پروژه اصول طراحی و ساخت دیوار برشی


موضوع:
اصول طراحی و ساخت دیوار برشی

دیوار برشی چیست؟
در مهندسی سازه، دیوار برشی دیواری است که از قطعات مهاری (قطعات برشی) ساخته شده و وظیفهٔ خنثی کردن اثر بارهای جانبی وارد شده بر سازه را بر عهده دارد. دیوار برشی برای مقابله با بارهای جانبی متداولی همچون بار باد و بار زلزله طراحی می شود. طبق آیین نامه های ساختمانی، تمام دیوارهای خارجی در سازه هایی با اسکلت چوبی و فولادی، باید مهاربندی شوند. برخی از دیوارهای داخلی ساختمان نیز با توجه به اندازهٔ ساختمان، باید به شکل مناسبی مهاربندی گردند.

یک دیوار برشی چوبی معمولی
روش رایج برای اجرای دیوارهای مهاربندی شده در سازه هایی با اسکلت چوبی، استفاده از قطعات مهاری ساخته شده از تخته چوبی چندلایه است. روش مرسوم دیگر عبارت است از به کاربردن مهار چوبی مورب در سرتاسر. استفاه از مهار فلزی T-شکل نیز شیوهٔ جدیدی است. اما این روش ها مناسب ساختمان هایی با در و پنجره های متعدد نبوده و در نواحی زلزله خیز و مناطقی با بادهای شدید استحکام لازم را نخواهد داشت.
چنین دیوارهایی می توانند "باربر" و یا "غیرباربر" باشند.
دیوارهای برشی نوعی از سیستم های سازه ای است که مقاومت جانبی ساختمان یا سازه را تامین می کند. بارهای جانبی در یک صفحه و در طول بعد قائم دیوار اعمال می شوند. ای نوع از بارها، معمولاً به وسیله اعضای دیافراگم یا جمع کننده یا پسار، به دیوار منتقل می گردند. این دیوارها از چوب، بتن و مصالح بنایی ساخته می شوند.
تخته چندلایه، جزو مصالحی است که در ساخت دیوار برشی به کار می رود؛ اما با پیشرفت فناوری و روش های ساخت وساز، مصالح پیش ساخته دیگری همچون هاردپنل و دیوارهای محکم سیمپسون عرضه شده اند که امکان تزریق مواد را به داخل دیوارهای کم پهنا دارند. استفاده از ورق ها و پانل های فولادی به جای تخته چندلایه در دیوار برشی، مقاومت بیشتری را در مقابل زلزله فراهم می کند.
دیوار برشی نامسطح
بسته به شرایط، ممکن است یک طراح به جای دیوار برشی مسطح مستطیلی یا میله ای، از دیوار برشی غیرمسطح C-شکل یا L-شکل استفاده کند. به کاربردن این نوع از دیوارهای برشی، نیاز به تحلیل سه بعدی و بررسی شرایط محل دارد.
روش های تحلیل عبارتند از:
* روش اجزاء محدود
* الگوی پانل آویزان
عناصر مقاوم در برابر نیروهای جانبی شامل قاب خمشی، دیوار برشی یا ترکیبی از آن دو می باشند. دیوار برشی اقتصادی تر از قاب خمشی می باشد و برای سازه های بلند قاب به تنهایی نمی تواند جوابگو باشد و همچنین باعث افزایش چشمگیرسختی ساختمان می شود.
انواع دیوار برشی
۱-دیوار برشی فولادی ۲-دیوار برشی مرکب ۳-دیوار برشی مصالح بنایی ۴-دیوار برشی بتن مسلح
۱-فولادی:برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی به کار می رودو با اتصالاتش سبب تقویت تیر و ستون های اطراف می شود؛ و مزایایی چون اجرای آسان، وزن کم، اقتصادی بودن، شکل پذیری زیاد، نصب سریع و جذب انرژی بالا دارد.
۲-مرکب:الف-ورق های تقویت شده فولادی مدفون در بتن مسلح ب-خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح
۳-مصالح بنایی: دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای باآجرتوخالی و پرشده بادوغاب
۴-بتن مسلح: الف-در جا ب- پیش ساخته. یکی از مطمئن ترین روش های مقابله با نیروهای جانبی است. قرارگیری آن در پلان باید تا حد امکان متقارن باشد. مرکز ثقل هر طبقه در حوالی مرکز صلبیت دیوارهای برشی باشد
مصالح مورد استفاده در دیوار برشی بتنی
الف-آرماتور ب-بتن پ-قالب
پس از اجرای پی و هم زمان با بتن ریزی ستون ها نوبت به اجرای دیوار برشی می رسد.
مراحل اجرای دیوار برشی
۱-آرماتوربندی عمودی و افقی ۲-قالب بندی ۳-بتن ریزی
مزایای دیوارهای برشی
۱:افزایش چشمگیر سختی ساختمان به نحوی که بر اثرات ثانویه نقش موثری دارد. این مزیت خود به خود موجب افزایش درجه ایمنی در مقابل شکست یا ریزش ساختمان می شود.
۲:کاهش قابل ملاحظه خسارت به عناصر غیرسازه ای که در اکثر موارد هزینه آنها کمتر از هزینه اعضای سازه ای نیست.
۳:اثر قابل توجه در ایجاد آرامش خیال و تامین امنیت روانی ساکنین ساختمانهای بلند مرتبه در هنگام وقوع زلزله.
۴:دیوارهای برشی قادرند حتی پس از پذیرش ترکهای زیاد، بارهای ثقلی که برای آنها هم طراحی شده اند تحمل کنند. این پدیده را بطور کامل نمی توان از ستونها انتظار داشت.
۵:شکل پذیری بالا
معایب دیوار برشی
-امکان شکست برشی در صورت عدم طراحی مناسب -ایجاد نیروی بالارانش در صورت عدم تخمین صحیح تعداد دیوارها و قرارگیری نامناسب آنها
آنچه که باید برای دیوارهای برشی موردنظر باشد عبارتند از:
-مقاومت -شکل پذیری -ظرفیت جذب انرژی -حداقل کاهش در سختی
هر دیوار برشی ممکن است در اثر نیروهای محوری دچار جابه جایی یا تغییرشکل انتقالی و چرخشی شود. اینکه یک دیوار برشی تا چه میزان و چگونه تحت تاثیر لنگر واژگونی، نیروهای برشی یا پیچشی قرار گیرد بستگی دارد به:
-شکل هندسی -جهت آن در برابر نیروی زلزله -محل استقرار آن در پلان ساختمان
بال: دیوارهایی که در دو انتهای خود دارای بال هستند مقاطع بال دار نامیده می شوند که از پایداری و شکل پذیری زیادی در مقایسه با دیوارهای بدون بال برخوردارند.
انواع دیوار برشی از لحاظ شکل مقطع
۱-دیوار برشی مستطیل شکل با آرماتور گذاری یکنواخت در سراسر مقطع ۲-دیوار برشی مستطیل شکل با آرماتور گذاری متمرکز در دو انتهای دیوار ۳-دیوار برشی دمبلی شکل یا I شکل
دردیوارهای برشی دارای بازشو اگر دیوار در پائین ترین قسمت خود دارای یک یا چند بازشو باشد، هر یک ازاجزاء دیوار در طرفین بازشو را پایه های دیوار برشی و بخشی از دیوار را که بین بازشوی بالائی و پائینی واقع است تیر همبند یا کوپله می نامند.
جهت ایجاد عملکرد سازه ای واحد برای دو دیوار سازه ای مجاور و مجزا و یا برای اجزای دوطرف بازشو در دیوارهای شامل بازشوهای بزرگ، از تیرهای رابط با شکل پذیری زیاد به نام تیرهای هم بند استفاده می شود. در این حالت دیوارهایی را که به هم متصل می شوند، دیوارهای هم بسته می گویند. درهر حال عرض تیر همبند حداقل۲۰۰mm است.
انواع تیرهای کوپله
-تیر کوپلهٔ بتنی -تیر کوپلهٔ پیش تنیده -تیر کوپلهٔ کامپوزیتی -تیر کوپله متشکل از صفحات برشی -تیر کوپله با محدودیت حداکثر بارقابل تحمل -تیر کوپله پیش ساخته
انواع شکست ها در دیوارهای برشی
۱:شکست ناشی از شکست خود دیوارهای برشی در تخریب های انجام شده در دیوارهای برشی طی زمین لرزه های گذشته مشخص شده که غالبا چهار نوع ضعف موجب چنین تخریب هایی می شوند. باید در طراحی، آنها را شناسایی و تدابیرلازم جهت جلوگیری از آن اتخاذ نمود. این تخریب ها عبارتند از: الف) تخریب چرخشی پایه شالوده ب) تخریب برشی ج) تخریب لغزندگی د) تخریب خمشی
۲:شکست ناشی از شکست تیرهای کوپله در واقع مهمترین ضعف در دیوارهای برشی دارای بازشو، تیرهای کوپله هستند. این تیرها دارای طول کوتاه و عمقی زیاد هستند و اگر ضخامت آنها کم باشد، تبدیل به تیر عمیق می شوند که رفتار مطلوبی ندارند. تیرهای کوپله معمولا از دیوارها ضعیف ترند و بر اثر حرکت جانبی – خمشی دیوارها به چرخش قابل ملاحظه ای در محل اتصال دیوارها به تیرها اعمال می گردد. همین چرخش موجب تولید لنگر قابل توجه و نهایتا جاری شدن مقاطع تیرها می شود. غالبا سه نوع تخریب در تیرهای کوپله مشاهده می شود که به ترتیب عبارتند از: الف) تخریب خمشی ب) شکست کششی قطری ج) شکست قطری فشاری و کششی
سختی در طبقه و مقاومت زیاد، ساختمان های با این سیستم را مناسب مهاربندی (در برابر بارهای جانبی) تا ۳۵ طبقه می نماید. یکی از جاهای مناسب برای قرار گرفتن دیوار برشی محل تکیه گاه های جانبی یا محیطی راه پله ها و اتاق آسانسور می باشد.https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%A7%D8%B1_%D8%A8%D8%B1%D8%B4%DB%8C – cite_note-2

با نیروهای جانبی موثر بر یک سازه ( در اثر باد یا زلزله ) به طرق مختلف مقابله می شود که اثر زلزله بر ساختمانها از سایر اثرات وارد بر آنها کاملا متفاوت می باشد . ویژگی اثر زلزله در این است که نیروهای ناشی از آن به مراتب شدیدتر و پیچیده تر از سایر نیروهای موثر می باشند . عناصر مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی ، دیوار برشی و یا ترکیبی از آن دو می باشند . استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم در مقابل نیروهای جانبی بخصوص اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشند احتیاج به جزئیات خاصی دارد که شکل پذیری کافی قاب را تامین نماید .این جزئیات از لحاظ اجرایی غالبا دست و پاگیر بوده و در صورتی می توان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه خیلی بالا باشد از لحاظ برتری می توان گفت که دیوار برشی اقتصادی تر از قاب می باشد و تغییر مکانها را کنترل می کند در حالی که برای سازه های بلند قاب به تنهایی نمی تواند در این زمینه جوابگو باشد . حال به ذکر چند نمونه از دیوارهای برشی می پردازیم :

1-دیوار های برشی فولادی : بعضی مواقع ورقهای فولادی به عنوان دیوارهای برشی بکار می روند . برای جلوگیری از کمانش موضعی چنین دیوارهای برشی فولادی لازم است از تقویت کننده های قائم و افقی استفاده شود.

2-دیوارهای برشی مرکب : دیوارهای برشی مرکب شامل : ورقها ی تقویت شده فولادی مدفون در بتن مسلح ، خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح و دیوارهای مرکب ممکن دیگر ، که تماما با یک قاب فولادی و یا با یک قاب مرکب توام هستند می شود .

3- دیوارهای برشی مصالح بنایی : از دیر زمان در ساختمانهای مصالح بنایی از دیوارهای مصالح بنایی توپر غیر مسلح استفاده می شده است ولی روشن شده است که این دیوارها از نقطه نظر مقاومت در مقابل زلزله ضعف دارند و لذا اکنون به جای آنها از دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای با آجر تو خالی و پر شده با دوغاب استفاده می شود . 4-دیوارهای برشی بتن مسلح : نوع دیگری از دیواهای برشی ، دیوارهای برشی بتن مسلح است که در این مقاله به آن می پردازیم. یکی از مطمئن ترین روشها برای مقابله با نیروهای جانبی استفاده از دیوار برشی بتن مسلح است . دیوار برشی به عنوان یک ستون طره بزرگ و مقاوم در برابر نیروهای لرزه ای عمل می کند و یک عضو ضروری برای سازه های بتن مسلح بلند و یک عضو مناسب برای سازه های متوسط و کوتاه می باشد .
انواع دیوار برشی بتن مسلح :
دو نوع دیوار برشی بتن مسلح وجود دارد :
1-دیوار برشی در جا :در دیوار برشی در جا به منظور حفظ یکنواختی و پیوستگی میلگرد های دیوار ، به قاب محیطی قلاب می شوند .
2-دیوار برشی پیش ساخته : در دیوار های برشی پیش ساخته یکنواختی و پیوستگی با تهیه کلیه های ذوزنقه شکل در طول لبه های پانل و یا از طریق اتصال پانلها به قاب توسط میخهای فولادی صورت می گیرد . تاثیر شکل دیوار : تعبیه بال در دیوارها برای پایداری و شکل پذیری سازه بسیار مفید می باشد .
نیروهایی که به دیوارهای برشی وارد می شوند :
به طور کلی دیوار های برشی تحت نیروهای زیر قرار می گیرند :
1-نیروی برشی متغیر که مقدار آن در پایه حداکثر می باشد .
2-لنگر خمشی متغیر که مقدار آن مجددا در پای دیوار حداکثر است و ایجاد کشش در یک لبه ( لبه نزدیک به نیروها و فشار در لبه متقابل می نماید ) با توجه به امکان عوض شدن جهت نیروی باد یا زلزله در ساختمان ، کشش باید در هر دو لبه دیوار در نظر گرفته شود.
3-نیروی محوری فشاری ناشی از وزن طبقات که روی دیوار برشی تکیه دارد .

توجه : در صورتی که ارتفاع دیوار برشی کم باشد ، غالبا نیروی برشی حاکم بر طراحی آن خواهد بود لیکن اگر ارتفاع دیوار برشی زیاد باشد لنگر خمشی حاکم بر طراحی آن خواهد بود . به هر حال دیوار باید برای هر دو نیروی فوق کنترل و در مقابل آنها مسلح گردد.

طراحی دیوار برشی در مقابل برش :
اگر Vu تلاش برشی نهایی در مقطع مورد طراحی باشد بر طبق آیین نامه ایران باید Vu=5υchd=φchd(fc)^0.5 تعیین نیروی برشی مقاوم نهایی بتن :
الف- حالتی که دیوار تحت اثر برش یا تحت اثر توام برش و فشار قرار دارد Vc=υcbwd:
ب- حالتی که دیوار تحت اثر برش و کشش فرار دارد : Vc=υc(1+Nu/(3Ag))bwd (A) در این رابطه کمیت Nu/Ag بر حسب ( N/mm^2 ) می باشد و Nuدر این رابطه منفی می باشد حال اگر محاسبه نیروی برشی مقاوم نهایی بتن ( Vc) با جزئیات بیشتر مورد نظر باشد آنرا برابر با کمترین مقدار به دست آمده از دو رابطه زیر در نظر گرفته می گیریم و Vc=1.65υchd + (Nud)/(5Lw) وVc=(0.3υc+(Lw(0.6υc+0.15Nu/(Lwh)))/(Mu/Vu-Lw/2))hd Nu
نیروی محوری برای فشار مثبت و برای کشش منفی است چنانچه Mu/Vu-Lw/2 منفی باشد رابطه A بکاربرده نمی شود . نیروی برشی مقاوم نهایی Vc برای کلیه مقاطعی که در فاصله ای کمتر از کوچکترین دو مقدار Lw/2 و hw/2 از پایه دیوار قرار دارند برابر با مقاومت برشی مقطع در کوچکترین این دو مقدار در نظر گرفته می شود .
نیروی برشی مقاوم نهایی آرماتور ها (Vs) از رابطه زیر محاسبه می شود Vs = φsAvfy d/S2 Av سطح مقطع آرماتور برشی در امتداد برش و در طول فاصله S2 می باشد چنانچه مقدار Av را در اختیار نداشتیم می توان Vs را از رابطه زیر به دست آورد Vs=Vu-Vc سپس به کمک رابطه فوق Av را به دست می آوریم . برای تامین برش مقاوم Vsعلاوه بر آرماتور های برش افقی Av آرماتور های برشی قائم نیز باید در دیوار پیش بینی شود آرماتور گذاری در دیوار مطابق زیر انجام می شود : چنانچه Vu=0.0025 فاصله میلگرد های (S2 ) از هم نباید از مقادیر زیر بیشتر باشد : ρn= 3h Lw/5 350سطح مقطع کل بتن در امتداد برش / سطح مقطع آرماتور برشی در امتداد عمود بر برش نباید کمتر از 0.0025 و یا کمتر از مقدار زیر در نظر گرفته شود : ρn=0.0025+0.5(2.5-hw/Lw)( ρh-0.0025) لزومی ندارد ρn>ρh در نظر گرفته شود . طراحی دیوار برشی در مقابل خمش : چنانچه ارتفاع دیوار برشی بلندتر از دو برابر عمق آن باشد مقاومت خمشی آن مشابه تیری که آرماتور گذاری آن در لبه های آن متمرکز است محاسبه می شود .
مقاومت خمشی Mu یک دیوار برشی مستطیلی نظیر دیوار برشی این چنین محاسبه می شود : Mr=0.5AsφsFyLw(1+Nu/(AsφsFy))(1-C/Lw) در رابطه فوق : Mr مقاومت خمشی نهایی دیوار :Nu نیروی محوری موجود در مقطع دیوار: As سطح مقطع کل آرماتور های قائم دیوار Fy : تنش تسلیم فولاد : Qs ضریب تقلیل ظریب فولاد Lw : طول افقی دیوار مقدار C/Lw از رابطه زیر به دست می آید C/Lw=(w+α)/(2w+0.85β1) مقدار β 1 از روابط زیر به دست می آید : Fc=55 N/mm^2 → β1=0.65، w=As/(Lwh)*(φsFy)/( φcfc) φs=0.85 φc=0.6 a=Nu/(Lw*h*φcfc) h عرض دیوار : Fc مقاومت فشاری بتن ابتدا با توجه به آرماتور های قائم حداقل که به علت نیازهای برشی در دیوار تعبیر شده اند ظرفیت خمشی مقطع را به دست می آوریم . همواره باید ظرفیت خمشی بزرگتر یا مساوی نیروی خمشی نهایی دیوار باشد.
( Mr>=Mu) چنانچه ظرفیت خمشی کمتر از نیروی خمشی دیوار به دست آید باید یا با کاهش فواصل یا افزایش قطر آرماتور های قائم مقدار As آنقدر افزایش یابد تا خمش بزرگتر از لنگر خمشی مقطع گردد . شکست برشی لغزشی : در شکست برشی لغزشی ، دیوار برشی به طور افقی حرکت می کند برای جلوگیری از این نوع شکست آرماتورهای تسلیح قائم که به طور یکنواختی در دیوار قرار گرفته اند موثر خواهد بود و تسلیح قطری نیز می تواند موثر باشد . در قسمت زیر انواع مودهای شکست یک دیوار برشی طره ای گفته شده است : الف ـ گسیختگی خمشی ب ـ شکست لغزشی ج ـ شکست برشی د ـ دوران پی دیوارهای برشی با بازشو ها: شکست برشی یک دیوار برشی با بازشو ها ، اگرچه می توان با به کار بردن مقدار زیادی خاموت باعث اتلاف انرژی شد اما نمی توان انتظار شکل پذیری زیادی از آن داشت بنابراین بهتر است در چنین شرایطی از تسلیح قطری استفاده کرد .

دیوار برشی راه حل مقابله با زلزله
علم مهندسی زلزله ساختمان ها در سال 1950 میلادی هم زمان با فعالیت های گسترده بازسازی پس از پایان جنگ جهانی دوم شروع گردید.
تلاش های اولیه به منظور مقاوم سازی ساختمان ها، براساس فرضیاتی نه چندان دقیق بر روی واکنش سازه در اثر ارتعاش زمین صورت گرفت که بدلیل کمبود ابزار تحلیل مناسب و سوابق اطلاعاتی کافی در مورد زلزله، روش های ناقصی بودند. مشاهده عملکرد سازه ها در هنگام وقوع زلزله و همچنین مطالعات تحلیلی و کارهای آزمایشگاهی و جمع آوری اطلاعات مربوط به زمین لرزه های چهار دهه اخیر، امکان ارایه روشی مدرن برای طراحی سازه های مقاومت در برابر زلزله را فراهم آورده است.
در طی دهه 1950، سیستم "قاب خمشی شکل پذیر" از سیستم "قاب خمشی" که در آن زمان تنها سیستم مقاوم در ساختمان های چندین طبقه بتنی و فولادی بود ، منشا گرفت و به دلیل رفتار مناسب این سیستم در برابر زلزله، کاربرد آن تا اواخر دهه 1970 ادامه یافت. در طی این مدت سیستم های جدیدتر و کارآمدتری نظیر دیوارهای برشی و یا خرپاها برای تحمل فشار جانبی باد در ساختمان های بلند رایج شدند و تقریباً روش ساخت به صورت قاب تنها در این ساختمان ها، کنار گذاشته شد.
تحقیقات تجربی و تئوری انجام شده در سراسر جهان طی دهه های 60 و 70 و 80 میلادی منجر به جمع آوری اطلاعات مفصلی در رابطه با واکنش سیستم های ساختمانی دارای دیوار برشی در هنگام زلزله شد که این مطالعات بر اهیمت قاب خمشی شکل پذیر در کاهش بار زلزله تاکید داشتند. با توجه به اینکه سازه های دارای صلبیت بیشتر (یعنی شکل پذیری کمتر) در هنگام زلزله، تحت نیروهای به مراتب قوی تری قرار می گیرند و از آنجا که وجود دیوار برشی در ساختمان ها باعث افزایش صلبیت آنها می شود، کاربرد دیوارهای برشی، نامناسب تشخیص داده شد و بیشتر ساختمان ها به روش قاب خمشی ساخته شدند. برای نمونه در برخی از کشورها خصوصاً کشورهای توسعه نیافته بدون رعایت حداقل ضوابط شکل پذیری، قاب های ساختمانی از انواع شکننده و فاقد قابلیت تحمل زلزله های قوی بدون وارد آمدن آسیب شدید به ساختمان، اجرا شدند و همانگونه که در زمین لرزه های چهار دهه اخیر مشاهده شد، بسیاری از ساکنین خود را در "تله های مرگ" گرفتار کردند. آنچه در زیر می آید، بیان خلاصه ای از رفتار سازه های دیوار برشی است که در حوادث زمین لرزه های 30 سال اخیر قرار داشته اند.

زلزله ماه مه سال 1960 شیلی:
اولین گزارش در ارتباط با رفتار ساختمان های دارای دیوار برشی، مربوط به این زلزله می باشد تجربیات در زلزله شیلی، کاربرد دیوارهای برشی در زلزله های شدید را درکاهش خسارات سازه ای و غیرسازه ای، تایید می کند. در چند مورد، دیوارهای برشی ترک خورده اند اما رفتار کلی ساختمان تغییر نکرده است.

زلزله ماه ژوئیه سال 1963 یوگسلاوی:
در این زمین لرزه، دیوارهای بتنی غیرمسلح بکار رفته (مثلاً در هسته ساختمان و یا در طول آن) توانستند با مهار کردن پیچش بین طبقات از خسارات عمده جلوگیری کنند و تنها در چند مورد استثنائی قسمت های تحتانی تیرهای محیطی، در اثر لرزش های شدید، جدا شده بود.

زلزله ماه فوریه سال 1971 سن فرناندو (کالیفرنیا):
پس از وقوع این زلزله، ساختمان 6 طبقه مرکز پزشکی IN-DIAN HILL با سیستم مرکب قاب و دیوار برشی، تنها نیاز به ترمیم داشت در حالیکه ساختمان 8 طبقه بیمارستان HOLLY CROSS در کنار آن بدلیل اینکه سیستم قاب تنها در آن بکار رفته بود. به شدت آسیب دید و نهایتاً تخریب شد.

زلزله ماه مارس سال 1977 بخارست (رومانی):
در این زلزله که 35 ساختمان چندین طبقه به طور کامل ویران شد، صدها ساختمان بلند و برج های آپارتمانی که در آنها از دیوارهای بتنی در امتداد کریدورها و یا سرتاسر ساختمان استفاده شده بود، بدون خسارات عمده، سالم و قابل استفاده باقی ماندند.

زلزله ماه اکتبر سال 1985 مکزیکوسیتی (مکزیک):
ویرانی های این زلزله در مکزیک، به خوبی عواقب عدم استفاده از دیوارهای برشی تقویت کننده را نشان داد. در این زمین لرزه حدود 280 ساختمان چند طبقه با سیستم قاب تنها، به دلیل نداشتن دیوار برشی به طور کامل تخریب شده و از بین رفتند.

زلزله ماه دسامبر سال 1988 ارمنستان:
زلزله ارمنستان در سال 1988 دلیل دیگری بر نتایج منفی حذف دیوارهای برشی در ساختمان های چندین طبقه است. در این زمین لرزه 72 ساختمان به دلیل نداشتن دیوار برشی، به کلی ویران شده و 149 ساختمان در چهار شهر Leninakam و Spitak و Kirovakan و Stepomavan دچار آسیب های شدید شدند. با این وجود کلیه 21 ساختمان با پانل های بزرگ موجود در این چهار شهر هیچگونه آسیبی ندیده و در میان ویرانه های ساختمان های دیگر، پابرجا ماندند.

در دهه های اخیر روش های شکل پذیر ساختن سیستم های سازه ای که گاهی قابلیت افزایش مقاومت در برابر زلزله را نداشتند مورد توجه قرار گرفت که ضمن ایجاد احساس امنیت کاذب، هیچگونه بازدهی کافی نداشتند. در ابتدای پیدایش علم مهندسی زلزله، بسیاری از متخصصین مفهوم شکلی پذیری (ductility) را با انعطاف پذیری (flexibility) اشتباه کردند و در نتیجه سازه های انعطاف پذیر زیادی در مناطق زلزله خیز جهان ساخته شد. با اینکه تعدادی از آنها شکل پذیر بودند اما هنگام وقوع زلزله، در اثر پیچش زیاد بین طبقات، خسارات غیر قابل جبرانی به این ساختمان ها وارد شد. در ساختمان سازی امروزی که تنها 20 درصد کل مخارج مربوط به هزینه در سیستم سازه ای و مابقی صرف مخارج کارهای معماری و تاسیسات برقی و مکانیکی می شود. انتخاب یک سیستم سازه ای مناسب که امنیت جانی و مالی افراد را در برداشته باشد از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و یکی از راه های رسیدن به چنین امنیتی استفاده از دیوارهای برشی در سازه های بتنی می باشد.
جزئیات شکل پذیری دیوارهای برشی که بعد از مطالعات اخیر، در برخی آئین نامه ها ذکر شده اند هنوز در زلزله های واقعی مورد آزمایش قرار نگرفته اند. بدون شک استفاده از این جزئیات، باعث شکل پذیرتر شدن دیوارها می شود ولی میزان دقیق بهره وری از شکل پذیری باید در زلزله های واقعی و یا مطالعات پیچیده پاسخ های دینامیکی دیوار در اثر زلزله مشخص شود. طراحی دیوار به صورت شکل پذیر هنگامی صحیح است که مقاومت آن از طریق خمش صورت بگیرد نه از طریق برش و همچنین ظرفیت برشی دیوار در هر مقطع از برش آن مقطع که بر مبنای مقاومت خمشی دیوار به دست می آید، بیشتر باشد. علاوه بر این نه تنها ظرفیت برشی نهائی بلکه رفتار عضو بین حالت شروع ترک خوردگی و حالت گسیختگی برشی نیز مشخص باشد.

نتیجه
با اینکه سازه های دیوار برشی در 30 سال اخیر، از فولاد کمتر از مقدار توصیه شده توسط آئین نامه های فعلی آمریکا برخوردار بوده اند اما با این وجود در برابر زلزله های این سه دهه به خوبی مقاومت کرده اند. بررسی های انجام شده از سال 1963 به بعد روی عملکرد این سازه ها، هنگام وقوع زلزله، نشان داده اند که با وجود مشاهده ترک های مختلف، حتی یک مورد ویرانی یا تلفات جانی در سازه های با دیوار برشی گزارش نشده است. اغلب خسارات ساختمان های با سیستم قاب، در اثرپیچش طبقات (و در نتیجه گسیختگی برشی ستون ها) بوده است. البته این دلیل بر عدم مقاومت سازه های قابی طرح شده به روش های جدید، در برابر زلزله نمی باشد بلکه هدف نمایش قابلیت بالای دیوارهای برشی حتی در صورت آرماتورگذاری با شیوه های قدیمی و غیر علمی است. با مشاهده ویرانی ساختمان ها تحت زلزله های اخیر (1972 نیکاراگوئه و 1985 مکزیک و 1988 ارمنستان)، تاکید بر استفاده از دیوارهای برشی (مخصوصاً در ساختمان های مسکونی) امری معقول به نظر می رسد و نشان می دهد که ساخت سازه های بدون دیوار برشی در مناطق با زلزله حیزی شدید یک نوع ریسک محسوب شده که با توجه به عواقب ناگوار آن قابل توصیه نمی باشد.

ترمیم و تقویت سازه های بتنی توسط دیوار برشی
چکیده
دیوار برشی فولادی برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی در حدود 15 سال اخیر مورد توجه خاص مهندسان سازه قرار گرفته است. ویژگی های منحصر به فرد آن باعث جلب توجه بیشتر همگان شده است ، از ویژگی های آن اقتصادی بودن ، اجرای آسان ، وزن کم نسبت به سیستم های مشابه ، شکل پذیری زیاد ، نصب سریع ، جذب انرژی بالا و کاهش قابل ملاحظه تنش پسماند در سازه را می توان نام برد. تمام دلایل ما را به این فکر آن وا داشت که استفاده از آن را درترمیم ساختمان های بتنی مورد مطالعه قراردهیم. چون این سیستم دارای وزن کم بوده ، به سازه بار اضافی وارد نکرده و حتی با اتصالاتش باعث تقویت تیر وستونهای اطراف خود می شود. همچنین این سیستم نیازی به تجهیزات خاص ندارد و می توان بدون تخلیه ساختمان و تخریب اعضا سازه ای به بقیه اجزای سازه ای وصل شود. البته طراحی این سیستم در ساختمان های بتنی بغیر از حالت ترمیمی اقتصادی به نظر نمی آید. در این مقاله توضیحات اولیه ای از دیوار برشی فولادی جهت آشنایی بیشتر ارائه شده ، و در قسمت های بعدی بررسی رفتار پانلهای برشی فولادی LYP1 در تقویت وترمیم سازه های بتنی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت و تفاوت آن با سیستم بادبندی مشابه مورد توجه قرار خواهد گرفت ، و در آخر نتایج آزمایشات بررسی خواهند شد.

1- مقدمه
دیوارهای برشی فولادی SSW2 برای گرفتن نیروهای جانبی زلزله و باد در ساختمان های بلند در سالهای اخیر مطرح و مورد توجه قرار گرفته است . این پدیده نوین که در جهان به سرعت رو به گسترش می باشد در ساخت ساختمان های جدید و همچنین تقویت ساختمان های موجود به خصوص در کشورهای زلزله خیزی همچون آمریکا و ژاپن بکار گرفته شده است . استفاده از آنها در مقایسه با قابهای ممان گیر تا حدود 50% صرفه جویی در مصرف فولاد را در ساختمان ها به همراه دارد.
دیوار های برشی فولادی از نظر اجرائی ، سیستمی بسیار ساده بوده و هیچگونه پیچیدگی خاصی در آن وجود ندارد . لذا مهندسان ، تکنسین ها و کارگران فنی با دانش فنی موجود و بدون نیاز به کسب مهارت جدید می توانند آنرا اجرا نمایند . دقت انجام کار در حد دقت های متعارف در اجرای سازه های فولادی بوده و با رعایت آن ضریب اطمینان اجرائی به مراتب بالاتر از انواع سیستم های دیگر می باشد . با توجه به سادگی و امکان ساخت آن در کارخانه و نصب آن در محل ، سرعت اجرای سیستم بالا بوده واز هزینه های اجرائی تا حد بالایی زیادی کاسته می شود .
سیستم از نظر سختی برشی از سخت ترین سیستم های مهاربندی که X شکل می باشد ، سخت تر بوده و باتوجه به امکان ایجاد باز شو در هر نقطه از آن ، کارائی همه سیستم های مهاربندی را از این نظر دارا می باشد .
همچین رفتار سیستم در محیط پلاستیک و میزان جذب انرژی آن نسبت به سیستم های مهار بندی بهتر است . در سیستم دیوار های برشی فولادی به علت گستردگی مصالح و اتصالات ، تعدیل تنش ها به مراتب بهتر از سیستمهای مقاوم دیگر در برابر بارهای جانبی مانند قاب ها وانواع مهاربندی که معمولا در آنها مصالح به صورت دسته شده و اتصالات متمرکز می باشند ، صورت گرفته و رفتار سیستم بخصوص در محیط پلاستیک مناسب تر می باشد .
گزارش اولیه تحقیقات انجام شده در تابستان سال 2000 میلادی در آزمایشگاه سازه دیویس هال دانشگاه برکلی کالیفرنیا نشان می دهد ، ظرفیت دیوار های برشی فولادی برای مقابله با خطراتی مانند زلزله ، طوفان و انفجار در مقایسه با دیگر سیستم ها مثل قابهای ممان گیر ویژه حداقل 25% بیشتر می باشد . در آزمایشگاههای تحقیقاتی استفاده گردیده است که ظرفیت آن حدودا 6670KN می باشد . آزمایش های مذکور نشان می دهد ، دیوارهای برشی فولادی دارای شکل پذیری بسیار بالائی هستند . به لحاظ اهمیت موضوع بودوجه این تحقیقات که به منظور دستیابی به یک سیستم مطمئن جهت ساخت ساختمان های فدرال آمریکا برای آنکه بتوانند در مقابل خطراتی مانند زلزله ، طوفان و بمب مقاومت نمایند ، توسط بنیاد ملی علوم آمریکا و اداره خدمات عمومی آمریکا تامین گردیده است .
1: شکلی از دیوار برشی فولادی در سازه های فولادی (با سخت کننده و بدون سخت)
2- ساختمان های ساخته شده با استفاده از دیوار برشی فولادی

اولین ساختمان ساخته شده با استفاده از این روش بیمارستانی در لس آنجلس به نام بیمارستان Sylmar بود. یکی از بزرگترین سازه های ساخته شده با سیستم دیوار برشی فولادی ساختمان شینجوکونومورا 3 در توکیو است که این ساختمان دارای 51 طبقه بوده و ارتفاع آن از سطح زمین 211 متر است . 5 طبقه آن درزیر زمین واقع بوده و 27.5 مترآن پایین تر از سطح زمین قرار دارد و ، برای اجتناب از بکارگیری دیوار برشی بتنی ، از سیستم دیوار برشی فولادی در هسته های مرکزی ساختمان که اطراف آسانسور ها ، پله ها و رایزرهای تاسیساتی می باشد ، استفاده گردید.
یکی از کاربردهای این پانلها در تقویت سازه های بتنی در ساختمان مرکز درمانی در چارلستون می باشد این سازه در اثر زلزله 1963 آسیب دیده بود این ساختمان متشکل از ساختمان های متعددی از یک تا پنج طبقه می باشد که زیر بنای آنها نزدیک به 32500 متر مربع است . برای تقویت این سازه از بهترین تیم طراحی وتحقیقاتی استفاده گردید . بعد از بررسی های فراوان این سیستم را با توجه به دلایل زیر مناسب دانستند :
• جلوگیری از اخلال در کار روزانه و کاهش مشکلات برای بیماران ، بعلت سرعت نصب آن
• جلوگیری از کاهش زیر بنای مفید و اتلاف فضاها
• پیش بینی امکان تغییرات در آینده ، زیرا در دیوار برشی فولادی به سادگی می توان تغییرات مورد نظر را اعم از
• جابجائی معماری و یا ایجاد بازشو به خاطر عبور تاسیسات داد
• جلو گیری از ازدیاد وزن سازه
به جز ساختمان های بالا سازه های فراوانی از جمله
ساختمان مرکزی 54 طبقه بانک وان ملون در پیتسبورگ پنسیلوانیای آمریکا
ساختمان مسکونی 51 طبقه واقع در سان فرانسیسکو
ساختمان 25 طبقه در ادمونتون کانادا
ساختمان 32 طبقه بایرهویچ هوس در لورکوزن آلمان (Byer-Hochhaus)
ساختمان 20 طبقه دادگاه فدرال در سیاتل آمریکا
برای تقویت ساختمان بتنی کتابخانه ایالتی اورگ (Oregon state library) را می توان نام برد که در آن برای تقویت از دیوار برشی فولادی برشی فولادی استفاده شده است .
3- معرفی سیستم دیوار برشی فولادی برای تقویت سازه های بتنی ساخته شده [3]
سال 1995 زلزله در Hugoken-Nanbu4 که زلزله مهیبی بود ، باعث کشته و مجروح شدن انسانهای زیادی شد . ساختمان های بسیاری آسیب جدی دیدند و ساختمان هایی که قبل از سال 1981 و مخصوصا قبل از 1971 ساخته شده بودند ، خسارت شدیدی را متحمل گردیدند و حتی برخی از آنها فرو ریختند .
این امر نشانگراین است که آیین نامه و مقررات قدیمی برای طراحی ساختمان به نحو مناسبی نیروهای زلزله و شکل پذیری سازه ای را در نظر نگرفته اند .
در سال 1999 زلزله در chi -chi تایوان نیز باعث زیان فراوان و تخریب بسیاری از سازه ها شد . دوباره این ساختمان هایی که قبل از سال 1983 طراحی و ساخته شده بودند ، تخریب شدند و بعد از زمین لرزه 1999 تمام مقررات و آیین نامه های زلزله مورد باز بینی قرار گرفته و همه مقررات قبلی لغو شدند . ضرایب لرزه ای منطقه ای در هرناحیه تایوان تولید و ایجاد گردید . برای مثال شتاب زمین لرزه در منطقه Taichung از 0.23g به 0.33g افزایش یافت .
در نتیجه تقریبا همه ساختمانها در Taichung مطابق با مقررات طراحی جدید احتیاج به مقاوم سازی پیدا کردند. هدف این پروژه افزایش و بهبود بخشیدن مقاومت لرزه ای ساختمان های بتن مسلح می باشد . این پروژه شامل سه زیر مجموعه است که شامل :
• پیدا کردن و پی بردن به میزان کمبود مقاومت لرزه ای ساختمان های بتن آرمه موجود بر اساس آیین نامه جدید
• مساله نیروهای وارد بر سازه کناری و همجوار بعلت تغییر مکانهای بیش از اندازه جانبی آنها
• تحقیق در مورد دو روش برای جذب انرژی توسط پانلهای برشی فولادی و بادبند فولادی برای بهبود مقاومت لرزه ای سازه های موجود .
4- مشخصات لرزه ای پانلهای برشی فولادی با نقطه تسلیم پایین (LYP)
استفاده از دیوار برشی فولادی باعث بهبود مقاومت لرزه ای سیستم در طراحی ساختمان های جدید و مقاوم کردن ساختمان های ساخته شده می شود . صفحات فولادی نازک تمایل به کمانش دارند و از این رو ظرفیت جذب انرژی در این رو صفحات محدود است .
اخیرا روشهای جدید و تکنولوژی های بدست آمده در زمینه فلزات ، صفحات فولادی جدید را در دسترس ما گذاشته است . این نوع فولاد دارای تنش تسلیم کمتر افزایش طول بالا می باشند و توانایی تغییر شکل دادن و جذب انرژی بیشتری را قبل از شکستن از خود نشان می دهند . یکی دیگر از ویژگی های آن پایین بودن نقطه تسلیم است که این باعث افزایش ناحیه پلاستیک آن می شود و باعث جذب بیشتر تنش می شود .
پانلهای برشی فولادی ساخته شده از LYP توانایی جذب و اتلاف انرژی زیادی را دارند ، و می توانند در ساختمان های جدید مورد استفاده قرار گیرد . این نوع پانلها همانند دیوار برشی فولادی نسبت به نیروهای زلزله طراحی و ساخته می شوند . چون این پانلها دارای ویژگی جذب و اتلاف انرژی بالایی هستند ، می توان از آنها بعنوان میراگر برای میرا کردن انرژی لرزه ای استفاده کرد . این نوع میراگر فلزی در هنگام جذب انرژی استحکام کافی را دارند و همچنین نسبت به میراگرهای که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند ، نیاز به نگهداری و تعمیر ندارد .
نقطه تسلیم و نقطه نهایی صفحات LYP هردو تحت تاثیر میزان کرنش وارده است . در این تحقیق تاثیر میزان کرنش و نحوه بارگذاری بر روی مشخصات مقاومت لرزه ای پانل صفحه ای مورد آزمایش قرار گرفته است .
مجموعه آزمایشات انجام شده ، مطالعه روی رفتار پانلهای برشی ساخته شده از فولاد LYP تحت سرعت های بارگذاری متفاوت و جابجایی های نموی ، است .
4-1- مطالعات آزمایشگاهی بروی پانل برشی فولاد LYP
پانل فولادی برشی ، ساخته شده از فولاد با نقطه تسلیم پایین ، عامل موثری برای جذب انرژی زیادی است . با طراحی و ساخت مناسب پانلهای برشی فولادی می توان در جذب و تلف کردن مقدار زیادی از انرژی لرزه ای بهره برد . اما رفتار سازه ای این نوع پانل برشی متاثر از شدت کرنشی است .
در 9 نمونه تست شده در آزمایش ، می خواهیم رفتار آنها را در هر یک از نحوه بارگذاری متفاوت مورد ارزیابی قرار دهیم. شکل 2 نحوه طراحی نمونه ها را نشان می دهد . شکل 3 چگونگی آزمایش ها را نشان می دهد . در این نمونه ها نسبت عرض به ضخامت پانل 50 گرفته شده است . لبه های بیرونی اعضا به خاطر جلوگیری از ترک خوردن اتصالات بین لبه و پانل و صفحه پای ستون تراشیده شده است . این کار بخاطر اجتناب تمرکز تنش و سوق دادن صفحه به ناحیه پلاستیک که قبلا بحث آن را کردیم . در این تحقیق تاریخچه بارگذاری پانل برشی فولادی آزمایش و بررسی شده است . سه سرعت بارگذاری 2.5 ، 5 و 10 mm/sec انتخاب شده است.
برای دستیابی به سرعت کرنشی این نمونه ها بارگذاری تدریجی به جای بار لرزه ای اعمال می شود . برای هر سه حالت متفاوت جابه جایی δy ، 2δy و 3δy را در هر دوره بارگذاری آزمایش را می پذیریم . آزمایش روی سازه تا زمانی که مقاومت به زیر % 80 مقاومت نهایی رسید متوقف می شود.
4-2- بررسی در نتایج آزمایشات :
مطالعات نشان می دهد که چرخش نسبی ۵ آن ها بیشتر از 5% است که بیشتر از زاویه تغییر مکان جانبی مورد نیاز سازه می باشد که معمولا چرخش نسبی سازه ها را 2.5% که بیشتر از آن موجب تخریب در سازه می شود ، در نظر می گیرند . با تغییر شکل اطراف المان و تغییر شکل مورد انتظار و زاویه تغییر شکل جانبی 5% به نظر می رسد که برای پانل برشی کافی می باشد . بدیهی است که تمام نمونه های آزمایش شده زا ویه تغییر مکان جانبی آنها بیشتر از 5% خواهد بود که در جدول 1 نشان داده شده است . در آنها می توان دید که بارگذاری سریع و کند حدودا 16% تفاوت ایجاد کرده است.
تفاوت روی مقاومت نهایی پانل فولادی برشی LYP با با افزایش بارگذاری یکنواخت ، تاثیر نسبت بارگذاری بر روی مجموع ظرفیت استهلاک انرژی قابل صرف نظر کردن است . از شکل 4 می توان دریافت که پانل فولادی آزمایش شده دارای استحکام و جذب انرژی قابل توجهی است و نسبت به دامنه تغییر مکان در شرایط بارگذاری یا تغییر در دامنه حرکت بی تفاوت است .
مقدار انرژی تلف شده پانلهای برشی در هر شرایط بارگذاری لرزه ای ثابت می ماند . مشخصات نمودار بار – جابه جایی پانل برشی شدیدا تحت تاثیر کمانش برشی صفحات نازک فولادی است . معمولا مقاومت نهایی به تدریج بعد از اینکه کمانش برشی اتفاق افتاد ، کاهش می یابد .
ظرفیت تغییر شکل نهایی پانل برشی متاثر از نسبت عرض به ضخامت پانل است . در این مطالعه نسبت عرض به ضخامت نمونه آزمایش شده را 50 می گیریم وشروع کمانش برشی وقتی اتفاق می افتد که زاویه تغییر شکل جانبی آن به 4% برسد . تاخیر در کمانش برشی به تنهایی نشان دهنده افزایش ظرفیت شکل پذیری پانل برشی نیست اما کم شدن آسیب المان های غیر
سازه ای وابسته و مربوط به پانل برشی است
مجموع انرژی تلف شده بستگی به بارگذاری و افزایش جابه جایی ندارد . چون که پریود لرزشی طبیعت تصادفی دارد این مطالعات نشان می دهد انرژی به نسبت تاریخچه بارگذاری بی تفاوت است و این یکی از مزایای پانل برشی همانند میراگرهای لرزه ای است . در پانلهای برشی استهلاک انرژی موثر تحت چرخه بار گذاری تصادفی ثابت می ماند . پانل فولادی می تواند برای تقویت ساختمان های موجود موثر باشد . مطالعات آزمایشی برای تقویت قابهای بتنی توسط میراگرهای برشی فولادی در قسمت بعدی توضیح داده می شود .
5- مقاومت لرزه ای سازه ها با استفاده از مقاومت نهایی پایین در قابهای مهار بندی و پانلهای برشی
کمانش قاب مهاربندی شده (بادبند)
تجربیات قبلی نشان می دهد که ساختمان هایی که مطابق مقررات امروزی طراحی وساخته نشده اند ، نمی توانند در مقابل نیروی زلزله مقاومت کرده و متحمل خسارتهایی می شوند . در تایوان این ساختمانها اکثرا سازه های بتن آرمه هستند و نیاز به ترمیم برای بهبود مقاومت لرزه ای دارند . قابهای ممان گیر (BIB) و پانلهای برشی فولادی ثابت شده که دارای مقاومت بالا و شکل پذیری بالا و حلقه های هیستریسس ثابتی وپایداری دارد . قاب مهار شده با بادبند شامل المانهای باربر و المانهای مهاربندی برای بارهای جانبی هستند .
بارهای محوری توسط المانهای حمال (تیر) مهار می شوند و که تکیه گاههای جانبی المان کار جلوگیری از کمانش عضو را به عهده دارند . دیوار برشی فولادی ساخته شده از LYP مانند یک المان باربر برشی زمانی که به خوبی ، طراحی شود ، می تواند رفتار خوبی در برابر نیروهای لرزه ای داشته باشد . در این تحقیق قابهای قابهای ممان گیر ودیوار برشی فولادی برای مقاوم سازی قابهای بتنی مورد استفاده شده اند و کارایی هر یک از آنها مورد آزمایش قرار می گیرد .

روش آزمایش:
قاب بتنی با مقیاس 0.8 ساخته شده است . شکل 6 نشان دهنده جزئیات قاب بتنی را نشان می دهد . یکی از قابهای بتنی بدون تقویت تست می شود که طبق MRF طراحی شده است . دومین نمونه توسط بادبند ، ساخته شده از فولاد LYP100 مهار شده که طبق BIBLYP طراحی شده است . سومین نمونه بادبند از فولاد A36 و طبق BIBA36 طراحی شده است . چهارمین نمونه توسط دیوار برشی فولادی ساخته شده از فولاد LYP100 مهار شده است .
هر عضو تقویت کننده همانند بادبند و دیوار برشی فولادی متصل به قالب فولادی شکل که به بتن بسته است واز چهار تا H200*200*8*12 شکل ساخته شده در شکل 8 نشان داده شده است . که محور کوچکتر H در قاب بتنی فرو رفته است . گل میخ های برشی به صفحات جان H شکل جوش داده می شوند . بادبند ها و دیوار برشی فولادی به این صورت در طول قاب فولادی به قاب بتنی متصل می شود ، که درون قاب فولادی وبتنی قرار می گیرد .
مشخصات مکانیکی فولاد استفاده شده در لیستی در جدول 2 آمده است . ومقاومت فشاری بتن در هنگام آزمایش 21.8 و 20.7 و 25 و 23.7 Mpa به ترتیب برای MRF و BIB-LYP و BIB-A36 و SSW-LYP بدست آمده است . بارگذاری چرخه ای بطور رفت وبرگشت از طریق جک که کاملا به تیر محکم گشده وارد می شود ،.

نتیجه آزمایش و تحقیق
جمع شدگی قطری بادبند از نوع LYP و A36 که هر دو تحت فشار و کشش قرار می گیرند در نتیجه ترکهای گسترده ای در ستون ایجاد می شود . دیوار برشی فولادی از نوع LYP تغییر شکل غیر متقارنی از خود نشان داده است . زمانی که بار از طرف راست اعمال می شود در اثر لنگر خمشی قاب فولادی از قاب بتنی جدا می شود .
نتایج آزمایشات نشان می دهد که ممانعت از کمانش بادبند و دیوار برشی فولادی درتقویت قابها موثر است . سختی و مقاومت و شکل پذیری قاب ها بعد از تقویت کردن آنها بصورت جزئیات اتصال بین قاب بتنی و قاب فولادی بادبند عامل موثر موثراست . و ساخت آسانی دارد .
بادبند ها باعث بهبود مقاومت و شکل پذیری می شود . بهرحال جزئیات تقویت کننده های قابها برای دیوار برشی فولادی نیاز به مطالعات زیادی دارد.

نتیجه گیری کلی
1- مقاومت تسلیم و مقاومت نهایی فولاد LYP متاثر ار نسبت کرنشی است . مقاومت نهایی پانلهای برشی ساخته شده از فولاد LYP به سرعت بارگذاری آن بستگی دارد . در این مطالعه اختلاف مقاومت نهایی با سرعت بالا و کم حدودا 16% است. یعنی اگر سرعت بارگذاری به طور سریع باشد % 16 بیشتر از حالتی است که بطور کند بارگذاری شود .
2- ساخت و طراحی صحیح پانلهای برشی ساخته شده از فولاد LYP فولاد به چرخش نسبی % 5 رسیده است که لازمه اتلاف انرژی بالایی است .
3- تحت بارپانل برشی ابتدا تسلیم موضعی رخ می دهد و با افزایش بار کمانشپانل رخ می دهد ودر نتیجه پانل به بیرون قوس ورداشته وباعث کشش مقطع می شود . بعد از تسلیم شدن کامل پانل نوارهای بیرونی صفحه از همه آخر باعث جذب انرژی می شود . یعنی ابتدا وسط صفحه باعث جذب انرژی شده و کم کم که به نقطه تسلیم می رسند این جذب انرژی به طرف پانل منتقل می شود که در آخر تمام صفحه به نقطه تسلیم می رسند . که باعث اتلاف و جذب انرژی بسیار زیادی می شوند.

مراجع
1- کتاب مقدمه ای بر دیوار برشی فولادی نوشته دکتر سعید صبوری
2- Astaneh-Asl, A. (2000). "Steel plate shear walls," U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San Francisco.
3- Seismic Assessment and Strengthening Method of Existing RC Buildings in Response to Code Revision Shun-Tyan Chen -Van Jeng- Sheng-Jin Chen-Cheng-Cheng Chen

طراحی دیوار برشی
یکی از مهمترین مزایای برنامه ETABS ، طراحی دیوار برشی می باشد . این برنامه قادر است دیوارها را بر اساس شرایط دو بعدی و سه بعدی طراحی کند .
برنامه ETABS دیوارها را با سه روش طراحی می کند که انتخاب روش توسط کاربر می باشد.
سه روش طراحی برنامه ETABS عبارتند از :
* روش المان مرزی – تحت عنوان Simppified T and C
* روش میلگردگذاری بکنواخت – تحت عنوان Uniform Reinforceing
* روش عمومی و کامل بر اساس میلگردگذاری دلخواه – تحت عنوان General Reinforceing
یکی از مهمترین مزایای برنامه ETABS ، طراحی دیوار برشی می باشد . این برنامه قادر است دیوارها را بر اساس شرایط دو بعدی و سه بعدی طراحی کند .
برنامه ETABS دیوارها را با سه روش طراحی می کند که انتخاب روش توسط کاربر می باشد.
سه روش طراحی برنامه ETABS عبارتند از :
· روش المان مرزی – تحت عنوان Simppified T and C
· روش میلگردگذاری بکنواخت – تحت عنوان Uniform Reinforceing
· روش عمومی و کامل بر اساس میلگردگذاری دلخواه – تحت عنوان General Reinforceing
روش المان مرزی روشی ساده وسریع است و معمولا در محاسبات دستی از آن استفاده می شود .
دو روش بعدی بر اساس منحنی اندرکنش سه بعدی هستند و دقت بسیار بالائی دارند . در روش دوم مقطع دیوار با میلگردهایی که دارای شماره و فاصله یکسان هستند طراحی می شود . اما در روش سوم فاصله و شماره میلگردها دلخواه است .
پارامترهای طراحی این سه روش و در کل روند طراحی آنها متفاوت می باشد .
در اینجا برای اختصار روش دوم را توضیح میدهم ( فرض میکنم در مدل کردن دیوار هیچ اشکالی ندارید و فقط روند طراحی را توضیح می دهم . ) و انشاالله در آپهای آتی ، روند مدل کردن و طراحی دیوار برشی و همینطور نکاتی که در طراحی دیوار برشی باید به آنها توجه داشت را بطور کامل توضیح خواهم داد.
روش میلگردگذاری بکنواخت – تحت عنوان Uniform Reinforceing
در این روش میلگردهایی با فواصل یکسان و با شماره یکسان مسلح می شود . سپس مقطع بدست آمده بر اساس منحنی اندرکنش سه بعدی P-M-M طراحی خواهد شد .
این روش کاملا دقیق می باشد و برای هر نوع مقطعی قابل استفاده است و تنها محدودیت آن فاصله و شماره یکنواخت میلگردها می باشد .
در ادامه به توضیح پارامترهای طراحی و همینطور روند طراحی می پردازم :
برای دسترسی به پارامترهای طراحی دیوار ، یک دیوار را انتخاب کرده و سپس فرمان
توصیه های تحلیل و طراحی
امروزه تحلیل و طراحی سازه ها عمدتاً با استفاده از فناوری رایانه ای صورت می گیرد.
اگر چه سرعت و سهولت در تعریف مدل های تحلیلی و اخذ جواب می تواند فرصت کنترل و بررسی جواب ها را محدود نماید، معهذا با توجه نمودن به نکات ذکر شده در این مقاله در جهت کسب اطمینان از درستی و مناسب و بجا بودن اطلاعات ورودی سازنده مدل و روش تحلیلی بکار گرفته شده، می توان از بروز خطاهایی که به راحتی پیش می آید اجتناب نمود.
البته خطاهای بنیادی ناشی از قضاوت نامناسب مهندسی و تعبیر نامناسب واقعیت های فیزیکی سازه ای (واقعی) خارج از شمول بحث این مقاله است
1- نرم افزارهای مورد استفاده
برای یک سازه ی "معمولی" استفاده از نرم افزارهایی مثل برنامه های ETABS ، STAAD Pro و SAP مناسب و کافی می باشد. بعضی از نرم افزارها مثل ANSYS امکانات بیشتری داشته و در عین حال سنگین تر می باشد.
به لحاظ کاربری، نرم افزار ETABS برای یک ساختمان مسکونی (یا اداری، تجاری) قابل استفاده تر است. در صورتی که نرم افزاری مثل SAP برای تحلیل سازه های متنوع تری می تواند مفید باشد. به هر حال چون اصول و مبانی مورد استفاده در این نرم افزارها یکسان می باشد، علیرغم ظاهر متفاوت، در صورتی که کاربرد خاصی را پوشش دهند، با هم فرقی نخواهند داشت.
قبل از کاربری یک نرم افزار، باید با ویژگی های آن آشنا شد. در این مورد هدف اصلی از آشنایی، این نیست که به سرعت مدل ساخت و تحلیل نمود (گرچه چنین تسلطی نیز مفید است) بلکه منظور از آشنایی با یک نرم افزار عبارت است از آشنایی با اصول و مبانی بکار رفته در هر دستوری از نرم افزار.
لازم است روش های تحلیلی مورد نظر ابتدا در مورد چند مثال ساده امتحان شده و پس از کسب آشنایی با روش، شرایط تکیه گاهی …، نوع بارگذاری، حالات بارگذاری… در مورد سازه های (پیچیده) بکار رود. برای مثال های حل شده می توان از مراجع مختلف تحلیل سازه ها کمک گرفت.
در ضمن دستور کمک و راهنما (Help) که در آن کلیه ی دستورات برنامه شرح داده شده است، به طور معمول دارای پرونده ها و پوشه های زیر است:
مثال هایی (Examples) از نحوه ی شروع کار با نرم افزار (برای مبتدیان) امکانات مختلف نرم افزار مثل انواع تحلیل های استاتیکی، دینامیکی، بارهای فزاینده و… مثال های تایید نرم افزار (Verification Examples) که جواب های مثال های خاصی از مراجع مختلف برگرفته و با جواب های مدل نظیر نرم افزار مقایسه شده است. مراجع نظری و یا استانداردهای مورد استناد نرم افزارها (گاهی بعضی از این مراجع نیز پیوست نرم افزار است)

2- پیش فرض های نرم افزارها
هر نرم افزاری در موارد متعددی برمبنای پیش فرض هایی کار می کند که این پیش فرض ها (یا موارد قرارداری اولیه) بیشتر برمبنای عرف و عادت رایج مهندسان کشور تهیه کننده ی نرم افزار، انتخاب شده است. برای نمونه نرم افزار SAP در مصالح فولادی مبنای فولاد قراردادی و یا پیش فرض را A36 که تا حدودی قوی تر از فولاد (S235JR (ST37-2 می باشد منظور نموده است و کاربر باید از این فرض آگاه باشد.
در مثالی دیگر، در طراحی اعضاء یک سازه ی اسکلتی، نرم افزار، پارامترهای طراحی را به صورت ترکیبی از پیش فرض ها و داده های مدل در نظر گرفته و به نسبت تنش می رسد، در طراحی یک عضو، متغیرهای متعددی دخیل می باشد، همچون طول عضو (ضریب طول موثر…) طول آزاد بال فشاری و… طراح باید از تک تک متغیرها آگاه باشد.
مثلاً ممکن است در شرایطی برای تیر داخل یک کف، در جایی که بال فشاری آن مقید است نرم افزار هیچ گونه قید جانبی منظور ننماید و یا مثلاً در شبیه سازی یک تیر لانه زنبوری، متغیرهای طراحی مناسب فرض شده است یا خیر؟
3- تغییر شکل ها و تعادل نیروها
تعادل نیروهای وارد به سازه در شرایط مختلف، با استفاده از واکنش های تکیه گاهی، همیشه باید مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد. چنین تعادلی به سادگی می تواند بهم بخورد (در واقع در روش تحلیل، تعادل همواره برقرار است ولی شرایطی غیر از شرایط مورد نظر می تواند ایجاد شود) و این حالت می تواند اثرات سویی داشته باشد.
در بررسی تعادل نیروها باید دقت داشت که بسیاری از نرم افزارها، واکنش های مربوط به انواع متفاوت تکیه گاه ها (مثلاً بدون نشست و تکیه گاه های فنری) را در یک صفحه (پنجره ی) واحد نشان نمی دهد و باید به این نکته توجه نموده و جداگانه مقدار هر یک و یا جمع آنها را دید.
در عین حال به تغییر شکل های سازه نیز باید توجه کافی داشت. از طرف دیگر حدود تغییر شکل و حدود نیرو، هر دو، مهم است.
4- کف های صلب و نیمه صلب
با امکانات نرم افزاری و سخت افزاری امروز به تعریف کف های صلب طبق تعریف آیین نامه ی 2800 و یا بررسی نیمه صلب بودن آن نیازی نیست. به راحتی می توان کف ها را با بریدگی ها و شکل های هندسی خاص خود در نظر گرفت.
در این شبیه سازی به ابعاد و جهت تیرریزی ها و ضخامت دال (بتنی) روی تیرها باید توجه نمود. در یک مدل سه بعدی تغییر جهت تیرریزی، روی پخش بار (استاتیکی) و روی پخش جرم، که در تحلیل دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرد تاثیر خواهد داشت. به این ترتیب در مدل سه بعدی خروج از محوری ها را، به صورت واقعی تری، می توان منظور نمود.
|5- اجزای سازه ای مدل
چه اجزایی از سازه را باید در مدل منظور نمود؟ امکانات نرم افزاری و سخت افزاری، امروزه، بسیاری از محدودیت ها را از بین برده است.
بنابراین شاید این تصور پیش آید که هر چه اجزای سازه ای بیشتر و یا حالت های بارگذاری بیشتر و… یا رفتارهای سازه ای پیچیده تری منظور شود بهتر خواهد بود.
پیچیدگی مدل نباید چنان شود که اجزای فرعی بر اجزای اصلی سایه افکنده، مدل از کننترل خارج شده و امکان نتیجه گیرری روشن تحلیل، خدشه دار شود. ممکن است در یک مدل سازی تحقیقاتی و یا بررسی های خاص، مدل های پیچیده ای در نظر گرفته شود ولی معمول پروژه های عادی نیست. چنانچه لازم باشد می توان از رده های متفاوتی از مدل ها استفاده نمود.
6- بررسی مدل
مدل باید تحت کنترل تحلیل گر باشد و به عبارت دیگر جنبه های مختلف مدل (که بهتر است به صورت نوشته/ سیاهه/ چک لیست "Check list" باشد) همچون هندسه، میزان بارها، حالات بارگذاری، تکیه گاهها (انواع و محل آنها)، و… کنترل شود.
به همین صورت جواب های مدل (خروجی ها) به صورت کامل باید بازبینی شود. بعضی از اشکالات را به سادگی می توان از تصاویر اولیه ی سازه و یا از تصاویر بعد از تحلیل (تغییر شکل یافته) دید. مثلاً اینکه، آیا تکیه گاهها سرجای خود قرار دارند و یا اعضا به هم متصل شده است یا خیر.
ولی علاوه بر این اشکالات ظاهری، اشکالاتی نیز در تحلیل می تواند بروز نماید که از نوع "نهفته" است و با نگاهی سطحی نمی توان به وجود آنها پی برد. باید توجه شود که در بسیاری از موارد، این نوع اشکالات تاثیرگذاری جدی در جواب ها دارد.
7- بررسی حساسیت ها
اگر چنانچه برخی از فرضیه های محاسبه، شفاف نباشد و به دلایل مختلفی مقادیر آنها امکان تغییر یابد، باید به جای اینکه تحلیل فقط برای میزان مشخص و معینی از متغیرها انجام یابد، برای محدود محتملی از آنها صورت پذیرد. برای مثال، اگر سازه ای نسبت به نشست یک یا چند تکیه گاه حساس باشد، در آن مورد لازم است تحلیل حساسیت صورت گیرد تا از پیامدهای ناشی از میزان متفاوت نشست آگاه شد.
یا مثالی دیگر، فرض تکیه گاه گیردار کامل و یا مفصلی کامل (که اغلب موارد به صورت ایده آل وجود خارجی ندارند) باعث ازدیاد نیروهای داخلی اعضا (و کمانش و یا کشش زیادی آنها) به ویژه در بارهایی مثل بارهای حرارتی و یا در مقابل حالت های بارگذاری زلزله خواهد شد، درصورتی که اگر، رهاسازی حتی جزیی تکیه گاهی نیز منظور شود، میزان تغییر شکل ها، نیروها و واکنش های تکیه گاهی تغییرات منطقی تر خواهد داشت.
8- تحلیل با آخرین تغییرات
گاهی بر مبنای جواب های به دست آمده از تحلیل های (ابتدایی)، تحلیل گر تغییراتی در سازه اعمال می نماید.
برای مثال مقاطع اعضا سبک و یا سنگین می شود و…. اعمال چنین تغییراتی باعث تغییر شکل و یا در حا لت کلی تغییر نیروی اجزا می شود. بنابراین لازم است پس از انجام تغییرات (جدی)، تحلیل دوباره ای از مدل صورت گیرد.
9- مستندسازی تحلیل
کارکرد منظم و مستندسازی باید از اهم ویژگی های لازم یک تحلیل و یک تحلیل گر باشد. با انجام مستندسازی یک تحلیل و به ویژه انجام آن طبق یک روال و دستورالعمل جامع مشخص و معین از پیش تعیین شده (Check list)، به جرات می توان گفت که، در یک سازه متعارف، امکان بروز اشکال در تحلیل محو خواهد شد.
این مستندات باید شامل اطلاعاتی از قبیل اسم تحلیل گر (و یا تحلیل گران)، مشخصات (شماره و تاریخ انتشار) نرم افزار … و تاریخ انجام آخرین تغییرات در مدل… باشد. لازم است، پس از تایید مدل، نسبت به "قفل نمودن" و یا "منجمدسازی" مدل اقدام شود و برای مثال در وسایل "فقط خواندنی- غیرقابل بازنویسی" حفظ شود.
10- بازتاب تحلیل در نقشه ها
هدف نهایی بسیاری از تحلیل ها عبارت از اجرای سازه ی مدل است، و این کار از طریق نقشه ها به مهندس مجری می رسد. لازم است نقشه های (سازه ای) با فرضیه های مدل و جواب های مدل مقایسه گردیده و اطمینان حاصل شود که، ویژگی های اساسی مدل در آن بازتاب یافته و دچار خدشه نشده باشد.
گرچه در نقشه ها به تحلیل (شماره و تاریخ مستندات تحلیل) فعلاً اشاره نمی شود ولی، انجام این امر بسیار مفید خواهد بود و حداقل لازم است این کار روی نسخه ی (شخصی) سخت افزاری و یا نرم افزاری مهندس طراح، منعکس گردد.
11- ارائه ی مدل و جواب های تحلیل
جواب های کامل یک تحلیل (سازه ای) رایانه ای، برای یک سازه نه چندان پیچیده به راحتی به چند صد صفحه خواهد رسید. ارائه ی چاپی کامل چنین جواب هایی چندان مفید نبوده و باعث اتلاف وقت (و اتلاف کاغذ و مضر به محیط زیست!) خواهد شد. در صورت نیاز به ارائه ی کل جواب ها نیز، می توان آنها را به صورت نرم افزاری ارائه داد.
در حالت کلی ارائه ی مدل و جواب های تحلیل باید طبق یک استاندارد و الگوی مشخص و معین باشد. در این مورد روش های زیر پیشنهاد می شود: ارائه مدل تحلیلی نرم افزاری؛ از محاسن این روش این است که همه ی کلیات و جزییات مدل قابل دسترسی خواهد بود و از اشکالات آنکه، در صورت در دسترس نبودن آن نرم افزار و یا انتشار خاصی که تحلیل با آن انجام گرفته است، باز کردن مدل ممکن نخواهد بود، در ضمن آشنایی به نرم افزار نیز لازم ا ست. ارائه فرضیه ها و جواب های کلیدی؛ از محاسن این روش وقت بر نبودن آن، لازم بودن آشنایی فرد (بیننده ی جواب ها) با اصول مهندسی سازه و اصول تحلیل است. از شرایط کافی بودن این روش، تعریف دقیق و مناسب "جواب ها و فرضیه های کلیدی" می باشد. جواب ها بهتر است به صورت ترکیبی، توضیحاتی از نمودارها، تصاویر دوبعدی و یا سه بعدی، جداول و لیست ها، آمار … حداکثرها (و یا حداقل ها) و حتی المقدور به صورت نرم افزاری باشد. در مورد نمودارها و تصاویر باید دقت شود که برای مفید بودن آنها، لازم است معیار مقایسه ای به طور روشن همراه آنها ارائه شود. برای تحلیل هایی مثل تاریخچه ی زمانی، تصویر "گام به گام" (و یا فیلم) تهیه شود و چنین امکاناتی در نرم افزارها میسر است.
12- بازبینی
برای اطمینان از صحت مدل لازم است، در شرایط متفاوت (و بهتر است در زمانی دیگر) توسط تحلیل گر مورد بازبینی قرار گیرد. البته اگر بازبینی توسط شخص دیگری انجام گیرد می تواند بسیار مفیدتر و موثرتر باشد. در واقع انجام چنین امری در طرح های پیچیده و خاص یک ضرورت است.
حتی در مواردی لازم خواهد بود که تحلیلی مجدد و مستقل انجام پذیرد. از بازبینی و یا بازبینی ها فقط آنهایی موثر تلقی گردد که مستند شده باشد (به صورت نرم افزاری و یا سخت افزاری) و گرنه، بازبینی مستند نشده، همانند انجام نیافتن آن است.
·
بررسی رفتار غیرخطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو به روش طراحی بر اساس سطح عملکرد
خلاصه
یکی از انواع سیستمهای مقاوم در برابر زلزله سیستم دیوار برشی بتنی است که به دلیل عملکرد مناسب آن در زلزله های گذشته مورد توجه مهندسین قرار گرفته است.
اما برخی محدودیتهای معماری مهندس محاسب را مجبور به تعبیه بازشو در دیوارهای برشی می نماید. به ویژه در سازه های بلند دارای هسته مرکزی بتنی، پیرامون اتاق آسانسور محل مناسبی برای نصب دیوار برشی و متصل نمودن آنها در جهت عمود بر یکدیگر و ایجاد نمودن دیوار برشی بالدار می باشد اما به منظور تعبیه درب آسانسور ناچار به ایجاد بازشو در یکی از دیوارها می باشیم که این امر بر رفتار دیوار برشی تاثیرگذار خواهد بود. نسبت ابعاد بازشو و همچنین درصد آرماتور بکار رفته در دیوار از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر رفتار غیرخطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو می باشند که روشهای نوین طراحی براساس سطح عملکرد، امکان بررسی رفتارغیرخطی و شکل پذیری چنین سازه ای را بخوبی فراهم آورده است.
در تحقیقات گذشته از تیرهای کوپله برای مدلسازی کامپیوتری بازشوها در دیوارهای برشی استفاده شده است، این تقریب به ویژه برای بازشوهای با ارتفاع کم خطای نسبتا زیادی در پاسخهای سازه ایجاد می نماید. لذا برای رفع این نقیصه در تحقیق حاضر دیوار برشی بتنی بصورت یک صفحه دارای سوراخ مدل گردیده و تاثیر نسبت عرض بازشو به عرض دیوار و نسبت ارتفاع بازشو به ارتفاع دیوار بر رفتار غیرخطی سازه، به ازاء درصد آرماتورهای مختلف، به روش طراحی بر اساس سطح عملکرد مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
احداث دیوار های برشی چه در ساختمانهای بلند و چه متوسط وحتی در ساختمانهای کوتاه موجب می شود که مقاومت ساختمان بطور قابل توجهی افزایش یابد و در مقایسه با ساختن قابهای خمشی اقتصادی تر خواهد بود و بهترین شیوه برای کنترل خیز جانبی ساختمانها می باشد. امروزه بخوبی می توان از دیوارهای برشی در کنار قابهای خمشی به نحوی استفاده کرد که رفتار مجموعه سازه نرم، مقاوم و شکل پذیر باشد. در غالب موارد دیوارهای برشی قادرند بیشترین سهم نیروی برش پایه را تحمل کنند که موجب افزایش چشمگیر سختی ساختمان و کاهش قابل ملاحظه خسارت به عناصر غیرسازه ای می گردند و همچنین دیوارهای برشی قادرند حتی پس از پذیرش ترکهای زیاد، بارهای ثقلی ساختمان را تحمل کنند که ستونها فاقد چنین خاصیتی هستند و در کل چنین عواملی دیوارهای برشی را قابل اطمینان تر از قابهای خمشی ساخته است.
تحقیقات نشان داده است که درصورت اجرای صحیح و آرماتورگذاری کافی، شکل پذیری مناسبی از خود نشان می دهند. در دیوارهای برشی دارای بازشو اگر دیوار در پایین ترین قسمت خود دارای یک یا چند بازشو باشد هریک از اجزاء دیوار در طرفین بازشو را پایه های دیواری و بخشی از دیوار که بین بازشوی بالایی و پایینی واقع می شود را تیر همبند یا کوپله می نامند.
Zhaoو همکاران به بررسی تاثیر ارتفاع تیر کوپله و درصد آرماتور برشی آن در آزمایشگاه پرداختند و به این نتیجه رسیدند که تیرهای کوپله با نسبت دهانه به ضخامت کمتر از 2 شبیه تیرهای عمیق رفتار می کنند و در برش دچار شکست می شوند. همچنین به این نتیجه رسیدند که تیرهایکوپله با درصد آرماتور برشی کمتر دچار گسیختگی برشی-کششی می شوند اما نمونه های با آرماتور برشی بیشتر، اغلب دچار گسیختگی لغرشی- برشی می شوند و دارای شکستی ترد هستند.
Paulay به بررسی شکل پذیری دیوارهای کوپله پرداخت و به این نتیجه رسید که دیوارهای کوپله محاسن ویژه ای دارند که عبارتند از:
– کنترل تغییر مکان بسیار عالی دارند.
– یک سیستم کوپله قوی، امکان استفاده از دیوارهای لاغر بدون به خطر انداختن حدود مجاز تغییر شکل نسبی طبفقات را فراهم می نماید.
– حدود تغییر شکلها در خلال یک پاسخ شکل پذیر، متاثر از مدهای دینامیکی بالاتر نمی باشد.
– با یک آرماتورگذاری مناسب و کافی، میرایی هیسترتیک بزرگتری نسبت به ساختمانهای سنتی با دیوار برشی از خود نشان می دهد.
صفاری و قهرمانی به این نتیجه رسیدند که افزایش ارتفاع تیر کوپله باعث افزایش مقاومت نهایی می گردد اما درصورتیکه ارتفاع تیر کوپله بیش از حدود 33 % ارتفاع طبقه گردد، تاثیر زیادی در مقاومت نهایی دیوار ندارد و شکل پذیری را نیز کاهش می دهد.
هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر بازشوها و همچنین تاثیر میزان آرماتورگذاری، بر رفتار غیرخطی و سطح عملکرد دیوارهای برشی می باشد. یک ساختمان 8 طبقه با سیستم دیوار برشی دارای بازشو مورد تحلیل غیر خطی قرار گرفته و رفتار غیر ارتجاعی و سطح عملکرد آن بررسی شده است. پس از آن سازه های 4 و 8 و 12 طبقه با شرایط بارگذاری مشابه ساختمان اجرا شده و با حداقل و حداکثر آرماتور ذکر شده در آیین نامه، به منظور بررسی تاثیر میزان آرماتورگذاری بر رفتار غیرخطی و سطح عملکرد سازه ها و کنترل ارضای نیازهای آیین نامه، مورد بررسی قرار گرفته است.
در ادامه نحوه تعیین نقطه عملکرد سازه به روش ضرایب تغییر مکان بیان شده است و سپس رفتار غیر الاستیک دیوارهای برشی مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت کلیات طرح و مشخصات مدل های مورد استفاده در این مقاله و نتایج نهایی مربوط به هر مدل در انتها ارایه گردیده است.
تعیین نقطه ی عملکرد سازه به روش ضرایب تغییرمکان:
تحلیل استاتیکی فزاینده غیرخطی روش موثری برای ارزیابی عملکرد سازه ها در هنگام زلزله می باشد. در این روش، سازه طرح شده تحت الگوی بارگذاری جانبی مشخصی قرار می گیرد و بارهای جانبی تا رسیدن سازه به تغییر شکل نهایی به طور تدریجی افزایش می یابد. با استفاده از این روش منحنی برش پایه در برابر تغییر مکان جانبی بام سازه رسم می گردد که به آن منحنی ظرفیت سازه می گویند، در نهایت با توجه به نتایج به دست آمده از منحنی ها، ارزیابی هایی به منظور کنترل رفتار سازه در نقطه عملکرد (Performance Point) تعیین شده برای آن سازه انجام می پذیرد.
به منظور تعیین نقطه عملکرد سازه در این تحقیق از روش ضرایب تغییر مکان ذکر شده در دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران و دستورالعمل ATC-40 استفاده شده است. به این صورت که تغییر مکان نقطه ای روی بام به عنوان تغییر مکان هدف سازه درنظر گرفته می شود و مقدار این تغییر مکان توسط رابطه ی زیر محاسبه می گردد:
که در آن:
C0 ضریب اصلاحی برای تبدیل واکنش یک درجه آزاد به سیستم چند درجه آزاد.
C1 ضریب اصلاحی برای مرتبط ساختن حداکثر تغییر مکان غیر ارتجاعی سیستم، با تغییرمکان به دست آمده از طیف ارتجاعی خطی.
C2 ضریب اصلاحی جهت لحاظ نمودن تاثیر رفتار هیسترزیس در تغییر مکان طیفی حداکثر سازه .
C3 ضریب اصلاحی برای منظور کردن تاثیرات مرتبه دوم (P – Δ ) می باشند.
پس از به دست آوردن تغییر مکان هدف، کلیه اعضا سازه باید با معیارهای ذکر شده در دستورالعملهای مقاوم سازی نظیر دستورالعمل ATC- 40و یا FEMA و یا دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران کنترل شوند که تا رسیدن به تغییرمکان هدف، ظرفیت اعضا از حدود بیان شده برای سطوح عملکرد مورد نظر فراتر نرفته باشند.
رفتار غیرالاستیک دیوار برشی:
تحقیقات انجام شده بر روی دیوارهای برشی بتن مسلح نشان می دهد دیوارهایی که به حد کافی و به نحو مناسب آرماتورگذاری شده اند نسبت به دیوارهای با آرماتورگذاری کمتر، ترکها را در محدوده وسیعتری از سطح خود پخش کرده اند و اغلب این ترکها بسته هستند به ویژه هنگامی که فولادها به حد جاری شدن نرسیده باشند. همچنین مشخص شده که آرماتورگذاری پیرامون بازشوها، تاثیر مهمی بر ظرفیت دیوار برشی دارد.
دیوارهای برشی دارای بازشو نیز چنانچه به نحو مناسبی طراحی و آرماتورگذاری شده باشند، رفتار شکل پذیر مناسب و خاصیت استهلاک انرژی بالایی دارند که به همین دلیل توصیه می شود تا حد امکان از آنها در ساختمانها استفاده شود. این دیوارها در واقع مرکب از دو یا چند دیوار هستند که توسط تیرهای کوپله به یکدیگر متصل شده اند لذا باید نحوه تخریب هر دو قسمت بررسی شود. اغلب شکستهایی که در این دو قسمت، در سازه ها مشاهده شده است عبارتند از:
شکست ناشی از شکست خود دیوارهای برشی:
در تخریبهای انجام شده در دیوارهای برشی طی زمینلرزه های گذشته مشخص شده که غالبا چهار نوع ضعف موجب چنین تخریب هایی می شوند که باید در طراحی، آنها را شناسایی و تدابیر لازم جهت جلوگیری از آن اتخاذ نمود این تخریبها عبارتند از:
الف- تخریب خمشی
ب- تخریب برشی
ج- تخریب لغزندگی
د- تخریب چرخشی پایه شالوده
در تخریب خمشی، مفصل یا لولای خمیری در پای دیوار تشکیل می شود که محل حداکثر نیروی برشی نیز می باشد. منطقه اصلی مفصل خمیری در ارتفاعی است که به آن طول لولای خمیری می گویند. برای کنترل برش طول این ناحیه را معمولا بین یک تا یک و نیم برابر طول دیوار درنظر می گیرند. در تخریب ناشی از برش، ترکهای ناشی از خمش در منطقه مفصل پلاستیک در ضخامت و طول بزرگتر شده و سپس با ترکهای ناشی از کشش قطری ترکیب می شوند که نهایتا پس از چند تناوب، بتن دیگر قادر به تحمل برش نمی باشد و تمامی برش باید توسط آرماتورها تحمل شود. در تخزیب لغزندگی، دیوار در جهت افقی دچار حرکت می شود که در محل درزهای اجرایی نیز اتفاق می افتد. تخریب ناشی از چرخش شالوده موجب بلند شدن فونداسیون می شود که از قدرت استهلاک انرژی به شدت می کاهد و موجب بوجود آمدن تخریبهای دیگر در سازه نیز می شود.

2-شکست ناشی از شکست تیرهای کوپله:
در واقع مهمترین ضعف در دیوارهای برشی دارای بازشو، تیرهای کوپله هستند. این تیرها دارای طولی کوتاه و عمقی زیاد هستند و اگر ضخامت آنها کم باشد، تبدیل به تیر عمیق می شوند که رفتار مطلوبی ندارند. تیرهای کوپله معمولا از دیوارها ضعیفترند و بر اثر حرکت جانبی-خمشی دیوارها، چرخش قابل ملاحظه ای در محل اتصال دیوارها به تیرها اعمال می گردد و همین چرخش موجب تولید لنگر قابل توجه و نهایتا جاری شدن مقاطع تیرها می شود. اغلب سه نوع تخریب در تیرهای کوپله مشاهده می شود که به ترتیب عبارتند از:
الف- تخریب خمشی
ب- شکست کششی قطری
ج- شکست قطری فشاری و کششی

طراحی دیوارها باید به نحوی باشد که از تشکیل لولای خمیری (جاری شدن آرماتورها) مطمئن باشیم به نحویکه شکست قطری کششی که شکستی ترد است، نه در دیوار و نه در تیرهای کوپله رخ ندهد، و بطور کلی دیوارها به نحوی رفتار کنند که لولای خمیری ابتدا در تیرهای کوپله و سرانجام در دیوارها تشکیل شود.
کلیات طرح و مشخصات مدل های مورد استفاده:
در تحقیق حاضر از مشخصات مربوط به یک ساختمان 8 طبقه اجرا شده در شهرستان سبزوار استفاده شده است. سیستم مقاوم در برابر زلزله، دیوارهای برشی بتن آرمه بوده که در پیرامون آسانسورهای ساختمان قرار گرفته اند. به منظور تعبیه درب آسانسورها بازشوهایی منظم در دیوارهای برشی درنظر گرفته شده است. زمین محل احداث, از خاک نوعIII می باشد. ضخامت دیوار 30cm و نسبت آرماتورهای افقی و قائم ρ = 0.0088 می باشد. طول دیوار برشی 3.0m و طول بازشوها 1m ارتفاع بازشو 2.0m و ارتفاع طبقه برابر 3.0m می باشد.
مشخصات مصالح بتن: وزن مخصوص بتن 2500kg/cm3 و مقاومت 28 روزه بتن fc = 250 Kg/Cm و ضریب پواسون ν = 0.15 پارامترهای مدلسازی خطی و غیرخطی توسط روابط آیین نامه آبا و دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران درنظر گرفته شده است.
مشخصات مصالح فولاد: مقاومت جاری شدن فولاد fy= 4000 Kg/Cmو مدل الاستیسیته ی فولادE=2100000 Kg/Cm2 در نظر گرفته شده است.
برای مدلسازی دیوار از نرم افزار"CSI perform-3D" استفاده شده است و در مدلسازی سختی و مقاومت مصالح، منحنی سه خطی با کاهش مقاومت نهایی بکار گرفته شده است. همچنین این نرم افزار قابلیت آن را دارد که تاثیر ترک خوردگی بتن در خمش و برش و خردشدگی آن در فشار و همچنین جاری شدن آرماتورها را نیز لحاظ می نماید.
پس از بررسی سازه اجرا شده، جهت مطالعه تاثیر میزان آرماتورگذاری بر رفتار غیرخطی و سطح عملکرد دیوارهای دارای بازشو, و کنترل تطبیق نیازهای لرزه ای آیین نامه ایران با مقادیر آرماتور ذکر شده در آن، سازه هایی با دیوارهای 4 و 8 و 12 طبقه با بارگذاری و شرایط مشابه سازه اجرا شده،با درصد آرماتور حداقل و حداکثر ذکر شده در آیین نامه طرح و اجرای ساختمانهای بتن آرمه ایران "آبا" مدلسازی و تحلیل گردیده است. درصدهای نسبی آرماتورهای در نظر گرفته شده در دیوارهای برشی عبارتند از :
حداقل نسبت آرماتور قائم در دیوار برشی: ρν,min= 0.0012
حداقل نسبت آرماتورافقی در دیوار برشی: ρh,min=0.002
حداکثرنسبت آرماتور در دیوار برشی: ρmax= 0.2
برای توزیع بار جانبی در ارتفاع سازه، از الگوی بارگذاری مثلثی ذکر شده در دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران استفاده شده است و به کمک تحلیل منحنی ظرفیت سازه به دست آمده است. سپس به کمک روش ضرایب تغییرمکان، تغییرمکان هدف آن ها استاتیکی فزاینده غیرخطی (push over) محاسبه و مقادیر دوران در تیر های کوپله و پای دیوار با مقادیر ذکر شده در دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران کنترل گشته است. همچنین جهت بررسی عملکرد کل سازه، تغییر شکل نسبی کلی طبقات با مقدار ارایه گردیده در دستورالعمل ATC-40 کنترل شده است.
نمونه اول: ساختمان 8 طبقه اجرا شده:
در این بخش به مطالعه یک نمونه از ساختمان 8 طبقه اجرا شده می پردازیم . در این ساختمان از قاب فولادی ساده جهت انتقال بار قائم استفاده شده است. سیستم مقاوم در برابر زلزله، دیوارهای برشی پیرامون آسانسور هستند که ابعاد بازشو و مشخصات مصالح آن در بالا ذکر شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در برش پایه 20.2 ton و تغییرمکان 9.4cm نخستین آرماتور کششی جاری شده و در محل بیرونی ترین تار فشاری نیز، مصالح بتنی دچار اندکی خرد شدگی شده است. در برش پایه 25.4ton و تغییرمکان 18.6cm نخستین آرماتور فشاری، در پایه فشاری جاری شده است. این نقطه به بعد جاری شدن آرماتورهای کششی و خرد شدگی بتن فشاری بطور ناگهانی افزایش می یابد و در برش پایه ی26.4ton شکست برشی در پایه دیوار رخ می دهد و دیوار منهدم شده است(شکل 3 را ببینید) تیرهای کوپله صدمه ای ندیده اند و تنش کششی زیاد در تراز پی و تراز سقف طبقه اول، عامل اصلی تخریب دیوار و نقطه ضعف سازه می باشد. تغییرمکان هدف δt =10.3 cmمحاسبه شده است که در این تغییرمکان، عملکرد کلی سازه و همچنین دوران کلیه تیرهای کوپله در سطح ایمنی جانی Ls قرار دارند.

در ادامه ی مقاله، تحقیقات انجام شده بر روی دیواهای برشی با حداقل و حداکثر آرماتور ذکر شده در آیین نامه مورد بررسی قرارمی گیرد که ضخامت دیوارها، ابعاد بازشوها، بارگذاری و مشخصات کلیه مصالح مشابه ساختمان 8 طبقه اجرا شده که در بالا ذکر گردید می باشد.
نمونه دوم: ساختمان 4 طبقه با نسبت آرماتور حداقل:
در این بخش یک ساختمان 4 طبقه با تمام ویژگیهای ساختمان 8 طبقه ذکر شده در بخش قبل در نظر گرفته شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد در برش پایه 13.8 ton و تغییر مکان 0.55 cm آرماتور طولی در کشش به حد جاری شدن رسیده است در برش پایه ی 15ton و تغییرمکان 4.44cm ترک خوردگی بتن در پایه دیوار و جاری شدن آرماتورهای کششی به طور ناگهانی افزایش یافته و تا انهدام دیوار پیش می رود (شکل 4 را ببینید) تیرهای کوپله صدمه ای ندیده اند و تنش کششی زیاد در تراز پی موجب تخریب دیوار گشته است. تغییرمکان هدف δt= 4.0cmمحاسبه شده است که در این تغییرمکان، عملکرد کلی سازه و همچنین دوران تیرهای کوپله بحرانی) تیر طبقه اول)در سطح ایمنی جانی LSقرار دارند.
نمونه سوم: ساختمان 4 طبقه با نسبت آرماتور حداکثر:
این ساختمان همانند ساختمان نمونه دوم بوده و تنها از نسبت آرماتور حداکثر استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که در برش پایه ی 42.3 ton و تغییرمکان 3.57cm اولین آرماتور کششی جاری شده شده است. در برش پایه 50ton و تغییرمکان 6.4cm تیرهای کوپله در طبقات اول و دوم دچار شکست برشی می شوند و منحنی ظرفیت با یک افت، تا برش پایه ی 20 ton و تغییرمکان 9.9cm که در آن تمام تیرهای کوپله دچار شکست شده اند پایین می آید و پس از آن سازه تا انهدام نهایی دیوار که به دلیل کشش زیاد در پایه دیوار رخ می دهد، مقاومت می کند(شکل 5) مقدار تغییر مکان هدف δt =4.1 cmمی باشد که عملکرد کل سازه و دوران تیرهای کوپله در سطح ایمنی جانی LS محاسبه شد ه است.
نمونه چهارم: ساختمان 8 طبقه با نسبت آرماتور حداقل:
در این بخش همان ساختمان 8 طبقه اجرا شده با نسبت آرماتورهای حد اقل مد نظر می باشد. نتایج طیف ظرفیت نشان می دهد که در برش پایه 12.5 ton و تغییرمکان 2.0 cm آرماتور طولی در کشش به حد جاری شدن رسیده است و در برش پایه 10.5 ton و تغییر مکان 6.8 cm ترک خوردگی بتن پایه و جاری شدن آرماتورهای کششی به طور ناگهانی افزایش یافته و تا انهدام دیوار پیش می رود (شکل 6 را ببینید) تیرهای کوپله صدمه ای ندیده اند و تنش کششی زیاد در تراز پی و تراز سقف طبقه اول موجب شکست و تخریب دیوار گشته است. تغییرمکان هدف δt = 10.0 cm محاسبه شده است که در این تغییرمکان، عملکرد کلی سازه و همچنین دوران تیرهای کوپله بحرانی در سطح ایمنی جانی LS قرار دارند.
نمونه پنجم: ساختمان 8 طبقه با نسبت آرماتور حداکثر:
این ساختمان همانند ساختمان نمونه ی سوم بوده و تنها از نسبت آرماتور حداکثر استفاده شده است. نتایج بررسی طیف ظرفیت (شکل 7 را ببینید) نشان می دهد که در برش پایه ی 30.2ton و تغییرمکان 12.3 cm اولین آرماتور کششی جاری شده شده است و اندکی خردشدگی بتن در بیرونی ترین تار فشاری رخ داده است. در برش پایه ی 38ton تغییرمکان 21.5cm تیرهای کوپله در طبقات اول، دوم، سوم و چهارم دچار شکست برشی شدند. در این نقطه یک افت در منحنی ظرفیت سازه ایجاد شده که به دلیل شکست تیرها بوده است و پس از آن منحنی به سمت بالا باز می گردد در برش پایه ی 32.7ton تغییرمکان 54.5cm ، تمامی تیرها دچار شکست می شود و یک افت شدید در منحنی ایجاد می شود، پس از آن شاهد افزایش مقاوم هستیم که ناشی از مقاومت دیوارها است و سازه تا تخریب نهایی دیوار که به دلیل جاری شدن آرماتور کششی در پایه کششی دیوار و خرد شدگی بتن مقاومت می کند. مقدار تغییرمکان هدف δt = 4.1 cm محاسبه شده است که عملکرد کل سازه و دوران تیرهای کوپله و پایه ها در سطح ایمنی جانی LS می باشد.
ششم: ساختمان 12 طبقه با نسبت آرماتور حداقل:
در این بخش یک ساختمان 12 طبقه با تمام ویژگیهای ساختمان 8 طبقه ذکر شده در بخش های قبل در نظر گرفته شده و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج طیف ظرفیت این ساختمان نشان می دهد در برش پایه 9.5ton و تغییر مکان 5.4cm آرماتور طولی در کشش به حد جاری شدن رسیده است و در برش پایه 10.9ton و تغییر مکان 11cm آرماتور طولی در تیرکوپله طبقه اول جاری شده است. در برش پایه ی 11.7ton و تغییر مکان 23.1cm آرماتورهای فشاری پایه جاری شده اند و خرد شدگی بتن نیز اتفاق افتاده است، از این نقطه به بعد افزایش مقاومتی در دیوار مشاهده نمی شود و خردشدگی بتن فشاری و جاری شدن آرماتورهای کششی افزایش یافته و تا انهدام دیوار پیش می رود(شکل 8 را ببینید) تیرهای کوپله محاسبه صدمه ای ندیده اند و تنش کششی زیاد در تراز پی و تراز سقف طبقه اول موجب تخریب دیوار گشته است. تغییرمکان هدف δt = 13.9 cm محاسبه شده است که در این تغییرمکان، عملکرد کلی سازه و همچنین دوران تیرهای کوپله بحرانی در سطح ایمنی جانی LS قرار دارند
نمونه هفتم: ساختمان 12 طبقه با نسبت آرماتور حداکثر:
این ساختمان همانند ساختمان نمونه پنجم بوده و تنها از نسبت آرماتور حداکثر استفاده شده است. نتایج بررسی طیف ظرفیت(شکل 9 را ببینید) نشان می دهد که در برش پایه ی 24.5ton و تغییرمکان 28.15 cm اولین آرماتور کششی جاری شده و اندکی خرد شدگی در بیرونی ترین تار فشاری بتن رخ داده است. در برش پایه ی 32 ton و تغییرمکان 55.5cmتیرهای کوپله ی طبقات اول، تا ششم، دچار شکست برشی می شوند و یک افت شدید در منحنی ظرفیت ایجاد می شود منحنی دوباره به سمت بالا باز می گردد، تا اینکه در برش پایه ی 25ton و تغییرمکان 145.6cm تمام تیرهای کوپله می شکنند و پس از آن سازه اندکی مقاومت می نماید و به دلیل کشش زیاد در پایه کششی و خرد شدگی پایه فشاری تا تخریب نهایی دیوار پیش می رود. تغییرمکان هدف δt = 17.7 cm محاسبه شده است که عملکرد کل سازه و دوران تیرهای کوپله و پایه ها در سطح ایمنی جانی LS می باشد.

نتیجه گیری
1- تغییرمکان نسبی بام سازه با مقادیر ذکر شده در ATC-40 مقایسه و دوران تیرهای کوپله بحرانی و پایه های دیوار، با مقادیر ذکر شده در دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران کنترل گردید و مشخص شد که عملکرد کلی و دوران تیرهای کوپله و پایه ها در محدوده ایمنی جانی LS قرار دارند.
2- میزان آرماتور طولی بکار رفته در دیوارها به ویژه در سازه های مرتفع، تاثیر مهمی بر مقاومت و شکل پذیری آنها دارد، بنحویکه دیوارهای با درصد آرماتور کمتر با افزایش برش پایه، سریعا دچار شکست کششی در تراز پی و طبقات پایین می شوند ولی در دیوارهای با درصد آرماتور بیشتر، پایه ها به خوبی در مقابل کشش مقاومت می کنند تا اینکه تیرهای کوپله دچار شکست می شوند.
3- افزایش بار قائم روی دیوارها موجب می شود که پایه های دیوار در هنگام زمینلرزه، دیرتر به حد جاری شدن برسند و این امر عملکرد غیرخطی دیوار را بهبود می بخشد.
4-ضعف اصلی در دیوارهایی که آرماتور طولی مناسبی دارند در تیرهای کوپله است که غالبا دچار شکست برشی- لغزشی می شوند و افزایش بیش از حد ارماتور برشی تاثیر قابل توجهی بر مقاومت برشی آنها نمی گذارد و موجب ترد شکنی نیز می شود.
5- چنانچه دیوارهای برشی دارای بازشو به نحوی طراحی شوند که تیرهای کوپله قبل از دیوارها جاری شوند، این تیرها نه تنها نقطه ضعف دیوارها نیستند بلکه در مقابل بارهای جانبی بزرگ، به منزله فیوز عمل می کنند و قبل از آنکه دیوار که وظیفه انتقال بار جانبی و قائم را دارد صدمه قابل توجهی ببیند می شکنند، که این خود موجب استهلاک انرژی زیاد و شکل پذیری بالاتر در حرکات رفت و برگشتی درطی زلزله می شود که ویژگی بسیار مطلوبی در رفتار سازه است.
سازه، دیوار برشی دیواری است که از قطعات مهاری (قطعات برشی) ساخته شده و وظیفهٔ خنثی کردن اثر بارهای جانبی وارد شده بر سازه را بر عهده دارد. دیوار برشی برای مقابله با بارهای جانبی متداولی همچون بار باد و بار زلزله طراحی می شود. طبق آیین نامه های ساختمانی، تمام دیوارهای خارجی در سازه هایی با اسکلت چوبی و فولادی، باید مهاربندی شوند. برخی از دیوارهای داخلی ساختمان نیز با توجه به اندازهٔ ساختمان، باید به شکل مناسبی مهاربندی گردند.

یک دیوار برشی چوبی معمولی

روش رایج برای اجرای دیوارهای مهاربندی شده در سازه هایی با اسکلت چوبی، استفاده از قطعات مهاری ساخته شده از تخته چوبی چندلایه است. روش مرسوم دیگر عبارت است از به کاربردن مهار چوبی مورب در سرتاسر. استفاه از مهار فلزی T-شکل نیز شیوهٔ جدیدی است. اما این روش ها مناسب ساختمان هایی با در و پنجره های متعدد نبوده و در نواحی زلزله خیز و مناطقی با بادهای شدید استحکام لازم را نخواهد داشت.

چنین دیوارهایی می توانند "باربر" و یا "غیرباربر" باشند.

دیوارهای برشی نوعی از سیستم های سازه ای است که مقاومت جانبی ساختمان یا سازه را تامین می کند. بارهای جانبی در یک صفحه و در طول بعد قائم دیوار اعمال می شوند. ای نوع از بارها، معمولا به وسیله اعضای دیافراگم یا جمع کننده یا پسار، به دیوار منتقل می گردند. این دیوارها از چوب، بتن و مصالح بنایی ساخته می شوند.

تخته چندلایه، جزو مصالحی است که در ساخت دیوار برشی به کار می رود؛ اما با پیشرفت فناوری و روش های ساخت وساز، مصالح پیش ساخته دیگری همچون هاردپنل و دیوارهای محکم سیمپسون عرضه شده اند که امکان تزریق مواد را به داخل دیوارهای کم پهنا دارند. استفاده از ورق ها و پانل های فولادی به جای تخته چندلایه در دیوار برشی، مقاومت بیشتری را در مقابل زلزله فراهم می کند.
دیوار برشی نامسطح

بسته به شرایط، ممکن است یک طراح به جای دیوار برشی مسطح مستطیلی یا میله ای، از دیوار برشی غیرمسطح C-شکل یا L-شکل استفاده کند. به کاربردن این نوع از دیوارهای برشی، نیاز به تحلیل سه بعدی و بررسی شرایط محل دارد.

روش های تحلیل عبارتند از:

روش اجزاء محدود
الگوی پانل آویزان

عناصر مقاوم در برابر نیروهای جانبی شامل قاب خمشی، دیوار برشی یا ترکیبی از آن دو می باشند. دیوار برشی اقتصادی تر از قاب خمشی می باشد و برای سازه های بلند قاب به تنهایی نمی تواند جوابگو باشد و همچنین باعث افزایش چشمگیرسختی ساختمان می شود.

انواع دیوار برشی

۱-دیوار برشی فولادی ۲-دیوار برشی مرکب ۳-دیوار برشی مصالح بنایی ۴-دیوار برشی بتن مسلح

۱-فولادی:برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی به کار می رودو با اتصالاتش سبب تقویت تیرو ستون های اطراف می شود. و مزایایی چون اجرای آسان، وزن کم، اقتصادی بودن، شکل پذیری زیاد، نصب سریع و جذب انرژی بالا دارد.

۲-مرکب:الف-ورق های تقویت شده فولادی مدفون در بتن مسلح ب-خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح

۳-مصالح بنایی: دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای باآجرتوخالی و پرشده بادوغاب

۴-بتن مسلح: الف-در جا ب- پیش ساخته. یکی از مطمئن ترین روش های مقابله با نیروهای جانبی است. قرارگیری آن در پلان باید تا حد امکان متقارن باشد. مرکز ثقل هر طبقه در حوالی مرکز صلبیت دیوارهای برشی باشد
مصالح مورد استفاده در دیوار برشی بتنی

الف-آرماتور ب-بتن پ-قالب

پس از اجرای پی و هم زمان با بتن ریزی ستون ها نوبت به اجرای دیوار برشی می رسد.

مراحل اجرای دیوار برشی

۱-آرماتوربندی عمودی و افقی ۲-قالب بندی ۳-بتن ریزی

مزایای دیوارهای برشی

۱:افزایش چشمگیر سختی ساختمان به نحوی که بر اثرات ثانویه نقش موثری دارد. این مزیت خود به خود موجب افزایش درجه ایمنی در مقابل شکست یا ریزش ساختمان می شود.

۲:کاهش قابل ملاحظه خسارت به عناصر غیرسازه ای که در اکثر موارد هزینه آنها کمتر از هزینه اعضای سازه ای نیست.

۳:اثر قابل توجه در ایجاد آرامش خیال و تامین امنیت روانی ساکنین ساختمانهای بلند مرتبه در هنگام وقوع زلزله.

۴:دیوارهای برشی قادرند حتی پس از پذیرش ترکهای زیاد، بارهای ثقلی که برای آنها هم طراحی شده اند تحمل کنند. این پدیده را بطور کامل نمی توان از ستونها انتظار داشت.

۵:شکل پذیری بالا

معایب دیوار برشی

-امکان شکست برشی در صورت عدم طراحی مناسب -ایجاد نیروی بالارانش در صورت عدم تخمین صحیح تعداد دیوارها و قرارگیری نامناسب آنها

آنچه که باید برای دیوارهای برشی موردنظر باشد عبارتند از:

-مقاومت -شکل پذیری -ظرفیت جذب انرژی -حداقل کاهش در سختی

هر دیوار برشی ممکن است در اثر نیروهای محوری دچار جابه جایی یا تغییرشکل انتقالی و چرخشی شود. اینکه یک دیوار برشی تا چه میزان و چگونه تحت تاثیر لنگر واژگونی، نیروهای برشی یا پیچشی قرار گیرد بستگی دارد به:

-شکل هندسی -جهت آن در برابر نیروی زلزله -محل استقرار آن در پلان ساختمان

بال: دیوارهایی که در دو انتهای خود دارای بال هستند مقاطع بال دار نامیده می شوند که از پایداری و شکل پذیری زیادی در مقایسه با دیوارهای بدون بال برخوردارند.

انواع دیوار برشی از لحاظ شکل مقطع

۱-دیوار برشی مستطیل شکل با آرماتور گذاری یکنواخت در سراسر مقطع ۲-دیوار برشی مستطیل شکل با آرماتور گذاری متمرکز در دو انتهای دیوار ۳-دیوار برشی دمبلی شکل یا I شکل

دردیوارهای برشی دارای بازشو اگر دیوار در پائین ترین قسمت خود دارای یک یا چند بازشو باشد، هر یک ازاجزاء دیوار در طرفین بازشو را پایه های دیوار برشی و بخشی از دیوار را که بین بازشوی بالائی و پائینی واقع است تیر همبند یا کوپله می نامند.

جهت ایجاد عملکرد سازه ای واحد برای دو دیوار سازه ای مجاور و مجزا و یا برای اجزای دوطرف بازشو در دیوارهای شامل بازشوهای بزرگ، از تیرهای رابط با شکل پذیری زیاد به نام تیرهای هم بند استفاده می شود. در این حالت دیوارهایی را که به هم متصل می شوند، دیوارهای هم بسته می گویند. درهر حال عرض تیر همبند حداقل۲۰۰mm است.

انواع تیرهای کوپله

-تیر کوپلهٔ بتنی -تیر کوپلهٔ پیش تنیده -تیر کوپلهٔ کامپوزیتی -تیر کوپله متشکل از صفحات برشی -تیر کوپله با محدودیت حداکثر بارقابل تحمل -تیر کوپله پیش ساخته

انواع شکست ها در دیوارهای برشی

۱:شکست ناشی از شکست خود دیوارهای برشی در تخریب های انجام شده در دیوارهای برشی طی زمین لرزه های گذشته مشخص شده که غالبا چهار نوع ضعف موجب چنین تخریب هایی می شوند. باید در طراحی، آنها را شناسایی و تدابیرلازم جهت جلوگیری از آن اتخاذ نمود. این تخریب ها عبارتند از: الف) تخریب چرخشی پایه شالوده ب) تخریب برشی ج) تخریب لغزندگی د) تخریب خمشی

۲:شکست ناشی از شکست تیرهای کوپله در واقع مهمترین ضعف در دیوارهای برشی دارای بازشو، تیرهای کوپله هستند. این تیرها دارای طول کوتاه و عمقی زیاد هستند و اگر ضخامت آنها کم باشد، تبدیل به تیر عمیق می شوند که رفتار مطلوبی ندارند. تیرهای کوپله معمولا از دیوارها ضعیف ترند و بر اثر حرکت جانبی – خمشی دیوارها به چرخش قابل ملاحظه ای در محل اتصال دیوارها به تیرها اعمال می گردد. همین چرخش موجب تولید لنگر قابل توجه و نهایتا جاری شدن مقاطع تیرها می شود. غالبا سه نوع تخریب در تیرهای کوپله مشاهده می شود که به ترتیب عبارتند از: الف) تخریب خمشی ب) شکست کششی قطری ج) شکست قطری فشاری و کششی

سختی در طبقه و مقاومت زیاد، ساختمان های با این سیستم را مناسب مهاربندی (در برابر بارهای جانبی) تا ۳۵ طبقه می نماید. یکی از جاهای مناسب برای قرار گرفتن دیوار برشی محل تکیه گاه های جانبی یا محیطی راه پله ها و اتاق آسانسور می باشد.

کلمات کلیدی: دیوار برشی,یک دیوار برشی چوبی معمولی,محتویات,دیوار برشی نامسطح,انواع دیوار برشی,مصالح مورد استفاده در دیوار برشی بتنی,مراحل اجرای دیوار برشی,مزایای دیوارهای برشی,معایب دیوار برشی,انواع شکست ها در دیوارهای برشی,انواع دیوار برشی از لحاظ شکل مقطع, دیوارهایی می توانند باربر و غیرباربر

یکی از انواع سیستم های مقابله با نیروهای جانبی، استفاده از دیوارهای برشی است و یکی از انواع این دیوارها، دیوارهای برشی مرکب است. این دیوار ها از یک ورق فولادی و نیز پوششی بتنی که در یک سو یا هر دو سوی ورق به کمک اتصالات مخصوصی وصل هستند تشکیل می شود. این اتصالات، میلگردهای برشی و یا بُلت می باشند.در سال های اخیر دیوارهای برشی مرکب در ساختمان ها مورد استفاده قرار گرفته است. گرچه این استفاده بسیار کمتر از سایر سیستم های مطرح است.
در این مقاله به بررسی مزایا و نحوه ساخت این دیوارها و قرارگیری آن در ساختمان ها اشاره می کنیم و مثالی از کاربرد آن بیان خواهیم کرد.

برخی مزایای دیوارهای برشی مرکب
الف) در مقایسه با یک دیوار برشی بتن مسلح، دیوار برشی مرکب با مقاومت برشی یکسان و در عین حال سختی برشی بیشتر، حجم کمتری از فضا را اشغال می کند که این خاصیت در معماری سازه و استفاده مفید از فضا بسیار سودمند است.
ب) وزن دیوار برشی مرکب از دیوار برشی بتن مسلح کمتر بوده و این خاصیت علاوه بر کاهش وزن در طراحی فونداسیون برای وزن کمتر کمک بسزایی می کند.
پ) دیوارهای برشی مرکب می توانند در محل کارگاه ساخته شوند و یا پیش ساخته باشند و در قسمت مخصوص وصل شوند.
ت) خسارات ناشی از زلزله می تواند در دیوارهای برشی بتنی موجب ترک برداشتن و شکستن و در دیوارهای برشی فولادی سبب گسیختگی فولاد شود؛ اما در دیوارهای برشی مرکب (مخصوصا وقتی از دیوار برشی مرکب نوین استفاده می شود) در حد
جاری شدن ورق بوده و حتی در بتن هم ترکی ایجاد نمی شود.
ث) بتن مسلح موجود در دیوار برشی مرکب به عنوان عایق حرارتی و صوتی و نیز محافظ ورق فولادی در برابر آتش سوزی می باشد.

اجزاء تشکیل دهنده دیوار برشی مرکب
این اجزا عبارتند از دیواره فولادی، دیواره بتنی، اتصالات برشی، ستون های جانبی (اطراف دیوار برشی)، تیرهای جانبی و اتصالات آن ها به هم.
a) دیواره فولادی:
این دیواره از ورق های فولادی حاصل می شود. ورق هایی که نباید ضخامتشان از 10 میلیمتر کمتر باشد؛ چرا که در حین نصب مشکل زا بوده و نیز باعث به کارگیری مقدار زیادتری اتصالات برشی می گردد. مهمترین وظیفه ورق فولادی در دیوارهای برشی مرکب، مقاومت در برابر نیروی برشی و نیز شکل پذیری برشی
می باشد. همچنین این ورق در مقابله با لنگرهای خمشی تا حدودی دخیل است. دلیل آن که ورق فولادی می تواند با نیروی برشی جاری شود حضور دیواره بتن مسلح است که نقش مهار را برای آن ایفا می کند و مانع از کمانش ورق، پیش از جاری شدن آن می شود.
البته خود دیواره ی بتنی هم مقداری از برش طبقه را از طریق مقاومت فشاری قطری تحمل می کند.
b) دیواره بتن مسلح:
در شکل 1دیدیم که بتن مسلح می تواند به یک سمت ورق فولادی وصل شود و یا به هر دو طرف فولاد متصل شود.همچنین دیواره های بتن مسلح می توانند بین دو ورق فولاد، اصطلاحا ساندویچ شوند.
در هر صورت بتن به هر شکلی که اجرا گردد نقش آن در دیوار برشی مرکب ایجاد مقاومت و سختی برشی می باشد. می تواند پیش ساخته یا در جا ساخته باشد و از کمانش ورق فولادی نیز جلوگیری کند.
c) اتصالات برشی:
برای دیواره های بتنی که در محل پروژه ساخته می شوند، این اتصالات از جوش دادن گل میخ به فولاد ساخته می شود.
برای بتن های پیش ساخته اتصالات بین فولاد و بتن توسط بولت ایجاد می گردد. آزمایش ها حاکی از آن است که نه تنها این اتصالات تحت برش، بلکه تحت کشش نسبتا زیادی به خاطر کمانش موضعی فولاد قرار می گیرد.
d) ستون های جانبی:
این ستون ها تحت بارهای قائم به عنوان عوامل مقاوم در برابر لنگر های خمشی به کار برده می شوند. همچنین در مهار کشش موجود در ورق فولادی و مقاومت در برابر فشار قطری موجود در بتن مسلح آیتم مهمی هستند.
e) تیرهای جانبی:
تیرهای بالایی و پایینی، در مهار کشش موجود در ورق فولادی و فشار قطری موجود در بتن مسلح نقش دارند و به خاطر لنگرهای خمشی موجود در انتهای این تیرها نیروی برشی زیادی وجود دارد.
f) اتصال دیوار برشی به اعضای جانبی
این اتصال توسط جوش یا بولت برقرار می شود. نقش عمده این اتصالات انتقال برش و کشش می باشد.
g) اتصال تیر به ستون:
برای کارکرد مناسب دیوار برشی، این اتصالات بسیار مهم هستند. در یک سیستم دوگانه، وقتی که قاب خمشی به عنوان "پشتیبان" سیستم دیوار برشی به کار می رود، اتصالات باید خمشی باشند.

استفاده از دیوار برشی مرکب در سیستم های سازه ای
• استفاده از دیوار برشی در قاب فلزی با اتصالات فلزی؛ نقش دیوار برشی مرکب، تحمل کامل برش وارد بر سازه می باشد.
• سیستم دوگانه دیوار برشی و قاب خمشی در عمل برای مقابله همزمان این دو سیستم در برابر نیروهای جانبی به کار می رود، اما در سیستمی که از دیوار برشی مرکب استفاده کرده باشد، تحمل نیروهای جانبی به طور عمده توسط دیوار برشی بوده و قاب خمشی نقش پشتیبان را ایفا می کند (تحمل 4/1 برش). در ضمن قاب خمشی در این سیستم دوگانه نباید قاب خمشی ویژه باشد.
حتی بعد از زلزله اگر دیوار برشی به شدت آسیب دید، به خاطر طراحی خاص (Gusset-like) گوشه های ورق فولادی در بالا و پایین اتصالات خمشی، اتصالات دچار دوران زیادی نمی شوند.
دیوار های برشی مرکب دو نوع سنتی و نوین دارند که تنها تفاوتشان وجود یک فضای خالی بین دیوار برشی و تیر و
ستون های جانبی در مدل نوین می باشد. همین یک تفاوت سبب افزایش چشمگیر شکل پذیری و کاهش آسیب دیدگی سازه
می شود.
دیواربرشی فولادی
سیستم دیواربرشی فولادی (به انگلیسی: Steel shear wall) به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در سه دهه اخیر به سرعت در دنیا مورد توجه قرارگرفته وازاین سیستم برای ساخت و مقاوم سازی ساختمان ها ی مهمی دردنیا بویژه درکشورهای زلزله خیزی چون ژاپن وآمریکا استفاده شده است.[۱] ازجمله ساختمان های ساخته شده بااین سیستم می توان بیمارستان ۶۶طبقه در لوس آنجلس(Olive view)دراوایل دهه ۸۰ میلادی، مرکزدرمانی پرتلند(Portland Medical Center Providence) درسال ۲۰۰۸، ساختمان بین المللی لاس وگاس (Cosmopolitan)درسال۲۰۰۹۹ وساختمان اداری۳۵ طبقه درکوبه(High rise). بطوریکه ساختمان بیمارستان ۶ طبقه (Olive view)در لوس آنجلس وساختمان اداری۳۵ طبقه درکوبه(High risee)دو سازه مهمی هستند که درآنها ازسیستم دیواربرشی فولادی به عنوان سیستم مقاوم دربرابربارهای جانبی استفاده شده ودو زلزله شدید نرث ریج(Northridgee) وکوبه را پشت سر گذاشته اند ومطالعات انجام شده برروی این دوساختمان پس از زلزله همگی ازرفتار بسیار خوب سیستم دیوارهای برشی فولادی درطول زلزله و وارد شدن کمترین خسارت به این دو ساختمان حکایت می کنند. همچنین ساختمان های موجود بسیاری نیز بااستفاده از دیوارهای برشی فولادی دربرابر بارهای جانبی، خصوصاً زلزله تقویت شده اند که دونمونه مهم از آنها، ساختمان مرکز درمانی در چارلستون وساختمان کتابخانه ایالتی اورگان هردو درآمریکا می باشند.
سازه دیوارهای برشی فولادی
دیوارهای برشی فولادی از ورق فولادی که توسط تیرها وستون ها احاطه شده است، تشکیل گردیده اند؛ که به تیرها وستون ها عناصرمرزی می گویند. دیوارهای برشی فولادی مشابه تیرورق طره ای عمل می نمایند، که درآن ستون هابه منظور بال های تیر ورق، تیرهای طبقات همانند سخت کننده های آن و ورق های فولادی به عنوان جان تیر ورق می باشند.
مزایای دیوار برشی فولادی نسبت به دیوار برشی بتنی
1. کاهش وزن فولاد مصرفی سازه (این مقدار بسته به زیر بنا و تعداد طبقات سازه متغیر می باشد).
2. کاهش بار مرده و سبک سازی ناشی از آن.
3. کاهش سطح اشتغال دیوار برشی و در نتیجه افزایش فضای مفید داخلی.
4. افزایش سرعت اجرا (سریع سازی).
5. کاهش طول و تعداد دیوار برشی و در نتیجه رفع محدودیت های معماری ناشی از آن.
6. افزایش ضریب رفتار سازه و شکل پذیری در برابر زلزله.[۴]
انواع دیوارهای برشی فلزی[ویرایش]
1. دیوارهای فلزی برشی بدون سخت کننده: دراین نوع دیوارها ورق جان مقاومت فشاری ناچیزی دارد وبنابراین کمانش براثربارهای کوچک به وجود می آید ازطرف دیگر، بارهای جانبی توسط مقاومت کششی قطری به وجود آمده درجان دیوار تحمل می شود که این عملکرد همانند میدان های کششی به وجود آمده در تیرورق ها است[
2. دیوار برشی فلزی شامل سخت کننده: دراین نوع دیوارها سخت کننده ها ظرفیت کمانشی ورق جان دیوار برشی راافزایش می دهد[۶
3. دیواربرشی فلزی مرکب (ترکیب بتن وفلز): دراین سیستم سختی موردنیاز برای ورق فلزی جان دیوارتوسط بتن آرمه تامین می شود. ازبتن سخت کننده می توان دریک طرف یا هردوطرف ورق جان دیوار استفاده کرد.
4. مزایای سیستم دیوار برشی فولادی
5. 1-1- مزایای کلی
6. – کاهش وزن فولاد مصرفی
وزن اندک ورق فولادی، ساده شدن الزامات طراحی به دلیل رفتار مناسب سیستم (و دارا بودن ضریب رفتار بالا) به همراه عملکرد موثر در کنترل تغییرشکل های سازه ای به واسطه داشتن سختی جانبی زیاد، منجر به کاهش وزن اسکلت طراحی شده می شود
– ایمنی و مقاومت بالای لرزه ای بواسطه پیوستگی، شکل پذیری و استحکام بالای ورق فولادی و اتصالات آن
– اجرای آسان به دلیل:
– استفاده از اتصال مفصلی با جوش گوشه در همه اتصالات قاب به جز اتصال اعضای احاطه کننده ورق فولادی
– حمل و نصب آسان ورق فولادی به دلیل وزن کم، انعطاف بالا و برش کاری و آماده سازی آن در محل کارخانه
– کوچک بودن بعد جوش اتصال ورق فولادی و اجرای آن تنها با یک عبور (پاس) جوش. همچنین امکان حذف جوش و اجرای اتصال به کمک پیچ و مهره.
7. 1-2- مزایای معماری
8. – اشغال کمتر فضای معماری نسبت به سایر سیستم های باربر جانبی
– امکان تعبیه بازشو (درب یا پنجره): در دیوارهای برشی فولادی مشروط به در نظر گرفتن سخت کننده های لازم امکان تعبیه بازشو در هر ابعادی وجود دارد در حالی که این امکان در سیستم مهاربندی V محدود است و در مهاربندی X وجود ندارد و در دیوار برشی بتنی با محدودیت اندازه و جزئیات اجرایی دشوار مواجه است.
9. 1-3- مزایای رفتاری
10. – شکل پذیری و قابلیت جذب انرژی بالاتر نسبت به سیستم های مهاربندی و دیوار برشی بتن آرمه.
– عدم حساسیت ویژه به نحوه اجرای اتصالات جوشی بر خلاف سیستم قاب خمشی که در آن در صورت شکست جوش اتصال تحت بار جانبی، ریزش طبقه و خرابی پیش رونده رخ خواهد داد
– ایمنی تامین شده توسط دیوار برشی فولادی به دلیل دارا بودن درجه نامعینی زیاد و پیوستگی جوش به کار رفته در اتصال آن از سیستم های مهاربندی و قاب خمشی بالاتر و با سیستم دیوار برشی بتن آرمه قابل مقایسه است.
– در سیستم دیوار برشی فولادی در شرایط وقوع زلزله تسلیم و خرابی در ورق فولادی قابل تعویض و تا حد کمتری در نقاط انتهایی تیرهای بالا و پایین آن متمرکز شده و سایر تیرها و ستون های سازه از وقوع تسلیم در امان خواهند ماند در نتیجه هزینه بازسازی ساختمان پس از زمین لرزه به حداقل رسانده می شود.
11. 1-4- مزایا نسبت به سیستم قاب خمشی
12. – تا 50 درصد وزن کمتر اسکلت: سختی جانبی بسیار بالاتر سیستم دیوار برشی فولادی در مقایسه با سیستم قاب خمشی سبب کنترل موثرتر تغییرشکل های سازه می شود. این عامل در کنار ضریب رفتار بالاتر سیستم (تا 2.5 برابر) که منجر به کاهش بارهای لرزه ای آن می شود کاهش چشمگیر وزن اسکلت را به همراه دارد.
– اجرای آسان تر و سریعتر: جوش های نفوذی کامل اتصالات قاب های خمشی منجر به دشواری و کندی اجرای آن می شوند در حالی که در سیستم دیوار برشی فولادی جز در دهانه های دیوار سایر اتصالات از نوع مفصلی هستند.
13. 1-5- مزایا نسبت به سیستم مهاربندی
14. – کاهش وزن فولاد مصرفی: در شرایطی که به دلیل ضعف سیستم مهاربندی در کنترل تغییرشکل ها استفاده از سیستم دوگانه ضرورت می یابد، استفاده تنها از سیستم دیوار برشی فولادی به دلیل داشتن سختی بالاتر کافی خواهد بود. داشتن ضریب رفتار بالاتر (تا 1.7 برابر) نیز به کاهش وزن اسکلت کمک خواهد کرد.
– رفتار بهتر لرزه ای: در سیستم مهاربندی نیروهای لرزه ای در محل اتصالات تمرکز می یابند در حالی که در سیستم دیوار برشی فولادی این نیروها توسط ورق دیوار در تمامی نقاط تیر و ستون های احاطه کننده توزیع می شوند.
15. 1-6- مزایا نسبت به دیوار برشی بتن آرمه
16. – وزن بسیار کمتر: وزن قابل توجه دیوار بتنی علاوه بر اعمال سربار بر تیرهای تحتانی منجر به افزایش قابل توجه وزن سازه و نیروهای لرزه ای جذب شده می شود.
– ضریب رفتار بالاتر: بدون در نظر گرفتن سیستم دوگانه "قاب خمشی ویژه + دیوار برشی بتن آرمه ویژه" که به دلیل مشکلات خاص اجرایی کمتر مورد توجه قرار می گیرد، ضریب رفتار سیستم دیوار برشی فولادی 1.25 تا 2 برابر از معادل بتنی خود بیشتر است که به تناسب این افزایش بارهای لرزه ای نیز کاهش می یابند.
– فرایند اجرای بسیار ساده تر: به دلیل وجود مراحل آرماتوربندی، قالب بندی، گیرش بتن و قالب برداری در فرایند اجرای دیوار برشی بتنی، اجرای سیستم دیوار برشی فولادی به مراتب سریعتر و آسان تر است.
17. 1-7- جدول مقایسه سیستم های باربری جانبی مختلف
18.
پارامتر مورد مقایسه
سیستم سازه ای

دیوار برشی فولادی
قاب خمشی متوسط (ویژه)
قاب مهاربندی شده هم محور (برون محور)
دیوار برشی بتنی متوسط (ویژه)
ضریب رفتار
10
7 (10)
6 (7)
7 (8)
سختی جانبی
زیاد
کم
متوسط
خیلی زیاد
بار مرده ناشی از وزن اعضای غیر از تیر و ستون
خیلی کم
——
متوسط
زیاد
سرعت و سهولت اجرا
آسان
متوسط
متوسط
دشوار
میزان اشغال فضای معماری توسط اسکلت سازه ای
ناچیز
زیاد
زیاد
خیلی زیاد
امکان تعبیه بازشو
مقدور
بدون مشکل
غیر ممکن (محدود)
پرهزینه و خیلی دشوار
ایمنی سازه ای
خیلی زیاد
متوسط (زیاد)
کم (متوسط)
زیاد
هزینه بازسازی و استفاده مجدد پس از وقوع زلزله
خیلی کم
خیلی زیاد
زیاد (خیلی زیاد)
خیلی زیاد
نیاز به نیروی متخصص جهت اجرا
خیر
بلی
خیر
بلی
19.
20. 2- تاریخچه دیوار برشی فولادی
21. موارد متعددی از کاربرد این سیستم در دهه 1970 در کشورهایی چون ژاپن و ایالات متحده قابل گزارش است اما با ارائه ضوابط طراحی دیوارهای برشی فولادی توسط آیین نامه طراحی لرزه ای سازه های فولادی ایالات متحده (AISC 341) در سال 2005 گسترش سیستم سرعت قابل ملاحظه ای یافت. موارد متعددی از کاربردهای اخیر این سیستم را می توان برشمرد که در ادامه به برخی از آنها اشاره می شود.
22. 2-1- کاربردهای سیستم در ایالات متحده
23. – هتل 30 طبقه در لاس تگزاس (عکس ص 23)
– بیمارستان 6 طبقه سیلمار در لس آنجلس (1980) (ص 3)
– سیستم سازه ای: در دوطبقه اول قاب فولادی با دیوار برشی بتن آرمه و در چهار طبقه بعدی دیوار برشی فولادی.
– علت به کارگیری دیوارهای برشی فولادی بر اساس گزارش: کاهش وزن فولاد مصرفی تا حدود 50 درصد در مقایسه با قاب خمشی فولادی،کاهش وزن سازه به کمک حذف دیوارهای برشی بتن آرمه، استفاده بهینه از فضای مفید معماری، افزایش سرعت اجرا، امکان تعبیه بازشو (درب و پنجره) های مورد نظر.
– بیمارستان سیلمار در زلزله های ویتیر و نورتریج (سال های 1987 و 1994) تنها متحمل خسارات اندک غیرسازه ای شد.
– ساختمان 22 طبقه دادگستری در سیاتل واشنگتن (ص23)
– ساختمان 52 طبقه در سانفرانسیسکو کالیفرنیا (ص23)
24. 2-2- کاربردهای سیستم در ژاپن و سایر نقاط جهان
25. – ساختمان 52 طبقه اداری در توکیو (1975) (ص22)
– ساختمان 20 طبقه اداری در توکیو (1970) (ص22)
– برج 35 طبقه کوپه ژاپن (ص19)
– سیستم سازه ای این ساختمان سیتم دوگانه قاب خمشی به همراه دیوار برشی فولادی است. این سازه در سال 1988 ساخته شده و در سال 1995 در معرض زلزله کوبه قرار گرفت. بررسی های انجام شده بعد از زلزله بر روی این سازه نشان داد که آسیب کلی به آن وارد نشده و کلیه آسیب ها جزئی بوده اند.
– ساختمان 75 طبقه در تیانجین چین (ص23)

26. 3- دستورالعمل های طراحی
27. 4- فعالیت های گروه مهندسی باستان پل در زمینه بومی سازی و پیاده سازی سیستم دیوار برشی فولادی در ایران
28. 4-1- توسعه نرم افزار طراحی دیوار برشی فولادی
29. با توجه به فرایند پیچیده و زمان بر طراحی دیوار برشی فولادی (که در بخش 1-4 به آن اشاره شد) یکی از موانع مهم گسترش استفاده از این سیستم است چرا که نرم افزارهای فعلی طراحی سازه، فاقد قابلیت طراحی این سیستم هستند. برای حل این مشکل، متخصصین شرکت "باستان پل" با همکاری دانشگاه صنعتی امیرکبیر اقدام به توسعه نرم افزار طراحی دیوار برشی فولادی نموده اند. به کارگیری این نرم افزار به این شرکت توان امتحان گزینه های متعدد طراحی و رسیدن به بهینه ترین حالت طراحی را داده است. به علاوه با دارا بودن این نرم افزار امکان ارائه دفترچه محاسبات طراحی فراهم شده است تا کنترل صحت محاسبات انجام گرفته برای مخاطبین دارای دانش فنی و مراجع قانونی به راحتی امکان پذیر شود.
مزایا و قابلیت های نرم افزار
– طراحی سیستم دیوار برشی فولادی بر مبنای آیین نامه طراحی لرزه ای سازه ای فولادی ایالات متحده (10-341 AISC) و تفسیر آن
– کاهش زمان فرآیند پر تکرار و زمان بر طراحی دیورا برشی فولادی به روش دستی با یک فآیند نرم افزاری بسیار سریع تر
– کاهش خطاهای ناشی از عوامل انسانی و نیز حذف تقریب های اجتناب ناپذیر موجود روش دستی
– امکان ترسیم نقشه جزئیات اجرایی به صورت اتوماتیک
– امکان استفاده از ستونهای قوطی شکل پرشده با بتن جهت کاهش ابعاد ستونها و وزن فولادی مصرفی و …
(زیرنویس عکس:) نمایی از جدول کنترل ضخامت ورق و مقاطع اعضا در برنامه طراحی دیوار برشی فولادی
(زیرنویس عکس:) نمایی از خلاصه نتایج طراحی مقطع المان مرزی در برنامه طراحی دیوار برشی فولادی
(زیرنویس عکس:) نمایی از مدل ایجاد شده از ورق در نرم افزار ETABS 2015 توسط برنامه طراحی دیوار برشی فولادی
30. 4-2- گزارشی از یک پروژه مسکونی طراحی شده به کمک سیستم دیوار برشی فولادی توسط شرکت
31.
32.
33.
34. – پروژه 10 طبقه مسکونی به متراژ 770 مترمربع در هر طبقه و متراژ کلی 7700 متر مربع
– موقعیت پروژه: منطقه مرزداران در شهر تهران
– سیستم سقف سازه: کامپوزیت معمولی
طراحی سازه با سه گزینه "قاب خمشی فولادی ویژه"، " قاب خمشی فولادی + دیوار برشی بتنی متوسط" و "سیستم دیوار برشی فولادی ویژه" انجام گرفته است.
فولاد مصرف شده در دو سیستم "قاب خمشی فولادی ویژه" و "قاب خمشی + دیوار برشی بتن آرمه" از نوع St37 درنظر گرفته شده است و در ساخت ستون های این دو سیستم از مقاطع قوطی شکل استفاده شده است.
در سیستم دیوار برشی فولادی، ستون ها از مقاطع قوطی پر شده با بتن (CFT) انتخاب شده است. در ساخت ستون ها و تیرهای اطراف دیوارها از فولاد پر مقاومت ST52 استفاده شده است. اتصال گیردار تیرها به ستون ها از نوع شاخه ای RBS در نظر گرفته شده است. ورق های فولادی به کار رفته دارای حداقل ضخامت 3 میلی متر و از نوع فولاد ST37 بوده اند.
وزن فولاد به کار رفته به ازای هر متر مربع زیربنا در جدول زیر برای گزینه های مختلف با یکدیگر مقایسه شده است:

نحوه اتصال دیوار برشی مرکب به سازه بتنی
ابتدای امر در طرفین یک ردیف نبشی قرار داده و سپس به کمک بالابر ورق را بلند کرده و در محل مربوط بر روی نبشی ها قرار می دهیم. سپس محل دور تا دور ورق را به اندازه مناسب به نبشی های دور جوش داده تا ورق به حالت قائم بایستد. بعد از برپا کردن ورق ها به آرماتوربندی روی ورق ها پرداخته و سطح آن را مش بندی یا رابیتز می کنیم و قالب های بتنی را مستقر کرده و عمل بتن ریزی را انجام می دهیم. بدین ترتیب می توان در سازه های بتنی که دیوار برشی آن ها به هر دلیلی ضعیف شده یا از بین رفته است با برداشتن تخریب دیوار برشی قبلی و جایگزینی دیوار برشی مرکب، به ترمیم و مقاوم سازی سازه مورد نظر اقدام کرد.
1