دیوار برشی و سیستم قاب-دال تخت

1. سیستم دیوار برشی

دیوار برشی بتن مسلح نقش عمده ای در طراحی و اجرای ساختمان های بلند دارد و اثرات مثبت کاربرد آن را در سیستمهای سازه ای مختلف می توان مشاهده نمود. برخی از این سیستم ها به شرح زیر می باشند:

1-سیستم های پانلی: این سیستم ها متشکل از دال و دیوار بتن مسلح هستند. 

2- سیستم های قاب بندی ساده با دیوار های برشی بتن مسلح: که در آن سیستم قاب بندی با اتصالات ساده نقش تحمل کننده بار قائم را داشته و سیستم دیوار برشی نقش باربر جانبی را بر عهده دارد، هر چند که ممکن است در این اعضا نیروی محوری نیز به وجود بیاید. باید ذکر شود که این سیتم ها در استاندارد 2800 با محدودیت های ارتفاعی مواجه هستند.

3- سیستم قاب خمشی فضایی با دیوار های برشی بتن مسلح: در این حالت سیستم قاب و دیوار به طور مشترک در برابر بار قائم و بارهای جانبی عمل می نمایند. این سیستم به خصوص در ساختمان های بلند دارای اهمیت و کاربرد بسیار دارد و فوائد قاب و دیوار های برشی را به طور همزمان داراست.

4- ترکیب سیستم های لوله ای با دیوار های برشی بتن ارمه: سیستم های تکامل یافته ای هستند که عملکردی تقریبا مشابه با حالت قبل را دارا هستند. 

2. نکات عمومی در تحلیل  طراحی دیوار برشی:

1-تغییر شکل جانبی: دیوار برشی حول محور قوی خود همانند یک ستون طره عمل می کند  که تغییر شکل جانبی آن را می توان به کمک روابط ساده مقاومت مصالح بدست آورد. در این مورد باید نسبت به تغییر شکل دیوار های کوتاه حساس بود، چون می تواند تغییر شکل قابل توجهی را در کل دیوار داشته باشد.

2- سختی جانبی: سختی عبارتست از نیروی لازم برای اعمال تغییر مکان واحد و مقدار آن در اثر بار متمرکز با توجه به تغییر شکل جانبی در تراز z از رابطه زیر محاسبه می شود. دقت شود که از سختی جانبی براب توزیع بار جانبی بین دیوار های برشی استفاده می شود. 

رابطه 1

z تراز عمودی دلخواه از پای دیوار بوده و h و t برابر با عرض و ضخامت مقطع دیوار و H  برابر با ارتفاع کل دیوار  است.

شکل1- دیوار برشی منفرد

3- دیوار های متصل: این دیوارها ، دیوارهایی هستند که توسط یک قید ضعیف به یکدیگر متصل می شوند. 

4- دیوار های برشی هم بسته(کوپله): این دیوار ها از دو دیوار برشی مجزا از هم که توسط تیر های افقی قوی در تراز طبقات به بکدیگر متصل می شوند، تشکیل شده اند. در ادامه به صورت کامل تری این نوع دیوار را بررسی می کنیم. 

5- عناصر مرزی: در دو انتهای مقطع دیوار می بایست عناصر مرزی متشکل از ارماتور های قائم متمرکز و خاموت های دور پیچ کننده وجود داشته باشد تا رفتار شکل پذیر دیوار را متضمن شوند. مطابق با آیین نامه به کار گیری آن ها هنگامی که تنش فشاری ناشی از خمشی از 0.2fc بیشتر باشد، الزام دارد. لیکن توصیه می شود همواره مورد استفاده قرار بگیرند. در محل عناصر مرزی پتانسیل بزرگی برای کمانش قائم ارماتور ها وجود دارد. در دیوار های برشی سنگین تر عناصر مرزی مقطعی به اندازه ستون را دارا هستند.

شکل2- المان مرزی دیوار برشی بتن مسلح

2. دیوار های برشی کوپله

یک سیستم از دیوار های برشی اتصال یافته همانند نمونه های شکل 3 ، دارای سختی است که مقدار این سختی بسیار بیشتر از جمع سختی های هر دیوار به صورت منفرد است. این مهم به این دلیل است که دال یا تیر اتصال یافته خمشی طره ای هر یک از دیوار ها را به این دلیل که سیستم را ناگزیر می کند به صورت یک واحد ترکیبی عمل کند، مقید می سازد. دیوار ها به گونه ای عمل می کنند که گویا توسط عضو پیوسته مقاوم در برابر برشی به یکدیگر اتصال یافته اند. (مطابق با شکل 4)

شکل3- دیوار های برشی کوپله

این سیستم برای ساختمان هایی در بازه 40 طبقه مناسب هستند. از آن جا که دیوار های برشی صفحه ای بار ها را تنها در صفحه خود انتقال می دهند، دیوار ها در دو راستای متعامد عموما نیازمند آن هستند که در برابر بار های جانبی در دو راستا مقاومت کنند. استقرار دیوار ها پیرامون آسانسور ها، پلکان و چاهک ها متداول است، به این دلیل که با قالب معماری درونی تداخل ندارد. اگرچه که مقاومت در برابر بار های پیچشی می بایست در تعیین محل آن ها مد نظر قرار بگیرد. 

شکل4- مدل دیوار برشی همبسته با مدل محیط پیوسته a- دیور همراه با بازشو b- مدل تحلیلی برای راه حل فرم بسته

3. سیستم قاب-دال تخت با دیوار برشی

عملکرد قابی که توسط اندرکنش ستون و دال-تیر تخت به وجود می آید، برای فراهم سازی مقاومت و سختی مورد نیاز برای ساختمان های بالاتر از 10 طبقه مناسب نیست. یک سیستم شامل دیوار برشی و دال-قاب تخت می تواند سیستم مهاربند جانبی مناسبی را فراهم کند. شکل 5 یک مثال را از این دست نشان می دهد. 

شکل 5- قاب-دال تخت همراه با دیوار برشی

همبسته کردن دیوار ها و ستون ها تنها توسط دال ها نسبتا منبع ضعیفی از استهلاک انرژی به شمار می آید. هنگامی که در حین زلزله دوران هایی به اندازه کافی بزرگ در دیوار پدید می آیند، انتقال برشی از دال به دیوار عمدتا توسط حول لبه های داخلی دیوار صورت می پذیرد. به دلیل ترک خوردگی دال و تخریب برشی حول ستون ها، پاسخ چرخه ای(هیسترسیس) سیستم ضعیف است. بنابراین، ACI 318-08  همچون نسخه های قبلی خود، استفاده از قاب های دال-تیر را توسط محدود کردن عرض دال که می تواند به صورت قاب-تیر معادل در تحلیل جانبی در نظر گرفته شود، محدود می سازد.

برای ساختمان های قرار گرفته در ساختگاه های لرزه پذیر بالا (UBC-zone 3-zone4) و یا برای ساختمان های با درجات (SDC C-D-E-F) عرض تیر معادل به عرض ستون تکیه گاهی به علاوه 1.5 برابر ضخامت دال محدود می شود. تنها در این محدوده عرض است که ما می توانیم ارماتور های خمشی فوقانی و تحتانی دال-تیر را تعبیه کنیم. همین قاعده است که استفاده از دال-تیر تخت را به عنوان جزیی از سیستم لرزه ای در مناطقی که شدت لرزه خیزی بالایی دارند و یا ساختمان ها با درجه بندی SDC بالا، منع می کند. می بایست ذکر شود که، الزامات سازگاری تغییر شکل ها نیازمندی ها شدید تنش پانچ را در دال های تخت ساختمان های تخصیص یافته به SCD، C یا بالاتر دیکته می کند. 

4. 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.