بررسی سیستم های سازه ای قاب-دیوار و سازه پانلی
1. سیستم قاب-دیوار
در این سیستم مقاومت در برابر بار های افقی، توسط ترکیب دیوار های برشی و قاب های خمشی به وجود می آید. دیوار های برشی اغلب پیرامون حفره های آسانسور ها و سرویس ها تعبیه می شوند در صورتی که قاب ها با تیر های پیرامونی عمیق در محیط ساختمان استقرار می یابند. هنگامی که سیستم قاب-دیوار به صورت جانبی بارگذاری می شود، حالت های تغییر شکل یافته کاملا مجزا دیوارها و قاب ها در کاهش خیز جانبی بسیار موثر بوده به صورتی که ساختمان های تا 50 طبقه و یا بیشتر با استفاده از این سیستم اقتصادی است. مزایای بالقوه سازه قاب-دیوار وابسته به شدت اندرکنش افقی بین دو سیستم بوده، که توسط سختی نسبی دیوار ها و قاب ها، و ارتفاع سازه کنترل می شود.
هر چقدر ساختمان بلند تر باشد و قاب ها سخت تر باشد، اندرکنش بیشتری در سازه مشاهده می شود. بدون شک این سیستم یکی از محبوب ترین-اگر نه محبوب ترین- سیستم مقاوم جانبی ساختمان های متوسط تا بلند می باشد. سیستم دارای بازه کاربری بالایی بوده و برای ساختمان های به کوتاهی 10 طبقه تا 50 طبقه استفاده می شود. با استفاده از شاهتیر های ماهیچه ای (haunch griders) کاربری این سیستم را می توان در بازه 70 طبقه تا 80 طبقه ارتقاء داد.
مد اندرکنش بین دیوار برشی منشوری و قاب خمشی در شکل 1 نشان داده شده است. قاب دریفت خود را در مد برشی انجام می دهد، در صورتی که دیوار برشی به صورت غالب در خمش و به صورت کنسولی پاسخ می دهد. سازگاری خیز جانبی افقی(دریفت یا رانش) منجر به به وجود آمدن اندرکنش بین دو سیستم می شود. هنگامی که رانش خطی قاب خمشی با رانش سهمی وار(غیرخطی) دیوار برشی ترکیب می شود، منتج به ارتقا سختی سیستم می شود، به این دلیل که دیوار توسط قاب در طبقات فوقانی مقید شده در صورتی که در طبقات پایین دیوار برشی قاب را مقید می کند. اگرچه، قاب متشکل از ستون های نزدیک به یکدیگر و تیرهای عمیق تمایل دارد تا بیشتر شبیه به دیوار برشی عمل کند که به صورت غالب در مد خمشی پاسخ می دهد. و به طور مشابه، دیوار برشی که توسط بازشوهایی بزرگ تضعیف شده است بیشتر شبیه به قاب با خیز جانبی به وجود آمده در مد برشی، عمل می کند. بنابراین، عملکرد سازه ای ترکیبی وابسته به سختی نسبی دو سیستم و مد تغییر شکل آن ها دارد.
شکل1-اندرکنش قاب-دیوار برشی
حتی برای ساختمان های در بازه 10 تا 15 طبقه، در صورتی که تنها دیوار های سازه ای در پیرامون هسته ها قرار گرفته باشند، ممکن است برای تامین پایداری جانبی نیاز به دیوار های ضخیم غیر معمول شود. برای چنین ساختمان هایی، ترکیب قاب های خمشی و دیوار های برشی انتخاب بهتری است. اگرچه که، شاهتیر های نسبتا عمیقی برای عملکرد قابی قوی نیاز است، قاب های خمشی از لحاظ معماری ترجیح داده می شوند به این دلیل که از لحاظ ملاحظات جانمایی(پلان) داخلی سازگار تر هستند و کمترین مشکل را ایجاد می کنند. هنگامی که در بیرون ساختمان استفاده می شوند، تیرهای محیطی عمیق و ستون های نزدیک به یکدیگر حتی بهتر هستند به این دلیل که ستون ها در طرح ریزی فضا دخالت نداشته و عمق تیرهای محیطی به کوتاهی تیرهای داخلی نیست. نمای شماتیک یک ساختمان که از این مفهوم استفاده می کند در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل2- دیوارهای برشی با قابهای محیطی
به عنوان جایگزین قاب های محیطی، مطابق شکل 3 قاب های داخلی نیز می تواند همراه با دیوار های پیرامون هسته استفاده شوند.
شکل3- دیوارهای برشی با قابهای داخلی
جایگزین دیگر مطابق شکل 4 استفاده از شاهتیر های ماهیچه ای(haunch grider) در حد فاصل دیوار های داخلی و ستون های محیطی است. در این مثال، شاهتیر ها به صورت مهاربازو هایی(outriggers) محسوب می شوند که ستون های پیرامونی را به دیوار های برشی داخلی مرتبط می سازند.
شکل4-دیوارهای برشی با شاهتیر های مهاربازویی
برای ساختمان های لاغر که نسبت ارتفاع به عرض آن ها بیشتر از 6 است، سیستم اندرکنشی قاب های خمشی و دیوار های برشی در صورتی که دیوار ها تنها در هسته های ساختمان قرار بگیرد، غیر اقتصادی خواهد بود. در صورتی که ملاحظات معماری اجازه دهد، یک راه حل سازه ای مناسب، استفاده از دیوار های برشی برای تمامی و یا قسمت نسبتا بزرگی از عرض ساختمان است.
امکان دیگر مطابق با شکل 5a و b استفاده از دیوار های برشی بخشی(جزئی) به ارتفاع طبقه برای تمامی عمق در قسمت داخلی ساختمان است. دیوار در تمامی ارتفاع ساختمان کشیده شده به صورتی که همانند یک ابر مهار بند K، که عمدتا در آن نیروهای محوری ایجاد می شود در برابر لنگر واژگونی و نیرو های برشی مقاومت می کند. مقطع جانبی یک ساختمان که ازچنین سیستمی استفاده می کند در شکل 5b نشان داده شده است. در این حالت، دیوار های برشی داخلی به عنوان سیستم مهار بندی ثانویه برای انتقال بار های جانبی به نقاط پانلی مهاربند K عمل می کنند. دیوار هایی که از میان فضای داخلی ساختمان عبور می کنند از لحاظ معماری به دلیل مزیت های سازه ای به توجیح شده و ترجیه داده می شوند. دقت شود که وابسته به طرح و ملاحظات معماری ساختمان تمامی سیستم های اشاره شده و یا هر تعداد از انواع متفاوت آن می تواند به تنهایی و یا در ترکیب با یکدیگر استفاده شود.
شکل5- دیوارهای برشی داخلی تمام ارتفاع به عنوان ابر مهاربند K ، و a- پلان ، b-مقطع شماتیک
2. ساختمان‌های پنلی:
ساختمان های پنلی، ساختمان های بتن مسلح متشکل از دال و دیوار بتن مسلح می باشند. طبق استاندارد 2800 تا ارتفاع 50 متر می توان از آن ها بهره برد و در 3 سطح شکل پذیری کم، متوسط و ویژه دسته بندی شوند. میزان مصرف ارماتور در هر متر مربع با احتساب دال ها وشالوده حدود 30-40 KG می باشد که مقدار قابل توجهی است. در ساختمان های با تعداد طبقات پایین تر ضخامت دیوار های آن 10 تا 15 سانتی متر می باشد که توصیه می شود که R این سیستم بیشتر از 4 در نظر گرفته نشود. دقت شود که برخی از بلند ترین ساختمان های جهان از این سیستم سازه ای استفاده می کنند.
ساختمان های پانلی به روش های زیر اجرا می شوند.
1- روش قالب تونلی: این روش متشکل از قالب های دیوار و سقف می باشد که به کمک این قالب ها دیوار و سقف به صورت یکپارچه بتن ریزی می شود. یکی از وجوه دیوار برای تعبیه اتاق خالی است.
در ادامه تصاویری از به کارگیری قالب های تونلی در ساختمان های بتنی مشاهده می شود.
شکل6-1: قالب تونلی
شکل 6-2: قالب تونلی
شکل6-3: قالب تونلی
2- روش قالب مجزا برای دیوار و سقف: در این روش در یک مرحله تمامی دیوار ها اجرا شده و در مرحله بعد تمامی سقف ها اجرا می شود. بنابراین هرگونه پلان متقاطع دیوار با این سیستم قابل اجراست.ضعف این روش براورده کردن مقررات مبحث 19 در دیوار های پیرامونی است که باید با کمک نما و یا ایزولاسیون داخلی و یونولیت می توان آن را اصلاح کرد. در این روش سقف می تواند پیش ساخته باشد.
3- روش ICF : این روش( Reinforced Insulating Concrete Formwork )که اخیرا متداول شده متشکل از واحدهای مش یا دولایه یونولیت(پلی استایرن) [EPS]است که بین آن ها فضای خالی وجود دارد. از این فضا ارماتور های محاسباتی عبور داده شده و بعد از قرار گیری قالب در جای خود بتن ریزی صورت می گیرد. سیستم سقف نیز متشکل از تیرچه های پیش ساخته یا پوشش یونولیتی است که در جای خود قرار داده شده و روی آن بتن ریزی انجام می شود.
شکل7
شکل8- ساختمان پانلی در کشور
3. دپارتمان سازه سامانه کارگشا
مطلب مورد تایید انجمن (ICC(International code council می باشد.
برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه در موارد ذیل ، در خواست خود را در لینک مشاوره فنی و مهندسی سازه ثبت نمایید.
