صفحه اصلی  »  مقالات  »  طراحی سازه های بتنی  »  عملکرد دیوار برشی : بررسی اندرکنش قاب و دیوار برشی

عملکرد دیوار برشی : بررسی اندرکنش قاب و دیوار برشی

وجود دیوارهای برشی بتن­ آرمه در ساختمان، افزایش چشمگیر سختی سازه را در پی خواهد داشت. نتیجه ی افزایش سختی، کاهش اثرات ثانویه مانند اثر P-Δ و… خواهد بود. این مزیت، ایمنی ساختمان در برابر فروریزش را بالا می­ برد. مزایای بسیارِ دیوارهای برشی ، سبب شده است تا کاربرد این سیستم در سازه­ ها افزایش یابد. اما همواره بحث جانمایی دیوارهای برشی به دلیل ملاحظات معماری، دردسر بزرگی برای مهندسین سازه بوده است؛ که با آمدن نوع جدیدی از دیوارها، به نام دیوار برشی کوپله تا حد زیادی رفع شده است.
در این مقاله قصد داریم پس از تحلیل اقتصادی کاربرد دیوار برشی در سازه، با عملکرد دیوار برشی و جزئیات اندر کنش قاب و دیوار آشنا شویم. درمورد بحث جانمایی و ضوابط آرماتور گذاری دیوارهای برشی نیز، در مقالات جداگانه بحث کرده ایم.

اگر به دنبال یادگیری نحوه طراحی و تهیه دیتیل آرماتورگذاری دیوار برشی هستید به فیلم آموزشی طراحی دیوار برشی در نرم افزار ایتبس 2016 مراجعه کنید.

با مطالعه ی این مقاله، مطالب زیر را یاد خواهید گرفت :

  1. تحلیل اقتصادی کاربرد دیوار برشی در سازه
  2. عملکرد برشی و خمشی دیوار برشی به همراه انواع نیروهای وارد بر آن
  3. بررسی اندرکنش عملکرد دیوار برشی و قاب
  4. نحوه عملکرد دیوار برشی در بهسازی سازه ها
  5. نتیجه گیری و خلاصه ای از کل مقاله در قالب 6 نکته 

تحلیل اقتصادی کاربرد دیوار برشی در سازه :

دیوار برشی به صورت یک صفحه بتن آرمه از فونداسیون شروع شده و با قاب­ها و سقف گیردار می­ شود. دیوار برشی برای ساختمان­ های بین 30 تا 40 طبقه اقتصادی به نظر می ­رسند. در ساختمان ­های بلندتر، تنش ­های ناشی از نیروهای جانبی باعث می­ شود که ضخامت دیوار برشی کارایی و اقتصادی بودن سیستم را کاهش دهد.

کاربرد این سیستم، با سیستم دال تخت نیز عموماً نتایج اقتصادی را درپی دارد.

مقایسه اقتصادی بین سیستم قاب خمشی و سیستم مختلط قاب و دیوار برشی در استاندارد 2800 نشان می­ دهد که، برای ساختمان­ های بلندتر از 5 طبقه، در سیستم قاب خمشی، ستون­ ها و تیرها ابعاد بزرگ تری دارند، ولی ابعاد فونداسیون مورد نیاز برای آن ­ها کوچک­ تر است.

در مجموع بایستی گفت که سیستم مختلط نیاز به فولاد کم تری دارد ولی بتن مصرفی در آن بیشتر است.

عملکرد برشی و خمشی دیوار برشی :

بر خلاف عنوان برشی برای این سیستم، رفتار دیوار برشی به صورت یک تیر طره بسیار قوی است که پای آن گیردار می ­باشد. و با ایجاد تغییر شکل­ های خمشی و برشی، در مقابل نیروهای جانبی مقاومت نموده و آن­ ها را به فونداسیون انتقال می­ دهد.

در صورتی که ارتفاع دیوار برشی کم باشد. غالباً، نیروی برشی، حاکم بر طراحی آن خواهد بود. اما اگر ارتفاع دیوار برشی زیاد باشد، لنگر خمشی، حاکم بر طراحی آن خواهد بود. در هر حال، دیوار برشی باید برای هر دو نیروی فوق کنترل و در برابر آن­ها مسلح گردد.

این مطلب را از دست ندهید :  طراحی دیوار حایل : محاسبات دستی و آموزش تصویری و گام به گام در ایتبس

به طور کلی نیروهایی که یک دیوار برشی متحمل آن می­ شود، به قرار زیر است:

  1. نیروی برشی متغیر (با حداکثر مقدار در پای دیوار)
  2. لنگر خمشی متغیر (با حداکثر مقدار در پای دیوار)
  3. نیروی محوری فشاری (ناشی از وزن طبقات)

برای دیوارهای برشی مطابق شکل زیر چهار حالت شکست را می­ توان در نظر گرفت:

 

4 حالت شکست دیوار برشی

4 حالت شکست دیوار برشی

 

در چه مواردی بهتر است از دیوار برشی در سازه استفاده شود؟

همانطور که پیش ­تر اشاره شد، وجود دیوارهای برشی در سیستم باربر جانبی، سختی سازه را به صورت چشم گیری بالا می ­برد. در نتیجه در شرایطی که کنترل دریفت ساختمان دشوار است، می ­توان با اضافه کردن دیوار برشی به سیستم باربر جانبی این مشکل را به آسانی برطرف کرد.

همچنین از نظر مکانیزم خرابی، دیوارهای برشی قادر هستند حتی پس از پذیرش ترک ­های زیاد در برابر بارهای ثقلی (که برای آن­ها نیز طراحی شده ­اند) مقاومت کنند. در صورتی که این مورد به طور کامل از ستون­ ها قابل انتظار نیست.

از دیگر مزایای بکارگیری دیوار برشی در سازه می­ توان به کاهش خسارت به اجزای غیرسازه­ ای که گاهاً پرهزینه ­تر از اعضای سازه ­ای هستند نیز اشاره کرد.

بررسی اندرکنش عملکرد دیوار برشی و قاب :

از ابتدای مقاله چند مرتبه دیوار برشی را با یک تیر طره بزرگ، معادل دانسته­ ایم. در این بخش نیز با تحلیلی مشابه قصد داریم مفهوم دشواری را به صورت ساده بیان نماییم.

در شکل زیر تغییر مکان حداکثر تیر کنسولی را تحت بارگذاری وارده مشاهده می ­کنید.

همانطور که می ­دانیم این مقدار بسیار بیشتر از سایر تیرها می ­باشد.

 

تشبیه تغییر مکان حداکثر تیر کنسول به تغییر مکان و عملکرد دیوار برشی

تغییر مکان حداکثر تیر کنسول تحت بار متمرکز

 

در ساختمان­ های دارای دیوار برشی، اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلندتر باشد، در طبقات فوقانی، دیوار برشی، نه تنها در تحمل زلزله نقش مثبتی ایفا نمی ­کند؛ بلکه به علت شیب به وجود آمده در دیوار برشی (به علت رفتار طره ­ای) یک کشش مضاعف از سوی دیوار، به قاب اعمال خواهد شد.

بنابراین اندرکنش قاب و دیوار، در واقع یک اثر نامطلوب بوده و بایستی از آن پرهیز شود.

چگونه از اثر نامطلوب اندرکنش قاب و دیوار برشی جلوگیری کنیم؟

برای این منظور، در قدم اول بایست متوجه شویم که در کدام یک از طبقات سازه ی ما، چنین مشکلی وجود دارد.

این مطلب را از دست ندهید :  سبزگپ دوم - دیوار برشی بتنی

برای این منظور به صورت زیر عمل می­ نماییم:

  • ابتدا از مسیر زیر نیروی طبقات را به دست می ­آوریم.

منو ی ایتبس برای جلوگیری از اندرکنش قاب و دیوار برشی

 

  • هر یک از طبقاتی که نیروی کمی داشته باشد را بدون دیوار برشی مدلسازی می­ کنیم. زیرا وجود دیوار برشی در این طبقات نه تنها سود بخش نیست بلکه وزن سازه را هم بالا می­ برد.
    نیروی طبقات را در شکل زیر مشاهد می ­کنید :

 

نیروی طبقات در ایتبس

 

همانطور که در تصویر فوق دیده می­ شود، تحت نیروی زلزله Ex، در طبقه 15 نیروی بسیار کم تری نسبت به سایر طبقات به وجود آمده است. با انجام این پروسه برای زلزله در جهت Y و سایر دیوارهای برشی ، نهایتاً طراح می ­تواند تصمیم خود را بگیرد. تصمیمی مبنی بر این که در طبقه 15ام آیا مناسب است که دیوار برشی قرار گیرد یا خیر!

آیا ممکن است نیروی طبقه در دیوار برشی عددی منفی شود؟

بله این امکان وجود دارد؛ در واقع رخداد چنین اتفاقی به معنی تکیه کردن دیوار برشی بر قاب است. به عبارت دیگر در این حالت دیوار برشی در رفتار لرزه­ ای سازه تاثیر منفی دارد و قطعاً باید دیوار را در طبقه مذکور حذف کرد.

مدلسازی تیر در دیوار برشی :

مدل سازی تیر در تراز طبقات، هنگام طراحی سازه­ هایی که دارای دیوار برشی هستند، بحث مهمی است.

گاهاً مهندسین به دلیل سختی بسیار بالایی که دیوار برشی دارد، مدلسازی و اجرای تیرها را در تراز طبقات کاری بیهوده می ­دانند.

اما باید بدانید که مدلسازی و اجرای این تیرها از دو جنبه حائز اهمیت است:

  1. مهار میلگردهای طولی سایر تیرها؛ که فرایند آرماتورگذاری را آسان ­تر می ­کند.
  2. بهره­ مندی از عمل میدان فشاری به دلیل تبدیل شدن به خرپا. ( عمل کردی مشابه با میدان کششی در تیر ورق­ های فولادی)

یکی از روش­ های معمول و رایج در بهسازی ساختمان­ ها در برابر زلزله، استفاده از دیوارهای برشی بتن­ آرمه می­ باشد. استفاده از دیوارهای برشی، در افزایش ظرفیت لرزه­ ای ساختمان و کاهش تغییر مکان جانبی بسیار موثر است. با استفاده از این روش مقاومت ساختمان و همچنین شکل ­پذیری آن افزایش می­ یابد.

از نکات مهم در این روش، نحوه قرارگیری دیوارهای جدید و جانمایی آن­ها در سازه­ های قدیمی می­ باشد. که به دلیل پیچش، باید حتی­ المقدور دیوارها چه در ارتفاع و چه در پلان به صورت منظم و متقارن قرار گیرند.

نکته مهم دیگری که باید به آن توجه داشت این است که به دلیل وزن نسبتاً زیادی که دیوارها می­ توانند به سازه اولیه اعمال نمایند، باید از آن­ها تنها در قاب­ هایی که ظرفیت برشی کمی دارند استفاده شود و از استفاده بیش از اندازه آن­ها جلوگیری شود.

این مطلب را از دست ندهید :  مقاوم سازی با ژاکت فولادی و ژاکت بتنی

همچنین تقویت فونداسیون در زمان اجرای دیوار برشی جدید، بسیار مهم می ­باشد. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مطالعه ی مقاله ” آرماتو گذاری فونداسیون “ بسیار مفید است.

از نظر اقتصادی با توجه به مقاومت بالای این دیوارها، استفاده از آن­ ها در ساختمان­ های بلند مرتبه به صرفه بوده، ولی در مورد ساختمان­ های با ارتفاع کم و متوسط، مسائل جانبی از قبیل تقویت اجزای سازه ­ای مجاور به دیوار و مسائل اجرایی، تاثیر زیادی بر جنبه ­های اقتصادی آن می­ گذارد.

در تصویر زیر نمونه ای از مقاوم سازی سازه با دیوار برشی را مشاهده می­ کنید.

 

مقاوم سازی با دیوار برشی

مقاوم سازی با دیوار برشی

خلاصه و نتیجه گیری :

  1. وجود و عملکرد دیوار برشی بتن­ آرمه در ساختمان، افزایش چشمگیر سختی سازه را در پی خواهد داشت. نتیجه ی افزایش سختی، کاهش اثرات ثانویه مانند اثر P-Δ و… خواهد بود. این مزیت، ایمنی ساختمان در برابر فروریزش را بالا می­ برد.
  2. دیوار برشی برای ساختمان­ های بین 30 تا 40 طبقه اقتصادی به نظر می ­رسند. در ساختمان­ های بلندتر، تنش ­های ناشی از نیروهای جانبی باعث می­ شود که ضخامت دیوار برشی کارایی و اقتصادی بودن سیستم را کاهش دهد.
  3. امروزه با شناخت رفتار لرز­ه ­ای و امکان اجرای دیوارهای برشی کوپله، دیگر معماران چندان در تامین فضاهای معماری خود دچار مشکل نخواهند بود و مشکلات جانمایی دیوار برشی به نوعی حل شده است.
  4. در ساختمان­ های دارای دیوار برشی، اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلندتر باشد، در طبقات فوقانی دیوار برشی نه تنها در تحمل زلزله نقش مثبتی ایفا نمی­ کند، بلکه به علت شیب به وجود آمده در دیوار برشی( به علت رفتار طره­ ای) یک کشش مضاعف از سوی دیوار به قاب اعمال خواهد شد.
  5. یکی از روش ­های معمول و رایج در بهسازی ساختمان­ ها در برابر زلزله، استفاده از دیوارهای برشی بتن­ آرمه می ­باشد. استفاده از دیوارهای برشی، در افزایش ظرفیت لرزه­ ای ساختمان و کاهش تغییر مکان جانبی بسیار موثر است. با استفاده از این روش، مقاومت ساختمان و همچنین شکل­ پذیری آن افزایش می­ یابد.
  6. از نظر اقتصادی با توجه به مقاومت بالای این دیوارها، استفاده از آن­ ها در ساختمان­ های بلند مرتبه به صرفه بوده ولی در مورد ساختمان­ های با ارتفاع کم و متوسط، مسائل جانبی از قبیل تقویت اجزای سازه­ ای مجاور به دیوار، مانند : تقویت فونداسیون و مسائل اجرایی، تاثیر زیادی بر جنبه­ های اقتصادی آن می­ گذارد.

منابع :

  1. (Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14
  2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
  3. مدلسازی لرزه­ ای و تحلیل عددی سازه ­ها در ETABS، مهندس مهدی ترابی، انتشارات نوآور، 1392.
مقالات مشابه
تولید کنندگان آموزش
ارسال نظرات
نظرات کاربران
  1. مرتضی

    دستتون درد نکنه. آموزش هاتون حرف ندارن. خدا قوت

    پاسخ دهید

  2. سید سعید سرفرازی

    شاید یکی از دلایل اصلی اینکه محتوا رو با شوق و علاقه تولید و منتشر میکنیم ، مخاطبین درجه یکی مثل شماست که همیشه بهمون انرژی فوق العاده ای میدین!

    پاسخ دهید

  3. ايمان

    واقعا بی نظیرین

    پاسخ دهید

  4. بهروز

    من واقعن از شما سپاسگذارم به خاطر استفاده از آموزش های رایگان شما عزیزان خودم رو ملزم میدونم تا چیزایی که لازم دارم رو از اینجا ابتیاع کنم. خیلی خوبید. توی این رشته اینقدر نکات هست و اینقدر سوالهای بی جواب نکات مبهم و اشکالات هست ( خود سروران گرامی بهتر از من واقفند به ضعف ها ) که این حجم وسیع زحمات شما مثل قطره ای در مقابل دریاست .. من واقعن بعضی وقتها نا امید میشم از اینکه توی بهترین آموزش ها بازم پر از نکته جواب نداده و موارد غیر قابل اطمینان و گنگ و کمی اطلاعات هست ( البته برای آدمهای وسواس مثل من نا امید کننده هست )
    دانشگاه که ابدا ذره ای فنون عملی رو آموزش نمیدادن نمیدونم کی میشه که با اطمینان خاطر از همه ابعاد ایمنی و اقتصاد و اجرای آسان بتونیم طراحی کنیم. کاش نحوه بومی کردن آیین نامه ها بهتر از این بود. طراحی و نحوه ارایه و جلوه های بصری سایت شما خیلی جذاب هست امیدوارم توی رقابت بین بهترین ها شما بهترین بشید .

    پاسخ دهید

  5. علی زارع

    سلام مهندس جان، بله متاسفانه حق با شماست…سعی میکنیم این مشکلات و موانع برطرف کنیم.

    پاسخ دهید

کمتر از 5 دقیقه تا شرکت در آزمون  فاصله دارید!
برای شرکت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این ده نکته فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این پکیج فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link