آموزش گام به گام طراحی دیوار برشی در ایتبس به همراه طراحی دستی آن

همانطور که می دانید طراحی دیوار برشی در ایتبس به سبب تاثیری که بر سختی سازه، اثرات ثانویه ساختمان مانند اثر P-Δ و … دارد، موضوع بسیار مهمی است. اما چند سوال! به نظر شما آیا می‌توان ابعاد مشخصی برای مش بندی مناسب ارائه داد؟ جانمایی دیوار برشی در پلان سازه باید به چه صورتی باشد؟ آیا ممکن است نیروی طبقه در دیوار برشی عددی منفی شود؟

در این مقاله جامع به آموزش طراحی سازه دیواربرشی در ETABS می پردازیم و به تمامی سوالات شما پاسخ خواهیم داد.

⌛ آخرین به‌روزرسانی: 14 شهریور 1400

📕 تغییرات به‌روزرسانی: مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

email

دریافت رایگان ایبوک طراحی سازه بتنی 

نگران نباشید ایمیل هرز برایتان ارسال نمی کنیم. ایمیل شما نزد ما محفوظ است.

1. عملکرد دیوار برشی

دیوار برشی به صورت یک صفحه بتنی از فونداسیون شروع شده و با قاب­ ها و سقف درگیر می­‌شود. به طور کلی، دیوار برشی برای ساختمان­‌های بین 30 تا 40 طبقه اقتصادی می‌باشد. در ساختمان‌های بلندتر، تنش‌های ناشی از نیروهای جانبی باعث می‌شود که افزایش ضخامت دیوار برشی، کارایی و اقتصادی بودن سیستم را کاهش دهد.

رفتار دیوار برشی در برابر بارهای جانبی داخل صفحه، با توجه به ابعاد و هندسه آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد. به‌ طور کلی رفتار دیوارهای برشی کوتاه یک یا دو طبقه، در برابر بارهای جانبی به‌صورت برشی می‌باشد؛ در این حالت، دیوار دچار تغییر شکل‌های برشی می‌شود. نسبت ارتفاع به طول دیوار با رفتار برشی کمتر یا برابر یک بوده و به این دیوارها، دیوارهای کوتاه هم گفته می‌شود. این دیوارها در برابر لنگر خمشی، رفتار بهتری نسبت به نیروهای برشی دارند.

اگر دیوار بیشتر از 3 یا 4 طبقه ارتفاع داشته باشد، بارهای جانبی عمدتاً با عملکرد خمشی دیوار طره‌ای تحمل می‌گردند. معمولاً در دیوارهای برشی لاغر و بلند با نسبت ارتفاع به طول بزرگ‌تر یا مساوی 3، دیوار برشی به‌صورت یک تیر طره عمل می‌کند و با ایجاد تغییر شکل‌های خمشی، برش را تحمل می‌نماید.

مقایسه اقتصادی بین سیستم قاب خمشی و سیستم مختلط قاب و دیوار برشی در استاندارد 2800 نشان می‌دهد که، برای ساختمان‌های بلندتر از 5 طبقه، در سیستم قاب خمشی، ستون‌ها و تیرها ابعاد بزرگ‌تری دارند، ولی ابعاد فونداسیون مورد نیاز برای آن‌ها کوچک‌تر است. در مجموع بایستی گفت که سیستم مختلط نیاز به فولاد کم‌تری دارد ولی بتن مصرفی در آن بیشتر است.

در ساختمان‌های دارای دیوار برشی، اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلندتر باشد، در طبقات فوقانی دیوار برشی نه تنها در تحمل زلزله نقش مثبتی ایفا نمی‌کند، بلکه به علت شیب به وجود آمده در دیوار برشی (به علت رفتار طره‌ای) یک کشش مضاعف از سوی دیوار به قاب اعمال خواهد شد.

از نظر اقتصادی با توجه به مقاومت بالای این دیوارها، استفاده از آن‌ها در ساختمان‌های بلند مرتبه به صرفه بوده ولی در مورد ساختمان‌های با ارتفاع کم و متوسط، مسائل جانبی از قبیل تقویت اجزای سازه‌ای مجاور به دیوار، مانند: تقویت فونداسیون و مسائل اجرایی، تأثیر زیادی بر جنبه‌های اقتصادی آن می­‌گذارد.

1.1. 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 می‌باشد. و با ایجاد تغییر شکل‌های خمشی و برشی، در مقابل نیروهای جانبی مقاومت نموده و آن‌ها را به فونداسیون انتقال می‌دهد.

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.

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

• نیروی برشی متغیر (با حداکثر مقدار در پای دیوار)
• لنگر خمشی متغیر (با حداکثر مقدار در پای دیوار)
• نیروی محوری فشاری (ناشی از وزن طبقات)

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

شکل 1 حالت‌های شکست دیوار برشی

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

همانطور که پیش‌تر اشاره شد، وجود دیوارهای برشی در سیستم باربر جانبی، سختی سازه را به صورت چشم‌گیری بالا می‌برد. در نتیجه در شرایطی که کنترل دریفت ساختمان دشوار است، می‌توان با اضافه کردن دیوار برشی به سیستم باربر جانبی این مشکل را به آسانی برطرف کرد. همچنین نتیجه‌ی افزایش سختی، کاهش اثرات ثانویه مانند اثر P-Δ  و… خواهد بود. این مزیت، ایمنی ساختمان در برابر فرو ریزش را بالا می‌برد.

از نظر مکانیزم خرابی، دیوارهای برشی قادر هستند حتی پس از پذیرش ترک‌های زیاد در برابر بارهای ثقلی (که برای آن­ها نیز طراحی شده‌اند) مقاومت کنند. در صورتی که این مورد به طور کامل از ستون‌ها قابل انتظار نیست.

از دیگر مزایای بکارگیری دیوار برشی در سازه می‌توان به کاهش خسارت به اجزای غیرسازه­ ای که گاهاً پرهزینه‌تر از اعضای سازه‌ای هستند نیز اشاره کرد. علاوه بر این موارد، امروزه با شناخت رفتار لرز­ه‌­ای و امکان اجرای دیوارهای برشی کوپله (دیوارهای برشی با بازشو)، دیگر معماران چندان در تأمین فضاهای معماری خود دچار مشکل نخواهند بود و مشکلات جانمایی دیوار برشی به نوعی حل شده است.

2. بررسی اندرکنش قاب و دیوار برشی

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

در شکل زیر تغییر مکان حداکثر تیر کنسولی را تحت بارگذاری وارده مشاهده می‌کنید. همان‌طور که می‌دانیم این مقدار بسیار بیشتر از سایر تیرها است.

شکل 2 تغییرمکان حداکثر تیر کنسول تحت بار متمرکز

در ساختمان‌های دارای دیوار برشی، اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلندتر باشد، در طبقات فوقانی، دیوار برشی، نه تنها در تحمل زلزله نقش مثبتی ایفا نمی‌کند؛ بلکه به علت شیب به وجود آمده در دیوار برشی (به علت رفتار طره‌ای) 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 کار، در قدم اول باید متوجه شویم که در کدام یک از طبقات سازه‌ی ما، این مشکل وجود دارد پس به صورت زیر عمل می‌کنیم:

ابتدا از مسیر زیر نیروی طبقات را به دست می‌آوریم.

هر یک از طبقاتی که نیروی کمی داشته باشد را بدون دیوار برشی مدلسازی می‌کنیم. زیرا وجود دیوار برشی در این طبقات نه تنها سود بخش نیست بلکه وزن سازه را هم بالا می‌برد.

نیروی طبقات را در شکل زیر مشاهد می‌کنید:

شکل 4 نمایش نیروهای وارده به طبقات

همانطور که در تصویر فوق دیده می‌شود، تحت نیروی زلزله Ex، در طبقه 15 نیروی بسیار کم‌تری نسبت به سایر طبقات به وجود آمده است. با انجام این پروسه برای زلزله در جهت Y و سایر دیوارهای برشی، نهایتاً طراح می‌تواند تصمیم خود را بگیرد. تصمیمی مبنی بر این که در طبقه 15 ام 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؛ درواقع رخداد چنین اتفاقی به معنی تکیه کردن دیوار برشی بر قاب است. به‌عبارت‌دیگر در این حالت دیوار برشی در رفتار لرزه‌ای سازه تأثیر منفی دارد و می­توان دیوار را در طبقه مذکور حذف کرد یا در آن طبقه از قاب خمشی بتن­آرمه ویژه که شامل ضریب رفتار بیشتر است استفاده کرد،  اما باید ضوابط ترکیب سیستم­ها در ارتفاع را نیز رعایت کرد. همچنین می­توان قبل از راه‌حل حذف دیوار در طبقه مذکور از حداقل ضخامت دیوار در آن طبقه استفاده نمود.

1.2. مقاوم سازی سازه‌ها با استفاده از دیواربرشی

یکی از روش‌های معمول و رایج در بهسازی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استفاده از دیوارهای برشی بتن‌آرمه است. استفاده از دیوارهای برشی، در افزایش ظرفیت لرزه‌ای ساختمان و کاهش تغییر مکان جانبی بسیار مؤثر است. با استفاده از این روش مقاومت ساختمان و همچنین شکل‌پذیری آن افزایش می­‌یابد.

از نکات مهم در این روش، نحوه قرارگیری دیوارهای جدید و جانمایی آن­ها در سازه‌های قدیمی است؛ که به دلیل پیچش، باید حتی‌المقدور دیوارها چه در ارتفاع و چه در پلان به‌صورت منظم و متقارن قرار گیرند.

نکته مهم دیگری که باید به آن توجه داشت این است که به دلیل وزن نسبتاً زیادی که دیوارها می‌توانند به سازه اولیه اعمال نمایند، باید از آن­ها تنها در قاب‌هایی که ظرفیت برشی کمی دارند استفاده شود و از استفاده بیش‌ازاندازه آن­ها جلوگیری شود.

همچنین تقویت فونداسیون در زمان اجرای دیوار برشی جدید، بسیار مهم است. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مطالعه‌ی مقاله آرماتورگذاری فنداسیون  بسیار مفید است.

در تصویر زیر نمونه‌ای از مقاوم‌سازی سازه با دیوار برشی را مشاهده می‌کنید.

شکل 5 مقاوم سازی سازه به کمک دیواربرشی

3. جانمایی دیوار برشی در پلان سازه بیان نکات کاملاً کاربردی در طراحی

در بحث جانمایی دیوار برشی در ساختمان همانند بحث “ستون گذاری” از دو جنبه حائز اهمیت است. یکی بحث معماری ساختمان است که نباید به دلیل وجود دیوارهای برشی تحت‌الشعاع قرار گیرد و دیگری بحث مهم سازه‌ای است. در بحث جانمایی دیوارهای برشی در ساختمان مباحث سازه‌ای بایست با دقت بسیاری موردتوجه قرار گیرند. بازوی دیوار برشی، بحث پارگی دیافراگم، تأثیرات جانمایی دیوار برشی بر وضعیت فونداسیون و اثرات پیچشی محتمل ازاین‌دست موارد می‌باشند.

1.3. اثرات پیچشی

اگر چنانچه به هر دلیلی سازه دچار نامنظمی‌هایی چون نامنظمی پیچشی شود؛ آیین­ نامه طراح را ملزم به تأمین ضوابط سخت گیرانه تری خواهد نمود. لذا طراح سازه بایست تا حد امکان سعی در حفظ منظمی سازه داشته باشد.

دیوارهای برشی به دلیل سختی بسیار بالای خود، اگر جاگیری مناسبی نداشته باشند، سازه را دچار نامنظمی پیچشی خواهند نمود. به همین دلیل توصیه می‌شود تا حد امکان جانمایی دیوارهای برشی به صورت متقارن باشد. در یک جمله کامل‌تر می‌توان گفت که تا حد امکان بین مرکز جرم و مرکز سختی فاصله نیفتد.

شکل 6 محل مرکز جرم و مرکز سختی در پلان

در تصویر زیر نمونه‌ای از جانمایی نامناسب دیوار برشی که سازه را دچار پیچش نموده است مشاهده می‌شود.

شکل 7 پیچش در سازه

بیایید تأثیر نامنظمی پیچشی را بر عملکرد سازه بصورت مرحله‌ای با دقت بیشتری بررسی نماییم:

• به علت نامنظمی، سازه در یک جهت سختی بیشتری دارد.
• با رخداد زلزله، در یک سمت از سازه، تمرکز نیرو بیشتر خواهد شد.
• در اثر تمرکز نیرو در یک سمت، شاهد ترک خوردگی بیشتر و نتیجتاً کاهش سختی در آن قسمت خواهیم بود.
• با کاهش سختی، مجدداً مرکز سختی از مرکز جرم دورتر خواهد شد. و درواقع برای زلزله‌های بعدی و پس لرزه‌ها وضعیت به مراتب خطرناک‌تر از قبل هم می‌شود.

✅ لازم به ذکر است که در زلزله اهر-ورزقان تجربه پس لرزه‌هایی با قدرت زلزله اصلی را داشته‌ایم. این مسئله خطر بالای نامنظمی پیچشی را گوشزد می‌کند.

2.3. بازوی دیواربرشی

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، برای جلوگیری از نامنظمی پیچشی دیوارها را به صورت متقارن در پلان قرار داده‌ایم. اما ضعفی که در طرح تصویر زیر وجود دارد این است که دیوارها فاصله کمی از هم داشته (بازوی مقاوم کم) باعث می‌شود که دیوارها لنگر مقاوم کمتری را داشته باشند.

شکل 7 فاصله کم بین دیوارهای برشی

برای حل این مشکل فاصله دیوارها را افزایش می‌دهیم تا طول بازوی مقاوم آنها افزایش پیدا کند. تصویر زیر این مورد را به خوبی نشان می‌دهد.

شکل 8 فاصله مناسب بین دیوارهای برشی

فاصله مناسب بین دیوارهای برشی (بازوی دیوار) موجب عملکرد بهتر سیستم باربر جانبی خواهد شد و اگر این فاصله کم باشد از مقاومت و عملکرد مناسب آن­ها کاسته خواهد شد. از طرفی اگر فاصله میان دو دیوار برشی خیلی زیاد هم باشد از اثر بخشی آن کم می‌کند. بنابراین برای رسیدن به طرحی بهینه باید از یک فاصله مناسب بین دیوارهای برشی استفاده نماییم. بر اساس مدل‌های عددی به نظر می‌رسد فاصله بیشتر از 25 متر بین دیوارهای برشی مناسب نبوده و اثر بخشی آن را کم می‌کند.

3.3. اثرجانمایی دیواربرشی بر فونداسیون

یکی از مشکلات وجود دیوار برشی در ساختمان بحث کنترل تنش­ در پی می‌باشد. در واقع با حضور دیوار برشی، ابعاد فونداسیون نسبت به حالت قاب خمشی بیشتر می­شود. در این شرایط اگر طراح به بحث جانمایی صحیح دیوار برشی توجه نداشته باشد، این مشکل دو چندان خواهد شد. به عنوان یک توصیه بسیار جدی برای کنترل UPLIFT در فونداسیون بهتر است دیوارهای برشی در دهانه­‌های انتهایی ساختمان قرار نگیرند.

4.3. توجه به مسئله دیافراگم در زمان جانمایی دیواربرشی

نیروهای لرزه‌ای که در تمام ساختمان ایجاد می‌شوند از طریق اتصالات سازه با دیافراگم افقی به اجزای قائم باربر لرزه‌ای نظیر دیوار برشی منتقل می‌شوند. اگر در مسیر انتقال بار جانبی ناپیوستگی وجود داشته باشد، ساختمان حتی با وجود مقاومت برخی از اجزای خود قادر به تحمل نیروهای شدید لرزه‌ای نخواهد بود. بنابراین بهتر است تاحد امکان دیوارهای برشی متصل به دیافراگم کف اجرا شوند. بنابراین می‌توان گفت بهتر است از فضای اطراف راه پله برای جانمایی دیوار برشی در پلان استفاده نکنیم!

شکل 9 استفاده از راه پله برای جانمایی دیواربرشی

آیا قرارگیری دیوارهای برشی در دهانه­ های متوالی صحیح است؟

برای پاسخ به سؤال لازم است دو مورد را بررسی کنیم.

اول اینکه قرارگیری دیوار برشی در دهانه‌های متوالی موجب افزایش طول دیوار خواهد شد و درنتیجه­، این افزایش طول باعث می­ شود که رفتار دیوار از یک دیوار لاغر به سمت یک دیوار چاق برود. درواقع دیوار به‌جای اینکه رفتار شکل‌پذیر خمشی داشته باشد، رفتار برشی خواهد داشت و شکست مقطع یک شکست برشی و غیر شکل‌پذیر خواهد بود. مطابق با مبحث نهم (ویرایش پنجم) دیوارها بر اساس نسبت ارتفاع به طول، به دودسته چاق و لاغر تقسیم ­بندی می ­شود و ضوابط طراحی مربوط به آن‌ها نیز دربند 9-20-7-9 این مبحث بیان‌شده که در بخش 5-4 این مقاله به آن پرداخته‌شده است.

دومین مورد آن است که جهت کاهش نیروهای بالارانش (Uplift) نیاز است که طول دیوارها افزایش داده شود. درواقع با قرار دادن دیوار برشی در دهانه­ های متوالی در یک راستا، لنگر مقاوم ناشی از وزن دیوار افزایش می­یابد و بازوی لنگر مقاوم نیز بیشتر خواهد شد. با در نظر گرفتن این موضوع می­توان قرارگیری دیوارها در دهانه­ های متوالی را مناسب دانست و نیز سختی خمشی را افزایش داد.

با بیان این دو موضوع، انتخاب اینکه دیوارها در دهانه‌های متوالی قرار بگیرند یا خیر؛ بستگی به نظر مهندس طراح دارد و در کنار آن باید ضوابط مربوط به نامعینی را نیز کنترل کند.

اصلی‌ترین نکات جانمایی دیوار برشی از نقطه نظر سازه‌ای بیان گردید، سایر موارد قابل ذکر عبارتند از:

• اگر نیاز به چند دیوار در یک جهت داریم بهتر است دیوار برشی در دهانه‌های متوالی قرار گیرد.
• قرار گیری دیوارهای برشی در دهانه‌های بلند نسبت به دهانه‌های کوچک ارجح است.
• بهتر است دیوارهای برشی در بین ستون‌ها قرار گیرد.

در بخش ­های قبل بر روی مباحث سازه‌ای تمرکز داشتیم. در ادامه به بررسی جانمایی دیوار برشی از جنبه معماری خواهیم پرداخت.

5.3. مباحث معماری

تلاش معماران بر این است تا فضاهایی را ایجاد کنند که مطلوب کاربری ساختمان می‌باشد، همین طور تلاش مهندسین سازه، حفظ ایمنی ساختمان در هنگام رخداد زلزله می‌باشد. بنابراین بایست تعامل مناسبی میان این دو هدف برقرار کرد.

همانطور که پیش‌تر هم اشاره شد، امروزه با شناخت رفتار لرز­ه‌­ای و امکان اجرای دیوارهای برشی کوپله، دیگر معماران چندان در تأمین فضاهای معماری خود دچار مشکل نخواهند بود. همان­طور که در شکل مشاهده می­‌کنید در این دیوارها امکان تعبیه بازشو وجود دارد.

شکل 10 ایجاد بازشو در دیواربرشی

به عنوان نتیجه گیری، در بحث جانمایی دیوارهای برشی در ساختمان، مباحث سازه‌­ای بایست با دقت بسیاری مورد توجه قرار گیرند. به عنوان مثال، بازوی دیوار برشی، بحث پارگی دیافراگم، تاثیرات جانمایی دیوار برشی بر وضعیت فونداسیون و اثرات دیوار بر ایجاد پیچش در سازه از این دست موارد می­‌باشند.

4. انواع دیوار برشی

یکی از مهم‌ترین مسائل در سازه‌های بلند، انتخاب فرم سازه‌ای مناسب برای تحمل بارهای جانبی است. همانطور که گفته شد، دیوار برشی یک سیستم مقاوم در برابر نیروی زلزله است که به دلیل رفتار مناسب نظیر قابلیت جذب انرژی زیاد، افزایش ضریب اطمینان سازه در مقابل فروریزی و… کاربرد گسترده‌ای دارد. دیوار برشی بتن مسطح، علاوه بر اینکه با ایجاد سختی قابل‌توجه از جابجایی جانبی سازه می‌کاهد، با جذب برش بسیار زیاد باعث می‌شود حتی پس از ترک‌خوردگی، باربری ثقلی را نیز انجام دهد.

دیوار برشی بتنی ازلحاظ شکل ظاهری انواع مختلفی دارد که از جمله‌ی آنها می‌توان به دیوار مستطیلی، L شکل، T شکل، I شکل و… اشاره نمود. تأثیر غیرقابل‌انکار بال دیوار برشی در کنترل تغییر مکان و حضور هم‌زمان درکشش و فشار، باعث مفید بودن دیوار برشی بالدار می‌شود.

1.4. انواع دیوار برشی ازنظر شکل ظاهری

به‌طورکلی دیوار برشی از لحاظ شکل مقطع در پلان به سه نوع صفحه‌ای، بالدار و هسته مقاوم بسته یا نیمه بسته ناودانی دسته‌بندی می‌شوند. از این شکل‌ها می‌توان به مقاطع مستطیلی، L شکل، I شکل، ناودانی، T شکل و… اشاره کرد.

مقاطع بالدار به دلیل مشارکت بال آن‌ها در جذب نیروهای جانبی و همچنین درگیر بودن بال با تیرهای بالا یا پایین عملکرد بهتری دارند. همچنین در سازه‌های بلند اگر از مقطع مستطیلی استفاده شود علاوه بر اینکه سختی سازه زیاد خواهد شد، ازلحاظ اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نمی‌باشد. لذا مقاطع دیوار برشی مستطیلی را به شکل L، T و I شکل درمی‌آورند.

شکل 11 جانمایی دیوارهای برشی U و L شکل در پلان

شکل 12 آرماتورهای دیوار برشی L شکل

2.4. مزایا و معایب استفاده از دیوار برشی با مقاطع خاص و نامتقارن

• کاهش تغییر ­مکان سازه
• کمتر شدن جذب نیروی ناشی از زلزله و درنتیجه کاهش برش پایه سازه
• کاهش میزان مصالح مصرفی و مقرون‌به‌صرفه بودن
• مهار بهتر تیرهای متقاطع به دلیل وجود بال
• افزایش شکل‌پذیری سازه
• افزایش پایداری در برابر کمانش جانبی

علیرغم اینکه به طور کلی این دیوارها عیب خاصی از لحاظ عملکرد سازه‌ای ندارد اما استفاده از دیوارهای برشی با مقاطع خاص در بسیاری از اوقات مقدور نمی‌باشد که عمده دلایل آن از لحاظ مباحث اجرایی، پیچیدگی قالب‌بندی و زمان اجرای بیشتر آن به نسبت دیوار برشی مستطیلی است که سبب می‌شوند اجرای این دیوارها نیازمند صرف زمان، هزینه و دقت بیشتری باشد.

5. طراحی دیوار برشی

1.5. شکل پذیری دیوار برشی

مطابق با جدید­ترین ویرایش مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، استفاده از دیوار برشی متوسط حذف‌شده است و می­ توان گفت بحث طراحی دیوار برشی فقط شامل طراحی دیوار برشی ویژه می‌شود.

بنابراین مطابق با سیستم ­های سازه ارائه‌شده در جدول 3-4 استاندارد 2800 (ویرایش چهارم)، مجاز به استفاده از سیستم­ های با دیوار برشی بتن­ آرمه متوسط نیستیم. ضوابط طراحی دیوار برشی­ بتن­ آرمه ویژه مطابق با بند 9-20-7 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان 1399 بیان‌شده است.

2.5. ابعاد دیوار برشی بتن ­آرمه ویژه

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، رعایت بند 9-20-7-2 در تمام دیوارها و دیوار پایه ها با شکل‌پذیری زیاد الزامی است. همچنین در قطعات قائم دیوار، ضوابط طراحی بر اساس دو نسبت h_w/l_w و l_w/b_w و مطابق (الف) تا (پ) بند 9-20-7-1 این مبحث تعیین‌شده می شوند:

1.2.5. حداقل ضخامت دیوار برشی

مطابق با مبحث نهم (ویرایش پنجم)، حداقل ضخامت دیوار برشی، 150 میلی­متر ذکرشده است.مطابق با توصیه طراحان بهتر است ازلحاظ اجرایی ضخامت دیوار برشی کمتر از 200 میلی­متر در نظر گرفته نشود.

همچنین درصورتی‌که المان مرزی در دیوار برشی الزامی باشد، مطابق با شکل‌های زیر، ضخامت لازم دیوار افزایش می­ یابد.

دربند فوق:

h_u: ارتفاع مهار نشده ی جانبی دیوار
h_wcs: ارتفاع کل دیوار در بالای مقطع بحرانی برای خمش و بارهای محوری
Ɩ_w: طول کل دیوار یا طول قطعه ی دیواری
c: فاصله ی دورترین تار فشاری تا محور خنثی

شکل 13 حداقل ضخامت دیوار برشی

3.5. ضوابط آرماتور گذاری دیوار برشی

نرم‌افزار ETABS قادر به اعمال ضوابط آرماتور گذاری دیوار­ها نیستند و لازم است پیش از شروع طراحی، مهندسین طراح آن­ها را به‌صورت دستی در نرم‌افزار اعمال کند.

1.3.5. حداقل آرماتور افقی دیوار برشی

مطابق با بند فوق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان 1399، مقدار درصد آرماتور افقی نباید از 0.25 درصد کمتر شود. همچنین این محدودیت توسط نرم‌افزار ETABS کنترل می شود و درصورتی‌که آرماتور از مقدار حداقل کمتر باشد، مقدار حداقل نمایش داده می شود.

0.0025 ≤ ρ افقی

2.3.5. حداکثر آرماتور افقی دیوار برشی

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان 1399، حداکثر برش مجاز برای دیوارهای سازه ای به شرح زیر 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، با خرد شدن جان همراه است که میتواند منجر به از دست رفتن مقاومت محوری دیوار شود.

شکل 14 شکست برشی دیوار

این محدودیت توسط نرم‌افزار ETABS 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 که در بخش طراحی دیوار برشی به روش Uniform Reinforcing این مقاله به آن پرداخته‌شده است.
همچنین در نرم‌افزار ETABS مقاومت حداکثر دیوار را بر اساس رابطه 0.66A_cv √f´_c محاسبه میکند.

3.3.5. حداکثر فواصل آرماتور قائم و افقی دیوار برشی

مطابق با بند زیر مبحث نهم مقررات ملی ساختمان 1399، فاصله میلگردها نباید از مقدار 35 سانتی متر تجاوز کند.

4.3.5. حداقل آرماتور قائم دیوار برشی

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 0.0025 خواهد 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 نسبتH_w/L_w>2.5 باضخامت h=250mm آیا می توان از میلگرد قائم φ10@250mm (در دو شبکه) استفاده کرد؟

ρ_قائم=ρl=(2π×R_Rebar²)/(S×h)=(2π×6²)/(250×250)=0.0036≥0.0025 →OK

5.3.5. حداکثر آرماتور قائم دیوار برشی

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 پنجم سال 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).

6.3.5. حداقل آرماتور قائم در المان مرزی

مطابق با بند 9-20-7-3-5 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، حداقل درصد آرماتور قائم در دو انتهای دیوار به شرح زیر است:

شکل 15 ضوابط آرماتور قائم المان مرزی دیوار برشی

مقدار حداقل آرماتور قائم المان مرزی، با در نظر گرفتن 400 مگا پاسکال برای تنش تسلیم میلگرد فولادی و بتن با مقاومت مشخصه 25 مگا پاسکال، برابر 0.64 درصد به‌دست‌آمده است.

مقدار حداقل فوق فقط برای یک یا چندطبقه تحتانی (در ارتفاع مشخص‌شده شکل) لازم است. توصیه می‌شود نه‌تنها در ارتفاع مشخص‌شده بلکه در کل ارتفاع دیوار این حداقل رعایت شود.

شکل‌های زیر نقاطی از دیوار را که حداقل آرماتور قائم المان مرزی باید رعایت شود را نشان می‌دهد.

شکل 16 حداقل آرماتور المان مرزی در نقاط موردنیاز دیوار

7.3.5. محل قطع عملی آرماتور قائم دیوار

مطابق با بند زیر از مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش پنجم)، آرماتورهای قائم دیوار برشی در ارتفاع سازه، باید بیش از نقطه قطع تئوریک ادامه یابند:

8.3.5. محل وصله پوششی در نواحی مرزی

مطابق با بند زیر از مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش پنجم)، در مقاطعی که احتمال جاری شدن میلگرد طولی است، در نواحی مرزی دیوار نباید از وصله پوششی استفاده نمود. معمولاً در دیوارهای برشی متعارف، محل تشکیل مفصل پلاستیک دیوار در تراز پایه اتفاق می‌افتد.

بنابراین در تراز روی پی در محل اتصال دیوار برشی به پی، آرماتورهای خمشی نواحی مرزی دیوار باید بدون استفاده از وصله پوششی (به‌صورت پیوسته) اجرا شوند و وصله آن‌ها در طبقه فوقانی انجام شود. درصورتی‌که وجود دیوار حائل، مقطع بحرانی در محل اتصال دیوار برشی به دیوار حائل خواهد بود.

شکل 17 مقاطع بحرانی که مجاز به اجرا وصله پوششی نیستند

شکل 18 ناحیه بدون نیاز به وصله پوششی مطابق ACI318-19

9.3.5. وصله آرماتورهای افقی دیوار برشی

مطابق با بند زیر از مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش پنجم)، آرماتورهای افقی دیوار برشی باید به‌صورت ممتد (continuous) اجرا شوند.

با توجه به اهمیت پیوستگی میلگردهای افقی، توصیه می‌شود از وصله پوششی در میلگردهای افقی دیوار برشی ویژه استفاده نشود.

10.3.5. آرماتور عرضی (سنجاق) در جان دیوار

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش پنجم) و آیین نامه ACI-318-2019 درصورتی‌که دو شرط زیر برقرار باشد، قرار دادن سنجاق در جان دیوار الزامی است:

درصد میلگرد قائم دیوار برشی از یک‌درصدی بیشتر باشد

آرماتور قائم به‌عنوان آرماتور فشاری نیاز باشد.

شکل 19 آرماتور عرضی (سنجاق) در دیوار برشی

مطابق با شکل زیر مشاهده می‌شود که عدم وجود تنگ کافی موجب کمانش میلگردهای طولی شده است.

شکل 20 کمانش آرماتورهای طولی دیوار برشی

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش پنجم)، میلگردهای قائم جان دیوار در طول مفصل پلاستیک باید توسط سنجاق و یا تنگ بسته مهار شوند. دو انتهای سنجاق باید به قلاب لرزه‌ای باخم 135 درجه ختم شود. همچنین فواصل سنجاق ها در امتداد قائم در طول مفصل پلاستیک نباید از 300 میلی‌متر بیشتر باشد و قطر آن‌ها مطابق بند 9-21-6-2-2 مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش پنجم)، حداقل برابر 10 میلی‌متر در نظر گرفته شود.

شکل 21 شرایط نیاز به آرماتور عرضی در جان دیوار

نکته: مقاطع بحرانی فقط شامل محل اتصال دیوار به پی نیست. مطابق با شکل زیر میلگردهای قائم جان لازم است مهار شوند.

مهار تمامی میلگردهای جان در ناحیه مفصل پلاستیک تنها زمانی موردنیاز است که در این مقطع نیاز به المان مرزی باشد.

شکل 22 مقطع های بحرانی نیاز به مهار آرماتور قائم جان

4.5. طراحی دیوارهای سازه ای در برش

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، مقاومت برشی بتن در دیوار برشی ویژه بر اساس لاغری دیوار تعیین می‌شود. ضریب 𝞪c در رابطه ی (9-20-19) بند 9-20-7-9-2 مبحث نهم (ویرایش پنجم) وابسته به لاغری است.

دیوارها بر اساس نسبت طول به ارتفاع به دودسته لاغر و چاق طبقه‌بندی می شوند:

h_w/l_w ≥2 → (slender wall) دیوار لاغر
h_w/l_w <2 → (squat wall) دیوارچاق-دیوار کوتاه

در روابط فوق h_w ارتفاع کل دیوار در سازه است و نباید آن را با ارتفاع طبقه اشتباه گرفت.

در دیوارهای لاغر، مقاومت برشی دیوار با ضریبα_c=0.17 و در دیوارهای کوتاه با ضریب α_c=0.25 تعیین می شوند.

در ادامه با طرح یک مثال، بهینه‌ترین طرح برای آرماتورهای افقی و قائم دیوار برشی را به‌صورت دستی محاسبه خواهیم کرد.

مثال: دیوار برشی بتن‌آرمه ویژه زیر تحت بار جانبی V_u=1600KN قرارگرفته است. بهینه‌ترین طرح برای آرماتورهای افقی و قائم این دیوار را به دست آورید.(بتن C25 و فولاد S400)

جهت طراحی آرماتورهای برشی (افقی) دیوار مطابق با بند 9-20-7-9-2 مبحث نهم (ویرایش پنجم)، از فرمول مقاومت برشی بتن استفاده خواهیم نمود.

h_w/l_w =5/3=1.67→α_c=با درون یابی خطی بین اعداد فوق

درون یابی خطی:

(2-1.5)/(0.17-0.25)=(2-1.67)/(0.17-α_c )→α_c=0.22

با ساده کردن رابطه ی (9-20-19)، نسبت مساحت آرماتور عرضی افقی به سطح مقطع ناخالص بتن (ρt) از رابطه زیر به دست می‌آید:

در رابطه فوق:

λ: ضریب تصحیح جهت انعکاس مشخصات مکانیکی کاهش‌یافته‌ی بتن سبک نسبت به بتن معمولی، در مقاومت فشاری یکسان که مطابق با جدول 9-3-1 برای بتن معمولی برابر با 1 است.

Vu: نیروی برشی ضریب دار در مقطع
tw: ضخامت دیوار
Lw: طول دیوار
Fy: مقاومت تسلیم مشخصه ی آرماتورها
f’c: مقاومت مشخصه 28 روزه بتن

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، مقدار درصد آرماتور افقی نباید از 0.25 درصد کمتر شود. همچنین حداکثر فاصله مرکز تا مرکز میلگردهای دیوار برشی ویژه نباید از 350 میلی‌متر بیشتر اختیار شود.

مطابق با مثال فوق جهت تعیین آرماتورهای افقی به‌صورت زیر عمل خواهیم کرد:

ρ_t=0.0031>0.0025→ok

use 2Φ14@350mm→ρ_t=A_v/(S_h×t_w)=(2×(π×1.4²)/4))/(350×300)=0.0029<0.0031→not ok
use 2Φ14@300mm→ρ_t=A_v/(S_h×t_w)=(2×(π×1.4²)/4))/(300×300)=0.0034>0.0031→ok

در ادامه کار؛ برای طراحی آرماتورهای قائم دیوار مطابق با ضوابط زیر از مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش پنجم) استفاده خواهیم نمود:

طبق تعریف آیین‌نامه مبحث نهم، مقدار ρƖ (نسبت مساحت آرماتورهای قائم به سطح مقطع ناخالص بتن عمود بر آن‌ها در دیوار)، لازم نیست

بیشتر از آرماتورهای افقی (ρt) شود. پس می‌توان طرح آرماتورهای قائم را همانند آرماتورهای افقی در نظر گرفت. به‌صورت کلی می‌توان گفت در طراحی آرماتورهای قائم می‌توان حداقل‌های آیین‌نامه‌ای را رعایت نمود.

نتیجه آرماتور گذاری:

آرماتورهای افقی: Φ14@300 mm
آرماتورهای قائم: Φ14@300 mm

6. طراحی دیوار برشی در ایتبس

1.6. ترسیم دیوار برشی در نرم افزار ETABS

پس از مدل­سازی سازه با ترسیم تیر و ستون و اختصاص مقاطع آن­ها، نوبت به ترسیم دیوار برشی در دهانه ­های موردنظر طراح می­رسد.

شکل 23 ترسیم دیوار در نرم افزار ETABS

در تصویر بالا دو گزینه draw wall و quick draw wall را مشاهده می‌کنید؛ که گزینه اول این قابلیت را دارد که دیوار برشی را با طول دلخواه خود رسم کنیم؛ اما گزینه دوم دیوار برشی را به‌طور پیش‌فرض بین دو آکس رسم می‌کند که جهت ترسیم سریع دیوار برشی استفاده می‌شود.

توصیه می‌شود پس از اتمام ترسیم دیوار برشی یک طبقه، ترسیم­ های خود را انتخاب و از مسیر شکل زیر جهت کپی کردن دیوار­ها در سایر طبقات سازه اقدام کنید.

شکل 24 اختصاص ترسیم های انجام‌شده به طبقات دیگر

2.6. معرفی مشخصات دیوار در نرم افزار ETABS

جهت معرفی دیوار برشی در نرم افزار از مسیر زیر اقدام می کنیم:

شکل 25 تعریف دیوار برشی در نرم افزار ETABS

با انتخاب گزینه wall section با انتخاب چند نوع دیوار مواجه می‌شویم که به‌اختصار هر یک را شرح می‌دهیم:

تفاوت shell-thin و Shell thick چیست؟

تفاوت این دو نوع دیوار در این است که Shell-thin از تغییر شکل‌های برشی در تحلیل سازه صرف‌نظر می‌کند که این رفتار مخصوص المان‌های کم ضخامت است. در رفتار Shell- thick در تحلیل سازه المان، تغییر شکل‌های برشی لحاظ می‌شود که این رفتار مخصوص المان‌های ضخیم است. در مدل‌سازی دیوار برشی و دیوار حائل معمولاً از المان Shell-Thin استفاده میشود. در دیوارهای برشی داری بازشو، استفاده از المان Shell برای تیرهای همبند الزامی است.

همچنین در مواقعی که نسبت طول به عمق مؤثر این تیرها کمتر از 4 باشد (L/d<4) تغییر شکلهای برشی به نسبت تغییر شکل های خمشی قابل‌توجه خواهد بود. بنابراین بهتر است از المان صفحات ضخیم استفاده شود که در نرم‌افزار ETABS از المان Shell-Thick برای این المان استفاده می شود.

توضیحات تکمیلی در مورد نوع دیوار membrane در قسمت مش بندی و همچنین بررسی آن ازنظر سختی خارج از صفحه در قسمت ضرایب ترک‌خوردگی همین مقاله ذکرشده است.

3.6. اختصاص مقطع تعریف‌شده به دیوارهای ترسیم‌شده

در ابتدا از منوی select دیوارها را انتخاب می‌کنیم سپس با توجه به شکل زیر مقطع هر یک را اختصاص می‌دهیم:

شکل 26 اختصاص مقطع تعریف‌شده به دیوارها

4.6. مش بندی دیوار برشی

1.4.6. مفهوم مش بندی در ساختمان چیست؟

همان‌طور که در مقاله تفاوت بین دوالمان shell و membrane گفته شد، در دال‌ها و دیوارهای برشی، به لحاظ نحوه انتقال بار با دو حالت membrane و shell مواجه هستیم. در تعریف نرم‌افزاری membrane، انتقال بار از روی تمام طول لبه‌های المان صورت می‌گیرد. این در حالی است که انتقال بارها در shell صرفاً از طریق گره‌ها صورت می‌گیرد؛ بنابراین مطابق شکل زیر اگر تعریف دال از نوع shell باشد، کل بار در چهار گره گوشه دال توزیع‌شده و عملاً تمام بار به ستون‌ها وارد می‌شود و تیرها سهمی از بار را احساس نخواهند کرد. ولی چنانچه تعریف دال از نوع membrane باشد به علت انتقال بار از روی تمام طول لبه چنین مشکلی نخواهیم داشت.

شکل 27 دال بدون مش بندی

مثال ساده ی فوق بیانگر وضعیتی است که اگر تعریف دال از نوع shell باشد، لازم است تا سطح دال به تعداد مشخصی المان کوچک تر تقسیم شود تا گوشه‌های هر یک از این المان‌ها، انتقال‌دهنده بار باشند. از این طریق تیر و ستون هر دو، از بار سهم خواهند داشت. به این عمل اصطلاحاً مش ‌بندی گفته می‌شود. برای درک بهتر به تصویر زیر توجه نمایید.

شکل 28 دال مش بندی شده

می‌توان برای افزایش دقت هرچه بیشتر، تعداد چهارضلعی‌ها را افزایش داد. ولی بایست توجه داشت که این عمل سرعت تحلیل را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. در ادامه بحث مفصلی در خصوص ابعاد مش بندی ارائه خواهد شد.

با استدلالی مشابه برای دیوارهای برشی بتن‌آرمه نیز تنها در حالتی که تعریف دیوار از نوع shell باشد نیاز به مش بندی خواهیم داشت. درواقع هرچه مش ها کوچک‌تر باشند، تحلیل دقیق‌تری به دست خواهد آمد. در دیوار مش بندی شده نتایج طراحی با دقت بیشتر و نزدیک به واقعیت به دست می آید.

2.4.6. نحوه مش بندی دیوار برشی در ETABS

در نسخه‌های پیشین نرم‌افزار ETABS، همچون نسخه 9.7.4، مش بندی بایست به‌صورت دستی انجام می‌گرفت. امروزه با ورود نسخه‌های جدیدتری چون 15 و 16، قابلیت مش بندی اتوماتیک به نرم‌افزار افزوده‌شده است. بااین‌حال مش بندی دستی در بسیاری از مواقع همچنان نیاز خواهد بود و طراح برای دیوارهای برشی و برخی دال‌های بتن‌آرمه خاص بایست از مش بندی دستی استفاده نماید. به همین منظور در این بخش نحوه مش بندی دستی دیوار برشی را به‌صورت گام بندی شده بیان خواهیم کرد:

مرحله اول- دیوار برشی را که به‌صورت Shell تعریف‌شده است را انتخاب می‌کنیم.

شکل 29 انتخاب دیوارها در نرم‌افزار ETABS

شکل 30 مش بندی سطوح در نرم افزار ETABS

مرحله دوم- در کادر مشخص‌شده از تصویر زیر، بسته به ابعادی که برای المان‌های کوچک مدنظر داریم عددگذاری خواهیم کرد. به‌طور مثال عددهای 5 و 4 در کادر زیر به معنای آن است که المان اصلی در راستای x به 5 قسمت و در راستای Y نیز به 4 قسمت تقسیم خواهد شد. عملاً این تقسیم بندی ها هرچه ریزتر انجام شود، نرم افزار میتواند تحلیل دقیق تر و طراحی بهتری انجام دهد؛ اما زمان محاسبات و تحلیل نرم افزار بیشتر میشود.

شکل 31 تعیین ابعاد مش

نحوه مش بندی دل ها نیز دقیقاً مشابه با آن چیزی است که برای دیوار برشی توضیح دادیم و به همین دلیل از تکرار روند آن پرهیز می‌نماییم.

آیا می‌توان ابعاد مشخصی برای مش بندی مناسب ارائه داد؟

در انتخاب ابعاد مش‌ها همواره 2 اصل دقت و سرعت تحلیل در نرم‌افزار از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. با توجه به این 2 اصل، نکات زیر می‌تواند دید مهندسی خوبی در تعیین ابعاد مش بندی به شما مهندسین عزیز منتقل کند.

تعداد تقسیم‌بندی را به نحوی در راستای طولی و عرضی انجام دهیم که ابعاد تقسیمات انجام‌شده حداکثر 0.5 متر شود. همچنین بین مهندسین طراح سازه یک قانون نانوشته‌ای عرف است که برای دیوار برشی بهتر است سایز مش بندی یک‌چهارم تا یک‌ششم طول دیوار برشی باشد.
در بخش‌هایی که تغییرات تنش‌ها در آن بزرگ است، بایست ابعاد به‌گونه‌ای انتخاب شوند که المان‌ها کوچک بوده و گره‌های آن بسیار نزدیک به هم باشند. دلیل این موضوع این است که تشخیص نواحی با تغییرات تنش زیاد پیش از تحلیل سازه دشوار است.

مش بندی دال و دیوار برشی در نرم افزار، به‌صورت دستی بهتر است یا اتوماتیک؟

علی‌رغم افزودن قابلیت مش بندی اتوماتیک در نسخه‌های به‌روزتر نرم‌افزار، هم چنان در دیوارهای برشی و نیز دیوارهای حائل مش بندی بایست به‌صورت دستی انجام گیرد. ولی در دال‌ها تا حد بسیار زیادی می‌توان بر مش بندی اتوماتیک نرم‌افزار اطمینان داشت. از طریق قابلیت مش بندی دستی، طراح، بسته به وضعیت مقاومت دال یا دیوار برشی و مباحث اجرایی، اقدام به مش بندی خواهد کرد. بدیهی است تشخیص این موارد از دامنه توانایی مش بندی اتوماتیک نرم‌افزار خارج است. علاوه بر این، عملیات دستی، همواره به‌خودی‌خود دید بهتری برای طراح ایجاد می‌کند که نباید از آن غافل شد.

5.6. اختصاص تکیه گاه گیردار به پای دیوار برشی

پس از مش بندی دیوارها نوبت به اختصاص تکیه‌گاه به دیوارهای برشی 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:

شکل 32 انتخاب نقاط پای مش به‌منظور اختصاص تکیه‌گاه گیردار

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:

شکل 33 اختصاص تکیه گاه گیردار به دیوار برشی

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.

شکل 34 نمایش تکیه گاه گیردار پای دیوار در نرم افزار ETABS

علت اختصاص تیکه گاه گیردار به‌پای دیوارهای برشی 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.

شکل 35 جزئیات آرماتور گذاری اتصالات گیردار دیوار برشی به فونداسیون

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 برشی 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.

شکل 36 وصله میلگرد انتظار فونداسیون با میلگرد قائم

شکل 37 میلگرد انتظار

6.6. برچسب‌گذاری دیوار برشی

دیوارهایی که در دو طرف یک بازشو قرار دارند، همانند شکل زیر باید بانام‌های مختلف برچسب‌گذاری شوند. همچنین در نقاطی که مقطع دیوار در ارتفاع تغییر می‌کند باید نام برچسب دیوار تغییر کند.(مانند تغییر P1 به P3 و یا تغییر P2 به P4 در شکل زیر). ستون های سرکله دیوار باید divide شوند و برچسب مناسب دیوار را داشته باشد. دیوارهای برشی که در آن‌ها بازشو وجود ندارد می‌توان در کل ارتفاع دیوار یک برچسب را به آن‌ها اختصاص داد.

شکل 38 برچسب‌گذاری دیوار برشی داری بازشو

به لحاظ برش (برش چشمه اتصال)، در مواردی ممکن است برش در P3 و P4 بیش از برش در P1 و P2 باشد. در این مورد توصیه می‌شود از شکل بالا استفاده شود تا برش ها قابل‌محاسبه باشند.

در شکل فوق، مساحت میلگرد طولی حاصل از طراحی در مقطع کاهش‌یافته دیوار (P1 و P2) بیش از مقطع فوقانی آنها (P3 و P4) خواهد بود؛ بنابراین با توجه به اینکه میلگردهای به‌دست‌آمده در مقطع P1 و P2 در کل ارتفاع طبقه ادامه خواهد یافت، نیازی به اعمال برچسب P3 و P4 نخواهد بود؛ به‌شرط آنکه میلگردهای P1 و P2 تا انتها ادامه یابد.

نکات مربوط به طراحی دیوار برشی کوپله را می‌توانید در مقاله تیر همبند در دیوار برشی کوپله مطالعه نمایید.

1.6.6. برچسب‌گذاری دیوار برشی در ایتبس

مطابق با شکل زیر دیوار برشی موردنظر در یک دهانه را انتخاب می‌کنیم. با توجه به اینکه دیوار مدل شده در این مقاله فاقد بازشو است، تنها یک نام را به دیوار انتخاب‌شده اختصاص می‌دهیم.

شکل 39 انتخاب مش های دیوار برشی

با استفاده از منوی Assing، برچسب موردنظر را به مش ها اختصاص می‌دهیم.

شکل 40 اختصاص برچسب به دیوار برشی

شکل 41 برچسب‌گذاری دیوار برشی

2.6.6. برچسب‌گذاری ستون های کنار دیوار برشی (ستون های سرکله)

همان‌طور که در ابتدای این بخش گفته شد، نیاز است تا ستون های کناری دیوار برشی نیز برچسب متناسب با دیوار را بگیرند؛ زیرا ستون های انتهای دیوار برشی ماهیت دیوار داشته و باید به‌عنوان المان مرزی انتهای دیوار طراحی شوند. با نام‌گذاری این ستون‌ها متناسب با دیوار، نرم افزار دیوار و ستون های مجاور آن را به‌صورت یک المان در نظر می گیرد.

با انتخاب ستون‌های موردنظر، ستون ها را متناسب بانام دیوار متصل به آن از مسیر زیر نام‌گذاری می کنیم:

شکل 42 نام‌گذاری ستون‌های انتهای دیوار برشی

شکل 43 نحوه نام‌گذاری ستون‌های انتهای دیوار برشی

7.6. تعیین ضریب ترک خوردگی دیوار برشی بتن آرمه

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

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، سه روش جهت منظور کردن ضرایب ترک‌خوردگی ارائه‌شده است:

1. بسته به ترک خوردگی اعضا، ضریب 0.35 یا 0.7 خواهند گرفت.
2. می توان برای تمام اعضا، هم زمان ضریب کاهش ممان اینرسی برابر 0.5 اعمال کرد.
3. نیاز به محاسبات دقیق عضو به عضو دارد.

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

روند کنترل آن به این صورت است که ابتدا ضریب 0.7 را به‌تمامی دیوارها اعمال خواهیم کرد. پس‌ازآن به کنترل ترکخوردگی دیوار میپردازیم و در طبقاتی که دیوار ترکخورده است ضریب 0.35 را اعمال میکنیم.

همچنین در صورت استفاده از روش دوم، نیازی به کنترل ترکخوردگی دیوار نخواهد بود و ضرایب سختی خمشی تمامی دیوارها برابر 0.5 وارد خواهد شد. در اعمال کاهش سختی خمشی دیوار و تیر همبند، ضرایب f11 و f22 مورداستفاده قرار میگیرند.

شما می‌توانید با مراجع به مقاله ضرایب ترک خوردگی در دیوار برشی، مطالب این قسمت را کامل تر مطالعه کنید.

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

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.

مطابق با توصیه TBI-2017، برخی طراحان نیز سختی خارج صفحه دیوار را مشابه دال ها برابر 0.25 در نظر می گیرند.

3.7.6. اعمال ضرایب ترک خوردگی دیوارها در ETABS

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

شکل 44 مسیر اعمال ضرایب ترک خوردگی دیوار در نرم‌افزار ETABS

4.7.6. اعمال ضرایب ترک‌خوردگی ستون های سرکله در ETABS

همان‌طور که گفته شد، ستون های کنار دیوار برشی جزعی از دیوار محسوب می‌شوند و سختی این ستون‌ها باید مشابه دیوار باشد. بدین ترتیب اگر دیوار ترک خورده محسوب شود، ستونهای کناری آن ضریب 0.35 و اگر ترک نخورده محسوب شوند، این ستون‌ها ضریب 0.7 می‌گیرند.
با توجه به این‌که کاهش ضریب f22 در المانهای دیوار، سختی محوری آنها نیز کاهش می یابد، در ستون‌های سرکله نیز باید سختی axial مطابق شکل زیر در نرم‌افزار ETABS کاهش یابد.

طبق جدول ACI (Table 6.6.3.1.1.(a)) و جدول 9-6-2-الف مبحث نهم ویرایش پنجم، سختی محوری ستونها نباید کاهش یابد و باید در نرم‌افزار ضریب آن‌یک منظور شود. با توجه بااینکه سختی محوری دیوار (f22) را کاهش داده‌ایم، برای اینکه توزیع بار ثقلی بین دیوار و ستونها صحیح انجام شود بهتر است که سختی محوری ستونها همراه با دیوارها کاهش یابد.

برای ستونهای سرکله، مانند دیوار برشی لازم است که سختی خارج از صفحه (m11, m22, m12) همان ضرایب 0.35 و 0.7 با این منطق که برای ستونهایی که دیوار کنار آن‌ها ترک‌خورده باشد 0.35 و ستونهایی که دیوار کنار آن‌ها ترک نخورده باشد 0.7 منظور شود.

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

شکل 45 مسیر اعمال ضرایب ترک خوردگی ستون‌های سرکله در نرم‌افزار ETABS

8.6. تنظیم پارامترهای طراحی در نرم افزار

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

همچنین در طراحی دیوار به روش Simplified C & T، ETABS از پارامترهای PT-Max و PC-Min استفاده میکند. 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 میدهد.

مطابق با آنچه در بخش ضوابط آرماتور گذاری دیوار برشی گفته شد، از مسیر زیر تنظیمات زیر را اعمال خواهیم کرد.

شکل 46 تنظیم پارامترهای طراحی در etabs

9.6. انتخاب ترکیب بارهای طراحی

جهت طراحی دیوار برشی در ایتبس، نیاز است که ترکیب بارهای موردنیاز طراحی دیوار را به نرم افزار معرفی کنیم. ترکیب بارهای طراحی دیوار برشی همان ترکیب بارهای طراحی سازه بتنی است که از طریق مسیر زیر به نرم افزار معرفی می‌کنیم. جهت آشنایی با ترکیبات بارگذاری می‌توانید به مقاله نحوه ساخت ترکیبات بارگذری  مراجعه کنید.

شکل 47 معرفی ترکیب بارهای طراحی دیوار برشی در ایتبس

10.6. روش های طراحی دیوار برشی در ایتبس

بعد از واردکردن تنظیمات فوق حال نوبت به طراحی دیوار می رسد. 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.

درروش uniform پس‌ازآنکه آرماتورهای قائم دیوار را مشخص کردیم، در طول دیوار به‌طور یکنواخت قرار می‌گیرند. این روش مناسب نهایی کردن ضخامت دیوار است و پس‌ازآن که مشخص شد ضخامت انتخاب‌شده برای دیوار کفایت می‌کند، می‌توان از روش General، این بار آرماتورهای دیوار برشی را نهایی کنیم. درروش General لزومی ندارد که آرماتور گذاری یکنواخت باشد و می‌توان در دو انتهای دیوار، آرماتور گذاری و ضخامت را متراکم کرد. مانند دیوار دمبلی.

در این مقاله جهت نهایی کردن ضخامت دیوار برشی از روش آرماتور گذاری یکنواخت (Uniform Reinforcing) بهره خواهیم برد و سپس با استفاده از روش General آرماتور گذاری دیوار را نهایی خواهیم کرد.

1.10.6. طراحی دیوار برشی از روش Uniform Reinforcing

در طراحی دیوار برشی از روش uniform مطابق با زیر عمل خواهیم کرد:

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

شکل 48 مسیر طراحی دیوار از روش uniform

شکل 49 واردکردن مشخصات مقطع دیوار

نکته: اگر روش محاسبه آرماتور از نوع checked باشد، نرم افزار آرماتور تعریف‌شده را کنترل می‌کند و اگر از مقدار حداقل کمتر باشد، مقدار حداقل مشخص‌شده توسط طراح را نمایش می‌دهد. درصورتی‌که انتخاب روش Designed، نرم افزار طراحی خود را انجام می‌دهد و به طراح می‌گوید که چه مقدار آرماتور برای دیوار موردنیاز است.

پس از طی کردن مراحل فوق، نوبت به شروع طراحی دیوار برشی از روش تعریف‌شده می‌رسد. پس از Run کردن نرم افزار مطابق شکل زیر دیوارها را طراحی می‌کنیم.

شکل 50 مسیر طراحی دیوار برشی در نرم‌افزار ایتبس

حال نیاز است بررسی شود که ضخامت دیوار برای تحمل برش وارده کافی است یا خیر؟ جهت بررسی این موضوع نیاز است که از مسیر زیر آرماتورهای برشی دیوار را مشاهده کنیم.

شکل 51 مشاهده آرماتورهای برشی دیوار برشی در نرم‌افزار ETABS

در طراحی دیوار به روش Uniform کنترلی که برای ما اهمیت دارد برش دیوار است. مطابق با نتایج به‌دست‌آمده در اغلب دیوارها یک مقدار در بیشتر دیوارها تکرار شده است. مطابق با دیوار برشی طراحی‌شده در این مقاله، آرماتورهای برشی در اغلب موارد مقدار 0.75 گزارش‌شده است و در بعضی موارد در طبقات پایین‌تر این عدد بیشتر نمایش داده می‌شود. این اعداد نمایانگر چیست؟

شکل 52 نمایش آرماتورهای برشی در نرم‌افزار ETABS

در طبقات بالاتر که برش وارده به سازه کمتر است، مقدار آرماتورهای برشی به‌مراتب کمتر از قسمت پایین سازه است. اما مطابق با مطالبی که در قسمت‌های قبل گفته شد، آیین نامه حداقل هایی برای آرماتورهای دیوار برشی در نظر گرفته است که با معرفی این حداقل‌ها به نرم‌افزار (مطابق با قسمت تنظیم پارامترهای طراحی در نرم‌افزار)، در فرایند طراحی؛ نرم افزار اجازه نمی‌دهد که آرماتورهای کمتر از حداقل آیین نامه گزارش داده شود. مطابق با فرض طراحی برای دیوار باضخامت 30 سانتیمتر مقدار حداقل آرماتور برشی به شرح زیر است:

ρ_hmin=0.0025=A_v/(S_h×t_w)→A_v/S_h =0.0025×300=0.75 mm²/mm

شکل 53 آرماتورهای افقی دیوار برشی

همچنین در مواقعی که برش وارده بر دیوار بیش از حداکثر مقدار مجاز آیین‌نامه (مبحث نهم مقررات ملی ویرایش پنجم) باشد، نرم‌افزار مقدار آرماتور برشی را نمایش نمی‌دهد و در عوض پیغام O/S صادر می‌کند. در چنین مواقعی با افزایش ضخامت دیوار می‌توان مقاومت برشی دیوار را افزایش داد. درواقع با استفاده از این روش طراحی ضخامت‌های دیوار برشی کنترل می‌شود و می‌توان ضخامت دیوارهای برشی را نهایی کرد. همان‌طور که در قسمت‌های قبل گفته شد در نرم‌افزار ETABS مقاومت حداکثر دیوار را بر اساس رابطه 0.66A_cv √(f´_c) محاسبه می کند.

شکل 54 نمایش پیغام O/S در نرم‌افزار ETABS

پس از کنترل ضخامت دیوار برشی لازم است مطابق با این روش طراحی آرماتورهای خمشی دیوار برشی نیز موردبررسی قرار گیرند. جهت نمایش آرماتورهای خمشی دیوار (آرماتورهای قائم)، از مسیر زیر اقدام خواهیم کرد.

شکل 55 نمایش آرماتورهای خمشی در نرم‌افزار ETABS

نسبت نمایش داده‌شده بر روی دیوار همواره نباید از یک بیشتر شود؛ در غیر این صورت دیوار دارای مشکل خمشی بوده و باید این مشکل برطرف شود. راه‌حل‌های زیر را می‌توان به‌عنوان راهکارهای برطرف کردن این مشکل بیان کرد:

1. افزایش ضخامت دیوار در دو انتها (به‌عنوان‌مثال دمبلی کردن دیوار)
2. متراکم کردن آرماتورهای طولی در دو انتها

آیا منظور از متراکم کردن آرماتورهای طولی در دو انتها همان المان مرزی است؟ کدام‌یک از راهکارهای فوق جهت برطرف کردن مشکل خمشی دیوار اولویت دارد؟

خیر؛ در المان مرزی آرماتورهای عرضی متراکم‌اند (مانند ستون)، یعنی در ناحیه بحرانی آرماتورهای عرضی متراکم‌تر قرار می‌گیرند و این موضوع ربطی به آرماتور طولی ندارد.

به‌عنوان یک دید مهندسی، بهتر است ابتدا این مشکل را با افزایش ضخامت برطرف کرد؛ زیرا بتن از فولاد ارزان‌تر است و در مواقعی که ضخامت دیوار را افزایش می‌دهید آرماتورهای موردنیاز دیوار سبک‌تر به دست می‌آیند. طراح می‌تواند جهت بهینه‌تر کردن سازه خود دیوارهای طبقات پایین را باضخامت بیشتر و دیوارهای طبقات بالا را باضخامت کمتر مدل‌سازی کنند.

2.10.6. طراحی دیوار برشی از روش General Reinforcing

در ابتدایی‌ترین کار نیاز است که مقاطع دیوار را مطابق با مسیر زیر تعریف کنیم:

شکل 56 تعریف مقطع دیوار به روش General

شکل 57 واردکردن اطلاعت مقطع

مطابق با شکل فوق در صورت استفاده از گزینه Add New Pier Section، کلیه هندسه دیوار و آرماتور گذاری آن بر عهده‌ی طراح گذاشته می‌شود درصورتی‌که با استفاده از گزینه Start from Existing wall Pier می‌توانید در دیوار مقطع بزنید و نرم‌افزار با استفاده از مدل‌سازی انجام‌شده در نرم‌افزار مشخصات دیوار را برداشت کرده و آن‌ها را در محیط Section Designer نمایش می‌دهد.

به دلیل راحتی کار از گزینه دوم استفاده می‌شود. طراح باید مطابق با برچسب‌گذاری و همچنین تغییر ضخامت دیوار در ارتفاع، مقاطع دیوار را مطابق با دستور فوق ساخته و جزئیات آرماتور گذاری هرکدام از مقاطع را مطابق با مطالب بعدی تکمیل کند.

به‌عنوان‌مثال به دیوار با برچسب Pier 1 در طبقات اول و دوم ضخامت 35 سانتی‌متر و طبقات سوم و چهارم ضخامت 30 سانتی‌متر اختصاص داده‌شده است که باید مطابق با مسیر گفته‌شده مقاطع جداگانه برای آن‌ها تعریف شود. این دیوارها درست است که در برچسب‌گذاری مشابه هم هستند اما در ضخامت متفاوت‌اند. می‌توان نام‌گذاری آن‌ها را مطابق با شکل زیر در نظر گرفت.

شکل 58 تعریف مقاطع مختلف مطابق با برچسب و ضخامت آن‌ها

1.2.10.6. آرماتور گذاری دو انتها دیوار برشی

در محیط Section Designer نرم‌افزار ETABS فقط می‌توان آرماتورهای طولی را طراحی کرد و آرماتورهای عرضی با توجه به نیاز محاسباتی طراحی برش و همچنین حداقل‌های آیین‌نامه‌ای توسط خود طراح تعیین می‌شود. در آرماتور گذاری دو انتها دیوار بهتر است از حداکثر آرماتور در این نواحی استفاده کرد و در مقابل آن در قسمت جان از حداقل آرماتور قائم استفاده کرد.

از مسیر زیر وارد فضای Section Designer دیوار مدنظر خواهیم شد:

شکل 59 مسیر رفتن به محیط Section Designer دیوار در نرم‌افزار ETABS

شکل 60 محیط Section Designer دیوار برشی در نرم‌افزار ETABS

همان‌طور که مشاهده می‌کنید خود نرم‌افزار برای دیوار برشی یک آرماتور گذاری مشخص کرده است. برای آنکه بتوان خود طراح آرماتور گذاری‌ها را انجام دهد کافی است بر روی دیوار در فضای Section Designer راست کلیک کند و در پنجره بازشده گزینه‌ی Reinforcing را روی حالت No قرار دهد.

شکل 61 حذف آرماتور گذاری‌های نرم‌افزار

برای آرماتور گذاری دو انتهای دیوار نیاز است که با استفاده از یک خط کمی وسط دو انتها را مشخص کنیم. با استفاده از دستور Reference Lined این خط را به‌صورت زیر می‌کشیم. لازم است قبل از این کار Snap های نوارابزار کناری را روشن بگذارید.

شکل 62 ترسیم خط کمکی

دستور Draw Rectangle Rebar را انتخاب و آن را به وسط قسمت انتهایی دیوار می‌گذاریم تا آرماتورهای انتهایی قرار گیرند.

شکل 63 آرماتور گذاری مستطیلی انتهای دیوار برشی

جهت ویرایش آرماتور گذاری، باید در نظر گرفت که حداکثر چه مقدار آرماتور قائم می‌توان برای قسمت‌های انتهایی استفاده کرد؟ مطابق با مطلب بند 5-3-5 این مقاله، چون آرماتورها در این ناحیه وصله خواهند شد؛ درصد آرماتورهای قائم نباید از 3 درصد بیشتر شود. در تلاش اول طراحی دیوار برشی می توان درصد آرماتورهای قائم دیوار را مطابق با زیر در نظر گرفت:

شکل 64 تعیین آرماتور مورداستفاده در دو انتهای دیوار

جهت اعمال این تغییرات بر روی دیوار برشی در قسمت انتهایی کلیک راست می‌کنیم و تغییرات را مشابه زیر اعمال خواهیم کرد.

شکل 65 اعمال تغییرات آرماتور گذاری دو انتهای دیوار

شکل 66 چیدمان نهایی آرماتورهای دو انتها

2.2.10.6. آرماتور گذاری قائم جان

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، حداقل درصد آرماتور قائم و افقی برابر 0.25 است. برای طراحی اولیه بهتر است که آرماتور حداقل را در نظر گرفت.

مطابق با آیین‌نامه فرض زیر را در نظرخواهیم گرفت:

شکل 67 تعیین حداقل آرماتور جان

برای اعمال این آرماتورها بر روی دیوار در محیط Section Designer، به‌صورت شکل زیر دستور Draw Rectangle Rebar را انتخاب کرده و وسط دیوار کلیک می‌کنیم.

شکل 68 ترسیم آرماتورهای قائم جان

جهت اعمال این تغییرات بر وسط دیوار برشی کلیک راست می‌کنیم و تغییرات را مشابه زیر اعمال خواهیم کرد.

شکل 69 اعمال تغییرات آرماتور گذاری جان دیوار برشی

شکل 70 شکل نهایی چیدمان آرماتورهای قائم دیوار برشی

تا اینجای کار، مقطع دیوار تعریف‌شده و تغییرات آرماتور گذاری آن‌ها نیز اعمال‌شده است. برای اختصاص دیوار طراحی‌شده به طبقات اول و دوم (مطابق با فرض ابتدای مطلب) دیوارهای این طبقات را انتخاب کرده و از مسیر زیر دیوار را به آن‌ها اختصاص می‌دهیم:

شکل 71 اختصاص مقطع طراحی‌شده به دیوارهای مدنظر

برای کنترل طراحی دیوار لازم است فرمان طراحی دیوارها را در نرم‌افزار اجرا کرد و از مسیر زیر نتایج طراحی برای خمش دیوار برشی را مشاهده کرد:

شکل 72 مسیر طراحی و کنترل دیوار برشی

شکل 73 نمایش نسبت D/C در نرم‌افزار ETABS

همان‌طور که مشاهده می‌کنید نسبت D/C در طبقات پایین از 1 بیشتر شده است و باید اعمالی برای کاهش این نسبت انجام شود.

راهکارهای برطرف کردن مشکل خمش دیوار برشی چیست؟

• افزایش آرماتورهای قائم جان دیوار

مطابق با فرض اولیه، آرماتورهای قائم جان دیوار بر اساس مقدار حداقل آیین‌نامه‌ای تعیین‌شده است و ازاین‌جهت طراح می‌تواند نسبت سطح مقطع آرماتور به‌کل مقطع را بیشتر از حداقل آیین‌نامه در نظر بگیرد (فاصله بین آرماتورهای قائم جان را کمتر کند یا شماره آرماتور را بیشتر کند)

• افزایش آرماتورهای قائم در دو انتهای دیوار

همان‌طور که گفته شد، آرماتورهای قائم بر اساس حداکثر درصد آرماتور قائم به‌عنوان یک توصیه مطابق با ویرایش قدیمی آیین‌نامه مبحث نهم تعیین‌شده است. مشابه این محدودیت در ویرایش جدید مبحث نهم (ویرایش پنجم) و همچنین ACI318-2019 وجود ندارد و می‌توانید آن را نادیده گرفت و آرماتورهای قائم در دو انتهای دیوار را افزایش داد.

• افزایش ستون‌های اطراف دیوار
• افزایش ضخامت دیوار به مقدار محدود

دو مورد 3 و 4 در صورتی انجام خواهد شد که دیگر چاره‌ای جز این کار نباشد و باید تمام فرایند طراحی از ابتدا انجام شود. منظور از مقدار محدود در افزایش ضخامت دیوار آن است که درصورتی‌که با افزایش دیوار مشکل خمش آن همچنان رفع نشد دست از افزایش چندین‌باره‌ی آن برداشت و راهکار دیگر مانند تقویت قاب‌های خمشی، استفاده از دیوار برشی در دهانه‌های بزرگ‌تر، استفاده از دیوارهای برشی بیشتر و … استفاده کرد.

3.2.10.6. آرماتور گذاری افقی دیوار برشی

در رابطه با بررسی آرماتورهای افقی دیوار برشی در قسمت طراحی به روش Uniform با مفهوم کلی آن آشنا شده‌اید. همان‌طور که در ابتدا گفته شد، در طراحی به روش General فقط می‌توان آرماتورهای طولی را ترسیم کرد و آرماتورهای برشی بر اساس حداقل‌های آیین‌نامه‌ای و نیاز برشی تعیین می‌شود. نرم‌افزار مطابق با تنظیمات و انتخابات اولیه طراح به‌صورت زیر آرماتورهای عرضی را گزارش می‌دهد:

شکل 74 گزارش آرماتورهای برشی دیوار در نرم‌افزار

شکل 75 نمایش آرماتورهای برشی (افقی) دیوار

مقادیر نمایش داده‌شده نسبت حداقل Av/Sh است که مطابق بند 9-20-7-3-1 مبحث نهم ویرایش پنجم (0.25 درصد) به‌صورت زیر به‌دست‌آمده‌اند:

wall300→ρ_hmin=0.0025=A_v/(S_h×t_w)→A_v/S_h =0.0025×t_w=0.0025×300=0.75 mm²/mm
wall350→ρ_hmin=0.0025=A_v/(S_h×t_w)→A_v/S_h =0.0025×t_h=0.0025×350=0.88 mm²/mm

شکل 76 آرماتورهای افقی دیوار برشی

برای دیوار 30 سانتیمتری (wall 300) با فرض آرماتور شماره 14 خواهیم داشت:

A_v=2×((π×7²)/4)=2×1.5=3 cm²

مطابق با بند 9-20-7-3-2

→S=A_v⁄0.0750=3/0.0750=40 cm≰35 cm

→use∶Φ14@350 mm

4.2.10.6. آرماتور المان‌های مرزی دیوار برشی

در دیوارهایی که نیاز به المان مرزی باشد، در دو انتهای دیوار حجم بالایی از تنگ (آرماتور عرضی) لازم خواهد بود. اجرای تنگ بسته با فواصل مناسب و مهار میلگردهای طولی المان مرزی ضروری است.

در شکل زیر مشاهده می‌کنید که میلگردهای طولی المان مرزی کمانش کرده‌اند. به همین دلیل است که باید در المان مرزی آرماتورهای طولی را با خاموت محصور کرد.

شکل 77 کمانش آرماتورهای طولی المان مرزی

مطابق با مسیر زیر می‌توان بعد المان مرزی گزارش‌شده توسط نرم‌افزار ETABS را مشاهده کرد:

شکل 78 مسیر نمایش بعد موردنیاز المان مرزی

شکل 79 نمایش بعد موردنیاز المان مرزی

همان‌طور که در شکل مشاهده می‌کنید، باید از دو طرف دیوار در طبقه پایین حداقل 660 میلی‌متر آرماتورهای طولی را توسط خاموت محصور کنیم.

شکل 80 اجزای المان مرزی در دو انتهای دیوار برشی

ضوابط اجرای تنگ‌ها در المان مرزی دیوار برشی مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم) به شرح زیر است:

شکل 81 خلاصه ضوابط آیین‌نامه‌ای اجرای المان مرزی

بر اساس بندهای ذکرشده از آیین‌نامه مبحث نهم (ویرایش پنجم)، فاصله خاموت های المان مرزی به‌صورت زیر تعیین می‌شوند:

شکل 82 ابعاد مقطع المان مرزی

h_x=224mm≤min⁡(350mm ,2/3 550mm)→ok
S_Max=min⁡(b/4,6d_b,100+(350-h_x)/3,150mm)=min⁡(137.5 ,132 ,142 ,150)=132mm

5.2.10.6. مهار آرماتور قائم جان (سنجاق)

مطابق با مطالب بخش 5-3-10 این مقاله، موارد استفاده از سنجاق در جان، مطابق با ضوابط آیین‌نامه مبحث نهم (ویرایش پنجم) و ACI318-19 بیان‌شده است. ازآن‌جهت که دیوار موردبررسی ما در طبقه اول وجود دارد، میلگردهای قائم جان دیوار در طول مفصل پلاستیک باید توسط سنجاق و یا تنگ بسته مهار شوند.

مطابق با متن آیین‌نامه (شکل فوق) فواصل سنجاق‌ها در امتداد قائم در طول مفصل پلاستیک نباید از 300 میلی‌متر بیشتر باشد. همچنین دو انتهای سنجاق باید به قلاب لرزه‌ای باخم 135 درجه ختم شود.

مقادیر Mu و Vu را می‌توان پس از طراحی دیوار برشی در ایتبس، با کلیک راست‌روی دیوار (دیوار قرارگرفته در محل مفصل پلاستیک) به دست آورد.

شکل 83 خروجی طراحی دیوار برشی در ایتبس

مطابق با خروجی نرم‌افزار ETABS طول مفصل پلاستیک از رابطه زیر به دست می‌آید:

طول مفصل پلاستیک =Max(L_w ,m_u⁄(4V_u))=(4.5m ,2.03m)=4.5 m
Lw: طول دیوار برشی

شکل 84 مهار آرماتور قائم جان دیوار به‌وسیله سنجاق

به‌صورت کلی، نتیجه آرماتور گذاری دیوار برشی دوطبقه اول با بهینه‌سازی و بررسی تمام ضوابط آرماتور گذاری قائم (طولی)، افقی (عرضی) و المان مرزی به‌صورت شکل زیر، طرح نهایی به‌دست‌آمده است:

شکل 85 آرماتور گذاری نهایی دیوار برشی

11.6. مقایسه عملکرد و هزینه سازه با دیوار برشی T شکل و مستطیلی

به جهت مدل‌سازی دیوار T در یک ساختمان 10 طبقه و مقایسه عملکرد آن با دیوار برشی مستطیلی از نرم‌افزار ETABS v16 استفاده‌شده است. ازآنجاکه یکی از مهم‌ترین خروجی‌ها در ساختمان‌های بلند، تغییر مکان نسبی سازه (Drift) است، در این بخش عملکرد دیوار برشی T و L شکل را با دیوار برشی مستطیلی مقایسه کرده‌ایم.

در این مدل‌سازی ضخامت دیوار برشی طبقات 1 تا 5 برابر 30 سانتی‌متر و برای طبقات 6 تا 10، 20 سانتی‌متر در نظر گرفته‌شده است. موقعیت دیوارهای برشی نیز در پلان زیر مشخص‌شده‌اند:

شکل 86 جایگذاری دیوار برشی مستطیلی و T شکل در پلان ساختمان 10 طبقه

با مدل‌سازی و طراحی دیوارهای برشی در مدل فوق به جهت مقایسه تغییر مکان (drift) و همچنین میزان فولاد مصرفی در هر دو حالت داریم:

شکل 87 مقایسه تغییر مکان بام در دو حالت T و مستطیلی

در این شکل مشاهده می‌شود که استفاده از دیوار برشی با مقطع T شکل سبب کاهش قابل‌توجه تغییر مکان بام سازه در هر دو جهت x و y شده است.

شکل 88 مقایسه تغییر مکان نسبی در دو حالت T و مستطیلی

همان‌طور که از دو نمودار بالا مشخص است، استفاده از دیوار برشی T شکل باعث کاهش تغییر مکان کلی و تغییر مکان نسبی در سازه می‌شود. همچنین با بررسی‌های انجام‌شده بر روی این مدل، در سازه‌ای که طراحی آن به کمک دیوار برشی بتنی مستطیلی انجام‌شده، 332 تن میلگرد مصرف‌شده و در حالتی که طراحی به کمک دیوار برشی T شکل صورت گرفته، این مقدار به 317 تن کاهش‌یافته است؛ بنابراین در شرایط برابر، استفاده از دیوار برشی با مقاطع خاص (T و L و… شکل) سبب مقرون به‌صرفه‌تر شدن طرح می‌شود.

نتیجه‌گیری

• به‌طورکلی، دیوار برشی برای ساختمان‌های بین 30 تا 40 طبقه اقتصادی است. در ساختمان‌های بلندتر، تنش‌های ناشی از نیروهای جانبی باعث می‌شود که افزایش ضخامت دیوار برشی، کارایی و اقتصادی بودن سیستم را کاهش دهد.
• برخلاف عنوان برشی برای این سیستم، رفتار دیوار برشی به‌صورت یک تیر طره بسیار قوی است که پای آن گیردار است. با ایجاد تغییر شکل‌های خمشی وبرشی، در مقابل نیروهای جانبی مقاومت نموده و آن‌ها را به فونداسیون انتقال می‌دهد.
• یکی از روش‌های معمول و رایج در بهسازی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استفاده از دیوارهای برشی بتن‌آرمه است. استفاده از دیوارهای برشی، در افزایش ظرفیت لرزه‌ای ساختمان و کاهش تغییر مکان جانبی بسیار مؤثر است.
• به دلیل وزن نسبتاً زیادی که دیوارها می‌توانند به سازه اولیه اعمال نمایند، باید از آنها تنها در قاب‌هایی که ظرفیت برشی کمی دارند استفاده شود و از استفاده بیش‌ازاندازه آنها جلوگیری شود. همچنین تقویت فونداسیون در زمان اجرای دیوار برشی جدید، بسیار مهم است
• فاصله مناسب بین دیوارهای برشی (بازوی دیوار) موجب عملکرد بهتر سیستم باربر جانبی خواهد شد و اگر این فاصله کم باشد از مقاومت و عملکرد مناسب آنها کاسته خواهد شد. از طرفی اگر فاصله میان دو دیوار برشی خیلی زیاد هم باشد از اثربخشی آن کم می‌کند؛ بنابراین برای رسیدن به طرحی بهینه باید از یک‌فاصله مناسب بین دیوارهای برشی استفاده نماییم. بر اساس مدل‌های عددی به نظر می‌رسد فاصله بیشتر از 25 متر بین دیوارهای برشی مناسب نبوده و اثربخشی آن را کم می‌کند.
• دیوار برشی بتنی ازلحاظ شکل ظاهری انواع مختلفی دارد که ازجمله‌ی آن‌ها می‌توان به دیوار مستطیلی، L شکل، T شکل، I شکل و… اشاره نمود.
• مطابق با جدید ترین ویرایش مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، استفاده از دیوار برشی متوسط حذف‌شده است و می-توان گفت بحث طراحی دیوار برشی فقط شامل طراحی دیوار برشی ویژه می‌شود.

منابع

1. کتابخانه آنلاین عمران
2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ، ویرایش پنجم (1399)
3. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1398
4. آیین ­نامه طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله، استاندارد 2800، (ویرایش چهارم)
5. مدل‌سازی و طراحی سازه‌های بتنی و فولادی، دکتر مسعود حسین زاده اصل
6. کتاب دیوارهای برشی- دکتر علی خیر الدین.
7. ارزیابی اقتصادی دیوار برشی مستطیلی و T شکل بتنی در ساختمان‌های بلند فلزی- مهران رحیمی بصرا
8. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI318-19)

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا