معرفی کامل دیوار برشی فولادی مرکب

در این پست ابتدا به معرفی دیوار برشی فولادی مرکب می پردازیم سپس در ادامه، انواع آن، مزایا و توصیه های طراحی این نوع دیوار برشی را بر می شماریم. بنابراین با ما همراه باشید.

مقدمه

استفاده از دیوار برشی به اشکال گوناگون بتن مسلح، فلزی و یا ترکیب این دو به عنوان سیستم های رایج مقاوم در برابر بارهای جانبی روشی متداول در سازه ها میباشد.

تا حدود 30 سال پیش تنها دیوار برشی بتن مسلح مورد استفاده قرار میگرفت، اما همواره نگرانی هایی در زمینه مقاومت موضعی، شکل پذیری و قابلیت استفاده از این سیستم ها در سازه های فولادی بلند، مخصوصا در مناطق با خطر لرزه خیزی زیاد وجود داشته است.

دیوارهای برشی فولادی از دهه 1970 میلادی در ساختمان های مختلف به عنوان سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی مورد استفاده قرار گرفته اند.

در طی سه دهه اخیر مطالعات و تحقیقات گسترده ای روی دیوارهای برشی فلزی صورت گرفته است که منجر به استفاده روزافزون این سیستم ابتکاری هم در سازه های نوساز و هم برای مقاوم سازی سازه های موجود شده است.

این سیستم شامل پانل های مجزاست که هر پانل در داخل دو تیر و ستون جانبی قرار گرفته است.

این سیستم نوین در عین حال که قابلیت سایر سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی، مانند قاب خمشی، مهاربندی هم محور و مهاربندی برون محور را دارا میباشد به لحاظ میزان مصرف فولاد و همچنین اجرای ساده تر و سطح تمام شده تمیزتر برتر از سایر سیستم ها می باشد.

بررسی های انجام شده نشانگر آن است که این سیستم تا حدود 50 درصد در میزان فولاد مصرفی نسبت به قاب خمشی فولادی به صرفه تر بوده که این نسبت در مورد مهاربندی های هم محور حدود 15 درصد است.

برتری ویژه این نوع دیوارها، قابلیت شکل پذیری بالا میباشد، اما هنوز نگرانی هایی در زمینه کمانش کلی ورق های فولادی که منجر به کاهش مقاومت برشی کلی، سختی و ظرفیت اتلاف انرژی میشود، وجود دارد.

همچنین تغییر شکل غیر الاستیک بزرگ ورق های فولادی منجر به پیچش های بزرگ در اتصالات خمشی و تغییر مکان های بین طبقه ای بزرگ می شود.

بنابراین دیوارهای برشی مرکب ممکن است که معایب دیوارهای برشی بتن مسلح و دیوارهای برشی فولادی را جبران کنند و محاسن این دو نوع دیوار را با هم ترکیب کنند.

دیوارهای برشی مرکب اخیرا در تعدادی از ساختمان های مدرن مانند بیمارستان اصلی در سان فرانسیسکو استفاده شده است، اما این سیستم به اندازه سیستم های دیگر رایج نشده است.

دیوارهای برشی مرکب معمولاً از یک ورق فولادی و نیز پوشش بتنی مسلحی که در یک سو یا هر دو سوی ورق به کمک اتصالات مخصوصی وصل میشود، تشکیل میشوند.

این اتصالات، برشگیرها (در حالت استفاده از پوشش بتنی مسلح درجا) یا پیچها (در حالت استفاده از پوشش بتنی مسلح پیش ساخته) می باشند.

شکل 1 : اجزای دیوار برشی فولادی مرکب

انواع دیوار برشی فولادی مرکب

این دیوارهای مرکب متشکل از ورق فولادی و بتن، می توانند به دو نوع کلی زیر طبقه بندی شوند:

• دیوارهای مرکب متشکل از بتن مسلح و ورق فولادی SPRC
• دیوارهای مرکب متشکل از دو ورق فولادی پیرامونی و بتن بین آنها (در اصلاح بتن ساندویج شده – CFDSP)

از منظری دیگر دیوارهای برشی مرکب نیز خود به دو نوع دیوار برشی مرکب بدون درز (سنتی) و دیوار برشی مرکب با درز (نوین) تقسیم می گردند که در نوع دوم، وجود درز سبب افزایش چشمگیر شکل پذیری و کاهش آسیب دیدگی سازه می شود.

شکل 2 : انواع دیوار برشی فولادی مرکب

مزایای دیوار برشی فولادی مرکب

در مقایسه با یک دیوار برشی بتن مسلح، دیوار برشی فولادی مرکب با مقاومت برشی یکسان و در عین حال سختی برشی بیشتر، حجم کمتری از فضا را اشغال میکند که این خاصیت در معماری سازه و استفاده مفید از فضا بسیار سودمند است.

وزن دیوار برشی مرکب از دیوار برشی بتن مسلح کمتر بوده و این خاصیت برای کاهش وزن در طراحی فونداسیون کمک بسزایی میکند.

دیوارهای برشی مرکب می توانند در محل کارگاه ساخته شوند و یا پیش ساخته باشند و در قسمت مخصوص وصل شوند.

خسارات ناشی از زلزله در دیوارهای برشی بتنی، موجب ترك برداشتن و شکستن و در دیوارهای برشی فولادی سبب گسیختگی فولاد میشود، اما در دیوارهای برشی مرکب (مخصوصا وقتی از دیوار برشی نوین استفاده می شود) در حد جاری شدن ورق بوده و حتی در بتن هم ترکی ایجاد نمی شود.

بتن مسلح موجود در دیوار برشی مرکب به عنوان عایق حرارتی و صوتی و نیز محافظ ورق فولادی در برابر آتش سوزی می باشد.

توصيه های طراحی دیوار برشی فولادی مرکب

1- در صورتی که بتن در یک طرف صفحه فلزی باشد باید ضخامت آن حداقل 8 اینچ و چنانچه بتن در هر دو طرف صفحه فلزی اجرا شود حداقل ضخامت آن باید در هر دو طرف 4 اینچ در نظر گرفته شود.

2- از گل میخهای کلاهک دار و یا از دیگر اتصالات مکانیکی برشی برای جلوگیری از کمانش موضعی ورق استفاده شود.

3- آرماتورهای افقی و عمودی باید در دیوار بتنی کار گذاشته شوند و حداقل نسبت آرماتورها در هر دو جهت نباید از 0.0025 کمتر باشد.

4- در صورت نیاز به ایجاد بازشو در دیوار برشی باید به اندازه کافی اعضای مرزی تعبیه گردد.

5- در محاسبه ظرفیت برشی یک دیوار برشی مرکب ظرفیت برشی بتن را در نظر نمی گیرند و ظرفیت برشی صفحه فلزی محاسبه می شود.

این یک رویه محافظه کارانه می باشد ولی با این حال در محاسبه سختی دیوار برشی مرکب که برای تعریف پریود ارتعاش استفاده می شود توصیه شده که سختی بتن نیز لحاظ گردد.

توصيه های طراحی لرزه اي دیوار برشی فولادی مرکب

در طراحی سیستم های باربر جانبی در مناطق زلزله خیز دو موضوع اساسی باید مد نظر باشد.

ابتدا اینکه سیستم دارای شکل پذیری کافی برای جذب انرژی مناسب در سازه باشد و دیگر اینکه باید دارای مقاومت کافی برای ایجاد سختی در سازه در جهت کنترل تغییر مکان جانبی باشد.

بدین منظور باید سعی شود در سیستم های باربر جانبی که در سازه به کار می بریم مد شکست شکل پذیر قبل از مد شکست ترد به وقوع بپیوندد و ابتدا رفتار غیر ارتجاعی (خمیری) در اعضایی که وظیفه تحمل بارهای جانبی را دارند صورت پذیرد و در صورت نیاز در لحظات پایانی زلزله، در اعضایی که وظیفه تحمل بار های ثقلی را دارند گسترش پیدا کند و به این ترتیب از تخریب پیشرونده اعضای سازهای و غیر سازهای تحت زلزله جلوگیری به عمل می آید.

گردآوری : گروه مهندسی داریان

ویرایش و انتشار : پرتال جامع مهندسی عمران – ucivil.ir