه مربوط است؛ زیرا همانند طراحی تیرهای یک قاب خمشی در درس بتن‌آرمه 1، بایستی مقدار تک‌تک بارهای وارده به دیوار را در ترکیبات بار سازه جایگذاری کرده و بحرانی‌ترین مقدار برای طراحی برگزینیم.

با توجه به وجود نیروی زلزله وارد بر دیوار حائل و تعداد زیاد این ترکیبات بار، پیمودن این روند بسیار مشکل و زمان‌بر خواهد شد. لذا محاسبه دستی این آرماتورها چندان توصیه نمی‌شود. علی رقم این موضوع، در برخی منابع با توجه اینکه که نیروی وارد بر دیوارهای حائل را، صرفاً به نیروی جانبی فشار خاک محدود می‌کنند (نیروی زلزله‌ای را به دیوار حائل وارد نمی‌کنند)؛ با کاهش حجم محاسبات و استفاده از روابط بسیار ساده درصدد محاسبه میلگردهای قائم دیوارهای حائل برمی‌آیند که نتیجه آن بسیار متفاوت‌تر از نتیجه گزارش‌شده در نرم‌افزار است.

10.5. طراحی آرماتورهای افقی دیوار حائل در نرم‌افزار

پس از اطمینان از کفایت مقطع دیوار (مقدار آرماتورهای قائم و ضخامت تعریف‌شده)، می‌توان میلگردهای افقی دیوار را بر اساس برش وارده محاسبه نمود. نرم‌افزار مقدار آرماتورهای افقی را همانند خاموت تیرها بر اساس نسبت A_v/S گزارش می‌کند. برای مشاهده این نسبت و محاسبه سایز و فاصله آرماتورهای افقی بایستی مراحل زیر را به ترتیب پیمود:

پس از اتمام طراحی دیوار با پیمودن مسیر زیر، مشاهده نسبت A_v/S بر روی دیوار ممکن خواهد بود:

 

 

با کلیک بر روی دکمه OK، مقدار A_v/S هر دیوار برحسب واحد نرم‌افزار (که در این مقاله واحد آن cm²/cm است) نمایش داده می‌شود.

 

 

برای تبدیل مقدار A_v/S به سایز و فاصله آرماتور، پس از قرائت بحرانی‌ترین مقدار آن از روی دیوار (که در این مثال A_v/S=0.0750 است.)، به‌صورت زیر عمل خواهیم نمود

A_v/S read = 0.0750 cm²/cm

فرض گرفتن آرماتور شماره 14:

 

 

 

 

 

به‌عنوان یک توصیه اجرایی بهتر است سایز آرماتورهای افقی با آرماتورهای قائم یکسان در نظر گرفته شود. لذا برای آرماتورهای افقی از میلگرد Φ14 استفاده خواهیم نمود.

نتیجه آرماتور گذاری: مش‌های انتخاب‌شده برای دیوار موردنظر که ضخامتی 30 سانتی دارد، به‌صورت زیر خواهد بود:

مش قائم Φ14@30cm
مش افقی Φ14@35cm

این آرماتور گذاری‌ها برای بحرانی‌ترین دیوار هر قاب به دست آمد. برای آرماتور گذاری دیوارهای حائل سایر دهانه نیز می‌توان همین آرماتور گذاری را به آن نیز تعمیم داد.

در برخی ساختمان‌ها ضمن طراحی دیوار حائل برای دیوارهای زیرزمین، از دیوارهای برشی در کنار قاب خمشی به‌عنوان سیستم لرزه بر استفاده می‌شود. با توجه به اینکه دیوارهای حائل کل پیرامون سازه را پوشش داده و دیوار برشی یک دهانه در کل ارتفاع سازه بالا می‌رود؛ تداخل این دو نوع دیوار اجتناب‌ناپذیر است. (مانند حالتی که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید)

 

❓ دیواری که در محل تلاقی دیوار برشی با دیوار حائل قرار دارد، چه نوع دیواری است؟ آیا بایستی آن را جزئی از دیوار حائل دانست یا ادامه دیوار برشی در ارتفاع سازه؟

بررسی این موضوع یکی دیگر از مسائلی است که در بین مهندسین همچنان جای مناقشه دارد. برای این حل مسئله سه دیدگاه کلی ارائه‌ شده است:

دیدگاه 1: دیوار مشترک، جزئی از دیوار برشی سازه است. درصورتی‌که این دیوار جزئی از دیوار حائل محسوب شود، دیوار برشی در ارتفاع قطع‌شده و سازه دارای نامنظمی قطع سیستم باربر جانبی در ارتفاع شده و بایستی ضوابط سخت‌گیرانه‌تری برای جبران این نامنظمی در نظر گرفته شود.

دیدگاه 2: این دیوار مشترک بایستی جزئی از دیوارهای حائل زیرزمین در نظر گرفته شود؛ زیرا با انتقال تراز پایه سازه به بالای سازه، ارتعاش سازه از بالای دیوارهای حائل شروع‌شده و نیازی نیست که دیوار مشترک نقش دیوار برشی را در لرزه بری سازه ایفا کند.

دیدگاه 3:  دیوار مشترک یک‌بار به‌عنوان دیوار حائل و یک‌بار به‌عنوان دیوار برشی تحلیل و طراحی شود و هر حالتی که دیوار مقطع بحرانی‌تری نیاز داشته باشد، به‌عنوان نوع دیوار مشترک انتخاب شود.

از بین این دیدگاه‌ها، دیدگاه‌های 1 و 2  پشتوانه علمی‌تری دارد و با توجه به توضیحات ارائه‌شده در هر دیدگاه، این‌گونه به نظر می‌رسد که دیدگاه 2 در صورت ارضای تمام شرایط مربوط به انتقال پایه به بالای دیوار حائل (ضوابط بند 3-3-1-2 استاندارد 2800)، صحیح‌تر است.

 

نتیجه‌گیری

• درگذشته برای مهار فشار خاک پشت دیوار زیرزمین از دیوارهای بنایی ضخیم استفاده می‌شد ولی امروزه برای پوشش دیوارهای زیرزمین از دیوارهای بتنی به نام «دیوار حائل» استفاده می‌شود.
• دیوارهای حائل ازنظر ظاهری بسیار شبیه دیوارهای برشی است ولی ازنظر عملکردی و بارگذاری بسیار متفاوت‌تر از آن است.
• وجود دیوار حائل علاوه بر مهار فشار خاک پشت آن، می‌تواند در سبک‌سازی سازه نیز نقش ایفا کند. بر اساس ویرایش چهارم استاندارد 2800، درصورتی‌که شرایط بند 3-3-1- 2 این استاندارد کاملاً ارضا شود؛ می‌توان تراز پایه را به بالای دیوار حائل منتقل کرد. با این کار ضریب زلزله محاسبه‌شده و درنتیجه مقدار نیروی زلزله وارده برسازه کاهش‌یافته و سازه با مقطع کوچک‌تری جوابگو خواهد بود.
• بارهای مختلفی از قبیل بار یخ، فشار آب زیرزمینی، بار سیل، بار ناشی از وزن، بار لرزه ای و … به دیوار حائل وارد می‌شود که برخی از آن‌ها با ارائه دیتیل های مناسب در حین اجرا قابل صرف‌نظر کردن است.
• بارهایی که در طراحی دیوارهای حائل در نرم‌افزار مورداستفاده است، عبارت‌اند از: فشار جانبی خاک پشت دیوار و فشار دینامیکی ناشی از زلزله.
  مقدار بارهای وارده بر اساس روابط مکانیک خاک و به‌صورت دستی محاسبه‌شده و برای اعمال نرم‌افزار استفاده خواهد شد. جهت این بارها همواره طوری ست که دیوارهای حائل را به سمت داخل زیرزمین هل می‌دهد.
• برخی از گام‌های طراحی دیوار حائل مشابه دیوارهای برشی بوده ولی سایر گام‌ها به‌صورت اختصاصی برای طراحی دیوار حائل در نرم‌افزار است.
  پیش از شروع طراحی دیوارهای حائل در نرم‌افزار، بایستی آرماتور گذاری مقطع دیوار با رعایت ضوابط آرماتور گذاری مبحث نهم صورت گیرد؛ زیرا نرم‌افزار قادر به اعمال و کنترل خودکار آن‌ها نیست.
• برای افزایش سرعت طراحی، عموماً یک دیوار از هر قاب که طول بیشتری نسبت به سایر دیوارهای همان قاب دارد (دیوار بحرانی) انتخاب‌شده و همان دیوار بارگذاری و طراحی می‌شود.
• پس از طراحی دیوار بحرانی (تعیین آرماتور گذاری قائم و افقی آن)، می‌توان با تعمیم غیرحرفه‌ای گذاری آن به سایر دیوارها؛ نسبت به ترسیم نقشه‌های سازه‌ای دیوار حائل اقدام نمود.

منابع

1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ، ویرایش 1398
2. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ، ویرایش 1392
3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ، ویرایش 1399
4. ICE Specification for Piling and embedded retaining walls 2nd edition 2007 – Institution of Civil Engineering
5. نشریه 308
6. یادداشت علمی مهندس مسعود حسین زاده اصل

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا