دیوارهای برشی بتنی در ساختمان های فولادی

مقدمه

دیوار سازه ای یکی از سیستمهای بسیار مناسب برای مقابله با نیروهای جانبی است از آنجا که این دیوارها، قسمت عمده نیروهای جانبی وارد بر سازه و برش حاصل از آن را جذب می کنند به نام دیوارهای برشی شناخته می شوند. مزایای دیوار برشی را میتوان در موارد زیر خلاصه نمود :

• افزایش سختی ساختمان و افزایش ضریب ایمنی در مقابل شکست و ریزش و کاهش خسارت به اعضای غیر سازه ای
• کنترل تغییر مکان جانبی ساختمان (Drift) تغییر مکان جانبی سازه های دارای دیوار برشی در مقایسه با سازه های دارای بادبند کمتر می باشد و این امر دلیل استفاده از این سیستم در بسیاری از سازه ها است.
• امکان جانمایی دیوار در فضاهای محدود (مانند هسته) آسانسور و فضاهای نامتعارف (مانند پشت راه پله های گرد) که در این مکانها امکان جانمایی بادبند وجود ندارد.

اگر نسبت ارتفاع به طول دیوار کمتر از ۲ یا ۳ ،باشد به آن دیوار برشی کوتاه می گویند. دیوارهای برشی کوتاه در برابر خمش مقاومت بیشتری دارند ولی در برابر برش از مقاومت کمی برخوردار هستند و لذا در این دیوارها رفتار برشی حاکم است توصیه شده است که در این دیوارها فولاد گذاری تا حد امکان یکنواخت باشد و به سمت لبه قائم تمرکز بیشتری داشته باشد چون شکست خمشی دیوارهای برشی کوتاه با ترک های بزرگ قطری همراه است، بنابراین باید از مقاومت برشی بتن صرف نظر شود اگر نسبت ارتفاع به طول دیوار زیاد باشد به آن دیوار برشی بلند (طره ای) می گویند، رفتار این دیوارهای برشی بر خلاف نامشان اغلب خمشی است.

انواع دیوارهای برشی به جهت شکل مقطع

دیوارهای برشی به صورت دو بعدی (تیغه ای) و یا سه بعدی اجرا می شوند دیوارهایی که در دو انتهای خود دارای بال هستند (مقاطع بالدار) از پایداری و شکل پذیری بیشتری در مقایسه با دیوارهای بدون بال برخوردار هستند بنابراین پیشنهاد می شود از این گونه مقاطع استفاده شود شکل ۱ یازده مقطع دیوار برشی را نشان میدهد که مقطع (الف) دیوار برشی به صورت دو بعدی (تیغه ای) و ده مقطع دیگر به صورت بال دار هستند.

برخی از بال ها دارای طول زیاد هستند این مطلب در مقاطع ه و ح قابل ملاحظه است در طراحی این مقاطع نمیتوان تمام بال را در باربری سهیم دانست مطابق آیین نامه ،آبا عرض موثر اندازه گیری شده از بر جان در هر سمت که در محاسبات به کار برده میشود نباید بیشتر از مقادیر زیر در نظر گرفته شود:

الف – نصف فاصله بین جان دیوار تا جان دیوار مجاور

ب- ۱۰ درصد ارتفاع کل دیوار

ضریب رفتار دیوارهای برشی

سالها تصور می شد که دیوارهای برشی رفتار تردی دارند و به همین جهت رفتار آنها در قلمرو ارتجاعی و برای مقاومت در برابر زلزله های متوسط کارساز انگاشته می شد. دلیل اصلی این تصور در این بود که برای تامین رفتار نرم دیوارها جزئیات آرماتورگذاری آن چنان که لازم است رعایت نمی شود و از این جهت شکست آنها از نوع برشی بود. بنابراین برخی از آیین نامه ها شکل پذیری آنها را در مقایسه با قاب های خمشی کمتر در نظر می گرفتند. محققین با بررسی هایی که انجام دادند ابراز کردند که میتوان انرژی زلزله را در دیوارها همانند قابهای خمشی مستهلک کرد شرط اساسی در تحقق چنین رفتاری موارد زیر می باشد:

فولادگذاری مناسب با رعایت جزئیات خاص جهت افزایش شکل پذیری بدین منظور آیین نامه بتن ایران ضوابطی را در فصل بیستم ارایه نموده است.

برای اینکه رفتار دیوارها وارد مرحله غیر ارتجاعی شود لازم است شالوده دیوار آنقدر قوی باشد که در انتقال نیروها به زمین مشکلی برای دیوار ایجاد نکند.

لازم است رفتار دیافراگمها (کف ها) به گونه ای باشد که از طریق اتصال صلب آنها به دیوار کلیه نیروها از کف به دیوار منتقل گردد.

دیوارهای برشی می توانند در سیستم قابهای ساختمانی ساده فولادی و یا در سیستم قابهای خمشی بتنی و یا فولادی قرار گیرند در صورت ترکیب دیوار با سیستم قابهای خمشی سیستم را دوگانه می نامند. در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله – استاندارد ۲۸۰۰(ویرایش دوم)-۱۳۷۸ ضریب رفتار فقط برای دیوارهای برشی با شکل پذیری معمولی و برابر ۷ ارائه شده است.
آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله – استاندارد ۲۸۰۰( ویرایش سوم) – ۱۳۸۴ ضریب رفتار سیستم قاب – های ساده ساختمانی و دیوارهای برشی را برای شکل پذیریهای مختلف به صورت زیر ارائه نموده است:

استفاده از دیوارهای برشی با حد شکل پذیری معمولی در مناطق زلزله خیز زیاد و خیلی زیاد توصیه نمی شود و در این مناطق باید از دیوارهای برشی با حد شکل پذیری متوسط و یا زیاد استفاده نمود که به جزء در موارد خاص که الزام به استفاده از شکل پذیری زیاد وجود دارد غالبا از حد شکل پذیری متوسط استفاده می شود.

 روش های اجرای دیوار برشی در ساختمان فولادی

با توجه به نظر مهندس محاسب و محدودیت های اجرایی میتوان دیوار برشی را به یکی از روشهای نشان داده شده در شکل ۲ اجرا نمود.

شکل 2-الف اجرای ستونهای فولادی در داخل دیوار برشی با ضخامت یکنواخت را نشان می دهد. در این روش اجرا، ضخامت دیوار به نحوی تعیین میشود که امکان قرار گرفتن ستون و پوشش مناسب برای آرماتورها وجود داشته باشد این روش به علت راحتی ،اجرا پرکاربردترین روش استفاده از دیوار برشی در ساختمانهای فولادی است. شکل ۲- ب،اجرای ستون های فولادی در دیوار برشی با ضخامت غیریکنواخت را نشان می دهد که به سبب صعوبت اجرا و قالب بندی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد در شکل ۲- پ ستون در دیوار مدفون نمی شود اما با دیوار درگیر می باشد که این امر باعث افزایش بعد ستونها و غیر اقتصادی شدن طرح شده که کمتر مورد استفاده است. در شکل ۲-ت و ۲-ث ستون جدا از دیوار برشی اجرا می شود.

 آرماتورهای قائم و افقی دیوار برشی

در مقطع دیوار برشی نیروهای داخلی لنگر خمشی نیروی محوری نیروی برشی و لنگر پیچشی وجود دارد. از آنجا که مقدار لنگر خمشی از نیروی محوری بسیار بیشتر است رفتار و آرماتورگذاری دیوارها بیشتر شبیه تیرها می باشد. شکل ۳ انواع آرماتورهای یک دیوار برشی را معرفی می کند.

آرماتورهای خمشی برای افزایش مقاومت خمشی در دیوار قرار داده می شوند و بهینه است که تا حد امکان در دو سمت دیوار جایگذاری شود و در بین آرماتورهای خمشی آرماتور قائم به مقدار حداقل اجرا می گردد. در اغلب موارد به سبب مشکلات اجرایی آرماتورهای خمشی در دو سمت دیوار متمرکز نشده و به صورت یکنواخت در طول دیوار برشی توزیع می گردد که در این حالت آرماتورهای قائم همان آرماتورهای خمشی دیوار برشی هستند. آرماتورهای افقی به عنوان آرماتورهای برشی عمل نموده و سبب افزایش مقاومت برشی مقطع می شوند.
در ادامه ضوابط مربوط آرماتورهای دیوار قائم و افقی ارائه می گردد:

• نسبت آرماتور افقی و نسبت آرماتور قائم از روابط زیر به دست می آید:

در این روابط در صورت وجود یک شبکه آرماتور،Av سطح مقطع یک میلگرد عمودی و Ah سطح مقطع یک میلگرد افقی بوده و در صورت وجود دو شبکه ،آرماتور سطح مقطع دو میلگرد می باشند.

• حداقل نسبت آرماتور افقی ۰/۰۰۲۵ می باشد و نسبت آرماتور قائم نباید کمتر از ۰/۰۰۲۵ و یا رابطه زیر باشد.

 فاصله بین میلگردهای افقی و قائم نباید از مقادیر زیر بیشتر باشد:

• در دیوارهای با ضخامت بیش از ۲۵۰ میلیمتر استفاده از دو شبکه میلگرد ضروری است.
•  پیشنهاد می شود جهت سهولت بتن ریزی فاصله میلگردها از ۱۰۰ میلیمتر کمتر نشود.
• فاصله میلگردهای قائم در اجزا لبه نباید از ۲۰۰ میلیمتر بیشتر شود.
• نسبت آرماتور قائم در هیچ ناحیه ای نباید از ۶ درصد بیشتر باشد در دیوارهای با شکل پذیری متوسط و زیاد این مقدار به ۴ درصد محدود میشود این مقدار در محل وصله ها نیز باید رعایت گردد. حال اگر کلیه وصله ها در یک محل انجام شود حداکثر نسبت آرماتور به ۲ درصد محدود می شود.
• آرماتورهای افقی دیوار باید به قلاب استاندارد ختم شوند و آرماتورهای قائم لبه دیوار را در برگیرند و یا به وسیله رکابهایی که دارای قطر و فاصله مشابه آرماتورهای افقی هستند و به آن وصله میشوند، نگهداری شود.
• در دیوارهایی که دارای اجزای لبه ای ،هستند آرماتورهای افقی دیوار باید به طول مهاری در داخل اجزای لب های مهار شوند.

آرماتورهای عرضی ویژه

به سبب وجود نیروی محوری و لنگر خمشی در مقطع ،دیوار تنشهای قائم در دو سمت دیوار زیاد می باشد که آیین نامه برای این نواحی ضوابط ویژه ای را از جمله آرماتورهای عرضی ویژه در نظر گرفته است. طبق آیین نامه بتن ایران در نواحی که تنش فشاری ناشی از بارهای قائم و خمش در حالت نهایی از 0.2Fc بیشتر گردد، باید آرماتورگذاری عرضی ویژه قرار داده شود که به این نواحی جزء لب های گفته می شود در نواحی که تنش فشاری از 0.15Fc کمتر باشد، میتوان آرماتورگذاری عرضی ویژه را قطع کرد.
در دیوارهای با ضابطه شکل پذیری متوسط باید قطر میلگردهای عرضی از ۸ میلیمتر کمتر نباشد و فاصله سفره میلگردهای عرضی ویژه در ارتفاع دیوار نباید از مقادیر زیر بیشتر باشد:

در این رابطه db کوچکترین میلگرد طولی ،دیوار ds قطر خاموت ها و t ضخامت دیوار می باشد. آرایش میلگردها در طول ناحیه جزء لب های باید مشابه ضوابط ستون ها رعایت گردد.

محدودیت ابعاد در دیوارها

در آیین نامه آبا برای دیوارهای برشی با شکل پذیری معمولی محدودیت خاصی ارائه نشده است. در دیوارهای برشی با شکل پذیری متوسط و زیاد نباید ضخامت دیوار از ۱۵۰ میلیمتر و عرض جزء لبهای از ۳۰۰ میلیمتر کمتر باشد.

علت افزایش بعد در محل جزء لبهای جلوگیری از کمانش دیوار و افزایش شکل پذیری دورانی است. شکل ۴ مقطع یک دیوار برشی بدون جزء لبهای با جزء لبه هم عرض دیوار و با جزء لبه پهنتر از دیوار را نشان می دهد.

اعضای فولادی در دیوارهای برشی

در صورتی که دیوار برشی در سازه فولادی اجرا گردد در اکثر موارد وجود اعضای فولادی نظیر تیر و ستون در دیوار غیر قابل اجتناب است بنابراین باید تمهیدات خاصی در اجرای دیوارهای برشی در نظر گرفته شود.

ستون های فولادی در دیوارهای برشی

ستونهای فولادی به شکلهای مختلف در دیوارهای برشی استفاده میشوند در ادامه دو روش متداول اجرای ستونهای فولادی در دیوار برشی شرح داده می شود:

الف- اجرای ستون به صورت غیر مدفون در دیوار برشی

در این روش، ستونها خارج از دیوار برشی اجرا میشوند که یا توسط برشگیرها به دیوار برشی اتصال می یابند و یا با ایجاد فاصله توسط مواد تراکم پذیر از دیوار برشی جدا میشوند شکل ۵ نمونه ای از اجرای ستون غیرمدفون متصل به دیوار برشی را نشان می دهد.

در طراحی این دیوارها باید ستونها برای تحمل لنگر خمشی و نیروی محوری و مقطع دیوار بتن مسلح برای تحمل نیروی برشی طراحی گردد در دیوارهای با شکل پذیری متوسط و زیاد ستونهای فولادی غیر مدفون باید برای ترکیب بارهای ویژه کنترل شوند این ترکیب بارها طبق مقررات ملی مبحث دهم به صورت زیر می باشد:

در روابط فوق مقدار نیروهای محوری باید با رعایت علامت جبری آنها استفاده شود. مقدار برابر ۳ منظور می گردد. برای انتقال مناسب برش بین دیوار و ستون ،فولادی باید برش گیر روی ستون اجرا شود این برش گیرها را میتوان در جهت اطمینان برای ظرفیت کامل ستون طراحی نمود که باید در ضوابط شکل پذیری متوسط و زیاد، ظرفیت برشی برش گیرها ۲۵ درصد کاهش یابد.
مزیت این دیوارها، اجرای ساده آنها میباشد اما به دلایل زیر در ساختمانهای بلند استفاده از آن پیشنهاد نمی شود:

• از آنجا که ستونهای مجاور دیوار باید نیروی محوری و لنگر خمشی وارد بر مقطع دیوار را تحمل کنند و همچنین برای بارهای ویژه کنترل ،شوند لذا مقطع ستونها بزرگ می شود که معمولاً اقتصادی نمی باشد.
• به دلیل وجود نیروی محوری زیاد ناشی از زلزله در ستون ابعاد کف ستونها بزرگ و تعداد آرماتورهای مهاری زیاد می باشد.
• به دلیل تمرکز نیرو در محل ،ستون تمهیدات خاصی در طراحی فونداسیون باید لحاظ گردد.
• این نوع دیوارهای برشی را نمیتوان با نرم افزارها طراحی نمود به سبب اینکه برنامه با فرض خطی بودن ،کرنش نیروها را بین دیوار و ستونها به نسبت سختی توزیع می نماید که این فرض صحیح نمی باشد.

در پروژه های مقاوم سازی که دیوار برشی بین دو ستون اجرا میگردد جهت پرهیز از تداخل عملکرد دیوار برشی و ستون میتوان دیوار برشی را به صورت شکل ۶ اجرا نمود در این حالت تمام نیروها توسط دیوار تحمل شده و سبب افزایش مقطع ستون نمی گردد.

این روش اجرایی فقط در دیوارهای برشی تیغ های (دوبعدی) کاربرد دارد و نمیتوان با این سیستم دیوارهای برشی سه بعدی ایجاد نمود.

ب-ستون مدفون در دیوار برشی

اگر ستون فولادی در دیوار برشی مدفون ،گردد میتوان تحلیل را بر اساس مشخصات هندسی مقطع تبدیل یافته انجام داد. بدین معنی که ستون فولادی میتواند معادل آرماتور در دیوار برشی عمل نماید. شکل ۷ نمونه هایی از این نوع دیوار برشی را نشان میدهد در شکل ٧ الف دیوار برشی با عرض یکنواخت و در شکل ۷-ب بعد دیوار در محل ستون بزرگتر انتخاب شده است.

ستون های مدفون درون دیوارهای برشی دارای بعد بزرگی نیستند و در اکثر موارد امکان جانمایی آنها درون دیوار برشی با عرض یکنواخت وجود دارد اگر وجود جزء مرزی در دیوار برشی الزامی ،باشد ناگزیر به رعایت بعد حداقل ۳۰۰ میلیمتر در دو گوشه خواهیم بود که به دلیل سهولت در اجرا این بعد در تمام طول دیوار رعایت میگردد و منجر به اجرای دیوار با ضخامت حداقل ۳۰ سانتیمتر یکنواخت در تمام طول دیوار می شود. در مواردی که بعد ستون بزرگ باشد و یا نسبت آرماتور طولی با لحاظ کردن سطح مقطع ستون مدفون از ۴ درصد بیشتر شود باید از دیوار شکل ۷ ب استفاده کرد.
در طراحی ستون مدفون در دیوار برشی باید نکات زیر رعایت گردد:

• ستون فولادی قرار گرفته در دیوار باید بتواند بارهای مرده به علاوه بار زنده حین اجرا را قبل از گیرش بتن تحمل نماید.
• با توجه به اینکه در این روش مقطع ستون کوچک به دست میآید باید ابعاد ستون به گونه ای انتخاب شود که امکان اجرای اتصال مناسب پلهای وارده به ستون فراهم گردد.
• برای انتقال مناسب برش میان دیوار و ستون ،فولادی باید برشگیر به کار رود.
• آنجا که احتمال جدایی دیوار از نیمرخ فولادی زیر اثر بارهای لرزه ای شدید وجود دارد در دیوارهای با شکل پذیری متوسط و زیاد فولاد عرضی جزء لبه باید به اندازه 2 در داخل دیوار ادامه یابد. h بعد جزء لب های در راستای دیوار می باشد (شکل (۸)

 تیر فولادی در دیوارهای برشی

در بسیاری از موارد تیرهای فولادی به دلایل اجرایی درون دیوارهای برشی قرار می گیرند و غالباً به دلیل کمی ضخامت دیوار باعث قطع بتن ریزی می گردند برای حل این مشکل باید تا حد امکان از وجود تیر در درون دیوار پرهیز شود. در صورت اجرای تیر در دیوار باید از پروفیل های کوچک که با برش گیر به دیوار متصل شده اند. استفاده نمود این تیر باید بتواند بارهای مرده و زنده حین اجرا را قبل از گیرش بتن تحمل نماید.
در مورد تیرچه های سقف بهتر است جهت تیرچه ها به گونه ای اختیار شود که تیرچه ها به موازات دیوار بوده و نیاز به اجرای اتصال با دیوار برشی نداشته باشد. در صورت اجرای تیرچه ها عمود بر دیوار از نظر اجرایی بهتر است که تیر درون دیوار اجرا گردد و تیرچه ها به تیر متصل شوند.
در صورتی که عضوی بخواهد به دیوار وصل گردد مانند (شمشیری پله) باید روی دیوار صفحات فولادی قرار داده شود تا تیر نشیمن کافی برای اتصال را داشته باشد اتصال ورق مزبور به دیوار با آرماتور صورت می گیرد که تعداد آرماتور بر اساس برش و خمش موجود در تکیه گاه تیر طرح می گردد.
شکل ۹ دو نمونه از اتصال ورق فولادی به دیوار برشی را نشان می دهد. شکل9-الف جزئیات اجرایی اتصال سنگین را نشان می دهد که بولت ها درون دیوار کار گذاشته شده و صفحه فولادی پس از بتن ریزی دیوار به بولت ها بسته می شود در این روش میتوان بولت ها را قبل از بتن ریزی در دیوار قرار داد و یا اینکه بعد از اجرای دیوار کاشت بولت انجام شود. شکل ۹ -ب جزئیات اجزایی اتصال سبک را نشان می دهد که این ورق قبل از بتن ریزی در پشت قالب کار گذاشته شده و سپس بتن ریزی انجام می شود.
یکی از مواردی که در آیین نامه ها به آن اشاره ای نشده است طراحی کف ستون مربوط به اجزاء مرزی است. میتوان این کف ستون را نظیر کف ستونهای مرکب طراحی نمود در این نوع ،طراحی ورق کف ستون باید حتی الامکان کوچک انتخاب شود تا در مقطع جزء مرزی جا گرفته و میلگردهای انتظار را قطع .نکند همچنین چون بتن جزء لبه در محل کف ستون قطع میشود باید میلگردهای اضافی برای انتقال نیروی مربوطه در اطراف ورق کف ستون به آرماتورهای انتظار جزء لبه افزوده گردند. بدیهی است میلگردهای مهاری کف ستون باید قادر به تحمل نیروی کششی معادل با ظرفیت کششی پروفیل فولادی .باشند در شکل ۱۰ روشهای اجرای کف ستون در دیوار برشی نشان داده شده است.

روش های مدلسازی ستون مدفون در دیوار برشی با برنامه ETABS

جهت مدلسازی ستونهای مدفون در دیوار برشی میتوان به سه روش عمل نمود:

الف – مدل سازی ستونها به صورت فولادی

در این روش در هنگام ترسیم ،مدل ستونها به صورت فولادی با مقطع اجرایی مدل شده و دیوار برشی بین ستون ها ترسیم می شود. در این روش هنگام نامگذاری پایه ها (Piers) باید نام دیوار و ستونهای اطراف آن یکسان باشد. اشکال این روش اینست که اگر برنامه به صورت خودکار مقطع دیوار را برداشت ،نماید طول دیوار کوتاهتر از مقدار واقعی خواهد بود. مزیت این روش اینست که میتوان ستون فولادی را برای تحمل نیروی محوری ناشی از بار مرده و زنده توسط برنامه کنترل نمود.

ب-مدل سازی ستونها به صورت بتنی

در این روش در هنگام ترسیم ،مدل ستونها به صورت بتنی مدل شده و دیوار برشی بین ستونها ترسیم می شود. مقطع ستون بتنی در دیوارهای برشی با ضخامت یکنواخت مقطع مربعی به بعد ضخامت دیوار و در دیوارهای برشی غیر یکنواخت (دمبلی برابر ابعاد جزء لبهای دیوار می باشد در این روش هنگام نامگذاری پایه ها (Piers) باید نام دیوار و ستونهای اطراف آن یکسان باشد.  مزیت این روش اینست که اگر برنامه به صورت خودکار مقطع دیوار را برداشت ،نماید طول دیوار به صورت واقعی خواهد بود.

پ- مدل نکردن ستون ها

در این روش در هنگام ترسیم ،مدل ستونها ترسیم نمی شود و فقط دیوار برشی رسم شده و عضوهای خطی به آن اتصال داده می شود. اشکال این روش اینست که اگر برنامه به صورت خودکار مقطع دیوار را برداشت نماید طول دیوار کوتاهتر از مقدار واقعی خواهد بود و سختی دیوار به میزان واقعی نخواهد بود. از این روش کمتر در مدلسازی استفاده می شود.

روش های طراحی دیوار برشی با ستون مدفون در برنامه ETABS

با توجه به قابلیت های برنامه ETABS و آرماتورگذاری یکنواخت در مقطع دیوار برشی امکان طراحی دیوار برشی با ستون مدفون به سه روش زیر وجود دارد :

الف- آرماتورگذاری یکنواخت (Uniform) و صرف نظر از اثر ستونهای مدفون

در این روش آرماتورهای طولی موجود در مقطع دیوار برشی توسط روش آرماتورگذاری یکنواخت (Uniform) در برنامه ETABS تعریف می شود و برنامه مقطع دیوار را کنترل مینماید از آنجا که در این روش از اثر ستونهای مدفون صرف نظر شده است آرماتورهای دیوار قوی تر شده و غیر اقتصادی میباشد لذا از این روش کمتر استفاده می شود.

ب-آرماتورگذاری عمومی (General) و مدلسازی ستونها به صورت واقعی

در این روش آرماتورهای طولی موجود در مقطع دیوار برشی در برنامه ساخت مقطع (SD) ترسیم شده و ستونهای مدفون به شکل واقعی رسم می.گردد مقطع ستون باید توسط گزینه Import I/Wide Flange از بانک اطلاعاتی Eurpro فراخوانی شده باشد و یا با وارد نمودن ابعاد ،مقطع ترسیم گردد با اجرای دستور طراحی دیوار برشی، برنامه مقطع دیوار را با در نظر گرفتن اثر ستونها کنترل می نماید.

پ-آرماتورگذاری عمومی (General) و مدلسازی ستونها به صورت آرماتور معادل

در این روش آرماتورهای طولی موجود در مقطع دیوار برشی در برنامه ساخت مقطع (SD) ترسیم شده و ستونهای مدفون به صورت یک آرماتور معادل رسم می گردد سطح مقطع و قطر آرماتور معادل از روابط زیر تعیین می شود.

میلگرد معادل باید توسط دستور Options> Preferences> Reinforcement bar size تعریف گردد. با اجرای دستور طراحی دیوار برشی برنامه مقطع دیوار را با در نظر گرفتن اثر ستونها کنترل می نماید.

برداشت نتایج از برنامه و رسم دیتایل دیوار برشی

جهت درک بهتر ،مساله در یک ساختمان ۵ طبقه یک دیوار برشی با شکل پذیری متوسط و ضخامت یکنواخت ۳۰ سانتیمتر و به طول ۴/۵ متر با آرماتورهای طولی و فواصل یکنواخت ۲۰ سانتیمتر مدل و طراحی شده است. ستونهای فولادی درون دیوار برشی مدفون هستند و مقطع آنها از 2IPE140 است و نیروی محوری ستون ناشی از بار مرده و زنده ۴۰ تن می باشد پس از ،طراحی با کلیک راست روی دیوار برشی پنجره شکل ۱۴ ظاهر می گردد.

نتایج ارائه شده در این پنجره به ترتیب عبارتند از:

 آرماتورهای قائم دیوار (Flexural Check)

پس از معرفی مقطع دیوار برشی برنامه نسبت ظرفیت دیوار برشی (Demand/Capacity Ratio) را برای بحرانی ترین ترکیب بار در بالا و پایین دیوار ارائه مینماید در صورتی که نسبت ظرفیت از ۱ کمتر باشد، آرماتورهای قائم معرفی شده مناسب هستند. در هنگام معرفی آرماتورهای قائم به برنامه دقت کنید که نسبت آرماتور از مقدار حداکثر بیشتر نبوده و از مقدار حداقل کمتر نباشد. این کنترل برای دیوار برشی فوق به صورت زیر انجام می شود.
آرماتور برشی دیوار(Shear Design)

در این قسمت برنامه نسبت سطح مقطع ساقهای آرماتورهای برشی به فاصله آنها (Av/S) را بر حسب واحد (cm2/m) ارائه می نماید که مقدار حداقل نیز توسط برنامه کنترل می شود. در این مثال نسبت برابر ۷/۵ سانتیمتر مربع بر متر در بالا و پایین دیوار داده شده است با در نظر گرفتن فاصله بین آرماتورهای برشی مقدار سطح مقطع ساق های خاموت به دست میآید که می توان شماره آرماتور را تعیین نمود.
حل زیر نحوه استخراج شماره آرماتور را برای این مثال نشان می دهد.

کنترل ناحیه مرزی(Boundary Element Check)

برنامه طول ناحیه مرزی را بر اساس فرضیات موجود در آیین نامه مربوطه محاسبه و ارایه می نماید. طول ناحیه مرزی در این مثال برابر ۶۳ سانتیمتر ارائه شده است. به علت وجود ستون مدفون در دیوار، طول ناحیه مرزی دو برابر در نظر گرفته می شود. با توجه به شکل پذیری متوسط دیوار برشی شماره آرماتور عرضی ویژه برابر ۸ میلیمتر و فاصله آن حداقل از رابطه زیر ۱۵۰ میلیمتر تعیین می شود.

با توجه به آرماتورهای محاسبه شده دیتایل دیوار برشی مطابق شکل ۱۵ ترسیم شده است.

نیروهای طراحی بولت های کف ستون

جهت طراحی بولت های کف ستون میتوان مقدار نیروی کششی را برابر حد تسلیم پروفیل ستون مدفون در نظر گرفت.

جمع بندی

با توجه به استفاده روز افزون از دیوارهای برشی در ساختمانهای فولادی مهندسین ،محاسب، ناظر و مجری باید با شناخت رفتار و ضوابط این عضو حساس سازهای از آن در ساختمان استفاده نمایند. ذکر این نکته خالی از لطف نیست که آیین نامه ذکر حداقل ها است و در جاهایی که مهندسین گرامی تشخیص می دهند باید مقادیر بیشتری را نسبت به آیین نامه استفاده نمایند ممانعتی ندارد؛ ولی رعایت محدودیت ها و حداقل های آیین نامه اجباری است.

منبع:

1. Computers & Structures, Inc., “ETABS – Integrated Building Analysis & Design, User Interface Manual,” January 2002

2. Computers & Structures, Inc., “ETABS – Integrated Building Analysis & Design, Shear Wall Design Manual,” January 2002

3. Paulay, T. Priestley, M.J.N., Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, NewYourk, Wiley, 1992

4. آیین نامه بتن ایران (آبا) سازمان مدیریت و برنامه ریزی دفتر امور فنی و تدوین معیارها، نشریه شماره ۴ تجدید نظر اول ویرایش ۱۳۸۳

5. آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ویرایش دوم ۱۳۷۸

6. آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ویرایش سوم، ۱۳۸۴

7. سیروس نصیرایی تحلیل و طراحی دیوارهای برشی سمینار تخصصی و کاربردی دیوارهای برشی، آبان ۱۳۸۴

8. عباسعلی ،تسنیمی رفتار و طرح لرزه ای ساختمانهای بتن مسلح آبا (۲۸۰۰) مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن وزارت مسکن و شهرسازی ۱۳۸۰

9. علی سیفی – مهدی ،هادیزاده طراحی دیوارهای برشی در نرم افزار ETABS سمینار تخصصی و کاربردی دیوارهای برشی، آبان ۱۳۸۴

10. محمد مویدیان، ساختمانهای مرکب انتشارات پرتونگار، ۱۳۸۰.

11. محمد مویدیان طرح لرزه ای سازه ها انتشارات پرتونگار، ۱۳۸۰

12. مسعود ،ریاضی بررسی رفتار دیوارهای برشی سمینار تخصصی و کاربردی دیوارهای برشی آبان ۱۳۸۴

13.مقررات ملی ساختمان ایران مبحث دهم طرح و اجرای ساختمانهای فولادی دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان تهران نشر توسعه ایران، ۱۳۸۴.