برای معرفی مصالح دیوار برشی میبایست دقت شود که یک مصالح جدید با میلگردهای فولادی طولی و عرضی AIIتعریف شود. دیوار برشی متشکل از مجموعه ای از پوسته دیوار و ستون Pier به عنوان المان لبه ای میباشد که این ستون ها عملا رفتار ستونی نداشته و در واقع به عنوان بخشی از دیوار عمل میکنند.
مطابق آیین نامه اگر تنش فشاری دیوار تحت اثر بارهای نهایی بیشتر از 0.2 fc شود باید المان لبه ای تامین شود.جزء لبه ای ناحیه ای است که باید در آن خاموت گذاری ویژه انجام شود.این ناحیه می تواند در دیوار های با ضخامت ثابت نیز وجود داشته باشد و نیاز به بزرگ کردن لبه های دیوار به شکل ستون نباشد.المان های ستون مانند کناری برای جایگذاری راحت تر میلگردها و تقویت دیوار بکار میروند. در المان لبه ای باید ضوابط ویژه خاموت گذاری را همانند ستون ها رعایت نمود.
مطابق آیین نامه نباید ضخامت دیوار از 15 سانت و عرض المان مرزی از 30 سانت کمتر باشد.
برای اینکه Etabs این ستون ها و المان های پوسته ای را بصورت مجموعه ای واحد در نظر بگیرد میبایست به هر دویک نام اختصاص داده شود:
نامگذاری ستون های کناری Assign>Frame>Pier Label…
نامگذاری پوسته Assign>Shell Area>Pier Label…
-معمولا میلگردهای خمشی و محوری دیوار در این المان های مرزی متمرکز شده و در طول دیوار از میلگرد حداقل استفاده خواهد شد.عملکرد اصلی جان دیوار(پوسته)تحمل برش است.
- مقطع دیوار برشی معمولا از نوع صرفا غشاییMembrane(با رفتار درون صفحه ی)معرفی میشود.(توضیحات تخصصی در بحث تفاوت Shell , Membrane آورده شده است)دیوار برشی تنها بارهای درون صفحه خود را تحمل نموده و لنگر خارج از صفحه را تحمل نمی نماید. به عبارت دیگر دیوار در راستای طول خود عملکرد دارد و در راستای ضخامت عملکردی ندارد. با فرض این رفتار،هیچ لنگری در امتداد خارج از صفحه ای دیوار ایجاد نمی شود، مشابه اینکه در راستای طولی دیوار مفصل شده باشد.
- در تعریف المان دیوار برشی در ناحیه membrane و Bending دو ضخامت نشاندهنده مشخصات غشایی(کششی و فشاری) و مشخصات خمشی میباشد که هردو از روی یک ضخامت بدست می آیند.برای ورق های موجدار یا صفحات تقویت شده ممکن است ایندو ضخامت متفاوت باشند.
-درصورت عدم تقسیم بندی دیوار برشی،ارتباط دیوار با پی تنها در دو نقطه انتهایی برقرار می شود که منجر به انتقال کوپل نیروی بزرگ به پی میشود که منجر به خطا میشود.برای ارتباط گسترده دیوار با پی و بالا بردن دقت محاسبات باید دیوار ها در راستای طولی آنها تقسیم بندی شوند.برای این منظور از منوی Edit>Mesh Areas تعداد تقسیم بندی را به نحوی در راستای طولی و عرضی انجام دهید تا طول تقسیمات طولی انجام شده حداکثر 0.5 متر شود.هرچه شبکه بندی ریز تر باشد دقت محاسبات بالاتر خواهد رفت.برای دیوار های برشی که مقطع آنها ازنوع غشایی Membrane باشد تقسیم بندی در راستای طولی کافیست اما برای دیوار های برشی با مقطع پوسته ایShell باید تقسیم بندی در راستای قائم نیز صورت گیرد.
- چون Etabs در صورت عدموجود تیر توزیع بار را به درستی انجام نمیدهد ،ضروریست تیرهای درون دیواربرشی برای انتقال بار سقف به دیوار برشی مدل شوند (البته در اجرا چنینتیری اجرا نمی گردد و صرفا در مدل آورده میشود
اندازه این تیرها برای سادگی مشابه تیرهای هم امتداد آنها فرضمیگردد.دقت شود با توجه به شبکه بندی دیوار برشی در راستای طولی و تقسیمشدن تیر در این موقعیت ها عملا تیر در دیوار مدفون شده و سختی قابل توجهای ایجاد نمیکند.
تیر های مدفون شده ونیز ستون های المان مرزی دیوار برشی جزء دیوار هستند و طراحی آنها برمبنای ضوابط ستون های بتنی لازم نیست.بنابراین در طراحی اسکلت بتنی بهمیزان آرماتورها ونسبت تنش آنها توجهی نکنید.
در محاسبات با منوی Assign>Frame >Frame Property Modifiers ضریب Mass . Weight را برای این تیر های 0 و ضریب کاهش لنگر لختی حول محور 3 را 0.35وارد کنید.
ضرایب ترک خوردگی در دیوار برشی:
همانطور که در 2800 و مبحث 9 آمده ترک خوردگی لنگر لختی برای دیوار ترک خورده همانند تیر ها 0.35 . برای دیوار ترک نخورده همانند ستون ها 0.7 منظور میگردد.معیار ترک خوردگی دیوار رسیدن به تنش کششی 0.2 fc میباشد.
بطور خلاصه هر اندازه رفتار دیوار به تیر نزدیک باشد(که این اندازه برای دیوار های با ارتفاع زیاد که رفتاری خمشی دارند اتفاق می افتد)ترک خوردگی دیوار حتمی بوده و هماند تیر ها باید0.35 برای آن منظور شود اما چنانچه دیوار ها همالنند ستون ها دارای رفتار غالبا فشاری باشد(دیوارهای کم ارتفاع همانند دیوار حائل)ضریب ترک خوردگی لنگر لختی آن 0.7 منظور میگردد.
ترک خوردگی دیوار باید به ستون های اطراف آن و المان های پوسته ای اعمال شود زیرا لنگر لختی دیوار حاصل جمع لنگر لختی ستون های انتهایی و المان های پوسته ای است.از آنجا که سختی دیوار در راستای طولی f22 میباشد و این سختی در راستای دیوار تامین کننده سختی خمشی آن(مساحت و لنگر لختی دیوار) است بنابراین در دیوار ها ضریب ترک خوردگی باید به سختی غشایی f22 و در ستون های کناری به مساحت(Cross Section Area) و لنگر لختی Moment of interia 2 , 3 axis اعمال نمود.
لازم به ذکر است علت اعمال ضریب ترک خوردگی حول محور 3 این است که در راستای3 ستون ، قاب خمشی وجود دارد و همانند قاب خمشی میبایست ضریب ترک خوردگی آن همواره حول محور 3 =0.7 منظور گردد.
بنابراین بصورت خلاصه میبایست تنظیمات زیر برای ستون و پوسته دیوار برشی منظور گردد:
اعمال ضرایب ترک خوردگی ستون کناری Assign>Frame>Frame Property…
اعمال ضرایب ترک خوردگی پوسته Assign>Shell Area>Shell Stiffness Modifiers…
-در جهتی که قاب خمشی همراه با دیوار برشی قرار گرفته به دلیل سختی قابل توجه دیوار برشی تمامی بار زلزله در آن جهت به دیوار برشی وارد می آید و این مطلب را از خروجی آرماتور برشی برای دیوار ها پس از طراحی میتوان ملاحظه نمود که برای ستون در سمت قاب دارای دیوار برشی عدد صفر منظور میگردد.
سه روس برای طراحی دیوار برشی وجود دارد:
1-روشSimplified T , C روش تبدیل لنگر و نیروی محوری دیوار به دو ستون که به روش المان مرزی معروف است و بصورت دستی نیز قابل انجام است.در این روش میبایست حداکثر درصد فولادی کششی و فشاری المان های مرزی برای طراحی اجزای لبه ای برابر 0.03 همانند ستون های معمولی تعریف گردند.این روش با توجه به عدم در نظر گرفتن میانه دیوار برای تحمل لنگر وارده در طبقات در جهت اطمینان است.(جان تنها برش را تحمل مینماید)
2- روش Uniform Reinforcing که روش میلگرد گذاری سکنواخت است و دورتادو دیوار از یک میلگرد یکنواخت استفاده میشود و بیشتر برای دیوارهای مستطیلی که در دو لبه خود دارای ستون نیستند مناسب است.
3- General Reinforcing که در این روش با استفاده از Section Designer مقطع دیوار ساخته شده و به دیوار ها اختصاص داده میشود و سس طراحی یا کنترل برای هر نوع دیواری انجام میپذیرد.
حداکثر و حداقل درصد میلگرد قائم دیوار مطابق آیین نامه آبا به ترتیب 0.04 (با رعایت محل وصله=0.02 ) و 0.0025 میباشد.
کنترل المان مرزی:
طبق آیین نامه میتوان اجزای لبه ای را در محل هایی که تنش فشاری دیوار کمتر از 0.15 fc می شودقطع کرد.چنانچه این ضابطه رعایت نگردد میتوان ضخامت پوسته دیوار را افزایش داد.
برای مدل کردن اثر دیوار برشی در پی میتوانید از تیر عمیق که عمق آن برابر ارتفاع دیوار و عرض آن هم ضخامت دیوار است استفاده کنید.لازم به ذکر است درصورت شبکه بندی دیوار برشی در Etabs با انتقال نتایج به Safe برنامه یکسری تیر عمیق به ارتفاع دیوار و عرض آن در محل دیوار برشی ایجاد و نیروهای دیوار را در محل گره های محل شبکه بندی دیوار منتقل میکند
ستونهای مجاور مهاربند ، در اثر اعمال بار جانبی ، یکی به فشار و دیگری به کشش می افتد. در صورتیکه سهمیه بار ثقلی نتواند نیروی کششی را در ستون خنثی کند ، ستون به کشش می افتد که عمدتاً بیشترین مقدار آن روی فونداسیون است . در این حالت ستون در برابر این کشش مقاومت بهتری نسبت به فشار دارد(به دلیل حذف پدیده کمانش در کشش) و می توان میل مهارهای کافی نیز برای کنترل این کشش طراحی نمود (تعداد میل مهارها در این حالت افزایش می یابد). لیکن فونداسیون به دلیل نداشتن اتصال با خاک از روی زمین بلند می شود که می تواند منجر به ناپایداری سازه گردد که استفاده از شمع راهکاری موثر جهت کنترل می باشد. سنگین کردن فونداسیون ، استفاده از فونداسیون نواری و گسترده بطور محدود می تواند کشش را کنترل کنند. کم بودن تعداد مهاربند در پلان و استقرار آن در گوشه های ساختمان و اطراف پاسیو ( که سهم بار ثقلی کمی دارد) می تواند منجر به Uplift گردد. بنابراین کنترل ترکیبات مربوط به Uplift ضروری است.
برای کاهش Uplift مهاربندها را در دهانه های بزرگ قرار دهیم و تعداد مهار بند را در پلان افزایش دهیم یا ضخامت پی را افزایش یا از پی های نواری و گسترده استفاده کنیم.
در انجام پروژه های فولادی اجرایی,پروژه های دانشجویی فولاد کلیه این موارد در نظر گرفته شده است و سایر کنترل های مربوط به سازه های فولادی انجام می پذیرد که در مطالب بعدی برای بازدید کنندگان ارجمند بازگو خواهد شد.
کنترل عرض ترک:
در طراحی به دو علت لازم است که عرض ترک در حداقل نگه داشته شود, ظاهر و پایایی. ترکهای قابل رویت باعث عدم اطمینان از سازه و نفوذ رطوبت و مواد خورنده از طریق ترک و در نتیجه زنگ زدن میلگردها در داخل بتن می شوند که با افزایش حجم همراه است. افزایش حجم میلگرد باعث پوسته شدن بتن پوششی و زنگ زدن میلگرد باعث کاهش سطح مقطع آن می گردد. برای تیرهایی که در نما دیده نمی شوند(بتن در تماس با هوای داخل ساختمان), حداکثر عرض ترک نباید از 0.4 میلیمتر تجاوز کند و برای تیرهایی که در نما دیده می شوند(بتن در تماس با هوای خارج), حداکثر عرض ترک به 0.35 میلیمتر محدود می شود.
محدود کردن fy محاسباتی به 500 نیوتن بر میلیمترمربع و استفاده از میلگرد آجدار از عوامل محدودکنندة دیگر برای کنترل عرض ترک می باشد. همچنین استفاده از میلگرد به قطر کم و تعداد زیاد, به جای قطر بزرگ و تعداد کم, تاثیر مثبت در کاهش عرض ترک دارد
کنترل خیز:
برای اینکه یک سازه مقصودی را که از آن انتظار می رود برآورده سازد, باید:
1- ایمن.
2- خدمت پذیر.
باشد. سازه ای را ایمن می گویند که بتواند بارهای وارد بر آن را با حاشیة اطمینان کافی بدون ایجاد خرابی در هیچ یک از نقاطش, حمل نماید. خدمت پذیری سازه بدین معناست که تغییرشکل و سایر عوامل(از قبیل عرض حداکثر ترک و غیره) تحت بارهای خدمت از مقدار مجاز تجاوز نکند. تغییرشکل زیاد عوامل نامطلوب زیر را باعث می شود:
1- آسیب رساندن به نازک کاریها, در و پنجره و تزئینات داخلی ساختمان.
2- لرزش زیاد که باعث پریشانی خاطر استفاده کنندگان می گردد.
3- ارتعاش تحت تاثیر حرکات و دورانهای ماشین آلات که نتیجة آن هم از دقت و تنطیم خارج شدن ماشین آلات و هم بلااستفاده ماندن ساختمان است.
بنابراین لازم است که تغییرشکلهای ناشی از بارهای خارجی و سایر عوامل در سازة بتن مسلح با دقت کافی قابل محاسبه و پیش بینی باشد.
تغییرشکل موردنظر در یک سازه آن تغییرشکلهایی هستند که تحت بارهای خدمت بوجود می آیند. در حالت خدمت, سازه تمام بار مرده(شامل وزن خود سازه) و قسمت یا تمام بار زندة محاسباتی را بطور دائم تحمل می نماید. قسمتی از بار زنده بطور غیردائمی و بطور لحظه ای بر سازه وارد می گردد. ضرایب ایمنی بکار رفته در هنگام طراحی, باعث می شود که تنشfs فولاد و fc بتن تحت بار خدمت(بدون ضریب) در محدودة الاستیک خطی قرار داشته باشد. به همین علت تغییرشکلهایی که بلافاصله بعد از وارد آمدن بار در سازه به وجود می آیند و تغییرشکلهای آنی نامیده می شوند با استفاده از روشهای موجود بر مبنای رفتار الاستیک سازه قابل محاسبه می باشند.
علاوه بر تغییرشکلهای آنی به واسطة بعضی خواص بتن نظیر خزش و افت, تغییرشکلهای دیگری به علت تاثیر درازمدت بار در سازة بتن مسلح ایجاد می شود. با گذشت زمان از شدت افزایش تغییرشکل کاسته می شود تا آنکه پس از گذشت چند سال, تغییرشکل به مقدار ثابتی می رسد که به تغییرشکل درازمدت معروف است و گاهی تا چند برابر تغییرشکل آنی می رسد.
چون تیرهای این ساختمان دیوارهای غیرسازه ای و پارتیشنها را نگهداری می کنند, بطوریکه افتادگی زیاد باعث ایجاد خساراتی در این اعضا می شود, بنابراین محاسبة دقیق افتادگی در تیرهای این سازه الزامی است.
به عنوان یک دستورالعمل ساده تر, آیین نامة بتن ایران در تیرهای سراسری منشوری(ممان اینرسی ثابت) اجازه می دهد که محاسبات تغییرشکل بر اساس ممان اینرسی مقطع وسط دهانه انجام شود.
تیرهای این ساختمان متصل به اعضای غیرسازه ای می باشند که در افتادگی زیاد احتمالاً آسیب نمی بینند, بنابراین در این تیرها تفاضل افتادگی اولیة ایجاد شده و خیز بعدی نباید از یک دویست و چهلم طول دهانه تجاوز نماید
در تیرها فرض می شود که 20% بار زنده بطور دائم بر تیر اثر دارد و 80% آن بطور لحظه ای وارد می شود.
افتادگی حداکثر تیرها تحت اثر بارهای دائمی و آنی محاسبه شده و آن قسمت از افتادگی که باعث آسیب رسیدن به جداسازها می شود نیز محاسبه و با مقدار مجاز آن مقایسه و کنترل شده است, همانطور که ملاحظه می شود تمامی این خیزها در حد قابل قبول و مجاز می باشند.