دستورالعمل طراحی دیوارهای برشی بتن آرمه در سازه های فولادی

کلیات مربوط به سیستم سازه ای

• ضریب رفتار این سیستم سازه ای بر اساس آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800) تعیین می گردد. مطابق این استاندارد، این سیستم می تواند یکی از انواع سیستم قاب ساختمانی ساده با دیوار برشی متوسط یا ویژه و یا سیستم دوگانه با قاب خمشی و دیوار برشی متوسط و یا ویژه انتخاب گردد. بدیهی است در صورت انتخاب سیستم دوگانه الزامات مربوطه بایستی مطابق ضوابط آئین نامه رعایت گردد. لازم به ذکر است استفاده از دیوار برشی معمولی مطابق آئین نامه بارگذاری آمریکا(10-ASCE 7) برای نواحی با خطر لرزه خیزی متوسط و بالاتر مجاز نمی باشد.
• با توجه به عدم شناخت مناسب در مورد ترکیب سیستم های مختلف لرزه ای، در ساختمانهای فولادی ترکیب دیوار برشی بتنی با سیستم های دیگر لرزه بر جانبی مانند مهاربندی در یک راستا مجاز نمی باشد. همچنین توصیه می شود سیستم لرزه بر مورد استفاده در هر دو راستا یکسان انتخاب شود.
• به عنوان توصیه کلی از قرار دادن دیوارهای برشی بتنی در محلهایی که دیوار در طول خود با دیافراگم سقف درگیر نمی باشد، نظیر کنار بازشوهای سقف (پله یا نورگیر)، اجتناب شود. همچنین حداقل از 2 و ترجیحاً 3 دیوار برشی با طول مناسب در هر راستا استفاده گردد. بدیهی است رعایت ضوابط استاندارد 2800 ایران در این خصوص الزامی است. همچنین توصیه می گردد از اجرای دیوارهای متقاطع L و U و T شکل بدلیل ابهام در قسمت نواحی مرزی و مدلسازی آن خودداری گردد.

اتصال ستون فولادی به دیوار برشی بتنی

• آئین نامه 10-AISC 341 دو حالت برای دیوار برشی کامپوزیت با ستون فولادی تعریف نموده است. این دو حالت در کنار حالتی که ستون فولادی هیچ اتصالی به دیوار ندارد، در زیر شرح داده شده اند. در هر یک از این حالت ها نحوه مدلسازی و طراحی متفاوت می باشد.

الف-ستون فولادی مدفون (Fully Encased Steel Column): در این حالت ستون فولادی کاملا در داخل دیوار بتنی قرار گرفته و توسط آرماتورهای قائم و خاموتهای پیرامونی محصور می گردد (شکل1). این حالت می تواند مناسب ترین گزینه، هم از نظر فنی و هم از نظر اقتصادی، برای استفاده از سیستم دیوار برشی بتنی در قاب فولادی باشد. در این صورت، نیروی محوری و لنگر خمشی بوسیله عملکرد مختلط دیوار بتنی و ستون فولادی(که توسط برشگیرهای متقارن مهیا می شود) و نیروی برشی نیز توسط دیوار بتنی تحمل می گردد .

ب-ستون فولادی نیمه مدفون  (Partially Encased Steel Column): این حالت در شکل (2) نشان داده شده است. برای این روش مطابق آئین نامه 10-AISC 341 بند H4.5a (1) و H5.5b ستون فولادی بایستی به تنهایی قادر به تحمل کل نیروهای کشش و فشار ناشی از لنگر واژگونی دیوار باشد. به عبارت دیگر از باربری دیوار در مقابل نیروی محوری و لنگر خمشی اعمالی می بایست صرف نظر گردد. همچنین نیروی برشی نیز توسط دیوار برشی بتنی تحمل می گردد. بهره گیری از این حالت منجر به افزایش مقطع ستون فولادی، ابعاد و تعداد میل مهاری کششی کف ستون گردیده که علاوه بر جنبه های اقتصادی طرح،  بروز مشکلات اجرایی را نیز محتمل می سازد. علاوه بر این با توجه به ظرفیت بالای مقطع ستون فولادی به تعداد بیشتری برشگیر نسبت به حالت قبل نیاز است و با توجه به تعبیه برشگیرها تنها در یک وجه ستون، طبیعتا تراکم برشگیرها نیز بیشتر خواهد بود. با توجه به موارد فوق استفاده از این سیستم توصیه نمی شود.

ج-ستون فولادی منفصل (Separated Steel Column): در این حالت که در شکل(3) نشان داده شده، ستون فولادی و دیوار بطور کامل از هم مجزا هستند .در این روش با توجه به نوع اتصال تیر بین دو ستون به دیوار، نیروهای طراحی متفاوت خواهند بود. اگر تیر فولادی از داخل دیوار عبور کند، تحت بار جانبی تیر در برش و خمش، و ستون های اطراف در فشار و کشش قرار خواهند داشت. در اینجا ستونها بایستی برای نیروی زلزله تشدید یافته طرح شوند. همچنین برای این حالت توصیه می شود فاصله دیوار برشی بتنی و ستون فولادی کم نبوده تا نیروی برشی و لنگر خمشی آن قابل توجه نشود. همچنین از آنجا که برش تیر ناشی از نیروی زلزله می باشد، اتصال تیر به ستون بایستی قادر به تحمل نیروی برشی دو طرفه باشد. بطور مثال از اتصال با ورق جان (به تنهایی و یا در ترکیب با نشیمن سخت شده) استفاده گردد. علاوه بر این کفایت دیافراگم بین ستون و دیوار بایستی یرای تحمل کشش و فشار ایجاد شده بین آنها کنترل شود.

در صورتی که با ارائه دیتایل مناسب، اتصال تیر به دیوار بصورت مفصلی اجراء شود، بصورت مثال با تعبیه Insert Plate در دیوار تیر بصورت مفصلی به آن متصل گردد، در تیر و ستون اطراف دیوار هیچ نیرویی ناشی از بار جانبی ایجاد نخواهد شد .دقت شود که در این حالت نیز ممکن است نیروهای قابل توجهی در دیافراگم حدفاصل انتهای دیوار تا ستون ایجاد می شود که ضروری است در طراحی دیافراگم مدنظر قرار گیرد .این گزینه از نظر مسائل اجرایی توصیه نمی گردد.

نحوه مدلسازی و طراحی دیوار برشی در برنامه های کامپیوتری

• در حالت استفاده از دیوار برشی با ستون فولادی مدفون نیازی به مدلسازی ستون فولادی در مدل تحلیلی نمی باشد. ولی این ستون در مدل طراحی دیوار (مثلا در برنامه SECTION DESIGNER وقتی از برنامه ETABS برای طراحی استفاده شود) در نظر گرفته می شود.
• در سایر موارد(ستون فولادی بصورت نیمه مدفون و یا بصورت منفصل)، ستون فولادی بایستی در مدل تحلیلی نیز آورده شود .
• برای طراحی دیوار برشی با ستون نیمه مدفون در نرم افزار ETABS بایستی از روش Simplified T/C با در نظر گرفتن ابعاد ستون فولادی به عنوان ابعاد المان مرزی استفاده نمود.
• برای طراحی دیوار برشی با ستون منفصل، روال طراحی دقیقاً نظیر روال طراحی دیوار برشی در ساختمان های بتنی بوده و نکته محاسباتی خاصی در این باره وجود ندارد. همچنین در این حالت در صورتی که در ستونهای اطراف دیوار برشی نیروی زلزله ایجاد شود، این ستونها مطابق آئین نامه ،می بایست برای زلزله تشدید یافته طرح شوند.

ضریب ترک خوردگی بتن دیوار برشی

 مطابق بند H5.3 آئین نامه 10-341 AISC ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی بتنی بایستی منطبق بر موارد ذکر شده در آئین نامه 10-341 AISC، بخش 10 باشد. مطابق بند R10.10.4.1 این آئین نامه ضریب اصلاح سختی خمشی و پیچشی دیوار، بسته به مقدار تنش کششی بتن تحت ترکیبات بار نهایی، برای دیوار ترک خورده برابر عدد 0.35 و برای دیوار ترک نخورده برابر عدد 0.7 می باشد. در صورت استفاده از نرم افزار ETABS یا SAP المان دیوار بصورت SHELL معرفی شده و این ضریب بایستی در مؤلفه f22 اعمال گردد. ولی ضرایب ترک خوردگی مربوط به مؤلفه های m22 ،m11 و m12 همواره عدد 0.35 می باشد.

حداقل ضخامت دیوار برشی

با توجه به ضوابط اجرایی، از جمله نیاز به محصور شدن کامل ستون در حالت مدفون، الزام به ادامه یافتن آرماتورهای افقی دیوار تا پشت ستون، عدم درگیری آرماتورهای قائم با تیر طبقه (در صورت وجود)، ضابطه فاصله میلگرد قائم تا پروفیل فولادی، ضابطه حداقل پوشش بتنی روی میلگرد و همچنین ضابطه مربوط به حداقل ضخامت دیوار برشی در قسمت المان مرزی، حداقل ضخامت دیوار برشی بتنی در قاب فولادی 30 سانتیمتر می باشد .به منظور حل مشکل تداخل میلگردهای قائم اطراف ستون فولادی با ورق کف ستون، میتوان عرض دیوار را در نواحی انتهایی افزایش داد.

 ستون فولادی

حداقل مساحت نسبت به ناحیه انتهایی دیوار ،1% می باشد (AISC360-10; I2.1a).

سطح مقطع ستون فولادی می بایست طوری انتخاب شود که به تنهایی و بدون وجود دیوار برشی بتنی قادر به تحمل بارهای ثقلی باشد.

مطابق ضابطه H.5b آئین نامه 10-341 AISC ستون فولادی مورد استفاده در دیوار برشی ویژه بایستی فشرده لرزه ای برای اعضای با شکل پذیری بالا (Highly Ductile) باشد. با توجه به عدم تعریف دیوار برشی با شکل پذیری متوسط در این آئین نامه، این ضابطه برای حالتی که دیوار برشی بر اساس استاندارد 0011 ایران با شکل پذیری متوسط در نظر گرفته شود نیز بایستی اعمال گردد .محدودیتهای نسبت عرض به ضخامت مربوط به اجزای مقاطع فشرده لرزه ای با شکل پذیری بالا، برای پروفیل H شکل، در جدول شماره( 1) آورده شده است.

بطور مثال برای فولاد 37-ST نسبت عرض به ضخامت بال (b_f/2t_f پروفیل H ) به عدد 17.3 و ارتفاع خالص به ضخامت جان آن (h/t_w) به عدد 43 محدود می شود.

با توجه به عدم امکان نفوذ مناسب بتن در داخل ستونهای جعبه ای شکل (مقطع Box) یا ستونهای مرکب ساخته شده از ترکیب چند پروفیل و ورق تقویتی، ستون مدفون در دیوار برشی، بایستی از انواع پروفیلهای بال پهن H شکل نورد شده (نظیر IPB) و یا ساخته شده از ورق انتخاب شود. در صورت ساخت ستون از ورق، با توجه به الزام فشردگی مقطع مذکور در بند قبل، اتصال بالها و جان مقطع بایستی توسط جوش سراسری صورت گیرد. در صورت عدم وجود لنگر خمشی و نیروی برشی در ستون، جوش مورد نظر را می توان با بعد حداقل در نظر گرفت. هرچند در محل اتصال ستون به کف ستون و همچنین در محل اتصال تیر به ستون، به علت ایجاد یکپارچگی مقطع و همچنین کاهش تمرکز تنش ،از جوش نفوذی استفاده شود. بجای این جوش می توان از جوش گوشه با بعدی به اندازه 70% ضخامت ورق جان پروفیل، برای انتقال تمام ظرفیت برشی جان استفاده نمود.

ستون فولادی انتهایی دیوار و میلگردهای قائم موبوطه می بایست توسط خاموتهایی با قطر حداقل 10 میلیمتر و در فواصلی که ضوابط آن در آئین نامه ACI برای ناحیه ₀L ستونهای قاب خمشی ویژه مشخص شده است، در تمام ارتفاع خود محصور شوند. این خاموتها جهت ایجاد پایداری میلگردهای قائم و همچنین محصور نمودن بتن اطراف ستون استفاده می شوند. با توجه به اجرای ستون زودتر از نصب خاموتها، فقط می توان از خاموتهای U شکل برای ستونهای کامپوزیت استفاده نمود. در محل روی هم قرار گیری دو خاموت U شکل، حداقل مقدار همپوشانی 1.3 طول مهاری میلگرد خاموت در کشش بایستی رعایت گردد. بجای این روش توصیه می شود خاموتها در انتهای خود دارای قلاب 135 درجه بوده و میلگرد گوشه ستون را نیز در بر گیرد. همچنین مطابق 10-ACI318 آرایش خاموتها باید بگونه ای باشد که هر میلگرد قائم حداکثر یک در میان در گوشه یک خاموت با زاویه کمتر از 135 درجه قرار گرفته و فاصله خالص میلگرد قائم که در گوشه خاموت قرار نگرفته است تا میلگردهای مجاور از 15 سانتیمتر بیشتر نشود(شکل 4). نمونه ای از خاموت گذاری مناسب اطراف ستون فولادی مدفون رانشان می دهد.

میلگردهای قائم اطراف ستون فولادی مدفون در دیوار

در صورت استفاده از ستون فولادی مدفون ،می بایست حداقل از 4 عدد میلگرد قائم با فواصل حداکثر 20 سانتیمتر استفاده گردد. حداقل میزان میلگرد در ناحیه انتهایی دیوار %0.4 می باشد. برای عدم تداخل میلگردهای قائم ستونها با تیرهای متصل به آن، بطور معمول آرایش آنها به گونه ای در نظر گرفته می شود که این میلگردها به چهار وجه ستون نزدیک باشند (شکل5) برخی از این آرایش های مناسب را نمایش می دهد. آرایش های نشان داده شده همچنین حداکثر ظرفیت باربری ستون را ایجاد می نمایند.

مطابق بند I2.1a آئین نامه 10-AISC 360 فاصله آزاد (خالص) بین میلگردهای قائم و همچنین بین میلگردهای قائم و پروفیل فولادی نباید از 1.5 برابر قطر میلگردهای قائم و 4 سانتیمتر کمتر باشد. فاصله حداقل میلگردهای طولی بایستی در محل وصله های پوششی نیز رعایت شود. همچنین ضوابط مربوط به پوشش بتنی روی میلگردها بایستی مطابق آئین نامه 08-18ACI3 لحاظ گردد. حداقل مقدار پوششی به اندازه 4 سانتیمتر توصیه می گردد (شکل 6).

میلگردهای افقی دیوار برشی

میلگردهای افقی دیوار با توجه به ترکهای شماره 2 نشان داده شده در شکل( 7) بایستی تا پشت ستون ادامه یافته، آن را محصور نماید. بدین منظور از یک میلگرد U شکل مطابق شکل زیر که دارای طول همپوشانی مناسب با میلگرد افقی دیوار است، استفاده می شود .همچنین دقت شود که میلگرد افقی دیوار بایستی از نقطه تماس با ستون به اندازه طول مهاری که یا توسط طول مستقیم و یا توسط خم مهیا می شود، ادامه یابد .در حالتی که بعد ستون به اندازه ای باشد که میلگرد افقی با آن برخورد کند، خم انتهای میلگرد به ستون جوش می شود.

المان مرزی دیوار برشی

در حالتی که ستون فولادی مدفون بوده و یا چسبیده به دیوار است، ضوابط مربوط به المان مرزی دیوارهای برشی بتنی ویژه، مطابق شکل(8)می بایست در طولی برابر حداقل 2 برابر ضخامت دیوار رعایت گردد (بند H5.5a آئین نامه 10-AISC 341). بدیهی است در صورتی که مطابق ضوابط فصل 21 آئین نامه 08-ACI318 مقادیر بیشتری برای طول المان مرزی نیاز باشد، آن مقدار ملاک عمل خواهد بود. در قسمت المان مرزی تعبیه سنجاق های لرزه ای برای جلوگیری از ایجاد ترکهای شماره 1 شکل(7) الزامی است. ضوابط مربوط به میلگردگذاری در المان مرزی دیوار (فاصله سنجاق ها در عرض و ارتفاع دیوار و فاصله میلگردهای قائم در این ناحیه) مطابق همین فصل آئین نامه ACI318-08 تعیین می گردد. از جمله قطر میلگردهایی که به عنوان سنجاق لرزه ای یا خاموتهای عرضی در این ناحیه بکار برده می شوند، نباید کمتر از 11 میلیمتر باشند.

برشگیرها

با توجه به عدم وجود ضوابط مناسب در آئین نامه های طراحی آمریکا برای محاسبه برشگیرهای از نوع ناودانی، نبشی و دیگر برشگیرهای متداول در ایران و همچنین امکان عدم نقوذ بتن در بخش زیرین این نوع برشگیرها، تنها استفاده از برشگیر نوع گلمیخ برای ستون مجاز می باشد. مقاومت برشی گلمیخ می تواند مطابق مفاد مبحث دهم مقررات ملی ایران و یا بر اساس ضابطه بند I8.3a آئین نامه 10-AISC 360 محاسبه شود.

برشگیرهای مورد استفاده بایستی حداکثر در فاصله 2.5 برابر بعد حداقل پروفیل فولادی و 40 سانتیمتر از هم قرار داشته باشند.

در حالتی که از ستون فولادی بصورت مدفون در دیوار برشی استفاده می شود، برشگیرهای اطراف ستون بایستی حداقل در دو وجه آن و بصورت متقارن تعبیه شوند .برشگیرها می توانند در صورت وجود فضای کافی، بر روی قسمت خارجی بال ستون فولادی و در غیر این صورت،در دو سمت جان و یا بر روی وجه داخلی بال ستون نصب گردند. اگر تنها از یک برشگیر بر روی وجه داخلی هر بال ستون استفاده شود، این برشگیرها بایستی در طرفین جان )بصورت چپ و راست قرار گیرند (شکل شماره4).

 برای محاسبه مقار برش در محل اتصال دیوار و ستون، ابتدا بایستی بر اساس زلزله تشدید یافته، مقدار نیروی برشی افقی دیوار مورد نظر را بدست آورده و سپس با استفاده از رابطه q=VQ/I مقدار جریان برش(مقدار نیروی برشی قائم به ازای واحد ارتفاع دیوار) را محاسبه نمود .توصیه می شود برشگیرها حداقل ظرفیتی به اندازه مجموع عکس العمل تیرهای متصل به آن ستون در تراز طبقه را داشته باشند(AISC .Design Guide 6).

در مواردی که تعداد زیادی برشگیر مورد نیاز بوده، لیکن فضای کافی برای تعبیه آنها وجود نداشته باشد( عمدتاً در حالت ستون فولادی نیمه مدفون این حالت ممکن است پیش آید)، همچنین مقطع ستون فولادی به شکل Box باشد، دیتایل شکل (9) برای ایجاد فضای مناسب جهت اجرای گلمیخها و همچنین جهت افزایش ظرفیت کششی و فشاری ستون، پیشنهاد می شود. مضاف بر اینکه این دیتایل محصوریت مناسبی برای بتن دیوار در ناحیه پرفشار نزدیک به المان مرزی ایجاد می نماید.

در تیرهایی که از داخل دیوار برشی عبور می نمایند لازم است برشگیرهای حداقلی مطابق ضوابط آئین نامه در نظر گرفته شود.

کف ستون

میل مهارهای کف ستون فولادی مدفون یا چسبیده به دیوار، بایستی برای کل ظرفیت کششی ستون فولادی طرح شوند. در حالتی که میلگردهای قائم اطراف ستون فولادی، در داخل فونداسیون ادامه نیافته، بلکه به کف ستون جوش می شود(این گزینه با توجه به عدم وجود فضای مناسب برای جوش انتهای خم میلگرد به کف ستون توصیه نمی شود)، میل مهارها بایستی برای ظرفیت کششی ستون فولادی بعلاوه ظرفیت کششی میلگردهای جوش شده به کف ستون محاسبه شوند.

برای اتصال ستون فولادی به فونداسیون در حالتهای مدفون و یا نیمه مدفون ،روشهای مختلفی وجود دارد. یکی از این روشها آن است که ابعاد ناحیه انتهایی دیوار بتنی به اندازه کافی بزرگتر از ابعاد کف ستون در نظر گرفته شود (شکل 10). بطوری که میلگردهای قائم اطراف ستون فولادی، بدون تداخل با کف ستون از مجاور آن عبور کرده و به میلگردهای انتظار فونداسیون متصل شوند. در این حالت ابعاد کف ستون می بایست تا حد امکان کوچک در نظر گرفته می شود. به منظور کاهش ابعاد ورق کف ستون ، میتوان از محدوده داخلی پروفیل جهت تعبیه میل مهار ها استفاده نمود(شکل 12).

به عنوان روش دیگر می توان، علاوه بر سوراخهای میل مهار ،با تعبیه سوراخهای اضافی در کف ستون، میلگردهای قائم اطراف ستون فولادی را از داخل این سوراخها عبور داد. در این حالت بایستی در نقشه های کف ستونها، محل و تعداد تمامی سوراخها (شامل سوراخ های میل مهار و سوراخ های مربوط به میلگردهای قائم) بطور مشخص و با اندازه گذاری معلوم گردند. در این حالت توصیه می شود اولاً ابعاد کف ستون برای قرار گیری تمام میلگردها و میل مهارها ،به اندازه کافی بزرگ در نظر گرفته شود و ثانیاً تراکم میلگردهای اطراف ستونهای فولادی زیاد نباشد.

 روش دیگر آن است که بدون اجرای کف ستون، ستون را در داخل فونداسیون و در طولی مناسب توسط برشگیرهایی که بتوانند نیروی ستون را انتقال دهند، مدفون نمود (شکل 12).این روش بخصوص هنگامی که ابعاد ستون فولادی بزرگ بوده و در نتیجه میل مهارهای بیشتر و کف ستون بزرگتری جهت تأمین ظرفیت های کششی و فشاری ستون نیاز می باشد، مناسب است .حالت اخیر عمدتاً هنگامی که ستون فولادی نیمه مدفون استفاده شده است ،پیش می آید. دقت شود که برای این حالت، می بایست قبل از اجرای فونداسیون، ستونهای فولادی اطراف دیوار برشی را برپا و بطور مناسبی مهار نمود(مثلا با استفاده از داربست) تا در هنگام بتن ریزی فونداسیون، از حالت شاقولی خود خارج نشوند . همچنین بعنوان راهکار اجرایی دیگر میتوان پس از انجام خاکبرداری ، با اجرای فونداسیون موقت در تراز زیر فونداسیون اصلی ، اقدام به برپایی ستونهای فولادی نمود. لازم بذکر است جهت توزیع مناسب تر نیروی ستون داخل فونداسیون، ایجاد محصوریت ستون فولادی در داخل فونداسیون و همچنین افزایش ظرفیت برش پانچ، می بایست میلگردهای قائم محصور در خاموت مناسب در اطراف آن تعبیه کرد.

وصله میلگردهای قائم

به منظور کاهش تراکم میلگردها در محل المان مرزی و افزایش تراکم بتن، توصیه می شود میلگردهای قائم دیوار و میلگردهای انتظاری که در فونداسیون قرار داده شده اند، توسط وصله جوشی (ترجیحاً فرج گرم) و یا با استفاده از وصله مکانیکی با رعایت ضوابط مربوطه به هم متصل شوند. بهتر است محل وصله های پوششی یا جوشی و مکانیکی در 1.3 میانی ستون که معمولاً نزدیک نقطه عطف لنگر خمشی می باشد قرار گیرد.

تیرهای متصل به ستون فولادی

بدلیل مسائل اجرایی از جمله سهولت اجرای سقف و همچنین ایجاد پایداری جانبی مناسب سازه در حین اجراء، توصیه می گردد تیر عبوری از داخل دیوار و بین دو ستون، حتی در حالت ستون فولادی مدفون و نیمه مدفون، اجراء گردد. با توجه به عبور میلگردهای قائم دیوار از سقف و از کنار تیر توصیه می شود عرض بال این تیرها از یک سوم ضخامت دیوار بیشتر نباشد. همچنین جهت عدم تداخل نشیمن اتصال تیرهای مذکور با میلگردهای قائم، استفاده از اتصال مفصلی با ورق یا نبشی جان توصیه می شود.

تیرهای خارج از دیوار و متصل در راستای صفحه آن، با توجه به اینکه نقش جمع کننده (collector)  نیرو را ایفاء می کنند، بایستی برای نیروی کششی و فشاری دیافراگم محاسبه شوند. با توجه به این مطلب، این تیرها حتما بایستی از نوع جان پر (غیر لانه زنبوری) باشند .همچنین اتصال آنها توسط ورق جان به ستون صورت گرفته تا قابلیت انتقال نیروهای محوری فشاری و کششی را دارا باشند.

با توجه به وجود نیروی فشاری زیاد بر روی ستونهای فولادی دو انتهای دیوار برشی بتنی، این ستونها بایستی در راستای عمود بر صفحه دیوار توسط تیر فولادی مناسب مهار گردند.

سقف

ضخامت سقف در محل اتصال به دیوار برشی بتنی بایستی جوابگوی تنشهای برشی افقی ناشی از بار زلزله انتقال یافته از سقف به دیوار باشد . بطور مثال سقف های تیرچه بلوک با ضخامت دال بتنی 5 سانتیمتر، معمولاً جوابگوی این برش نبوده و بنابراین سیستم سقف سازه ای می بایست از انواع سقف کامپوزیت با ضخامت دال بتنی مناسب باشد .توصیه می شود سقف کامپوزیت ترجیحاً بدون عرشه فولادی بوده و همچنین ضخامت دال آن از 10 سانتیمتر کمتر در نظر گرفته نشود .علاوه بر این، اتصال سقف به دیوار برشی باید برای برش اصطکاک طرح شده و میلگردهای برش اصطکاکی مناسب (میلگردهای دوخت) بصورت L شکل در محل اتصال تعبیه گردند .میلگردهای خمشی یا حرارتی سقف نیز بایستی بطور کامل داخل دیوار مهار شوند .

به دلیل مسائل اجرایی، تیرچه های سقف کامپوزیت بایستی موازی صفحه دیوار اجراء شوند و نه عمود بر آن. در صورت استفاده از سقف کامپوزیت عرشه فولادی، یک تیرچه بایستی در محاذات دیوار به منظور تعبیه نشیمن مناسب برای ورق ذوزنقه ای سقف تعبیه گردد. همچنین این ورق بایستی روی تیرچه قطع شده و داخل دیوار ادامه نیابد تا موجب ایجاد انقطاع در بتن دیوار نشود(شکل13).

بایستی دقت نمود که قابهای فولادی ساده همراه با دیوار برشی بتنی، برخلاف قابهای فولادی مهاربندی یا قابهای فولادی خمشی، قبل از اجرای دیوار از پایداری مناسبی در برابر بارهای اعمالی برخوردار نیستند. بنابراین مناسب است در هنگام اجرای اسکلت مهارهای موقت مناسب برای سازه در نظر گرفته شود. همچنین بتن ریزی و اجرای دیوار هر طبقه لزوماً می بایست همزمان با اجرای سقف همان طبقه صورت گیرد.

به عبارت دیگر اجرای دیوار بتنی پس از اجرای کامل تمام سقف ها با قرار دادن ریشه انتظار دیوار در سقف طبقات مجاز نمی باشد .مهندس محاسب لازم است دستورکار مناسب برای مهارموقت سازه و همچنین ترتیب زمان بندی اجرای دیوار و سقف در نقشه های اجرایی ارائه نماید.

صفحات انتظار در دیوار برشی (Insert Plates)

در برخی مواقع نیاز است تیری در صفحه دیوار و یا عمود بر آن به دیوار متصل گردد. بطور مثال ممکن است اتصال تیر، تیرچه سقف و یا تیر شمشیری پله به دیوار برشی بتنی مورد نظر باشد. در این حالت در محل اتصال تیر بایستی قبل از بتن ریزی دیوار، صفحات انتظار مناسب تعبیه نمود. برای طرح این صفحه ابتدا بایستی بر اساس ابعاد تیر و اتصالات آن، حداقل ابعاد ورق را محاسبه نموده و سپس آرایشی برای بولتها بر اساس ملزومات آئین نامه ای حداقل فواصل بولت ها از هم و از لبه ورق در نظر گرفته شود. اتصال ساده تیر به ورق تحت اثر نیروی برشی ای است که با فاصله اعمال می شود. بنابراین اتصال تحت لنگر خمشی نیز قرار می گیرد. برای محاسبه نیروی کششی هر بولت ابتدا بایستی بر اساس دو معادله تعادل نیرو و لنگر و با سعی و خطا محل تار خنثی ای مقطع شامل بولتهای کششی و قسمتی از صفحه تحت فشار بدست آورده و سپس نیروی کششی هر بولت را محاسبه نمود. با داشتن نیروی کششی و برشی هر بولت می توان با استفاده از مقادیر تنش مقاوم اسمی هر پیچ در برش و کشش، بولت های اتصال را طراحی کرد. ضخامت ورق اتصال نیز، بر اساس کنترل حالتهای حدی لهیدگی (bearing) ، پاره شدگی ورق اتصال (tear out) در مجاورت سوراخها و همچنین برش قالبی (block shear) محاسبه می گردد. بایستی دقت نمود در صورتی که تیر عمود بر صفحه به دیوار متصل شود، ضخامت دیوار می بایست چنان باشد که بولت ها بتوانند در آن مهار شوند .همچنین در صورتی که تیری در صفحه دیوار به آن متصل شود، عرض ورق اتصال از ضخامت دیوار بیشتر در نظر گرفته نشود.

منبع

1.  AISC 341-10; Chapter H: Composite Braced-Frame and Shear Wall Systems
2.  AISC 360-10; Chapter I: Design of Composite Members
3.  AISC Design Guide 6 (2001): Load and Resistance Factor Design of W-Shapes Encased in Concrete
4. ACI 318-08; Chapter 10, Section 10.13: Composite Compression Members
5. معاونت معماری و شهرسازی شهرداری شیراز مدیریت کنترل ونظارت ساختمان