طراحی و محاسبات وال مش چگونه انجام می شود؟

چالش طراحی و محاسبات وال مش نوین ترین روش مهار دیوار در ساختمان

اجرای وال مش مطابق با دستورالعمل های اجرایی مندرج در آیین نامه ها تأثیر زیادی بر استحکام و یکپارچگی دیوارهای غیر سازه‌ای دارد و آن‌ها را در برابر عوامل خارجی از جمله زلزله مقاوم و ایمن می‌سازد. از طرف دیگر لازم است اجرای وال مش بر اساس یک سری جزئیات صورت گیرد تا نتیجه نهایی پروژه از کیفیت و کارایی لازم برخوردار باشد.
بر همین اساس جهت آشنایی بیشتر طراحان با نحوه طراحی و محاسبه وال مش یک سری دیتیل آماده در ضابطه ۸۱۹ گردآوری شده است که می‌تواند راهنمای خوبی برای طراحان در محاسبه وال مش باشد. با این وجود یک اشتباه رایج در زمینه طراحی و محاسبات وال مش در بین طراحان ساختمان دیده می‌شود و آن هم استفاده از دیتیل های آماده برای حالت‌های مختلف اجرای وال مش بوده در حالی که این دیتیل‌ها برای یک حالت خاص گردآوری شده اند.
پس در حالت کلی محاسبه وال مش برای یک بخش خاص از سازه را نمی‌توان به یک بخش دیگر با شرایط متفاوت تعمیم داد و لازم است تمام ویژگی‌ها و جزئیات موجود در بخش مورد نظر بررسی و لحاظ شوند. در آخر طراحی و محاسبات وال مش همچون طراحی وال پست های فلزی باید برای هر بخش از سازه به صورت جداگانه صورت گیرد و در این طراحی لازم است ابعاد مش، فاصله مش و ابعاد نبشی به صورت مجزا محاسبه شوند. اضافه بر این موارد هر طبقه ساختمان نیاز به یک طراحی مجزا وال مش دارد. همچنین شما می توانید در ادامه در مقاله “راهنمای اجرای وال مش در انواع ساختمان بتنی و فولادی” به دانش بیشتری در مورد تفاوت وال مش با وال پست، طراحی و نحوه اجرای آن دست یابید.

آیین نامه و استانداردهای مرتبط با طراحی و محاسبات وال مش

همان طور که اشاره کردیم وال مش به عنوان یکی از انواع وال پست می‌تواند یک روش کاربردی و مؤثر در مهار دیوارهای غیرسازه ای داخلی و خارجی باشد. البته به شرطی که فرایند اجرایی آن به صورت صحیح و اصولی و بر اساس یک سری استانداردها صورت گیرد که جهت دستیابی به آنها می توان از ضوابط و دستورالعمل های گردآوری شده در آیین نامه های اجرایی کمک گرفت. از نظر آیین نامه های اجرایی در ساخت و ساز اجرای وال مش در فرایند مقاوم سازی بخش های غیرسازه ای الزامی بوده و طراحان می بایست از این روش مطابق با اصول و دستورالعمل های تدوین شده استفاده کنند.
البته اهمیت استفاده از این آیین نامه‌ها زمانی بیشتر شد که در برخی سازه‌ها به دلیل کوتاهی در فرایند مقاوم سازی به ویژه در اجرای صحیح انواع وال پست خسارت‌های زیادی به بار نشست که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به خسارت زلزله اخیر کرمانشاه اشاره کرد. در ادامه به معرفی چهار مورد از این آیین نامه‌ها که در آن‌ها به طراحی و محاسبات وال مش مطابق با اصول و دستورالعمل ها اشاره شده است خواهیم پرداخت که به صورت زیر است:

• آیین‌نامه نشریه ضابطه شماره ۸۱۹ مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی:

راهنمای طراحی سازه‌ای و جزئیات اجرایی دیوارهای غیرسازه‌ای

•  پیوست ششم آیین نامه ۲۸۰۰:

طراحی لرزه ای و اجرای غیر سازه‌ای معماری

•  نشریه ۷۱۴ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور:

«دستورالعمل طراحی سازه‌ای و الزامات و ضوابط عملکردی و اجرایی نمای خارجی ساختمان‌ها»

•  آیین نامه ACI 549:

طراحی و محاسبات وال پست فلزی و سنتی در ساختمان

طبق نشریه ۷۱۴ سیستم وال پست نقش مهمی در فرایند مقاوم سازی دیوارهای غیرسازه‌ای دارد. با اجرای وال پست می‌توان طول آزاد دیوارها را محدود کرد و بارهای توزیع شده در راستای افقی را به تیرها منتقل نمود. طبق بررسی‌های انجام شده چنان چه مقاومت خمشی دیوارها در راستای عمودی از نیروی وارده بر آنها کمتر باشد لازم است عکس العمل دیوارها در دو راستای افقی و عمودی توزیع شود. بر همین اساس برای وال پست ها یک فاصله حداکثری به اندازه ۴ متر در نظر گرفته می شود.
از آن جایی که مقاومت دیوارهای غیرمسلح در راستای افقی ناچیز است اجرای وال پست می‌بایست همراه با تسلیح دیوارها صورت گیرد. چنان چه بار خمشی گسترده ای به صورت خارج از صفحه بر دیوارها وارد شود لازم است از وال پست به صورت یک تیر دو سر مفصل استفاده شود. البته این فرایند بستگی به مقدار تسلیح دیوار در راستای افقی دارد. هم‌چنین استفاده از وال پست در فرایند مقاوم سازی دیوارهای غیرمسلح با صرف نظر کردن از مقاومت افقی آن منعی ندارد. البته شرایط برای وال پست‌هایی که به صورت کامل و از طریق جوش در سقف مهار می‌شوند و تحت تأثیر خیز سقف و نیروی ناشی از آن قرار می‌گیرد می‌تواند متفاوت باشد.
در چنین حالتی برای مهار نیروی ناشی از خیز سقف و بار ناشی از زلزله و باد می بایست وال پست به صورت تیر-ستون طراحی شود. البته امروزه روش وال مش به عنوان یکی از انواع وال پست به دلیل مزایای بسیاری که دارد به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد و از آن به عنوان جایگزین وال پست‌های فلزی و سنتی در فرایند مقاوم سازی یاد می شود. در مقاله “آیا اجرای وال مش در پروژه‌های ساختمانی مورد تایید نظام مهندسی است؟” می توانید به مطالعه تاییدیه نوین وال مش توسط سازمان نظام مهندسی بپردازید. در ادامه به مبانی طراحی و محاسبات آن مطابق ضوابط آیین نامه‌ای خواهیم پرداخت.

طراحی و محاسبات وال مش جایگزین وال پست

جهت طراحی و محاسبات وال مش نیاز به یک سری روابط بوده که در نشریه ۷۱۴ بدان اشاره شده است. با استفاده از روابط مندرج در این نشریه می‌توان فاصله بین نوارهای وال مش، ظرفیت خمشی و غیره را محاسبه کرد. علاوه بر آن در این نشریه به نحوه مقاوم سازی و تقویت دیوارها با استفاده از شبکه الیاف پرداخته شده است. بر اساس ضوابط مندرج در این نشریه ظرفیت خمشی دیوارها را می‌توان در راستای عمودی و با کمک ملات تسلیح شده با الیاف افزایش داد.
بر همین اساس دیگر نیازی نیست بارهای عمود بر صفحه در دو راستای دیوار توزیع شوند و خمش دیوار حالت یک طرفه پیدا خواهد کرد. هم‌چنین با کمک روابط مندرج در این نشریه می‌توان ظرفیت خمشی (Md) دیوارها را محاسبه کرد. الیافی که در این روش مورد استفاده قرار می‌گیرند قبل از اجرا می‌بایست مقاومت قلیایی آن‌ها مورد سنجش قرار گیرد. چنان چه الیاف مورد نظر از مقاومت قلیایی مناسب با شرایط کاری برخوردار باشند در سیستم وال مش مورد استفاده قرار می‌گیرند و طراحی و محاسبات وال مش بر اساس آن‌ها صورت می‌گیرد.
به دلیل ماهیت رفت و برگشتی بارهای وارده از طرف عوامل محیطی مانند باد و زلزله، فرایند مقاوم سازی و تقویت دیوارها باید در دو سمت آن‌ها صورت گیرد. در چنین شرایطی نیاز به محاسبه تقاضای خمشی (Mu) دیوار در راستای عمودی بوده که می‌توان این مشخصه را با کمک دیگر روابط مندرج در این نشریه محاسبه کرد. حال با کنار هم قرار دادن روابط مذکور می توان حداقل فاصله بین نوارها را حساب کرد. با افزایش تعداد طبقات میزان لنگر تیرها و اثر زلزله بر سازه افزایش پیدا کرده که این مسئله باید در محاسبات انجام شده لحاظ شود.

طراحی و محاسبات وال مش در ساختمان های بدون وال پست

یکی از مشکلاتی که طراحان سازه و کارفرمایان ممکن است در فرایند مقاوم سازی بخش های مختلف سازه با آن رو به رو شوند عدم وجود وال پست اولیه در این بخش ها بوده که باعث می شود اجرای وال پست عملاً در آنها امکان پذیر نباشد. بر همین اساس جهت اجرای فرایند مقاوم سازی در این بخش ها لازم است تخریب و بازسازی صورت گیرد که این کار در کنار زمان بر بودن با صرف هزینه‌های بالایی همراه خواهد بود. در چنین شرایطی طراحان مقاوم سازی یک روش جایگزین و کم هزینه را برای این کار ترجیح می‌دهند که اجرای وال مش به عنوان یکی از انواع وال پست می‌تواند یک روش کاربردی و مؤثر در این زمینه باشد.
جهت اجرای وال مش در این سازه ها نیازی به نصب میلگرد بستر و وادارهای قائم و افقی نیست و عدم وجود این اجزا در ساختار ساختمان نمی تواند مانعی برای اجرای وال مش در بخش‌های مختلف آن باشد. همچنین اجرای وال مش برخلاف وال پست‌های فلزی و مرسوم بر روی دیوارهایی که فرایند اجرایی آن‌ها به صورت کامل صورت گرفته نیز وجود دارد. در آخر فرایند اجرایی وال مش در ساختمان‌های بدون وال پست شامل یک سری مراحل بوده که اصول طراحی و محاسبات آن مشابه حالت مرسوم طراحی و محاسبات وال مش است.

طراحی و محاسبات وال مش و کاهش هزینه مهار دیوار داخلی و پیرامونی

اجرای وال مش به عنوان یک روش نوین در اجرای وال پست و بهترین جایگزین برای وال پست‌های سنتی از مزایای بسیاری برخوردار بوده که از جمله آن‌ها می‌توان به سهولت در اجرا، افزایش سرعت فرایند کاری، کاهش بار مرده سازه و قابلیت اجرای آن در ساختمان های بدون وال پست اولیه اشاره کرد. علاوه بر این موارد اجرای وال مش یک مزیت بسیار مهم دیگر نیز دارد که آن هم کاهش هزینه مهار دیوار داخلی و پیرامونی است که می‌تواند برای بسیاری طراحان سازه و کارفرمایان قابل توجه باشد.
در این روش به دلیل نوع طراحی و متریالی که در اجرای آن مورد استفاده قرار می‌گیرد نیازی به نصب میلگرد بستر و جایگذاری وادارهای قائم و افقی نیست که این مسئله از دو نظر می‌تواند با کاهش هزینه‌های اجرایی پروژه همراه باشد. اول اینکه با حذف این مراحل دیگر نیازی به استفاده از میلگردهای فولادی نیست که معمولاً از قیمت بالایی برخوردار هستند. مورد دوم در اجرای این مراحل نیاز به بکارگیری یک تیم اجرایی متخصص و با تجربه بوده که با حذف این مراحل می توان از استخدام این نیروها و دستمزدهای مربوط به آنها چشم پوشی کرد.
هم‌چنین در روش وال مش به دلیل سادگی کار نیازی به استخدام نیروی اجرایی متخصص نیست و یک تیم نیمه حرفه‌ای نیز می‌تواند آن را با دستمزد پایین انجام دهد. هم‌چنین در این روش به دلیل نوع مصالح و متریالی که در طراحی آن مورد استفاده قرار می‌گیرد از هزینه‌های حمل و جابجایی پایینی برخوردار بوده که می‌تواند باعث کاهش هزینه‌های اجرایی آن شود. بالا بودن سرعت اجرایی پروژه در این روش باعث شده که به نیروهای اجرایی کمتری نیاز باشد و همین امر نیز باعث کاهش هزینه‌های اجرایی آن می‌شود.

دریافت خدمات طراحی و محاسبات وال مش دیوار پیرامونی و داخلی

برای طراحی و اجرای صحیح و اصولی وال مش در سازه نخست باید به یک شرکت معتبر که از تجربه و تخصص بالایی در اجرای وال مش برخوردار است مراجعه شود. شرکت مقاوم سازی افزیر با بهره مندی از دانش روز دنیا و بکارگیری نیروهای متخصص توانسته است گام های مهمی در این زمینه بردارد. پروسه طراحی و اجرای وال مش در این شرکت شامل چهار مرحله دریافت نقشه سازه ساختمان، تهیه دفترچه محاسبات وال مش، ارائه نقشه جانمایی و دیتیل اجرایی وال مش و در نهایت متره و برآورد مقدار مصالح مورد نیاز مانند توری وال مش، پلاستر و پروفیل های نبشی جهت طراحی و محاسبات وال مش بوده که در این بخش به معرفی و بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

دریافت نقشه سازه ساختمان

اولین مرحله اجرای وال مش به دریافت نقشه سازه از کارفرما اختصاص داده می‌شود که لازم است در این مرحله نقشه معماری ساختمان به صورت کامل و با تمام جزئیات در اختیار طراح وال مش قرار گیرد. در این مرحله مهندس طراح نیز بر اساس نقشه تهیه شده، شرایط سازه و نیاز مقاوم سازی اقدام به طراحی وال مش می‌نماید. هم‌چنین در این مرحله مشخص می‌شود که در سازه مورد نظر به کدام یک از حالت‌های اجرای وال مش نیاز است. در نهایت بر اساس بررسی‌های به عمل آمده، طراحی و محاسبات وال مش صورت می‌گیرد.

تهیه دفترچه محاسبات وال مش

پس از دریافت نقشه سازه نوبت به تهیه دفترچه محاسبات وال مش می رسد. در این مرحله محاسبات وال مش بر اساس شرایط ساختمان و نیاز مقاوم سازی و مطابق با ضوابط و دستورالعمل‌هایی که در آیین‌نامه‌های اجرایی بدان اشاره شده است صورت می‌گیرد. این محاسبات باید به صورت تخصصی و بر اساس استانداردهایی مندرج در این آیین نامه ها انجام شود. هم‌چنین در محاسبات انجام شده می‌بایست به ابعاد و فاصله توری وال مش، نوع پلاستر مورد استفاده، تعداد و ابعاد نبشی‌ها و غیره توجه ویژه شود.

ارائه نقشه جانمایی و دیتیل اجرایی وال مش

در سومین مرحله از فرایند اجرایی وال مش نوبت به ارائه نقشه جانمایی و دیتیل اجرایی می‌رسد. تهیه این نقشه‌ها به همراه دیتیل اجرایی پس از اتمام محاسبات صورت می‌گیرد. در این مرحله از اجرای وال مش طراح بر اساس محاسبات صورت گرفته یک سری نقشه و دیتیل اجرایی را تهیه کرده و سپس آن‌ها را در اختیار عوامل اجرایی قرار می‌دهد. عوامل اجرایی نیز بر اساس نقشه‌ها و دیتیل ارائه شده، سیستم وال مش را با دقت بالا و مطابق با دستورالعمل‌ها اجرا می‌کنند. کیفیت اجرای وال مش به دلیل تأثیری که در نتیجه نهایی پروژه دارد از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

متره و برآورد مقدار مصالح مورد نیاز جهت طراحی و محاسبات وال مش

در مرحله آخر نوبت به برآورد مقدار مصالح مورد نیاز جهت اجرای وال مش می‌رسد که این کار مطابق با دیتیل نقشه‌های اجرایی صورت می‌گیرد. بر اساس این دیتیل مقدار مصالح مورد نیاز جهت اجرای وال مش مشخص می‌شود که آن هم بستگی به نوع اجرای وال مش و وسعت پروژه دارد. از جمله مصالحی که در روش وال مش مورد استفاده قرار می‌گیرد می‌توان به مش فایبرگلاس، پلاستر گچی یا سیمانی، چسب اپوکسی و نبشی و ناودانی اشاره کرد. هم‌چنین از انواع مش فایبرگلاس و پلاسترها متناسب با شرایط پروژه و میزان قلیایی بودن محیط استفاده می‌شود. اجرای وال مش شامل یک سری مراحل بوده که با دیوارچینی، اجرای لایه اول پلاستر و نصب مش فایبرگلاس آغاز می‌شود و با اجرای لایه دوم پلاستر و نصب نبشی ها و ناودانی ها پایان می‌یابد.

مثال حل شده وال مش بر اساس ACI549

در مثال زیر که مبنای محاسباتی آن بر اساس ACI549 می باشد، تقویت خمشی خارج از صفحه دیوار غیرمسلح ساخته شده از بلوک سیمانی به طول 4 متر با استفاده از 3 نوار 25 سانتی‌متری FRCM مطلوب است. در این تقویت از مش‌الیاف شیشه در سیستم FRCM استفاده شده است. این دیوار در طبقه پنجم از ساختمانی 5 طبقه واقع در شهر تهران با نوع خاک III واقع شده است. مشخصات مکانیکی دیوار تقویت شده با سیستم FRCM در زیر ارائه شده است:

مشخصات هندسی و مکانیکی دیوار مصالح بنایی

پارامترهای بلوک تنش (درصورت گسیختگیFRCM)

مشخصات سیستم FRCM

شرایط بارگذاری

گام اول: محاسبه کرنش طراحی FRCM

کرنش کششی طراحی FRCM، ε_fd، را می‌توان براساس بخش 7-1-2 تعیین به صورت زیرکرد:

ε_fd=min⁡( ε_fu,0.012)=0.012

گام دوم: انتخاب طرح‌‌ تقویت با FRCM

استفاده از یک سیستم FRCM با عرض نوار تک مش‌الیاف w_fl=25 cm و فاصله مرکز به مرکز نوارها s_f=66 cm است. بنابراین عرض کلی نوارهای FRCM و مساحت مش‌الیاف تقویت‌کننده FRCM به ترتیب مطابق روابط زیر می‌شود:
عرض کل نوار FRCM:

  w_f=(w_fl/s_f )×L=(25/66)×4=1.5 m

مساحت مسلح‌کننده FRCM:

  A_f=t_f×w_f=0.000026×1.5=3.9×10^(-5 ) m^2

گام سوم: محاسبه ظرفیت خمشی دیوار

با توجه به اینکه هیچ آرماتور فولادی در دیوار وجود ندارد، مطابق با بخش 7-1-2، دو مود گسیختگی خارج از صفحه عبارت است از:

• مود گسیختگی I- خردشدگی مصالح بنایی در فشار  اگر  N_Ed>F’_m – F’_f
• مود گسیختگی II- گسیختگی FRCM در کشش اگر  N_Ed<F’_m – F’_f

که در آن F’_m و F’_f با این فرض اولیه ارزیابی می‌شود که هم مصالح بنایی و هم FRCM به کرنش نهایی خود می‌رسد:
عمق تار خنثی:

c’_u=t( ε_mu/(ε_fd+ε_mu))=0.1×0.0025/(0.012+0.0025)=0.017 m

نیروی برآیند برای مصالح بنایی در فشار:

F’_m=γ⋅f_mu⋅β⋅c’_u⋅L=0.7×3600×0.7×0.017×4=120 kN

نیروی برآیند برای FRCM درکشش:

F’_f=(w_f⋅t_f⋅ε_fd⋅E_f⋅L)/L=0.000039×0.012×3.1×10^7=14.51 kN

F’_m – F’=120-14.5=105.5kN>N_Ed

مود گسیختگی II (گسیختگی FRCM در کشش) است.

مطابق با بخش 7-1-2، کرنش کششی مؤثر ε_fe در مسلح‌کننده FRCM که در هنگام گسیختگی به دست می‌آید را می‌توان برابر با کرنش کششی طراحی FRCM در نظر گرفت:

ε_fe=ε_fd=0.012

سطح تنش مؤثر ƒ_fe در مسلح‌کننده FRCM در گسیختگی را می‌توان به صورت زیر محاسبه کرد:

ƒ_fe=E_f⋅ε_fe=31×10^6×0.012=372000 kN/m^2

بنابراین می‌توان عمق تار خنثی c_u،را با حل ابطه زیر محاسبه کرد:

c_u=(t_f⋅w_f⋅f_fe+N_Ed)/(γ⋅f_mu⋅β⋅L)=(3.9×10^(-5)×372000+7.1)/(0.7×3600×0.7×4)=3.06×10^(-3 ) m

نیروی برآیند برای مصالح بنایی در فشار F_m و نیروی برآیند FRCM در کششF_f و مقاومت خمشی اسمی M_n را می‌توان به صورت زیر ارزیابی کرد:

F_m=c_u⋅γ⋅f_mu⋅β⋅L=0.003×0.7×3600×0.7×4=21.2 kN

F_f=f_fe⋅t_f⋅w_f=372000×3.9×10^(-5)=14.51 kN

M_n=F_m⋅(t/2-β/2.c_u )+F_f⋅t/2=21.2×(0.1/2-0.7/2×0.003)+14.51×0.1/2=1.76 kN.m

بنابراین مقادیر طراحی مقاومت خمشی برابراست با:

ϕM_n=ϕ_m⋅M_n=0.6×1.76=1.056 kN.m≥M_Ed