دیوار برشی فولادی، از مفاهیم تا طراحی آن - آرتان پرس | مرجع رسمی اطلاع رسانی فولاد | آرتان پرس | مرجع رسمی اطلاع رسانی فولاد

دوشنبه, ۲۳ فروردین , ۱۴۰۰ 1 رمضان 1442 Monday, 12 April , 2021 ساعت ×
× کاربر گرامی! قیمت محصولات فولادی بروز رسانی شد مشاهده قیمت ها

دیوار برشی فولادی، از مفاهیم تا طراحی آن

شناسه : 35610 ۱۵ آذر ۱۳۹۹ - ۱۶:۲۲
دیوار برشی فولادی از جمله دیوارهای برشی می‌باشد که در ساختمان سازی از آن استفاده می‌شود. این دیوار به دلیل داشتن ویژگی‌های خاصی که دارد، ساختمان را در برابر زلزله مقاوم می‌کند. معمولا در ساختمان‌هایی با تعداد طبقات بالا از دیوار برشی فولادی استفاده می‌شود. دانستن خصوصیات و چگونگی طراحی این نوع از دیوار برشی به معماران و مهندسین سازه بسیار کمک می‌کند.
دیوار برشی فولادی، از مفاهیم تا طراحی آن
پ
پ

دیوار برشی ابزاری مهم در طراحی و ساخت سازه‌های ساختمانی می‌باشد. دیوار برشی فولادی یکی از انواع مهم دیوارهای برشی می‌باشد که مورد استفاده قرار می‌گیرد. آیا درباره دیوار برشی فولادی و تیر ورق اطلاعاتی دارید؟ با دانستن ویژگی‌ها و خصوصیات این دیوار می‌توان در طراحی سازه‌های ساختمانی از آن استفاده کرد. دیوار برشی یک عضو ساختاری است که برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی یعنی موازی با سطح دیوار استفاده می‌شود. برای دیوارهای باریک که تغییر شکل خمش بیشتر است، دیوار برشی در برابر بارهای ناشی از Cantilever Action مقاومت می‌کند. به عبارت دیگر، دیوارهای برشی عناصر عمودی سیستم مقاوم در برابر نیروی افقی هستند. در ادامه این مطلب به مقاله دیوار برشی فولادی که توسط آرتان پرس تهیه شده است توجه فرمایید.

*** تاریخچه دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی از دهه ۱۹۷۰ میلادی به عنوان سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی در ساختمان‌ها و به ویژه در ساختمان‌های بلند مورد استفاده قرار گرفت. این نوع از دیوار برشی در دو زلزله شدید نورث ریچ آمریکا و کوبه ژاپن و همچنین در آزمایشگاه‌ها از خود رفتار بسیار مناسبی را نشان دادند.

این پدیده نوین که در جهان به سرعت در حال گسترش می‌باشد، در ساخت ساختمان‌های جدید و همچنین تقویت ساختمان‌های موحود به خصوص در کشورهای زلزله خیزی همچون آمریکا و ژاپن بکار گرفته شده است. تکنولوژی طراحی و ساخت دیوار برشی فولادی طی سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است و ضوابط طرح و اجرای آن در آیین‌ نامه‌های مختلف مانند آیین نامه فولاد، آیین نامه لرزه‌ای AISC و ضوابط FEMA 450 وارد شده است.

*** دیوار برشی فولادی چیست؟

در ابتدا برای آشنایی با دیوار برشی فولادی بایستی تعریف اولیه آن را بدانیم. دیواربرشی فولادی نوعی سیستم جدید مقاوم در برابر بارهای جانبی بوده که نسبت به سایر سیستم‌های مقاوم در برابر بار جانبی عملکرد بهتری دارد. در این سیستم نیروهای جانبی توسط دیافراگم‌های کف طبقات به صورت افقی به صفحه، تیر و ستون‌های این نوع دیوار منتقل می‌شود.

رفتار اصلی دیوار برشی فولادی مقاومت در برابر برش افقی طبقه و مقابله با لنگر واژگونی ناشی از بارهای جانبی است. پانل این نوع از دیواربرشی شامل یک ورق نازک سیاه فولادی با ضخامت ۳ تا ۱۰ میلیمتر و دو ستون و تیرهای افقی کف است که به این تیرها و ستون‌ها عناصر مرزی گفته می‌شود. بنابراین قیمت ورق سیاه فولادی در قیمت نهایی این نوع دیوار نقش دارد. رفتار صفحه فولادی دیوار برشی همراه با دو ستون مجاور، مانند یک تیر ورق قائم (طره) می‌باشد. در این تیر ورق قائم‌ و ستون‌ها به عنوان بال‌های تیر ورق و صفحه فولادی دیوار مانند جان آن‌ می‌باشد. تیرهای افقی کف اصولا‌ً به عنوان سخت کننده‌های عرضی در این تیر ورق قائم محسوب می‌شوند.

دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی در ساختمان سازی

*** انواع دیوار برشی فولادی

*** بدون سخت کننده

در این دیوارها ورق جان از مقاوت فشاری ناچیزی برخوردار است، بنابراین کمانش بر اثر بارهای کوچک هم بوجود می‌آید. از طرف دیگر بارهای جانبی توسط مقاومت کششی قطری بوجود آمده در جان دیوار تحمل می‌شود که این عملکرد همانند میدان‌های کششی بوجود آمده در تیر ورق‌ها است.

*** شامل سخت کننده

در این نوع از دیوارها، سخت کننده‌ها ظرفیت کمانشی ورق جان دیوار برشی را افزایش می‌دهند.

*** مرکب (ترکیب بتن و فولاد)

در این سیستم سختی مورد نیاز برای ورق فلزی جان دیوار توسط بتن آرمه تامین می‌شود. از بتن سخت کننده می‌توان در یک طرف یا هر دو طرف ورق جان دیوار استفاده کرد.

 

*** آشنایی با اجزا تشکیل دهنده دیوار برشی فولادی

صفحه ورق جان دیوار (web plate)

اعضای قائم (ستون­‌ها) موسوم به المان‌­های مرزی قائم (Vertical Boundary Elements)

اعضای افقی (تیرها) موسوم به المان­‌های مرزی افقی (Horizontal Boundary Elements)

سخت‌کننده‌های افقی و قائم (در صورت نیاز) (Vertical and Horizontal Stiffeners)

دیوار برشی فولادی

اجزای تشکیل دهنده دیوار برشی فولادی بدون سخت کننده

 

*** جرئیات اجرایی دیوار برشی فولادی

درک رفتار فیزیکی دیوارهای برشی فولادی ممکن است نیاز به آموزش مهندسی سازه داشته باشد، اما یک روش ساده برای درک نحوه کار آنها تصور یک مربع چوبی با چهار لبه است که شامل دو ستون و دو تیر می‌باشد. این قاب می‌تواند وزن را از بالا تحمل کند، زیرا هر باری که بر روی تیر بالایی قرار می‌گیرد از طریق ستون ها به پایه منتقل می‌شود. اما اگر بیش از حد به طرفین آن فشار وارد شود، یک نیروی جانبی روی خودش می‌پیچد و فرو می‌ریزد مگر اینکه توسط تکیه گاه‌ها مهار شود. دیوار برشی فولادی دارای این مهاربندها می‌باشد و به گونه ای طراحی شده است که روی خود فرو نمی ریزد. آنها به نوبه خود اطمینان می‌دهند که هیچ بادی خانه شما را از بین نخواهد برد.

پشتیبانی ایجاد شده توسط دیوار برشی فولادی، یک مانع طراحی برای معماران ایجاد می‌کند. با وجود حمایت از نیروهای جانبی به لطف ایجاد مهاربندی‌ها، هر پنجره یا درب باید از نظر مساحت کل دیوار برشی محدود باشد. در مجموع در نحوه اجرای دیوار برشی فولادی بایستی به جزئیات آن توجه کرد. لازم به ذکر است که قبل از توجه به جزئیات اجرایی می‌توان طراحی دیوار برشی فولادی در ایتبس Etbas را انجام داد. Etbas نام نرم افزار طراحی این سازه می‌باشد.

*** نمونه هایی از کاربردهای دیوار برشی فولادی

از سال ۱۹۷۰ میلادی، دیوار برشی فولادی به عنوان اولین گزینه در برابر سیستم‌های پایدار در برابر بارهای جانبی در چندین ساختمان مهم و مدرن استفاده شده است. در ابتدا و در طول دهه ۷۰ میلادی دیوارهای برشی فولادی در ژاپن و در ساختمان‌های جدید و در آمریکا برای بهبود لرزه‌ای ساختمان‌های موجود استفاده شدند. در دهه ۷۰ و ۸۰ میلادی در آمریکا و کانادا دیوارهای برشی بدون سخت کننده مورد استفاده قرار گرفتند. در ادامه به نمونه‌هایی از این نوع دیوار و اتصالات دیوار برشی فولادی اشاره می‌کنیم:

دیوار برشی فولادی

نمونه ای از کابرد دیوار برشی فولادی

*** ساختمان ۲۰ طبقه اداری نیپون در توکیو ژاپن (۱۹۷۰)

سیستم باربر جانبی در جهت طولی ترکیبی از قاب خمشی و واحدهای دیوار برشی فولادی به شکل  H و در جهت عرضی دیوارهای برشی فولادی بود. دیوارهای برشی فولادی در ابعاد (۱۲ فوت و ۲ اینچ در ۹ فوت) در حدود (۳۷۱ در ۲۷۵ سانتی‌متر) با سخت کننده در راستای افق و قائم بودند. ضخامت ورق دیوارهای برشی در محدوده ۱٫۲ تا ۳٫۱۶ اینچ بودند. در هنگام طراحی، بارهای ثقلی به دیوار برشی فولادی اعمال نشده بودند بلکه دیوارهای فولادی طوری طراحی شده بودند تا در برابر بارهای طراحی پیچشی خارجی مقاوم باشند.

*** ساختمان ۵۱ طبقه (shinjuku nomura) در توکیو

این ساختمان در ابتدا بر اساس دیوارهای برشی بتنی طراحی شده بود اما سپس طرح این سازه به دیوار برشی فولادی تغییر کرد. این سازه مرکب از سیستم قاب خمشی و دیوارهای برشی فولادی T شکل تشکیل شده است. پانل دیواره‌ها حدود ۱۰ فوت ارتفاع و ۱۶٫۵ فوت طول داشتند و در دو جهت قائم و افق از سخت کننده استفاده شده بود. پانل ها بوسیله پیچ به باکس‌های محاطی و ستون‌های فولادی H شکل متصل‌اند.

*** مزایای استفاده از دیوار برشی فولادی

استفاده از دیوار برشی فولادی یک سری مزایا دارد که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد:

*** مزایای کلی

  1. کاهش وزن فولاد مصرفی: وزن اندک ورق فولادی و ساده شدن الزامات طراحی به دلیل رفتار مناسب سیستم به همراه عملکرد موثر در کنترل تغییر شکل‌های سازه‌ای به واسه داشتن سختی جانبی زیاد، منجر به کاهش وزن اسکلت طراحی شده می‌شود.
  2. ایمنی و مقاومت بالای لرزه‌ای به واسطه پیوستگی، شکل پذیری و استحکام ورق فولادی و اتصالات آن.
  3. کاهش قیمت آهن‌آلات مثل قیمت تیرآهن مورد استفاده در اسکلت تا ۵۰ درصد.
  4. افزایش سرعت ساخت ساختمان نسبت به سایر سیستم‌ها به ویژه سازه‌های بتنی.
  5. استفاده از مصالح ساختمانی متداول و عمدتا مقاطع تیرآهن ساده و یا لانه زنیوری.

*** مزایای معماری

  1. اشغال کمتر فضای معماری نسبت به سایر سیستم‌های باربر جانبی.
  2. امکان تعبیه بازشو (درب یا پنجره): در دیوار برشی فولادی مشروط به در نظر گرفتن سخت کننده‌های لازم امکان تعبیه بازشو در هر ابعادی وجود دارد در حالی که این امکان در دیوار برشی بتنی با محدودیت اندازه و جزئیات اجرایی دشوار مواجه است.

*** مزایای رفتاری

  1. شکل پذیری و قابلیت جذب انرژی بالاتر نسبت به سیستم‌های مهاربندی و دیوار برشی بتن آرمه.
  2. عدم حساسیت ویژه به نحوه اجرای اتصالات جوشی بر خلاف سیستم قاب خمشی که در آن در صورت شکست جوش اتصال تحت بار جانبی، ریزش طبقه و خرابی پیش رونده رخ خواهد داد.
  3. ایمنی تایید شده توسط دیوار برشی فولادی به دلیل دارا بودن درجه نامعینی زیاد و پیوستگی جوش بکار رفته در اتصال آن از سیستم‌های مهاربندی و قاب خمشی بالاتر و با سیستم دیوار برشی بتن آرمه قابل مقایسه است.
  4. در سیستم دیوار برشی فولادی در شرایط وقوع زلزله، تسلیم و خرابی در ورق فولادی قابل تعویض و تا حد کمتری در نقاط انتهایی تیرهای بالا و پایین آن متمرکز شده و سایر تیرها و ستون‌های سازه از وقع تسلیم در امان خواهند ماند. در نتیجه هزینه بازسازی ساختمان پس از زمین لرزه به حداقل رسانده می‌شود.

*** مزایای سازه‌ای

  1. عملکرد موثر در کنترل تغییر مکان جانبی به دلیل سختی نسبتا بالا.
  2. کاهش بار زلزله وارد شده به سازه به دلیل وزن سبک سیستم در مقایسه با دیوار برشی بتنی.
  3. اشغال تعداد دهانه‌های کمتری نسبت به سازه‌های مهاربندی و دیوار برشی بتنی.
  4. با توجه به امکان ساخت قطعات این سیستم در کارخانه و نصب آن در محل، سرعت اجرای سیستم و کنترل دقت اجرا به مراتب بالاست.
  5. استفاده از مصالح یکسان فولادی در ساخت دیوار برشی و قاب‌های‌ فولادی مجاور.

*** معایب استفاده از دیوار برشی فولادی

دیوار برشی در کنار معایب بسیار زیادی که دارد، معایب کمی نیز دارد. در ادامه به دو مورد از آنها اشاره می‌کنیم:

  1. امکان شکست برشی در صورت عدم طراحی مناسب.
  2. ایجاد نیروی بالا رانش در صورت عدم تخمین صحیح تعداد دیوارها و قرارگیری نامناسب آنها.

با توجه به مطالب گفته شده درباره دیوار برشی فولادی و خصوصیات آنها، انتظار می‌رود تا با مطالعه این مقاله با این دیوار برشی به طور کامل آشنا شده باشید.

این مطلب بدون برچسب می باشد.

ثبت دیدگاه

  • دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تیم مدیریت در وب منتشر خواهد شد.
  • پیام هایی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.