دیوار برشی

در مطالب قبلی شما را با انواع دال بتنی آشنا ساختیم، حال در این مقاله قصد داریم شما را با انواع دیوار برشی آشنا سازیم.

یکی از سیستم های مناسب برای مقابله با نیروهای جانبی سیستم دیوار برشی می باشد.

-دیوار برشی یا shear wall  چیست؟

در مهندسی سازه، دیوار برشی دیواری است که از قطعات مهاری (قطعات برشی) ساخته شده و وظیفه خنثی کردن اثر بارهای جانبی وارد شده بر سازه را بر عهده دارد.

دیوار برشی برای مقابله با بارهای جانبی متداولی همچون بار باد و بار زلزله طراحی می ‌شود.

طبق آیین‌ نامه‌های ساختمانی، تمام دیوارهای خارجی در سازه‌هایی با اسکلت چوبی و فولادی، باید مهاربندی شوند.

برخی از دیوارهای داخلی ساختمان نیز با توجه به اندازه ساختمان، باید به شکل مناسبی مهاربندی گردند.

یک دیوار برشی چوبی معمولی روش رایج برای اجرای دیوارهای مهاربندی شده در سازه‌ هایی با اسکلت چوبی، استفاده از قطعات مهاری ساخته ‌شده از تخته چوبی چند لایه ‌است.

روش مرسوم دیگر عبارت است از به کاربردن مهار چوبی مورب در سرتاسر. استفاه از مهار فلزی T-شکل نیز شیوه جدیدی است.

اما این روش‌ ها مناسب ساختمان ‌هایی با در و پنجره‌ های متعدد نبوده و در نواحی زلزله‌ خیز و مناطقی با باد های شدید استحکام لازم را نخواهد داشت. چنین دیوارهایی می‌توانند «باربر» و یا «غیرباربر» باشند.

دیوارهای برشی نوعی از سیستم‌های سازه‌ای است که مقاومت جانبی ساختمان یا سازه را تامین می‌کند.

بارهای جانبی در یک صفحه و در طول بعد قائم دیوار اعمال می‌شوند.

این نوع از بارها، معمولا به وسیله اعضای دیافراگم یا جمع‌کننده، به دیوار منتقل می‌گردند.

-مصالح مورد استفاده در دیوار برشی

این دیوارها از چوب، بتن و مصالح بنایی ساخته می‌شوند.

تخته چندلایه، جزو مصالحی است که در ساخت دیوار برشی به کار می‌رود؛ اما با پیشرفت فناوری و روش‌ های ساخت‌ وساز، مصالح پیش‌ ساخته دیگری همچون هاردپنل و دیوارهای محکم سیمپسون عرضه شده‌اند که امکان تزریق مواد را به داخل دیوارهای کم‌ پهنا دارند.

استفاده از ورق‌ها و پانل‌های فولادی به جای تخته چندلایه در دیوار برشی، مقاومت بیشتری را در مقابل زلزله فراهم می‌کند.

همچنین دیوار برشی برای مقابله با بارهای جانبی متداولی همچون بار باد و بار زلزله طراحی می شود.

دلیل نام گذاری این دیوارها به دیوار برشی به این خاطر است که قسمت عمده برش ناشی از نیروهای جانبی را جذب و منتقل می کنند.

این دیوار ها را می توان از نظر نسبت ارتفاع به طول و همچنین از لحاظ شکل تقسیم بندی کرد.

از لحاظ نسبت ارتفاع به طول این دیوارها به دیوار برشی کوتاه و بلند تقسیم می شوند.

اگر نسبت ارتفاع به طول دیوار کمتر از ۲ یا ۳ باشد این دیوار، دیوار برشی کوتاه است.

دیوار های برشی کوتاه در برابر خمش بر خلاف برش از مقاومت بیشتری برخوردارند و اگر نسبت ارتفاع به طول دیوار زیاد باشد عملکرد دیوار مانند تیر طره ای عمیق می باشد و در آن خمش از برش از اهمیت به مراتب بیشتری برخوردار است.

از نظر شکل این دیوارها به صورت بالدار و غیر بالدار تقسیم می شوند.

.مقاطع بال دار از پایداری و شکل پذیری پیشتری نسبت به مقاطع بدون بال برخوردار هستند از این جهت توصیه می شود از مقاطع بالدار استفاده شود.

.همچنین دیوارهای برشی هم به صورت دو بعدی ( تیغه ای) یعنی در یک راستا و هم به صورت سه بعدی یعنی در دو راستا اجرا ملی شوند.

-مراحل اجرای دیوار برشی

۱- آرماتوربندی افقی و عمودی

۲- قالب بندی

۳- بتن ریزی

در هنگام اجرای آرماتور بندی ، آرماتورهای عمودی داخل دیوارهای برشی  در محل مشخص شده در پلان، قرار داده می شود.

آرماتور دیوارهای برشی، عموما بصورت یک سر خم و با فواصل مشخص شده در نقشه، در محل خود جای گذاری می شود.

آرماتورهای عمودی که جهت اجرای دیوارهای برشی (و یا دیوارهای حائل) داخل فونداسیون قرار می گیرد، با نام آرماتور ریشه نیز شناخته می شود.

-نکات اجرایی

در هنگام اجرای سیستم دیوار برشی حتما دقت کنید که آرماتور های ریشه در محل نصب صفحه ستون قرار نگیرد.

پس از بستن آرماتور های ریشه در جهت جلوگیری از جا به جایی در هنگام بتن ریزی، چند عدد آرماتور افقی به یکدیگر می بندند.

در مرحله بعد و پس از اتمام بتن ریزی فونداسیون و نصب ستونهای فلزی، آرماتورهای اصلی عمودی به ریشه ها متصل شده و پس از آن مطابق نقشه های اجرایی، آرماتوربندی افقی و بستن سنجاقک های مورد نیاز صورت می گیرد. آرماتورهای افقی و عمودی باید بصورت منظم و با فواصل دقیق به نحوی به وسیله سیم آرماتوربندی به یک دیگر بسته شوند که تا پایان مرحله بتن ریزی از محل خود جابه جا نشده و در عین حال امکان عبور بتن از لابه لای آن ها به آسانی صورت پذیرد.

پس از مرحله ی آرماتور بندی به سراغ قالب بندی و پس از آن به سراغ بتن ریزی میرویم.

پس از زلزله ی مکزیکو سیتی تحقیق جامعی در مورد انواع سازه ها انجام شد که از دل این تحقیق محققی اتریشی به نتایج جالبی در مورد نحوه ی اجرای سیستم های باربر سازه ای ساخته شده با دیوار برشی رسید.

این محقق بیان کرد دیوار های برشی دو مشکل اساسی دارد.

.امکان شکست برشی در دیوار های برشی بسیار زیاد است که در صورت اجرای ناصحیح به وجود می آید.

.در این سیستم امکان پدیده بلند شدگی و یاهمان آپلیفت بسیار رایج است که در صورت عدم تخمین درست مهندس طراح در سازه به وجود می آید.

پس به نکات بالا توجه ویژه کنید.

-انواع دیوارهای برشی

۱-دیوار برشی فولادی:

این دیوارها برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی به کار می روند و با اتصالات خود سبب تقویت تیر و ستون های اطراف می شوند.

۲- دیوار برشی مرکب:

این دیوارها شامل ۱- ورق های تقویت شده ی فولادی مدفون در بتن مسلح و ۲- خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح می باشند.

۳- دیوار برشی مصالح بنایی:

این دیوارها شامل دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای با آجر توخالی و پر شده با دوغاب می باشند.

۴- دیوار برشی بتن مسلح:

این دیوارها خود شامل دو نوع می باشند:

الف- دیوار برشی در جا : در دیوار برشی در جا به منظور حفظ یکنواختی و پیوستگی، میلگرد های دیوار به قاب محیطی قلاب می شوند.

ب- دیوار برشی پیش ساخته : در دیوار های برشی پیش ساخته، یکنواختی و پیوستگی از طریق اتصال پانل ها به قاب توسط میخ فولادی صورت می گیرد.

.همچنین سیستم های اصلی دیوار برشی را می توان به سیستم های باز و بسته تقسیم کرد، سیستم های باز از عناصر خطی انفرادی تشکیل می شوند و یا ترکیبی از چنین عناصری می باشند که یک فضای هندسی را بطور کامل محصور نمی کنند.

در مقابل آن سیستم های بسته یک فضای هندسی را احاطه می کنند و شکل های متداول آن عبارتند از هسته های مربع، مثلث، مستطیل، و دایره ای.

-موقعیت دیوار برشی در پلان

قبل از توضیح ابتدا به نکات مهم در مورد سیستم دیوار برشی در پلان باید اشاره کنیم.

.به دلیل سختی بسیار بالای این سیستم باربر سازه ای، اگر جایگیری مناسبی برای آن ها لحاظ نکنیم ، سازه و پروژه را دچار نامنظمی پیچشی میشود.

به همین دلیل توصیه می شود تا حد امکان جانمایی دیوار ها به صورت متقارن باشد. در یک جمله کامل تر می توان گفت که تا حد امکان بین مرکز جرم و مرکز سختی فاصله نیفتد.

.به فاصله بین دو دیور برشی یازوی مقاوم میگویند.

بازوی مقاوم هر چه کمه کمتر باشد باعث می شود که دیوارها لنگر مقاوم کمتری را داشته باشند.رای حل این مشکل فاصله دیوارها را افزایش می دهیم تا طول بازوی مقاوم آنها افزایش پیدا کند.

.بهتر است از فضای اطراف راه پله و چاله آسانسور برای جانمایی دیوار برشی استفاده نکنیم؛ تاحد امکان دیوارهای برشی متصل به دیافراگم کف اجرا شوند.

.موقعیت دیوارهای برشی در پلان همانند بادبند ها  باید به گونه ای باشد که تا حد امکان مرکز جرم  طبقات پر مرکز سفتی آن ها نزدیک باشد.

.علاوه بر این موضوع دیوارهای برشی نباید به صورت همگرا باشند زیرا در این صورت در مقابل حرکات پیچشی زمین مقاومت خوبی نخواهد داشت.

-اجرای ستون فولادی در مجاورت دیوار برشی

.ستون فولادی برشی به دو صورت اجرا می شود.

-اجرای ستون به صورت غیر مدفون در دیوار برشی

.یک نوع این روش استون فولادی در کنار دیوار برشی اجرا می شود و برای انتقال مناسب پرش بین دیوار و ستون  فولادی از برشگیر که روی ستون اجرا می شود استفاده  می شود.

اجرای دیوار برشی به شکل ذکر شده در فوق از لحاظ اجرایی ساده می باشد ولی معایبی به شرح زیر نیز دارد:

.مقطع ستون فولادی و ابعاد کف ستون ها و تعداد بوتها افزایش می یابد و غیر اقتصادی می شود.

.این نوع شیوه اجرا را نمی توان در نرم افزار طراحی کرد. در نوع دیگر این روش که بادبند و دیوار برشی در پروژه های مقاوم سازی اجرا می شود ما بین ستون و دیوار از مواد تراکم پذیر جهت عدم تداخل عملکرد دیوار برشی و ستون استفاده می شود.

.در این روش مقطع ستون به طور غیر اقتصادی افزایش نمی یابد.

.از محدودیتهای این روش این است که نمی توان دیوارهای برشی سه بعدی را مطابق این روش اجرا کرد و این روش منحصر دیوارهای برشی دو بعدی می باشد .

-اجرای ستون به صورت مدفون در دیوار برشی

.در این روش ستون فولادی داخل بتن دیوار برشی قرار می گیرد، به دلیل اینکه ابعاد ستون فولادی مدفون در بتن کوچک می باشد ، ابعاد آن باید به گونه ای اختیار شود که امکان اجرای اتصال مناسب تیرهای متصل به ستون فراهم گردد .

برای انتقال مناسب برش میان دیوار و ستون فولادی باید از برشگیرهایی که متصل به ستون است استفاده شود.

.بادبند و دیوار برشی در مواقعی که احتمال جدایی دیوار از ستون فولادی تحت اثر بارهای لرزه ای شدید وجود دارد در دیوارهای با شکل پذیری متوسط و زیاد فولاد عرضی اجزاء مرزی باید به اندازه دو برابر بعد جزء مرزی در راستای دیوار در داخل دیوار ادامه یابد .

-مسائل مربوط به تیر فولادی مدفون در بتن

.تا حد امکان از وجود تیر در داخل دیوار برشی بدلیل ضخامت کم دیوار که موجب قطع بتن ریزی می شود باید خودداری کرد.

.در صورت استفاده از تیر در داخل دیوار برشی باید از مقطع کوچک که در بالا و پایین برشگیر به آن متصل شده استفاده کرد. بهتر است جهت تیرچه ها موازی دیوار برشی باشند در غیر این صورت از لحاظ اجرایی بهتر است که تیر داخل دیوار اجرا شود و تیرچه ها به تیر مدفون متصل شوند.

.در صورت اتصال شمشیری به دیوار برشی باید در روی دیوار برشی صفحات فولادی که با آرماتور به دیوار متصل می شود نصب شوند.

-آرماتورهای دیوار برشی

در دیوار برشی چند نوع آرماتور وجود دارند:

۱- سفره فولادهای قائم و افقی که به طور یکنواخت در تمام سطح مقطع قرار می گیرند و مقدار حداقل آن بر اساس آئین نامه صرف نظر از تلاش برش وارد بر آن برابر ۰۰۲۵/۰ برابر سطح مقطع دیوار در هر دو جهت می باشد.

شبکه ی آرماتور های افقی و قائم در دو ردیف قرار می گیرند ولی در مواردی که ضخامت دیوار کم است از این شبکه در یک ردیف استفاده می شود بهتر است سفره میلگرد های افقی دیوار در بیرون (نزدیک به قالب) و سفره میلگردهای قائم در داخل حجم دیوار قرار بگیرند.

۲- آرماتورهای خمشی که بهتر است تا حد امکان به صورت متمرکز در دو انتهای دیوار قرار بگیرند. در اغلب موارد آرماتورهای خمشی به صورت متمرکز در دو انتهای کار گذاشته نشده و به دلیل مشکلات اجرایی به طور یکنواخت در طول دیوار کار گذاشته می شود که در این صورت آرمانور های قائم آرماتورهای خمشی دیوار برشی هستند.

-بادبند و دیوار برشی :

در بعضی موارد به دلیل مسائل معماری اقدام به ایجاد بازشو (دیوار یا پنجره ) در داخل دیوار برشی می کنیم در صورتی که ابعاد باز شو کوچک باشد معمولا اثر قابل توجهی بر دیوار نمی گذارد اما اگر ابعاد بازشو بزرگ اختیار شود اثر قابل توجهی روی دیوار می گذارد.

دو قسمت دیوار برشی اطراف بازشو توسط تیر همبند به هم متصل می شوند این تیر باعث عملکرد یکپارچه دیوار می شود.

در دو حالت اشاره شده در فوق (بازشو با ابعاد کچک و بزرگ) باید اطراف بازشو با آرماتور گذاری تقویت شود.

در حالتی که باز شو کوچک می باشد معمولا اتا ۱.۵ برابر فولاد عرضی قطع شده در محل بازشو در طرفین و بالا و پایین بازشو میلگرد قرار داده می شود و در گوشه های بازشو به منظور جلوگیری از بروز ترکهایی که معمولا از گوشه ها شروع حداقل دو میلگرد مورب با قطر ۱۶ میلیمتر قرار داده می شود.

در حالت دوم (بازشو با ابعاد بزرگ) در هر سمت باشو یک دسته از میلگردهای متمرکز قرار می دهد و نیازی به پیش بینی آرماتور دیگری در لبه های قائم بازشو نیست ولی در بالا و پایین بازشوها باید میلگرد کافی برای تامین عملکرد مطلوب قطعاتی که قسمت های مختلف دیوار را به هم مرتبط می کند (تیر همبند) قرار داده شود.

همچنین به جای قرار دادن آرماتورهای مورب در گوشه ارجح آن است که دو دسته آرماتور قطری که با  تنگ به هم بسته شده و به صورت ضربدری می باشد و عملکرد آن مانند بادبند ضربدری است در قطعات واسط (تیر همبند) پیش بینی شود.

این آرماتور ها باید به اندازه ۵/۱ برابر طول مهاری از گوشه های باز شو ادامه یابد.

-انواع شکست ها در دیوارهای برشی

۱.شکست ناشی از شکست خود دیوارهای برشی در تخریب ها و صدمه های ایجاد شده در دیوارهای برشی طی زمین لرزه های گذشته.

مشخص شده که غالبا چهار نوع ضعف موجب چنین تخریب هایی می شوند.

باید در طراحی، آنها را شناسایی و تدابیر لازم جهت جلوگیری از آن اتخاذ نمود. این تخریب ها عبارت اند از:

الف-تخریب چرخشی پایه شالوده

ب-تخریب برشی

ج-تخریب لغزندگی

د-تخریب خمشی

۲. شکست ناشی از شکست تیرهای کوپله در واقع مهمترین ضعف در دیوارهای برشی دارای بازشو می باشد.

این تیرها دارای طول کوتاه و عمقی زیاد هستند و اگر ضخامت آنها کم باشد تبدیل به تیر عمیق می شوند که رفتار مطلوبی ندارند.

۳- شکست کششی قطری

۴- شکست قطری فشاری و کششی

-محاسبات حدودی دیوار برشی

محاسبه ضخامت مورد نیاز : ماکزیمم ۳ مقدار زیر

الف) ارتفاع دیوار (بر حسب میلیمتر) تقسیم بر ۲۵

ب) عرض دیوار  (بر حسب میلیمتر) تقسیم بر ۲۵

ج) ۱۵۰ میلیمتر

*حداقل درصد آرماتورهای افقی برای دیوار برشی در دو لایه :۰.۰۰۲۵

*حداکثر درصد میلگرد قایم در دیواربرشی: ۰.۰۴

-مزایای دیوار برشی

۱- دیوارهای برشی قادرند حتی پس از پذیرش ترک های زیاد، بارهای ثقلی که برای آنها هم طراحی شده اند تحمل کنند.

این پدیده را به طور کامل نمی توان از ستون ها انتظار داشت.

۲- اثر قابل توجه در آرامش خیال و امنیت روانی ساکنین ساختمان های بلند مرتبه در هنگام وقوع زلزله

۳- افزایش چشمگیر سختی ساختمان به نحوی که بر اثرات ثانویه نقش موثری دارد.

این مزیت خود به خود موجب افزایش درجه ایمنی در مقابل شکست یا ریزش ساختمان می شود.

۴- کاهش قابل ملاحظه خسارت به عناصر غیر سازه ای که در اکثر موارد هزینه آنها کمتر از هزینه اعضای سازه ای نیست.

۵- شکل پذیری بالا

-معایب دیوار برشی

1. امکان شکست برشی در صورت عدم طراحی مناسب
2.  افزایش آرماتور های تقویت در فونداسیون
3.  ایجاد نیروی بالارانش در صورت عدم تخمین صحیح تعداد دیوارها و قرارگیری نامناسب آن ها