طراحی وال پست ها

مطالب مورد بررسی در طراحی دیوارها

• بررسی پارامترهای تاثیر گذاردرمقاومت فشاری،مقاومت خمشی و مقاومت برشی دیوارها
• بررسی تغییر شکلهای خارج از صفحه و داخل صفحه دیوارها و عوامل تاتیرگذار بر آنها
• روش محاسبه مقاومت خمشی دیوارها در حالت مسلح و غیر مسلح
• روش محاسبه نیروی باد و زلزله وارد بر دیوار ونحوه محاسبه تقاضای وارده بر دیوارها
• مثالی از طراحی دیوار،به همراه تمامی جزئیات مهاری برای آنها

قبل از وارد شدن به مباحث تخصصی بهتر از مصالح تشکیل شده المانهایی بنایی را بهتر بشناسیم، به طور کلی المان های بنایی می توانند به صورت دیوار، ستون و با تیر در سازه مورد استفاده قرار گیرند. در کلیه موارد المان های بنایی از دو بخش واحد بنایی و ملات تشکیل می شوند. واحد بنایی می تواند به صورت آجر یا بلوک و از جنس خشت )رس

خشک شده در دمای پایین(، سفال )رس پخته شده در دمای بالا(، بتن و یا شیشه باشد. ملات نیز می تواند از اجزای گوناگونی ساخته شده باشد که در این میان استفاده از سیمان، آهک و ماسه در ساخت ملات متدوال می باشد .| بسته به مقاومت مورد نیاز، المان بنایی می تواند شامل دوغاب و یا آرماتور نیز باشد. دوغاب بتنی ریزدانه و روان است که داخل حفره های واحدهای بنایی را پر می کند. آرماتور نیز می تواند به صورت افقی یا قائم و محصور در دوغاب یاملات مابین واحدهای بنایی قرار داده شود.

مقاومت فشاری دیوارها

مقاومت فشاری المان بنایی به مقاومت فشاری واحد بنایی، مقاومت فشاری ملات و نیز ضخامت ملات بستگی دارد. به بیان دیگر، مقاومت فشاری المان بنایی عددیست مابین مقاومت فشاری ملات و مقاومت فشاری واحد بنایی به گونه ای که بسته به نوع ملات مصرفی، مقاومت فشاری المان بنایی بین 25٪ تا 50٪ مقاومت فشاری واحد بنایی می باشد. البته در مورد واحدهای بنایی ساخته شده از بتن های AAC، مقاومت فشاری المان بنایی تقریبا برابر با مقاومت فشاری واحد بنایی بلوک AAC خواهد بود. شکل) 1( به طور شماتیک یک المان بنایی تحت فشار را نشان می دهد. به جز در بلوکهای AAC، مقاومت فشاری واحد بنایی بیشتر از مقاومت فشاری ملات بوده، لذا مقاومت فشاری کل المان بنایی توسط مقاومت فشاری ملات کنترل می شود. اما همان طور که از وضعیت تنشها در واحد بنایی و ملات مشخص است، به دلیل چسبندگی موجود مابین ملات و واحد بنایی، ملات در جهت جانبی تحت محصورشدگی قرار داشته و مقاومت آن در مقایسه با حالت بدون محصور شدگی بیشتر خواهد بود. حداکثر میزان محصورشدگی توسط مقاومت کششی واحد بنایی کنترل می گردد که خود وابسته به مقاومت فشاری واحد بنایی است. در نتیجه هم مقاومت واحد بنایی و هم مقاومت و ضخامت لایه ملات در مقاومت فشاری المان بنایی موثر خواهد بود. با افزایش ضخامت ملات، اثر محصور شدگی تقلیل یافته لذا مقاومت فشاری المان بنایی نیز کاهش خواهد یافت. مقاومت فشاری المان های بنایی )بر مبنای سطح مقطع موثر( بسته به نوع ملات و واحد بنایی به کار رفته بین 2 تا 30 مگاپاسگال می باشد. در مورد المانهای بنایی ساخته شده از واحدهای رسی و یا سیمانی، مقاومت فشاری معمولا در محدوده 10 تا 20 مگاپاسگال میباشد. لازم به توضیح است که برای المان های بنایی دو نوع مقاومت فشاری می توان تعریف نمود. مقاومت فشاری بر اساس سطح مقطع کل و مقاومت فشاری بر اساس سطح مقطع موثر. در این دستورالعمل منظور از مقاومت فشاری، مقاومت فشاری بر مبنای سطح مقطع موثر می باشد که از تقسیم نیروی فشاری حداکثر بر سطح مقطع موثر به دست می آید.

شکل 1-تاثیر مقاومت واحد بنایی و ملات در مقاومت فشاری المان بنایی

مقاومت خمشی دیوارها

مقاومت خمشی یک المان بنایی غیر مسلح توسط مدول گسیختگی المان بنایی کنترل میشود که این پارامتر نیز خود مستقیما به مقاومت چسبندگی ملات به واحد بنایی وابسته است. شایان ذکر است که مقاومت چسبندگی معمولا از مقاومت کششی ملات و واحد بنایی کوچکتر بوده و وابستگی شدیدی به نحوی ساخت دیوار دارد. به عنوان مثال ملاتی که بتواند آب خود را حفظ کند و نیز واحدهای بنایی ای که جذب آب کمتری داشته باشند، منجر به ایجاد چسبندگی بهتری میشوند. برای این منظور استفاده از آهک در ملات توصیه می شود چراکه آهک موجب می شود ملات حالت خمیری پیدا کرده و آب خود را به سادگی از دست ندهد. همچنین در مورد واحدهای بنایی رسی )خشتی یا سفالی( بهتر است قبل از اجرای دیوار واحد بنایی رطوبت کافی داشته باشد تا از میزان مکش آب آن کاسته شود. بر اساس تحقیقات انجام شده بسته به نوع ملات، نوع واحد بنایی، وجود یا عدم وجود دوغاب، جهت خمش و نیز چینش واحدهای بنایی، مدول گسیختگی المان های بنایی می تواند بین 0.2 تا 2 مگاپاسگال باشد.

مقاومت برشی دیوارها                                                       

مقاومت برشی المان های بنایی به طور کلی از دو قسمت تشکیل می گردد. قسمت اول ناشی از چسبندگی ملات به واحد بنایی و قسمت دوم ناشی از اصطکاک مابین واحد بنایی و ملات می باشد. البته در صورتی که نیروی محوری فشاری مابین واحد بنایی و ملات بالا باشد، ممکن است شکست برشی در خود واحد بنایی رخ دهد که در این صورت برش به مجذور مقاومت فشاری المان بنایی وابسته خواهد بود. در صورت عدم وجود نیروی محوری، مقاومت برشی المان های بنایی معمولا بین 0.2 تا 0.6 مگاپاسکال می باشد .

رفتار دیوارهای بنایی غیر مسلح در دو امتداد داخل صفحه و خارج از صفحه قابل بررسی است. اگرچه در اغلب موارد در حین زلزله دیوارهای بنایی در هر دو جهت داخل و خارج از صفحه عمل می کنند، لیکن تقسیم بندی عملکرد آنها در دو امتداد مجزا منجر به درک بهتری از رفتار آنها خواهد شد.

 

 

بررسی رفتار خارج از صفحه دیوارها وعوامل موثر بر آن

 بسیاری از دیوارهای بنایی غیر مسلح در زلزله ها و آزمایشات لرزهای گذشته دچار فروریزش خارج از صفحه شده اند. مقاومت خمشی خارج از صفحه دیوارهای بنایی غیر مسلح به عوامل زیادی وابسته است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره داشت.

میزان بار محوری موجود در دیوار

 به طور معمول با افزایش بار محوری دیوارهای غیر مسلح، ظرفیت خمشی خارج از صفحه دیوار افزایش خواهد یافت. به همین منظور است که در برخی موارد از دیوارهای بنایی پیش تنیده استفاده می شود. واضح است که افزایش بیش از حد بار محوری نیز می تواند مود خرابی دیوار را از کشش خمشی به فشار خمشی تغییر داده که در این صورت با افزایش بار محوری ،ظرفیت خمشی خارج از صفحه دیوار کاهش می یابد. بحث فوق در مورد خمش دورن صفحه دیوار نیز صادق است.

  نوع ملات                                                                                                             

نوع و طرح اختلاط ملات مصرفی تاثیر زیادی در میزان چسبندگی ملات به واحد بنایی دارد. به طوری که آیین نامه 11-530 _ACI  مدول گسیختگی و متعاقبا ظرفیت خمشی دیوارهای بنایی غیر مسلح را مستقیما به نوع ملات ارتباط داده است.

چیدمان واحدهای بنایی 

بهترین ظرفیت خمشی هنگامی به دست می آید که دیوار به صورت پیوند ممتد _{Running bond}  اجرا شده باشد. اگرچه مقاومت خمشی قائم )ترکها موازی بند بستر( در پیوند ممتد و غیرممتد تفاوت چندانی ندارند، لیکن در مقاومت خمش افقی

)ترکها عمود بر بند بستر( استفاده از پیوند ممتد موجب افزایش چشمگیر مقاومت خمشی خواهد شد .

 

 وجود ملات كله (قائم)

ملات کله) _{Head joint}( به ملات موجود مابین دو واحد بنایی مجاور یکدیگر در یک ردیف اطلاق می شود. تحقیقات انجام شده توسط ماهری و همکاران  نشان داده است که وجود ملات کله می تواند منجر به افزایش مقاومت و سختی خارج از صفحه دیوار گردد. نتایج مشابهی نیز توسط ناطقی و عالمی  مبنی بر اثر ملات کله مشاهده شده است. متاسفانه در بسیاری از دیوارهای بنایی ساخته شده در ایران از ملات کله به شکل مناسبی استفاده نشده است که این امر نه تنها سبب کاهش مقاومت خمشی دیوار شده، بلکه نفوذ پذیری دیوار در برابر رطوبت را نیز افزایش خواهد داد.

نگهداری (كیورینگ) دیوار

رفتار ملات بستر و نیز ملات کله به نحوه نگهداری _)Curing( آنها بستگی شدیدی دارد. بر اساس نتایج گزارش شده توسط ماهری و همکاران در صورت عدم نگهداری صحیح دیوار، ظرفیت خمشی خارج از صفحه آن می تواند تا 40٪ کاهش یابد .

شرایط مزری دیوار                                                               

بسته به شرایط مرزی دیوار، خمش خارج از صفحه می تواند منجر به ایجاد تنش های کششی قائم )عمود بر ملات بستر( و یا تنش های کششی افقی )موازی ملات بستر( شود. اگر دهانه دیوار به صورت قائم باشد، تنش های کششی عمود بر ملات بستر خواهند بود )ترکها موازی بند بستر(. مطالعات گذشته نشان داده اند که به طور کلی اگر تنش های کششی در امتداد موازی ملات بستر باشند، مقاومت خمشی دیوار بیشتر از حالتی است که تنش های کششی عمود بر ملات بستر هستند. این موضوع در بسیاری از آیین نامه نیز به صراحت بیان شده است. به علاوه در صورتی که شرایط تکیه گاهی دیوار به صورت گیردار باشد، میزان تنش های کششی وارده کاهش یافته و مقاومت خمشی دیوار افزایش پیدا می کند.

ابعاد واحد بنایی

بر اساس تستهای صورت گرفته مشاهده شده است که مقاومت خمشی خارج از صفحه دیوار حساسیت زیادی به هندسه واحدهای بنایی دارد. به طور کلی هر چه نسبت ارتفاع به کوچکترین بعد واحد بنایی بیشتر باشد، مقاومت خمشی موازی ملات بستر افزایش و مقاومت خمشی عمود بر ملات بستر کاهش می یابد.

پر كردن واحدهای بنایی با دوغاب 

پر کردن بلوک های بنایی توخالی با دوغاب می تواند مقاومت خمشی، خارج از صفحه دیوار را تا سه برابر افزایش دهد.

شکل 2-ایجاد مفصل پلاستیک ترد و بروز ترک های افقی در بالا و پایین دیوار به علت اتصال گیردار

شکل 2 نتایج تستی است که بر روی یک مدرسه قدیمی قبل از تخریب کامل آن در محل انجام شده است همان طور که در شکل مشخص است به دلیل اتصال گیردار در بالا و پایین دیوار، دیوار مجبور بوده است که دریفت طبقه را تحمل نماید که بدلیل عدم شکل پذیری کافی دچار ترک های عمیقی در بالا و پایین )محل مفصل های پلاستیک( گردیده است.

نمونه ای از تخریب خارج از صفحه دیوارهای بنایی غیر مسلح در زلزله های امیلیا و لووله در شکل 3 نشان داده شده است .الگوی ترک های رخ داده در این شکل نشان می دهد که دیوارها هم زمان تحت بارهای داخل صفحه و خارج از صفحه قرار داشته اند. بارهای داخل صفحه منجر به ایجاد ترک های قطری در دیوار شده و ترک های ایجاد شده منجر به کاهش مقاومت خارج از صفحه دیوار می گردند )به دلیل آسیب دیدن اتصال ملات و واحد بنایی(. این مکانیزم نهایتا منجر به فروریزش خارج از صفحه دیوار شده است.

شکل3-تخریب خارج از صفحه دیوار بنایی غیر مسلح در زلزله امیلیا و لووله

رفتار خارج از صفحه دیوارهای بنایی غیر مسلح تحت بار چرخه ای خارج از صفحه توسط گریفیت و همکاران ارزیابی شده است. شکل4 بخشی از نتایج به دست آمده را نشان می دهد. مشخص است که در تمام موارد رفتار خارج از صفحه دیوارهای بنایی غیر مسلح از شکل پذیری کمی برخوردار بوده و دارای زوال مقاومت و باریک شدگی (_Pinching) شدیدی می باشند . بخش قابل توجهی از انرژی مستهلک شده در دیوار به واسطه اصطکاک موجود مابین واحدهای بنایی و ملات می باشد . همچنین با توجه به الگوی ترک ها مشخص است که اغلب ترکها با افق زاویه ای حدود 45 درجه تشکیل می دهند.

شکل 4 رفتار خارج از صفحه دیوارهای بنایی غیر مسلح به همراه ترک های ایجاد شده

بررسی رفتار داخل صفحه دیوارها وعوامل موثر بر آن

اگرچه رفتار داخل صفحه اغلب در مورد دیوارهای برشی مطرح می باشد، اما مروری بر رفتار دیوارهای برشی بنایی در این بخش به رسیدن به درکی بهتر از رفتار دیوارهای بنایی کمک می کند. بسیاری از محققین، آیین نامه ها و مهندسین بر رفتار لرزهای نامناسب دیوارهای بنایی غیر مسلح در امتداد داخل صفحه تاکید دارند. مروری بر رفتار این دیوارها در زلزله های گذشته و نیز در آزمایشات گوناگون موید این امر است که دیوارهای بنایی غیر مسلح دارای رفتاری غیر شکل پذیر و دارای زوال مقاومت و سختی بوده و به دلیل باز و بسته شدن مکرر ترکها، رفتار چرخهای آنها دارای باریک شدگی (_pinching) قابل توجهی می باشد.

ملات كله (قائم) 

همانند رفتار خارج از صفحه دیوار، رفتار داخل صفحه دیوار نیز تا حد زیادی متاثر از وجود یا عدم وجود ملات کله می باشد .همان طور که در شکل5 نشان داده شده است، بر اساس آزمایشات انجام شده توسط ماهری و ی همکاران وجود ملات کله می تواند منجر به افزایش قابل توجه سختی و مقاومت داخل صفحه دیوارهای غیر مسلح شود. اگرچه ملات کله می تواند ظرفیت تغییر شکل دیوار را کاهش دهد که این امر در مورد رفتار خارج از صفحه دیوار نیز صادق است.

نوع ملات

نوع و طرح اختلاط ملات مصرفی می تواند تاثیر به سزایی در مدول گسیختگی دیوارهای غیر مسلح و در نتیجه مقاومت داخل صفحه آنها داشته باشد. این موضوع به صراحت در بسیاری از دستورالعمل ها و آیین نامه ها ذکر شده است.  شکل) 6( بخشی از نتایج آزمایشات صورت گرفته توسط الجوادی و همکاران را نشان میدهد که در آن تاثیر نوع ملات در مقاومت، الگوی ترک خوردگی و نیز شکل پذیری دیوار به وضوح مشخص است.

شکل 6-تاثیر نوع ملات در رفتار داخل صفحه ای دیوارهای بنایی غیر مسلح

المان های محصور كننده

 تجربیات و آزمایشات گذشته نشان داده اند که وجود المان های محصور کننده از جمله کلاف های افقی و قائم در بهبود رفتار داخل صفحه دیوارهای بنایی غیر مسلح تاثیر مثبتی داشته و منجر به افزایش نسبی شکل پذیری آنها می شود. به عنوان نمونه بر اساس آزمایشات انجام شده توسط ژوویا و لورنزو  وجود کلاف های افقی و قائم می تواند تا 30٪ مقاومت جانبی و شکل پذیری دیوار بنایی غیر مسلح را افزایش دهد. اثر مثبت المان های محصور کننده در آیین نامه های ملی نیز مورد تاکید قرار گرفته است.

نسبت ارتفاع به طول دیوار

 هرچه نسبت ارتفاع به طول دیوار پیش تر باشد، رفتار دیوار به رفتار کنترل شونده توسط خمش نزدیک تر شده و در نتیجه شکل پذیری آن بهبود خواهد یافت. اصولا شکست برشی از جمله مخرب ترین شکست ها در دیوارهای بنایی بوده و باید حتی المقدور از آن اجتناب شود. ارجعیت رفتارهای کنترل شونده توسط خمش در دیوارهای بنایی در بسیاری از آزمایشات گذشته به اثبات رسیده است به طوری که آیین نامه های 41 ASCE و FEMA356معیار پذیرش عملکرد داخل صفحه دیوارهای بنایی را وابسته به نسبت ارتفاع به طول دیوار می دانند.

میزان بار محوری 

 همانند دیوارهای بتنی، در دیوارهای بنایی نیز با افزایش بار محوری شکل پذیری کاهش می یاید. دلیل این امر افزایش طول تاحیه فشاری با افزایش بار محوری است. به عبارت دیگر با افزایش بار محوری فشاری، تار خنثی به سمت وسط طول دیوار حرکت کرده که این امر منجر به افزایش کرنش های فشاری در مصالح بنایی می شود. همچنین با افزایش نیروی فشاری هم مقاومت خمشی و هم مقاومت برشی دیوار افزایش خواهد یافت. همانند دیوارهای بتنی، برای دیوارهای بنایی نیز می توان منحنی اندر کنش ظرفیت محوری و ظرفیت خمشی را رسم نمود که بر اساس آن اگر نیروی محوری از حد مشخصی بیشتر شود، با افزایش نیروی محوری فشاری، ظرفیت خمشی دیوار کاهش خواهد یافت.

نمونه هایی از رفتار داخل صفحه نامناسب دیوارهای بنایی غیر مسلح در زلزله های منجیل ایران و امیلیای ایتالیا در شکل )7( نشان داده شده است. همچنین میانقاب های بنایی غیر مسلح نیز در زلزله های گذشته از خود رفتار نامناسبی نشان داده اند .شکل) 8( نشان دهنده نمونه هایی از تخریب میانقاب های غیر مسلح ساخته شده توسط واحد بنایی سفالی توخالی در زلزله های کوتاهیای ترکیه و ونچوان چین می باشد.

شکل 7-بروز ترکهای قطری در دیوارهای بنابی غیر مسلح در زلزله های منجیل و امیلیا

شکل 8-خرابی داخل صفحه میانقاب های رسی غیر مسلح در زلزله های کوتاهیا و نچوان

شکل) 9( نتایج تست شیه دینامیکی انجام شده توسط پوجول و همکاران را نشان می دهد. مشخص است که میانقاب پس از این که تحت بار درون صفحه خود به گسیختگی رسیده است، مقاومت خارج از صفحه آن نیز به شدت کاهش یافته و به صورت خارج از صفحه ریزش کرده است. چنین رفتاری در زلزله های گذشته نیز مشاهده شده است شکل های9 و3 اگرچه بر اساس نتایج پوجول و همکاران در صورتی که دریفت طبقه به قدر کافی کوچک باشد )کمتر از ظرفیت تغییر شکل دیوار(، میانقاب نه تنها آسیب نخواهد دید بلکه رفتار کلی سازه را نیز بهبود خواهد داد.

شکل 9-رفتار نامناسب دیاور بنایی غیر مسلح در آزمایش شبه دینامیکی

به طور کلی می توان گفت که دیوارهای برشی بنایی غیر مسلح دارای سختی و مقاومت جانبی مناسبی هستند و ضعف اصلی آنها عدم شکل پذیری کافی )منطبق بر شکل پذیری قاب اصلی( می باشد. همان طور که در بخش بعد اشاره شده است، این ضعف را می توان تا حدی با مسلح کردن دیوار تقلیل داد.

 

میلگرد بستر

میلگرد بستر، المانی فولادی است که در بند بستر دیوار قرار می گیرد. اگرچه میلگرد بستر می تواند یک میلگرد آجدار معمولی باشد، لیکن معمولا میلگردهای بستر به صورت دو مفتول ساده و یا آجدار می باشند که توسط یک مفتول میانی به یکدیگر متصل هستند.

شکل10-میلگرد بستر خرپایی قبل از پخش ملات بستر

اگر مفتول میانی به شکل 7 و 8 باشد، میلگرد بستر از نوع خرپایی بوده و اگر به شکل عمود بر مفتول های طولی باشد ،میلگرد بستر از نوع نردبانی خواهد بود )شکل 11(. میلگردهای بستر خرپایی از سختی بیشتری برخوردار بوده و استفاده از آن نسبت به میلگردهای بستر نردیانی اولویت دارد. لازم است میلگرد بستر به شکل کامل در داخل ملات بستر مدفون شود تا از طریق ملات، پیوستگی میان میلگرد بستر و واحدهای بنایی بر قرار گردد. برشی از مقطع دیوار مسلح شده توسط میلگرد بستر در شکل) 11( نشان داده شده است. همان طور که در این شکل نشان داده شده است لازم است در فواصل حداکثر برابر با 400 ملیمتر مفتول های طولی میلگرد بستر به مفتول میانی متصل شوند.

شکل11-مشخصات هندسی میلگرد بستر و چینش آنها بعنوان میلگرد افقی

شکل12-اتصال نمای بنایی به دیوار های پیرامونی با استفاده از میلگرد بستر

 

برای اتصال نمای آجری یا سنگی به دیوار پیرامونی نیز می توان از میلگردهای بستر استفاده کرد که در این صورت یکی از تدابیر نشان داده شده در شکل) 12( را می توان اتخاذ نمود.

مزایا و موارد استفاده از میلگرد بستر

• کنترل عرض و فواصل ترکهای ناشی از جمع شدگی و تغییر شکل های حرارتی
• افزایش مقاومت و شکل پذیری خمش خارج از صفحه دیوار
• افزایش مقاومت برشی داخل صفحه دیوار
• افزایش انسجام دیوار در حین زلزله و جلوگیری از فروریزش خارج از صفحه
• بهبود شکل پذیری دیوار
• برقراری اتصال مکانیکی برای نمای بنایی )آجری یا سنگی(
• عدم نیاز به استفاده از واحدهای بنایی با هندسه ویژه
• عدم نیاز به تزریق دوغاب
• عدم نیاز در تغییر روند ساخت دیوار
• امکان تعییه به صورت قائم در دیوار )شکل 13
• اتصال دیوارهای دولایه به یکدیگر
• تامین تسلیحات مورد نیاز اطراف بازشوها
• طول وصله و طول مهاری کم به دلیل کوچک بودن قطر مفتول و ساختار شبکه ای میلگرد بستر
• امکان برقراری اتصال در دیوارهای متقاطع با استفاده از میلگرد بستر

شکل3-تعبیه میلگرد بستر بصورت قائم

نکته مهم 

لازم به توضیح است در دیوارهای با عملکرد دو طرفه و نیز دیوارهای دهانه افقی، میلگردهای بستر مستقیما باعث بهبود مقاومت خمشی خواهند شد. در مورد دیوارهای دهانه قائم اگرچه میلگردهای بستر به شکل مستقیم در مقاومت خمشی تاثیری ندارند، لیکن به واسطه بهبود عملکرد داخل صفحه دیوار و کاهش ترکهای احتمالی، به شکل غیر مستقیم منجر به بهبود عملکرد خارج از صفحه دیوارهای دهانه قائم نیز خواهند شد. لازم به یادآوری است رفتار خارج و داخل صفحه دیوار دارای اندرکنش بوده به طوری که آسیب دیدگی درون صفحه می تواند منجر به کاهش مقاومت خارج از صفحه شود و بالعکس.

مشخصات فنی

حداقل قطر مفتول ها 4 میلی متر و حداکثر قطر مفتول ها برابر نصف ضخامت ملات بستر می باشد. با توجه به اینکه ضخامت ملات بستر نباید از 16 میلی متر تجاوز کند، لذا حداکثر قطر ممکن برای مفتولها 8 میلی متر خواهد بود. البته در اکثر موارد ضخامت ملات بستر 10 میلی متر بوده و از مفتول های با قطر 4 میلی متر الى 5.4 میلی متر استفاده می شود .- در مورد بلوکهای AAC با بند بستر نازک )کمتر از 3 میلی متر( مقطع مقتول های میلگرد بستر می تواند به صورت مستطیلی )کتابی( باشد. بدین ترتیب مفتول کاملا در ملات بستر نازک مدفون خواهد شد.

فولاد مصرفی در ساخت مفتولها لازم است دارای حداقل تنش تسلیم 450 مگاپاسگال و حداقل تنش نهایی 550 مگاپاسگال باشد. نسبت تنش نهایی به تنش تسلیم نباید کمتر از 1/2  باشد. در صورتی که تنش تسلیم از مقدار فوق کم تر باشد، در صورت تایید مهندس محاسب، استفاده از آن بلامانع خواهد بود به شرطی که نسبت تنش نهایی به تنش تسلیم همچنان از 1/2 کم تر نباشد .

به منظور جلوگیری از خوردگی، لازم است میلگردهای بستر به صورت گالوانیزه تولید شده و یا دارای پوشش اپوکسی باشند. در غیر این صورت میلگردهای بستر باید از فولاد ضد زنگ ساخته شده باشند .

به منظور پیوستگی بهتر میان میلگرد بستر و ملات، لازم است مفتول های طولی میلگرد بستر دارای سطحی آجدار باشند .

مفتول میانی که دو مفتول طولی را به یکدیگر متصل می کند، می تواند به صورت ساده و دارای سطحی صاف باشد.

نکته مهم

در مورد ضابطه فوق لازم است به جداول آماده نشریه 819 نیز مراجعه شود.جداول 1 و 2 فوق در زیر قید میشود.

جدول1-جزئیات تسلیح دیوارهای خارجی

جدول2-جزئیات تسلیح دیوارهای داخلی

انواع ملات ها

لازم است طبق جدول 3 در دیوارهای غیر سازه ای از یکی از ملات های نوع Nیا Sاستفاده کنیم.

محاسبه پارامترهای مقاومتی دیوار

نکته مهم                                                           

با توجه به این که رفتار دیوارهای غیر سازهای با ضخامت های متعارف )کمتر از 250 میلی متر( عمدتا به صورت خارج از صفحه می باشد، لذا همواره مقاومت خمشی حاکم می باشد.

مقاومت فشاری دیوار های بنایی

مقاومت فشاری بر اساس مقطع مؤثر (_f) دیوارهای ساخته شده از بلوک های رسی و سیمانی نباید از 7 مگاپاسکال کم تر و از 27 مگاپاسکال بیشتر باشد، همچنین مقاومت فشاری بر اساس مقطع مؤثر دیوارهای ساخته شده از بلوکهای _AAC نباید از 3 مگاپاسگال کمتر باشد.بنابراین: عمومادیوارهای آجری 7 مگاپاسکال،دیوارهای بلوک سیمانی برابر 9مگاپاسکال و دیوارهای AACبرابر با 2 مگاپاسکال قید خواهد شد.)جداول زیر را در نظر بگیرید(

مدول گسیختگی

مقاومت خمشی المان های بنایی غیر  مسلح از ضرب مدول مقطع مؤثر )اساس مقطع مؤثر( دیوار در مدول گسیختگی دیوار به دست می آید. لذا در این بخش مدول گسیختگی دیوارهای بنایی ارائه شده است.

مدول گسیختگی دیوارهای ساخته شده از بلوک های سفالی،آجر و سیمانی از جدول شماره 7بدست می آید.

جدول شماره 7-مدول گسیختگی دیوار های بنایی)_MPa(

مدول گسیختگی دیوارهای بنایی ساخته شده از واحد بلوکهای AAC بصورت زیر بدست می آید.

در صورت استفاده از ملات بستر با ضخامت بین 1.5 تا 3 میلی متر

𝑓_{𝑟𝐴𝐴𝐶}=مدول گسیختگی دیوار AACبر حسب مگا پاسکال

^ˊ𝑓_𝐴𝐴𝐶=مقاومت فشاری دیوار AACبر حسب مگاپاسکال

در صورت استفاده از ملات بستر نازک با ضخامت کمتر از 1.5 میلی متر، مدول گسیختگی دیوار AAC برابر 0.55 مگاپاسکال می باشد .

در صورتی که اولین لایه دیوار AAC بر روی ملات نوع S قرار داشته باشد، مدول گسیختگی در آن مقطع نباید از 0.34 مگاپاسگال بیشتر در نظر گرفته شود.

با توجه به اینکه در اکثر موارد از ملات بستر نازک برای ساخت دیوارهای _AAC استفاده می شود، لذا توصیه می شود در امتداد موازی بند بستر، مدول گسیختگی بر اساس رابطه بالا محاسبه شده و مدول گسیختگی در امتداد عمود بر بند بستر برابر عدد ثایت 0.55 مگاپاسکال درنظر گرفته شود.

مقاومت خمشی اسمی دیوارهای بنایی غیر مسلح                                        

فرضیات

• در تعیین مقاومت خمشی دیوارهای بنایی غیر مسلح فرضیات زیر در نظر گرفته شده اند.
• مقطع موثر دیوار ترک نخورده باقی می ماند و کشش ناشی از خمش توسط واحد بنایی، ملات و دوغاب (در صورت وجود) تحمل می شود.
• کرنش ها در مقطع مؤثر دیوار به صورت خطی به فاصله از تار خنثی وابسته هستند.
• کشش ناشی از خمش به صورت خطی به کرنش متناظر خود وابسته است.
• دیوار فاقد نیروی محوری میباشد.

اگرچه دیوارهای غیر سازهای در معرض وزن خود قرار داشته و مقدار کمی نیروی فشاری بر آنها وارد می شود، لیکن عدم در نظر گرفتن این نیروی فشاری در جهت اطمینان می باشد. در حین زلزله به واسطه اثر مولفه قائم زلزله ممکن است بخشی از نیروی فشاری از روی دیوار به طور لحظه ای برداشته شود. لذا در نظر گرفتن نیروی فشاری ناشی از وزن دیوارهای غیر سازهای، تصمیمی در خلاف جهت اطمینان خواهد بود. به علاوه به دلیل ناچیز بودن نیروی فشاری دیوارهای غیرباربر، در نظر گرفتن آن تاثیر چندانی در نتایج نخواهد داشت.

مقاومت خمشی اسمی دیوارهای بنایی غیر سازهای،شامل دیوارهای با بلوک رسی، سیمانی و _AAC با استفاده از رابطه زیر به دست می آید.

M_n = مقاومت خمش اسمی دیوار)N.mm(

𝑓_𝑟=مدول گسیختگی دیوار)mpa(

𝐼_𝑔=ممان اینرسی مقطع موثر نخورده دیوار در جهت خارج از صفحه)⁴_(mm

^ˊ𝐶=فاصله مرکز سطح مقطع سطح موثر دیوار تا دورترین تار کششی)mm( بالا

مقاومت خمشی طراحی

با ضرب مقاومت اسمی در ضریب کاهش مقاومت، مقاومت طراحی مطابق رابطه به دست خواهد آمد.

Md=ΦMn

مقاومت خمشی طراحی با   M_d وضریب کاهش مقاومت با Φنشان داده می شود که مقدار آن برای دیوارهای بنایی غیر مسلح برابر 0.6 است.

مقاومت  خمشی دیوارهای بنایی مسلح

نکته مهم)منظور از دیوار بنایی مسلح(

مسلح نمودن دیوار بنایی می تواند به صورت تعبیه میلگردهای بستر خرپایی یا نردبانی به صورت افقی و یا استفاده از میلگردهای آجدار در امتداد قائم یا افقی و یا ترکیبی از این روش ها انجام شود .

 فرضیات

• در تعیین مقاومت خمشی دیوارهای بنایی مسلح فرضیات زیر در نظر گرفته می شوند.
• مقطع مؤثر دیوار ترک خورده بوده و کشش ناشی از خمش تنها توسط میلگردها )تسلیحات( تحمل می شود
• )مدول گسیختگی قسمت بنایی دیوار صفر در نظر گرفته می شود.(
• مابین میلگرد، دوغاب، ملات و واحدهای بنایی تطابق کرنش وجود داشته و هیچ لغزشی مابین آنها رخ نخواهد داد
• حداکثر کرنش فشاری قابل قبول در دیوارهای ساخته شده از واحدهای رسی برابر 0.0035 ، برای دیوارهای ساخته شده از واحدهای سیمانی برابر برابر 0.0025 و برای دیوارهای ساخته شده از واحدهای AAC برابر برابر 0.003 می باشد
• کرنش میلگرد و مصالح بنایی به طور مستقیم و خطی به فاصله از تار خنثی وابسته است.
• تنش های کششی ایجاد شده در فولاد برابر مدول الاستیک فولاد و کرنش ایجاد شده در آن می باشد. این تنش در هر صورت نباید بیش تر از F_y )مقاومت تسلیم فولاد( در نظر گرفته شود .
• از تنش های فشاری ایجاد شده در فولاد صرف نظر می شود.
• از بلوک مستطیلی برای بیان رابطه تنش و کرنش فشاری به ترتیب زیر استفاده می شود .

1. برای دیوارهای ساخته شده از واحدهای رسی و سیمانی فرض می شود که تنش فشاری برابر𝑓^ˊ𝑚8.0 به طور یکنواخت در بلوک تنش مستطیلی توزیع شده است به نحوی که عمق این مستطیل برابر𝑐8.0باشد.

پارامتر c عبارت است از فاصله دور ترین تار فشاری تا تار خنثی .

2. برای دیوارهای ساخته شده از واحدهای AAC فرض می شود که تنش فشاری برابر 0.8fc به طور یکنواخت در بلوک تنش مستطیلی توزیع شده است به نحوی که عمق این مستطیل برابر 0.8c باشد. پارامتر c عبارت است از فاصله دور ترین تار فشاری تا تار خنثی_.

مقاومت خمشی اسمی

با توجه به فرضیات اشاره شده، تعیین مقاومت خمشی اسمی دیوارهای بنایی مسلح بسیار شبیه تعیین مقاومت خمشی المان های بتنی می باشد. لذا در این بخش از ارائه جزییات بیشتر صرفنظر شده و تنها حالتی در نظر گرفته می شود که دیوار دارای میلگرد بستر می باشد. با توجه به کوچک بودن قطر مفتول های به کار رفته در میلگردهای بستر، در تمام موارد دیوارهای بنایی مسلح شده با میلگرد بستر دارای رفتار کنترل شونده توسط کشش می باشند. بدین معنی که قبل از اینکه مصالح بنایی در فشار به کرنش حداکثر خود برسند، میلگردهای بستر تسلیم خواهند شد.

شکل14- توزیع کرنش و نیرو در مقطع دیوار بنایی با میلگرد بستر ساخته شده از واحدهای بنایی توخالی

تقریبا در تمام موارد، تار خنثی در داخل ضخامت پوسته قرار گرفته و مقاومت اسمی خمشی مقطع دیوار در واحد طول را می توان به صورت زیر محاسبه نمود.

A_S:سطح مقطع فولاد تحت کشش)²mm(

F_y:تنش تسلیم فولادتحت کشش)Mpa( B:فاصله میلگرد بستر از همدیگر)mm(

d:برای دیوارهای بنایی توپرh(d=0.5hضخامت بلوک(وبرای دیوارهای بنایی توخالی فاصله دورترین تار فشاری تا میانه ضخامت پوسته کششی

^ˊ𝑓_𝑚: مقاومت فشاریی دیوار بنایی   

مقاومت خمشی طراحی     

با ضرب مقاومت اسمی در ضریب کاهش مقاومت، مقاومت طراحی مطابق رابطه به دست خواهد آمد.

Md=ΦMn

مقاومت خمشی طراحی با   M_d وضریب کاهش مقاومت با Φنشان داده می شود که مقدار آن برای دیوارهای بنایی غیر سازه ایی مسلح برابر0.9 است.

تقاضاهای خمشی نهایی دیوارها با عملکرد یک طرفه

خمش میتواند یکطرفه و دوطرفه باشد که در زیر به اجمال توضیح داده خواهد شد.

دیوارهای دهانه قائم

مطابق شکل1۲در دیوارهایی که خمش به صورت یک طرفه بوده و عمدتا خمش قائم )تنش کششی عمود بر بند بستر – ترک کششی موازی بند بستر( در دیوار ایجاد می گردد، تقاضای خمشی نهایی (M_u) وارده بر دیوار برابر است با:

شکل 15 -عملکرد دیوار قائم با خمش یکطرفه

دیوارهای دهانه افقی

شکل 16 -عملکرد دیواردهانه افقی با خمش یکطرفه

دیوار بنایی با رفتار دو طرفه

در بسیاری موارد دیوارهای غیر سازه ای در سه یا چهار لبه خود دارای تکیه گاه بوده و خمش های افقی و قائم به طور همزمان در آن ایجاد می شوند )مطابق شکل 17 در این بخش برای تعیین تقاضای خمشی نهایی در دیوارهای با عملکرد دو طرفه از روش ضرایب خمشی استفاده شده است. این روش، روشی تقریبی و بر اساس تئوری خطوط تسلیم می باشد. استفاده از سایر روش ها همانند تئوری خطوط شکست و تحلیل های المان محدود با درنظر گرفتن شرایط ارتوتر پیک دیواره نیز مجاز می باشد.

قبل از ارائه جزییات مربوط به روش ضرایب لنگر، بهتر است قدری در خصوص فرضیات این روش صحبت شود. تئوری خطوط تسلیم )که مبنای روش ضرایب لنگر می باشد( به منظور ارزیابی رفتار خارج از صفحه دیوار )یا به طور کلی یک پوسته در حالت نهایی و ترک خورده خود استفاده می شود. در این تکنیک خطوط تسلیمی برای دیوار منصور شده و فرض می شود دیوار در امتداد این خوط ترک خورده است )صرف نظر از این که آیا واقعا فشار وارده بر دیوار قادر به ایجاد چنین شرایطی هست یا خیر(، بدین ترتیب بسته به شرایط مرزی و هندسی، دیوار به سه یا چهار بخش تقسیم شده و با نوشتن روابط تعادل برای هر بخش لنگر ایجاده در لبه های هر بخش به دست می آید. با برابر قرار دادن این لنگرها با مقاومت خمشی دیوار ،فشار خارج از صفحه ای که منجر به ایجاد چنین شرایطی برای دیوار شده است تخمین زده خواهد شد. در روش ضرایب خمشی، در حقیقت یا داشتن مقاومت خمشی دیواره می توان فشاری که منجر به رسیدن دیوار به ظرفیت نهایی خود می شود را به دست آورد. سپس با مقایسه فشار به دست آمده با فشار وارده بر دیوار ناشی از باد یا زلزله( می توان در خصوص کفایت طراحی دیوار اظهار نظر نمود. لیکن با توجه به اینکه معمولا مهندسین تمایل به طراحی بر اساس نیروهای داخلی )همانند خمش( دارند. لذا در دستور العمل حاضر به جای مقایسه ظرفیت فشار با تقاضای فشار، ظرفیت خمشی با تقاضای خمشی مقایسه خواهد شد. بر این اساس از روش ضرایب خمش به جای اینکه فشار منجر به شکست دیوار به دست آید. خمشی به دست می آید که اگر از مقاومت خمشی دیوار تجاوز کند. دیوار ناپایدار خواهد شد. از خمش به دست آمده به عنوان تقاضای

خمشی بیان می شود. لیکن در واقعیت خمش به دست آمده از روابط زیر با تقاضای خمشی ناشی از فشار وارده بر دیوار متفاوت خواهد بود. به بیان دیگر روایط زیر با این فرض می باشند که دیوار در آستانه فروریزش بوده و ترکهای مربوط به خطوط تسلیم در دیوار ایجاد شده است. حال آن که اگر فشار وارده بر دیوار کم باشد. عملا ترکی در دیوار ایجاد نشده )یا به طور جزئی چند ترک در دیوار ایجاد شده است( و تقاضاهای خمشی وارده بر دیوار بسیار کمتر از مقادیر محاسبه شده توسط روابط مربوطه خواهند بود. با این حال این روابط محافظه کارانه بوده و به منظور طراحی مقاومتی )نه عملکردی مناسب می باشند

با در نظر داشتن نکات فوق، تقاضای خمشی نشانی در واحد طول در هر جهت به صورت زیر به دست می آیند.

شکل17-دیوار با عملکرد دو طرفه

نکته

در محاسبه ضریب  𝛼2  شرایط مرزی زیادی با توجه به عملکرد دوطرفه دیوار قرار دارد که به علت اینکه در دستورالعمل 819 فرض اعمال شده که دیوار از هر چهار طرف از سازه جدا شده بنابراین جدول وضعیت چهار طرف مفصلی در اینجا قید خواهد شد. جدول شماره 8

شرایط مرزی دیوارها که با توجه به دستورالعمل، ما فقط با حالت E کار خواهیم کرد.

جدول شماره8-ضریب خمش افقی)₂𝛼)برای دیوار با شرایط مرزی نوع E

که با توجه به تناسبمیشود ضریب خمش افقی را محاسبه کرد که اگرنیز عدد محاسبه شده مابین اعداد جدول باشد باید از درون یابی خطی استفاده کرد.

نکته مهم

در محاسبات لازم است اتصال دیوارهای غیر سازهای داخلی و پیرامونی به کف به صورت مفصلی در نظر گرفته شود. چراکه معمولا در ساخت دیوارهای غیر سازهای به دلیل عدم استفاده از مهار )در حین ساخت دیوار(، چسبندگی اولین لایه ملات به کف آسیب خواهد دید. این آسیب می تواند به دلیل جمع شدگی و یا بارهای تصادفی وارده بر دیوار در حین ساخت اتفاق افتد .ضخامت اولین لایه ملات می تواند از 6 میلی متر تا 25 میلی متر در طول دیوار تغییر داده شود به تحوی که اولین ردیف (رج) دیوار به صورت کاملا تراز بر روی ملات قرار گیرد. در صورتی که اولین لایه ملات در سرتاسر طول دیوار اجرا شده باشد، نیازی به کنترل نیروی برشی وارده بر اتصال نبوده و ظرفیت برشی اتصال همواره بزرگ تر از تقاضاهای وارده خواهد بود.شکل شماره 18

شکل 18-اتصال مفصلی و گیردار کف

نکته مهم

در کلیه دیوارهای داخلی و پیرامونی لازم است ظرفیت خمشی طراحی بزرگتر از تقاضای خمشی نهایی باشد.

M_d > M_u

M_d= ظرفیت خمشی طراحی   M_u = تقاضای خمشی نهایی  در مورد دیوارهای با عملکرد دو طرفه لازم است ظرفیت خمشی قائم و افقی از تقاضای طراحی قائم و افقی بیشتر باشد.

در ادامه با توجه به چارتی که در شروع این مقاله ذکر شد تا کنون با 3 پارامتر زیر آشنایی نسبی و تا حدودی کامل پیدا کردیم.

• بررسی پارامترهای تاثیر گذاردرمقاومت فشاری،مقاومت خمشی و مقاومت برشی دیوارها
• بررسی تغییر شکلهای خارج از صفحه و داخل صفحه دیوارها و عوامل تاتیرگذار بر آنها
• روش محاسبه مقاومت خمشی دیوارها در حالت مسلح و غیر مسلح در ادامه بحث با دو پارامتر زیر موارد را ادامه خواهیم داد.
• روش محاسبه نیروی باد و زلزله وارد بر دیوار ونحوه محاسبه تقاضای وارده بر دیوارها
• مثالی از طراحی دیوار،به همراه تمامی جزئیات مهاری برای آنها

محاسبه نیروها و تغییر شکلهای وارد به دیوار ناشی از زلزله

نیروی ناشی از زلزله بر دیوارهای غیر سازه ای به شکل زیر می باشد.

𝑎_𝑝:ضریب تشدید اجزا برای سنجش نزدیک بودن دوره تناوب سازه و دیوار

𝑅_𝑝:ضریب اصلاح پاسخ بین 1.5 تا 2.5 با توجه به خارجی بودن یا داخلی بودن دیوار

A:شتاب مبنای طرح

B_s:ضریب بازتاب برای دوره تناوب های کوتاه)در محدوده 0.2 ثانیه

W_p: وزن بهره برداری دیوار برابر با مجموع وزن نما و پوشش دیوار، خود دیوار و اتصالات آن.

I_p: ضریب اهمیت( دیوار غیرسازه ای در سازه با اهمیت بسیار زیاد و همچنین دیوار اطراف راه پله در تمام سازه ها

4.1=𝐼𝑝سایر شرایط 1=𝐼𝑝

Z: ارتفاع نصب اتصالات دیوار در ساختمان نسبت به تراز پایه.

h: ارتفاع بام ساختمان از تراز پایه

برای محاسبه ضرایب لرزه ای 𝑎_𝑝و𝑅_𝑝 میتوان از آیین نامه 2800 زلزله ایران)جدول4-1( یا از جدول زیر استفاده کرد.

ضرایب لرزه ای برای اجزای معماری ردیفی که هایلایت شده مربوط به دیوارهای غیر سازه ای و اتصالات آن می باشد.

با توجه به موارد فوق حداکثر و حداقل نیروی وارد بر دیوارهای غیر سازه ای برابر خواهد بود با مقادیر زیر:

حداکثر نیروی زلزله وارد بر دیوار𝐹_{𝑝𝑚𝑎𝑥}=1.6𝐴𝐵_𝑠𝑊_𝑝𝐼_𝑝                                                                     

حداقل نیروی زلزله وارد بر دیوار

𝐹𝑝𝑚𝑖𝑛=0.3𝐴𝐵𝑠𝑊𝑝𝐼𝑝

محاسبه فشار یا مکش ناشی از بار باد بر سطح دیوار                                    

نیروی ناشی از باد لازم است تنها بر دیوارهای پیرامونی اعمال شود. نیروی ناشی از باد بر دیوارهای پیرامونی به صورت زیر

به دست می آید.

p=𝑞𝐼𝑝𝐶𝑒𝐶𝑔𝐶𝑡𝐶𝑝𝐶𝑑

فشار مبنای باد:q

V: سرعت مبنای باد طبق جدول 1 – 10 – 6 مبحث ششم .

C_e: ضریب بادگیری طبق بند 6 – 10 – 6 مبحث ششم( نشان دهنده ی تغییرات سرعت باد با ارتفاع و اثران ناشی از تعییر در زمین اطراف و توپوگرافی).

C_g: ضریب اثر جهشی باد که برای دیوارهای خارجی و اجزا نما برابر با 2.5 است.

𝐶_𝑡: ضریب پستی و بلندی زمین طبق بند 7 – 10 – 6 مبحث ششم.

𝐶_𝑑: ضریب هم راستایی باد که مقدار آن برای دیوارهای و نماهای خارجی برابر با 0.85 است.

𝐶_𝑝: ضریب فشار که نسبت بی بعد فشارهای ایجاد شده توسط باد روی سطح ساختمان به فشار سرعتی باد در ارتفاع مبنا

می باشد .برای نما و دیوارهای خارجی و در نزدیکی گوشه ها 1.2 مناسب است