معرفی دیوار های برشی کوپله و قاب خمشی بتن مسلح

23 اکتبر , 2018

۰ زمان تقریبی مطالعه 3 دقیقه

دیوار های برشی کوپله

در بسیاری از ساختمان های دارای دیوار برشی، الگویی منظمی از بازشو ها برای تعبیه پنجره ها، درها و یا هر دو ایتم نیاز است. سیستم های سازه ای باکارامدی بالا هنگامی که بازشوهایی با الگوی منظمی می بایست تعبیه شوند، به ویژه هنگامی که می بایست با پاسخ شکل پذیر همراه با ویژگی های استهلاک انرژی بالایی سازگار باشند، می توانند به وجود بیایند. مثال هایی در شکل 1 هنگامی که تعدادی از دیوار ها توسط تیر ها به یکدیگر متصل شده و یا کوپله شده اند نشان داده شده است. از این دیوار ها عموما به عنوان دیوار های برشی کوپله اطلاق می شود.

مکانیزم باربری در دیوار برشی کوپله به صورت کیفی در شکل 2 قسمت های b و c نشان داده شده است. مشاهده می شود که کل لنگر واژگونی، M، در دیوار بدون بازشو که در شکل a نشان داده شده است، در تراز پایه به صورت کامل توسط تنش های خمشی مقاومت می شود. از سوی دیگر، در دیوار های کوپله نشان داده شده در قسمت های b و c، بارهای محوری علاوه بر ممان ها در تراز پایه برای مقاومت در برابر لنگر واژگونی M به وجود می آیند، که منتج به معادله تعادل زیر می شود:

M=M₁+M₂+Td

معادله1

شکل1-دیوار های برشی دارای بازشو

دیوار برشی کوپله شکل2- مقاومت جانبی دیوار های برشی منفرد و کوپله

اندازه نیروی محوری T=C، توسط مجموع نیروی های برشی که در تیر های همبند در تراز بالای تراز هدف به وجود می آید، بدست می آید. هنگامی که اتصال، همانند ساختمان های آپارتمانی به دلیل عمق محدود تیر، نسبتا ضعیف است، قسمت اعظم مقاومت خمشی در اثر مولفه های لنگر است. از سوی دیگر، در صورتی که تیر های همبند سخت باشند، مقاومت خمشی عمده توسط کوپل به وجود امده توسط نیرو های محوری هم اندازه و خلاف جهت در دیوار های پایر فراهم می شود. مقاومت تیر همبند، که همچنین به آن تیر پیوند نیز اطلاق می شود، به صورت شماتیک در شکل 3 نشان داده شده است. اگر دیوار های سازه ای با کفایت کافی برای شکل پذیری خمشی و نیروی برشی مورد انتظار در زمین لرزه های قوی طراحی نشود، ممکن است شکست خمشی و یا برشی در آن ها به وجود بیاید. مضاف آن که، تیر های پیوند که دیوار های سازه ای را به یکدیگر متصل می کند، ممکن است تحت نیاز شکل پذیری بالا و نیرو برشی بالایی در نتیجه طول کم خود، قرار بگیرد.برای جلوگیری از کاهش مقاومت بالا در چنین المان هایی، جزییات ویژه ای توسط ارماتور های قطری به وجود می آید.

شکل3- مقاومت تیر پیوند در دیوار برشی کوپله

قاب های خمشی

در این سیستم، مقاومت در برابر بار جانبی توسط اندرکنش شاه تیر ها و ستون ها مطابق با شکل شماتیک 4 فراهم می شود. قاب نتیجه شده متشکل از تیر ها و ستون ها توسط اتصالات صلب به گونه ای طراحی شده است که از تبدیل شدن قاب به شکل متوازی الاضلاع جلوگیری کند. طاقت سازه ای، که توانایی تحمل تنش های تکرار شونده معکوس شونده در بازه غیر الاستیک بدون زوال چشمگیری است، برای قاب خمشی که برای مقاومت در برابر نیرو های لرزه ای طراحی شده است، واجب است.

شکل4- قاب خمشی. مقاومت خمشی به گونه ای فراهم می شود که از تبدیل قاب به متوازی الاضلاع جلوگیری می کند. اتصالات تیر ها و ستون ها صلب است.

ساختمان های بلند دارای قاب های خمشی ممکن است نیروهای کششی و فشاری قابل توجهی را در ستون ها به وجود آورند. کشش های با مقادیر قابل توجه می توانند بسیار تخریب کننده باشند، از آن جا که ترک خوردگی با مقدار بالا هنگامی که بارگذاری معکوس شده و عضو همچنین نیازمند مقاومت در برابر خمش است، می تواند منجر به شکست فاجعه باری شود. به همین دلیل، ACI 318-05/08 الزام می کند که مقاومت خمشی ستون ها حداقل 20% بیشتر از مجموع مقاومت نظیر تیر های متصل شونده در هر طبقه باشد. این مهم به این دلیل است که هنگامی که عملکرد غیر الاستیک به وقوع می پیوندد، مفاصل پلاستیک در تیر ها به وجود بیاید و نه در ستون ها. همچنین قاب های خمشی در ترکیب با دیوار های برشی بتنی برای فراهم کردن سیستم دوگانه می تواند استفاده شود.

سیستم های دو گانه(مختلط)

در این سیستم ها، قاب های بتن مسلح در ترکیب با دیوار های برشی مقاومت مورد نیاز در برابر بار ای جانبی را به وجود می آورد، در صورتی که هر یک از سیستم ها سهم مناسب خود را از بار های ثقلی می برد. به این دلیل که شکل تغییر شکل یافته دیوار تحت بار جانبی کاملا از قاب متفاوت است، دیوار مطابق با شکل5به صورت یک تیرک طره ای عمل می کند.

سیستم مختلط شکل5- اندر کنش برشی قاب دیوار