دیوار برشی فولادی به دو شکل تقویت شده و تقویت نشده اجرا میگردد. در حالت تقویت شده هدف جلوگیری از کمانش قبل از تسلیم برشی است و در حالت تقویت نشده اجازه داده میشود که ورق کمانه کند و هدف این است که از ناحیه کشش قطری جهت حمل برش طبقه استفاده شود
در دیوارهای برشی فولادی با استفاده از ورقهای فولادی میتوان از پدیده پس کمانش، مشابه تیر ورفها بدون هیچگونه خللی در پایداری استفاده نمود. منحنیهای هیسترزیس، دیوارهای برشی فولادی، تحت اثر بارهای رفت و برگشتی، با ورق نازک یا تقویت شده کاملا پایدار با جذب انرژی بالاست. مطالعات عددی و تجربی نشان میدهند که این سیستم علاوه بر سختی زیاد، دارای جذب انرژی زیاد و شاخص های هیزترزیس پایداری هستند.
در مورد زمان تناوب دو دسته رابطه دقیق و تجربی توسط آییننامه ها ارائه شده است. روابط دقیق با توجه به نتایج روش رایلی هستند که تابع شکل آنها، تغییرشکل جانبی سازه به علت یک دسته نیروی جانبی است. روابط تجربی نیز از مقادیر اندازهگیری شده در ساختمانهای واقعی در حین زلزله و یا تحت ارتعاشات القایی حاصل شده است. بیشتر آییننامه های طراحی لرزهای ساختمانها از زمان تناوب طبیعی سازه جهت تعیین شتاب پایه طراحی استفاده میکنند.
هدف اصلی در طراحی لرزه ای این گونه سازه ها بر این مبناست که رفتار سازه، در مقابل نیروهای ناشی از زلزله های کوچک بدون خسارت و در محدوده خطی باقی مانده و در مقابل نیروهای ناشی از زلزله های شدید، ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارت های سازه ای و غیر سازه ای را تحمل کند. به همین دلیل مقاومت لرزهای که مورد نظر آئین نامه ها است، عموماً کمتر و در برخی موارد، خیلی کمتر از مقاومت جانبی مورد نیاز برای حفظ پایداری سازه در محدوده الاستیک، در یک زلزله شدید است.
سازه ها به هنگام رخداد زلزله های متوسط و بزرگ، وارد محدوده غیرالاستیک شده و برای طراحی آن ها نیاز به یک تحلیل غیرالاستیک است. اما به دلیل وقت گیر بودن این گونه تحلیل ها و عدم گستردگی برنامه های تحلیل غیرالاستیک و همچنین سهولت روش الاستیک، روش های تحلیل و طراحی متداول، براساس تحلیل الاستیک سازه و با نیروی کاهش یافته زلزله صورت میگیرد0.
کاهش مقاومت سازه از مقاومت الاستیک مورد نیاز، عموماً با استفاده از ضریب کاهش مقاومت انجام میشود. بدین منظور آئین نامه های طراحی لرزه ای، نیروهای لرزهای مورد نیاز در طراحی الاستیک یک سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی ساختمان و شرایط خاک محل احداث آن است، به دست می آورند و برای ملحوظ نمودن اثر رفتار غیرالاستیک، جذب انرژی بر اثر رفتار هیسترزیس، میرایی و اثر مقاومت افزون سازه، این نیروی الاستیک را به وسیله ضریب کاهش مقاومت(ضریب رفتار) به نیروی طراحی تبدیل میکنند.
سازه های ساختمانی باید به گونهای طراحی شوند که توانایی جذب و تحمل نیروهای جانبی از قبیل باد و زلزله را داشته باشند. در انتخاب سیستم مناسب مهاربندی عوامل مختلف از ملاحظات سازهای گرفته تا ملاحظات اقتصادی و معماری دخیل میباشند.
اما با وجود مزایای بسیار زیاد این نوع سیستم میتوان به سه عامل زیر که مانع از گسترش استفاده از این نوع سیستم میگردند اشاره نمود:
همانطور که اشاره گردید هر ورق فولادی میتواند تقویت شده یا تقویت نشده باشد، هر چند در ابتدا علت اصلی استفاده از سختکنندهها جلوگیری از کمانش خارج از صفحه پانلها بود اما با استفاده از این نوع سختکنندهها مشاهده گردید که میزان جذب انرژی در بارهای سیکلی افزایش چشمگیری پیدا میکند. اما هزینه بالای ساخت این نوع سیستم مانع مهمی در برابر اجرای آن بود. توصیه شده است که از سختکنندهها با ضخامت بالا استفاده نشود زیرا مقاومت بالای این گونه سازه ها باعث کمانش ستون ها و در نتیجه انهدام کل سازه در اثر خرابی ستون ها میگردد
آزمایشات انجام گرفته نشان داده است که کمانش صفحه به معنای انهدام و خرابی سازه نیست و اگر صفحه به اندازه کافی تکیهگاه داشته باشد نیروهای پسکمانشی آن از نیروهای کمانشی تئوریکی بسیار بیشتر خواهد بود. در نقطهی کمانش دیوار، مکانیسم مقاومت از حالت برش داخل صفحه به حالت میدان کششی مورب یا قطری تبدیل میشود و در صورتی که ضخامت دیوار کم باشد کمانش در بارهای خیلی پایین صورت گرفته و لذا پانل با عمل میدان کششی کنترل میشود. عملکرد صحیح لرزه ای یک سازه مستلزم آن است که مقاومت قابل دسترسی و ظرفیت های تغییر شکل اعضا بیش از نیازهای تحمیل شده به سازه بر اثر زمین لرزه باشد
باتوجه به رفتار سازه درزمان وقوع زمین لرزه، ارزیابی عملکرد دقیق آن باید توسط تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی و با استفاده از زمین لرزه های منتخب صورت گیرد.با ورود سازه به حیطه رفتار غیر خطی تحت اثر زلزله، جابجایی ها نسبت به نیروها توصیف بهتری از پاسخ سازه ارائه داده و با محدود کردن تغییر مکانها به جای نیروها، سطح تخریب سازه به طرز موثرتری کنترل می شود. تغییر نگرش از طراحی بر اساس نیرو به سمت طراحی بر مبنای رفتار و عملکرد سازه، روش جدیدی را در زمینه طراحی به وجود اورده است که اصطلاحا طراحی بر اساس عملکرد 1 نامیده میشود
طراحی بر اساس عملکرد بر مبنای طراحی درحالات حدی می باشد. برای دستیابی به ظرفیت سازه در آن سوی محدوده الاستیک احتیاج از خرابی کلی سازه، نیازمند ملاحظات گسترده رفتار غیر الاستیک سازه است. به استفاده از تحلیل های غیر خطی میباشد. تخمین نیازهای لرزه ای در سطوح عملکردی پایین مانند ایمنی جانی و جلوگیری ز خرابی کلی سازه، نیازمند ملاحظات گسترده رفتار غیر الاستیک سازه است
توربرن و همکارانش یک روش تحلیلی برای محاسبهی مقاومت دیوار برشی فولادی سختنشده ارائه کردند. آنها روش خودشان را بر مبنای نظریهی کششی قطری خالص واگنر (1931 )ارائه کردند و این روش را روش مدل نواری نامیدند. در این روش ورق فولادی با یک سری اعضای نواری همجهت با تنشهای کششی اصلی جایگزین میگردد که این نوارها فقط توانایی انتقال کشش را دارا میباشند و در این روش هر نواری یک ناحیه از ورق را که برابر حاصلضرب پهنای نوار در ضخامت ورق بود، شامل میگردید.
زاویه ی نوارهای کششی با استفاده از روش کار مجازی بدست آمد. آنها یک نمونه دیوار برشی فولادی یک طبقه ی یک دهانه را که با تیر و ستون احاطه شده بود را برای این کار تحت برش خالص قرار دادند. همچنین ستون ها را بصورت پیوسته در طبقات ادامه داده و اتصال تیر به ستون ها را هم مفصلی در نظر گرفتند. با توجه به اینکه نیروهای کششی در دو طبقه ی مجاور همدیگر اختلاف ناچیزی با یکدیگر دارند لذا اثر آنها بر تیر طبقه بعلت متفاوت بودن جهت نیرو در این دو طبقه خنثی شده و میتوان تیر مذکور را نیز صلب در نظر گرفت
برای ستون ها هم دو حالت را در نظر گرفتند
این محققین مطالعات تحلیلی زیادی برای تعیین تعداد مناسب نوارهای جایگزین به منظور تخمین مناسب مقاومت ورق انجام دادند که در نهایت به این نتیجه رسیدند که استفاده از 10 نوار برای مدلسازی کافی میباشد. همچنین توربرن و همکارانش به بررسی اثر ضخامت ورق فولادی، ارتفاع طبقه، طول دهانه، سختی ستون بر روی رفتار دیوارهای برشی فولادی پرداختند که در اینجا بطور خلاصه به نتایج آنان اشاره میگردد:
زاویه ی شیب نوارهای کششی طبق دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمانهای موجود براساس اصل حداقل انرژی از رابطه ی زیر به دست میآید
: tW وh وL :طول و ارتفاع و ضخامت پانل دیوار برشی؛ Ab :سطح مقطع تیر؛ Ic و Ac :لنگر اینرسی ستون و سطح مقطع
رابطه ارائه شده در آیین نامه 341 AISC برای محاسبه زاویه ی شیب نوارهای کششی به صورت زیر است
با توجه به آیین نامه مراحل زیر جهت طراحی سیستم دیوار برشی فولادی توصیه میگردد.
در این گام ابتدا تمام برش طبقه به ورق داده میشود و ضخامت ورق با فرض زاویه میدان کششی تعیین میگردد.
با توجه به المان های بدست آمده می توان زاویه میدان های کششی را که در ابتدا فرض کرده بودیم، بدست آوریم و با استفاده از آن ضخامت ورق را تصحیح می کنیم
پس از اصلاح ضخامت ورق های فولادی، مقاطع تیر و ستون را اصلاح می کنیم. این کار سبب می شود که در مرحله تحلیل و طراحی نهایی زودتر به پاسخ برسیم
در گام اول تمام برش طبقه را به ورق فولادی دادیم. در این مرحله هدف این است که سهم قاب را از برش طبقه تعیین کرده و در نهایت طراحی تیر و ستون را کامل کنیم. در نظر گرفتن سهم قاب از بار جانبی موجب کاهش سهم ورق فولادی و در نتیجه کاهش ضخامت ورق می گردد.
برای تحلیل از مدل ارتوتروپیک استفاده می کنیم. هر گام تحلیل شامل مراحل زیر است:
که در آن tw : ضخامت ورق ، h :فاصله بین تیرها، L :فاصله بین ستون ها است. ممان اینرسی تیرها در سیستم دیوار برشی فولادی میبایست از مقدار زیر بیشتر باشد
که در آن Dt اختلاف میان ضخامت ورق بالایی و پایینی تیر است. با توجه به اینکه از یک ضخامت ثابت برای ورقها استفاده شد پس ممان اینرسی تیرها مناسب است. همچنین طبق آییننامه 341 AISC حداقل ضخامت ورق برای طراحی به روش ASD از رابطه زیر تعیین میگردد :
Va : فاصله خالص پانل جان میان بالهای ستون ها. Lcf : مقاومت برشی مورد نیاز(ASD ،(W :ضریب اطمینان(67/1 ،( و برای طراحی به روش LRFD از رابطه زیر تعیین میگردد :
Vu : مقاومت برشی مورد نیازLRFD ،(f :ضریب مقاومت ارائه شده در 341 AISC (0.9)
طبق آیین نامه 450 FEMA لاغری جان به مقدار زیر باید محدود گردد
در رابطه فوق E مدول یانگ است. مساحت نوارهای معادل، در مدلسازی دیوارهای برشی فولادی از رابطه زیر تعیین میگردد:
L طول پانل، h ارتفاع پانل و n تعداد نواره است
سیستم دیوارهای برشی فولادی از نظر اجرایی، سیستمی ساده بوده و هیچگونه پیچیدگی خاصی در آن وجود ندارد. از لحاظ اجرایی بدون نیاز به کسب مهارت های جدید، قابل اجرا است، با توجه به سادگی و امکان ساخت در کارخانه و نصب در محل سرعت اجرای سیستم بالا است.
جزئیات ارائه شده توسط تروی و ریچارد از آنجا که سیستم دیوار برشی نیاز به سختی بالای درون صفحهای دارد، مطلوب به نظر نمی رسد
در سیستم دیوارهای برشی کامپوزیت برای جلوگیری از کمانش ورق و رسیدن ورق به تسلیم از دیوار بتنی در یک طرف و یا دو طرف ورق استفاده میشود. در این نوع سیستم دیوار بتنی توسط برشگیر به ورق متصل میشود.
در این مقاله ضمن بررسی مدلسازی سیستم دیوار برشی فولادی به روش مدل نواری، روابط مهم در طراحی و چند نمونه دتایل این سیستم ها مورد بررسی قرار گرفت. مدلسازی به روش نواری پاسخ های دقیقی از رفتار واقعی این سیستم بدست نمیدهد ولی پاسخ های قابل قبولی ارائه میدهد. برای بهبود مدلسازی این سیستم با توجه به کمانش نوارهای بلندتر توصیه میگردد با تعریف جداگانهای نسیت به سایر نوارها مدل گردند.
چرا عایق رطوبتی دیوار مهم است؟ نکاتی برای جلوگیری از نفوذ رطوبت اهمیت استفاده از…
عایق ساختمانی چیست و چرا اهمیت دارد؟ عایق ساختمانی مجموعه‌ای از مواد و روش‌هاست که…
تعرفه عایق‌سازی ساختمان: هزینه‌ها را بشناسید و صرفه‌جویی کنید! عایق کاری ساختمان به‌عنوان راهکاری برای…
چگونه از نفوذ آب در شرایط فشار بالا جلوگیری کنیم؟ فشارهای وارده به ساختمان که…
آب بندی فشار مثبت بتن چیست؟ آب‌بندی بتن به مجموعه اقداماتی اطلاق میشود که با…
وال مش چیست و چرا به صنعت ساخت و ساز معرفی شد؟ اولین دلیل روی…