دیوار حائل چیست؟|آموزش بارگذاری و مدل سازی در نرم افزار ایتبس

با افزایش روز افزون تمایل به شهرنشینی در سال‌های اخیر و به تبع اون رشد جمعیت شهرها، میزان تراکم ساختمان‌ها بالارفته و در نتیجه تامین فضاهایی مانند پارکینگ و انباری در آپارتمان‌ها به یکی از معضلات اصلی برای سازندگان، معماران و مهندسان طراح سازه تبدیل شده بود. همان‌طور که می‌دونیم یکی از راهکارهای اساسی برای حل این مشکل استفاده از طبقات منفی به عنوان پارکینگ و انباری می‌باشد. اما در گذشته این راه حل با یک چالش جدی روبرو بود و اون هم عدم داشتن مقاومت کافی ِدیوارهای آجری (با ضخامت متعارف) در مقابل فشارجانبی خاک در طبقات منفی است. با توجه به پیشرفت تکنولوژی ساخت و ساز امروزه شاهد این هستیم که انواع روش‌های گوناگون برای پایدارسازی گود و مقابله با فشارخاک در طبقات منفی وجود دارد. یکی از روش‌های پرکاربرد در این زمینه استفاده از دیوارهای حائل بتنی است که در این مقاله مرجع به آن پرداخته‌ایم.

سرفصل‌های مقاله

1. معرفی دیوارحائل
2. انواع دیوارهای حائل
3. تفاوت عملکرد دیوار حائل و دیوار برشی
4. بارهای وارد بر دیوار حائل
5. مدل ‌سازی دیوار حائل بتنی در نرم افزار ETABS

دیوار حائل چیست و چه کاربردی دارد؟

دیوار حائل به طور کلی به دیواری اطلاق میشه که توانایی تحمل فشار خاکِ پشتِ خودش رو داشته باشه و بتونه مانع از حرکت خاک، به سمت داخل بشه. لذا یکی از بخش‌های اصلی و مهم در اجرای ساختمان بحث پایدارسازی خاک اطراف محل پروژه می‌باشد. این موضوع به شیوه‌های مختلفی میتونه انجام بشه که یکی از پرکاربردترین اون‌ها استفاده از دیوارهای حائل در ترازهای منفی هست. بنابراین میشه گفت مهم‌ترین وظیفه دیوارحائل تحمل فشار جانبیِ خاکِ اطراف محل ساختمان هست تا با این کار جلوی حرکت خاک گرفته بشه و بتونیم خاک رو سرجای خودش پایدار کنیم. اصطلاحاً به این کار پایدارسازی گود هم میگن که میتونه با انواع روش‌های مختلف انجام بشه که یکی از اون‌ها استفاده از دیوارهای حائل بتنی در طبقات منفی است.

شکل 1 استفاده از دیوارحائل بتنی جهت جلوگیری از ریزش خاک به سمت خیابان

دیوار حائل و سایر روش‌های پایدار سازی گود در مبحث هفتم

مبحث هفتم ویرایش 1400 که یک مبنع مهم و کاربردی در خصوص طراحی پی‌ها و انواع روش‌های گودبرداری به حساب میاد، در فصل پنجم به بررسی انواع سازه‌های نگهبان پرداخته است.

دربند 7-5-2 انواع سازه‌های نگهبان جهت نگهداری خاک و پایدارسازی گود به صورت زیر پیشنهاد شده است:

شکل 2 انواع روش‌های نگهداری خاک در مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان

این روش‌ها از نظر عملکرد و نحوه اجرا با هم متفاوت هستند اما همه شون یک وظیفه اصلی دارن و اون حفظ خاک موجود و جلوگیری از حرکت اون هست.

با توجه به موضوع این مقاله در خصوص 4 روش اول در این‌جا فقط به ذکر نام‌شون بسنده می‌کنیم و در ادامه به تشریح مطالب مربوط به دیوارهای زیرزمین یا همون دیوارهای حائل می‌پردازیم.

تعیین فشار خاک در پشت دیوار در دیوارهای زیرزمین (دیوارحائل)

در مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان و در بند7-5-5-2-5-5 و 7-5-5-2-5-6 ذکر شده؛

• دیوارهای زیرزمین که انتهای آنها به سقف متصل هستند در شرایط بارگذاری استاتیکی باید از فشار خاک در حالت سکون استفاده شود.
• در دیوارهای زیرزمین که انتهای آنها به سقف متصل هستند در شرایط بارگذاری لرزه‌ای باید از جدول 7-5-2 استفاده شود. سختی یا نرمی خاک، با توجه به خصوصیات خاک، ارتفاع دیوار و ارتفاع ساختمان بر اساس قضاوت مهندسی انتخاب گردد.

شکل 3 الزامات دیوارهای زیرزمین مطابق مبحث هفتم

دیوارهای مستقل

این دیوارها  هیچ گونه اتصالی با سازه اصلی نداشته و صرفاً جهت تحمل فشار خاک و جلوگیری از حرکت خاک به سمت داخل پروژه احداث میشه.

بنابراین این دیوارها رو میشه به صورت یک المان طره‌ای شکل تحت یک بارگسترده جانبی فرض کرد که قبل از شروع اجرای ساختمان (اجرای فونداسیون و غیره) بایستی اجرا بشه.

بنابراین زمانی که این دیوارها برای تحمل فشارخاک احداث میشه، می‌تونیم برای اجرای دیوارهای زیرزمین نیز مانند سایر طبقات از دیوارهای بلوکی مانند سفال، لیکا، هبلکس و … استفاده کنیم.

دیوارهای متصل

این دیوارها برخلاف دیوارهای مستقل، دارای اتصال و پیوستگی با اجزای اصلی سازه بوده و به صورت یکپارچه با اون‌ها اجرا میشن.

تفاوت دیواربرشی با دیوارحائل

همان طور که می‌دونیم دیوارهای حائل و دیوارهای برشی از نظر ظاهری شباهت زیادی با هم دارند، هردو از جنس بتن هستند و همچنین شبکه‌ای از آرماتور نیز در هر دوی اون‌ها استفاده میشه.

پیشنهاد آموزشی: کتاب هنر بتن ریزی+فایل صوتی

اما این دو دیوار از نظر عملکردی تفاوت‌هایی رو با هم دارن.

• دیوارهای حائل برای تحمل فشار جانبی خاک استفاده میشه، درصورتی که دیوارهای برشی برای جذب نیروی زلزله طراحی میشن.
• باتوجه به وظیفه اصلی دیوارهای حائل (تحمل فشارخاک) نیروهای وارده به این دیوارها به صورت عمود بر صفحه دیوار وارد میشه؛ این در حالی است که فرض ما در طراحی دیوارهای برشی اینه که نیروی جانبی زلزله در راستای صفحه دیوار (موازی با صفحه دیوار) بهش وارد میشه.

عملکرد دیواربرشی و دیوارحائل

درمجموع با توجه به راستای نیروهای وارده به هر دو دیوار میشه اینطور نتیجه گرفت که:

دیوارهای برشی دارای عملکرد درون صفحه‌ای (Membrane) بوده و دیوارهای حائل عملکرد برون صفحه‌ای (Bending) دارند.

البته لازمه به این نکته هم توجه کنید که در واقعیت هیچگاه نمی‌توان به صورت صفر و صدی به قضایا نگاه کرد و تعریف یک عملکرد مشخص برای این دو دیوار به جهت این است که عملکرد هرکدام از این دیوارها در یک راستای مشخص نسبت به اون یکی راستا بسیار قوی‌تر هست.

اجرای دیوارحائل در ساختمان‌ها

ضرورت اجرا

با توجه به رشد جمعیت و افزایش تراکم در ساخت و سازهای شهری و همچنین محدودیت‌های شهرداری در خصوص افزایش ارتفاع ساختمان‌ها لازمه که فکری برای تامین پارکینگ واحد‌های مسکونی در آپارتمان‌ها بشه. بنابراین احداث طبقات زیرزمین با کاربری پارکینگ یکی از اصلی‌ترین روش‌ها برای حل این مشکل هست.

همونطور که گفتیم برای اجرای طبقات نیز در زیرزمین با مشکل فشار جانبی خاک روبرو هستیم و یکی از روش‌های مرسوم و پرکاربرد برای حل این مشکل از گذشته تا کنون اجرای دیوارحائل بوده و هست.

نحوه اجرا

در زمان‌های گذشته از دیوارهای بنایی آجری به ضخامت‌های 30 تا 40 سانتی‌متری برای تحمل فشارجانبی خاک اطراف در زیرزمین استفاده می‌شد ولی مشکل کار اینجا بود که این دیوارها تحمل فشار جانبی خاک در یک یا حداکثر دو طبقه زیرزمین رو داشتند و برای تعداد طبقات بیشتر نمی‌تونستن پاسخگو باشن.

اما استفاده از دیوارهای حائل بتنی در سال‌های اخیر، این مشکل رو برطرف کرده به نحوی که میشه گفت با توجه به مقاومت بالای دیوارهای حائل بتنی (دیوارهای بتنیِ مسلح شده با شبکه‌های آرماتور) محدودیت تعداد طبقات زیرزمین تا حد زیادی برطرف شده است.

به هر حال به عنوان یک توصیه اجرایی مهم که مورد تأکید دستورالعمل سازمان نظام مهندسی نیز هست برای ساختمان‌های دارای بیش از یک طبقه زیرزمین و یا بیش از 3 متر گودبرداری از تراز صفرزمین، دیوارهای حائل بتنی بایستی طراحی و اجرا بشه؛ چرا که فشار خاک تا ارتفاع 3 متری زیرزمین را می‌توان با اجرای دیوارهای بنایی آجری نیز مهار کرد ولی بیشتر از اون رو نه.

پیشنهاد آموزشی:آموزش صفر تا صد اجرا ساختمان بتنی

امکان انتقال ترازپایه به ارتفاع بالاتر

یکی دیگر از دلایل استفاده از دیوارهای حائل بتنی در ساختمان‌ها، شرط لازمی است که استاندارد 2800 در بند 3-3-1-2 برای انتقال تراز پایه به ارتفاع بالاتر قرارداده است.

شکل 4 تعریف تراز پایه و شرایط انتقال اون به تراز بالاتر (استاندارد 2800)

همانطور که مشاهده می‌کنید مطابق بند صریح استاندارد 2800 یکی از شروط اصلی انتقال ترازپایه به تراز ارتفاعی بالاتر، استفاده از دیوارهای حائل بتن‌آرمه هست.

بارهای وارد بر دیوارحائل

قبل از اینکه وارد موضوع بارهای وارد بر دیوارحائل شویم بهتره ابتدا کمی در خصوص چگونگی توزیع فشار خاک ناشی از وزن، که از روابط مکانیک خاک بدست میاد توضیح بدیم.

توزیع فشار جانبی خاک

همانطور که اشاره شد با توجه به روابط و فرضیات موجود در علم مکانیک خاک فشار جانبی ناشی از وزن خاک رو به صورت یک توزیع مثلثی در ارتفاع، در نظرمی‌گیریم.

به همین منظور در این مقاله به دو روش برای محاسبه فشارجانبی خاک اشاره می‌کنیم. یک روش به صورت دقیق‌تر بوده که حاصل از نتایج آزمایشگاهی خاک محل پروژه و روابط مکانیک خاک است و روش دوم که به عنوان یک روش تقریبی است.

روش دقیق حاصل از نتایج آزمایشگاهی

اگر از درس مکانیک خاک به یاد داشته باشید برای محاسبه فشارجانبی خاک، می‌تونستیم سه حالت زیر را برای درنظرگرفتن اثر این فشار  فرض کنیم:

فشار حالت سکون:

• زمانی که دیوار نسبت به خاک پشت خودش هیچ گونه حرکتی در راستای افقی نداره. در این حالت از ضریب فشار خاک در حالت سکون که با K0 نمایش میدیم استفاده میشه.

فشار فعال (حالت محرک active):

• زمانی که دیوار به اندازه‌ای مشخص از خاک فاصله می‌گیره و در این حالت کمترین فشار جانبی از طرف خاک به دیوار وارد میشه. ضریب فشار جانبی خاک در حالت محرک را با Kaنمایش میدیم.

شکل 5 فشار جانبی خاک در حالت محرک (دور شدن دیوار از خاک)

فشار مقاوم (حالت مقاوم Passive):

• برعکس حالت فشار محرک، زمانی که دیوار به سمت خاکِ پشت خودش دوران میکنه فشار جانبی خاک در حالت مقاوم درنظرگرفته میشه. در این حالت فشار جانبی وارد به دیوار بیشترین مقدار نسبت به دو حالت سکون و محرک رو خواهد داشت. ضریب فشار جانبی خاک در این حالت رو با Kpنشان میدیم.

شکل 6 فشار جانبی خاک در حالت مقاوم (حرکت دیوار به سمت خاک)

بنابراین داریم:

سوال: کدام یک از حالات زیر رو برای محاسبه فشار خاک وارد به دیوار حائل باید درنظر بگیریم؟

مطابق بند 7-5-4-3-5 مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان برای دیوارهای حائل متصل (که قبلاً معرفی شد) بایستی از روابط مربوط به فشار خاک در حالت سکون (K0 ) استفاده کنیم. در این حالت دیوارحائل به صورت یک دیوار صلب فرض میشه که هیچ گونه حرکت افقی نسبت به خاک پشت خودش نداره.

توزیع مثلثی فشار جانبی خاک

با توجه به فرضیات و روابط موجود در علم مکانیک خاک فشار جانبی در همه حالات اشاره شده (محرک، مقاوم و سکون) به صورت یک توزیع مثلثی مطابق شکل زیر در نظرگرفته میشه:

شکل 7 توزیع مثلثی فشار خاک در ارتفاع

همانطور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید توزیع فشار خاک را برای یک خاک غیرچسبنده (C=0 ) در حالت فشارخاک ساکن (حالت سکون)  به این شکل درنظرمی‌گیریم. لازم به ذکر است که رابطه فشارجانبی خاک در حالت‌هایی که خاک‌های چسبنده بوده ( C≠0) و یا دارای فشار سربار باشد متفاوت بوده و جملات بیشتری خواهد داشت که برای مطالعات بیشتر می‌تونید به منابع اصلی دروس مکانیک خاک مراجعه کنید.

مدلسازی دیوارحائل در نرم افزار Etabs

در این قسمت قصد داریم مدلسازی دیوار حائل رو به صورت پروژه محور انجام بدیم تا مطلب با شیوه بهتر و کاربردی‌تر ارائه بشه.

پیشنهاد آموزشی:آموزش پروژه محور طراحی سازه فولادی و بتنی با ایتبس و سیف

عکس زیر برشی از قسمت طبقات زیر زمین یک پروژه است که تراز کف تمام شده زیرزمین دوم 5.50- بوده و با احتساب 40 سانتی‌متر کفسازی در این طبقه تراز روی فونداسیون 5.90- می‌باشد.

شکل 9 برشی از نمای زیرزمین ساختمان

با توجه به مطالبی که در قسمت‌های قبل ارائه شد قصد داریم اطراف طبقه زیرزمینِ دوم رو دیوارحائل اجرا کنیم. چرا فقط زیرزمین دوم؟

همانطور که گفتیم ، تا تراز 3- متر و یا یک طبقه زیرزمین رو می‌تونیم از دیوارهای آجری برای مقابله با فشار جانبی خاک استفاده کنیم، اما از آن تراز به پایین رو بایستی دیوار حائل بتنی اجرا کنیم.

بنابراین ترسیم دیوارحائل در این پروژه از روی تراز فونداسیون (5.90-) تا تراز کف زیرزمین اول (2.50-) انجام می‌شود و برای تراز 2.50- تا تراز صفر زمین، از دیوارهای آجری برای مقابله با فشار خاک استفاده می‌کنیم.

• نکته:

به دلیل اختلاف 10 سانتی‌متری تراز معماری و تراز سازه‌ای، تراز کف سازه‌ای طبقه زیرزمین اول در نرم افزار Etabs برابر با 2.60- میشه. (یعنی 10 سانت پایین‌تر از تراز معماری)

گام‌های مدل‌سازی دیوار حائل

تعریف دیوار حائل در نرم افزار

ابتدا قبل از هر کار ی باید دیوارحائل و مشخصات اون رو به نرم افزار معرفی کنیم. برای این کار مطابق تصویر زیر از منوی Define عمل می‌کنیم.

شکل 10 ایجاد یک مقطع دیوار در نرم افزار

سپس در پنجره بازشده با استفاده از گزینه Add New….  یک مقطع دیوار جدید به ضخامت 30 سانتی‌متر تعریف می‌کنیم.

شکل 11 تعریف مشخصات مقطع دیوار حائل در نرم افزار

• نکته:
• طبق تجربه در پروژه‌های متعارف با حدود 3یا 4 طبقه زیرزمین، عدد 30 سانتی‌متر برای ضخامت دیوار، جهت تحمل فشار جانبی خاک جوابگو می‌باشد.
• نوع المان دیوار حائل (Modeling Type) رو هم با توجه به این‌که این دیوار تحت نیروهای خارج از صفحه قرار می‌گیره و رفتار خارج از صفحه خواهد داشت، از نوع Shell در نظرمی‌گیریم. همچنین چون ضخامت این المان در مقابل سایر ابعادش بسیار کمترهست، یک المان لاغر به حساب میاد و اون رو از نوع Shell-Thin قرار میدیم.

ترسیم دیوارحائل

برای ترسیم دیوار حائل دو روش وجود داره:

• ترسیم دیوار با استفاده از منوی Draw
• ترسیم با استفاده از گسترش المان خطی به المان سطحی (منوی Edit)

ترسیم دیوار حائل (روش اول)

برای ترسیم دیوارحائل میتونیم مطابق تصویر زیر از منوی Draw و یا نوار ابزار اون اقدام کنیم.

شکل 12 ترسیم دیوارحائل از منوی Draw

سپس مطابق شکل زیر در نمای قاب اقدام به ترسیم دیوارهای حائل در اطراف سازه می‌کنیم.

شکل 13 چگونگی ترسیم دیوارحائل در نمای دو بعدی قاب‌ها

ترسیم با استفاده از گسترش المان خطی به المان سطحی (روش دوم)

• برای این کار ابتدا باید در پلان سقفی قراربگیریم که قصد داریم در قسمت زیرین اون سقف، دیوار حائل ترسیم کنیم. یعنی در مثال پروژه ما، باید روی پلان با تراز 2.60- قراربگیریم.
• تمامی تیرهای پیرامونی این پلان (تیرهای اطراف سازه) رو انتخاب می‌کنیم.

شکل 14 انتخاب تمامی تیرهای روی دیوارحائل در پلان

• مطابق تصویر زیر از منوی Edit به قسمت Extrude رفته و سپس روی گزینه Extrude Frame to Shell کلیک می‌کنیم. (در واقع قصد داریم یک المان خطی مانند تیر رو در امتدادی که به نرم افزار معرفی می‌کنیم کِش بدیم تا تبدیل به یک المان سطحی مانند دیوار بشه)

شکل 15 نحوه دسترسی به گزینه گسترش سطحی المان‌های خطی در نرم افزار

در پنجره باز شده به نرم افزار می‌گیم که تیرهای انتخاب شده در تراز 2.60- رو به اندازه اختلاف این تراز تا روی فونداسیون (که عدد 3.30- میشه) کِش بده و تبدیل به یک المان سطحی کنه.

شکل 16 تنظیم پارامترهای گسترش سطحی المان‌های خطی در نرم افزار

بعد از این که OK می‌کنیم می‌بینیم که این کار به درستی انجام شده و اطراف سازه ما در ترازی که مدنظرمون بود توسط یک المان سطحی (با رنگ قرمز) پوشیده شده است.

شکل 17 نمای پلان و سه بعدی پس از ترسیم دیوارهای حائل

اختصاص دیوار حائل تعریف شده

در این مرحله دیوارهای ترسیم شده را انتخاب و از منوی Assign دیوارحائل 30 سانتی‌متری (RW30) که در مرحله قبل تعریف کرده بودیم رو بهش اختصاص میدیم.

برای انتخاب راحت‌تر می‌تونید از منوی Select گزینه Select By Object Type رو کلیک کرده و سپس مطابق تصویر زیر دیوارها Walls رو انتخاب کنید.

شکل 18 نحوه انتخاب دیوارهای حائل از منوی Select

سپس از منوی Assign مقطع RW30 رو به دیوارهای انتخاب شده اختصاص میدیم.

شکل 19 اختصاص مقطع تعریف شده به دیوارهای حائل

وارد کردن ضرایب ترک خوردگی دیوار حائل

در این مرحله بایستی ضرایب ترک خوردگی رو به دیوارهای حائل اختصاص بدیم.

مطابق جدول زیر در آیین نامه ACI318-14، ضرایب ترک خوردگی دیوارها (بدون نام بردن از نوع عملکرد دیوار که برشی یا حائل هست) در حالت ترک خورده 0.35 و در حالت بدون ترک خوردگی 0.7 می‌باشد.

شکل 20 جدول مربوط به ضرایب ترک خوردگی در آیین نامه بتن امریکا (ACI318-14)

بنابراین ابتدا با فرض عدم ترک خوردگی دیوارهای حائل اون‌ها رو انتخاب و ضریب 0.7 رو بهشون اعمال می‌کنیم. بنابراین مطابق شکل زیر پس از انتخاب دیوارهای حائل از منوی Assign ضرایب ترک‌خوردگی رو اعمال می‌کنیم.

شکل 21 نحوه دسترسی به گزینه تنظیم ضرایب ترک خوردگی المان‌های سطحی

در پنجره باز شده مربوط به ضرایب ترک خوردگی سختی‌های داخل صفحه رو 0.7 و به دلیل عملکردی مشابه با دال‌ها در خارج از صفحه ضریب ترک خوردگی خارج صفحه رو برابر با 0.25 گذاشته و OK می‌کنیم.

شکل 22 واردکردن ضرایب ترک خوردگی دیوارهای حائل

تغییرجهت محورهای محلی مختصات در دیوارهای حائل

با توجه به اینکه جهت بارِ خاکِ وارده به دیوارهای حائل از بیرون به سمت داخل ساختمان هست، پس باید ابتدا جهت یکی از محورهای محلی دیوارهای حائل رو مطابق با همین جهت تغییر دهیم.

برای اینکه این موضوع رو بهتر متوجه بشین ابتدا دکمه SetDisplayOption رو کلیک کرده و سپس در پنجره بازشده مطابق تصویر زیر محورهای محلی (Local Axes) المان‌های سطحی (Shell Assignment) رو فعال می‌کنیم.

شکل 23 چگونگی نمایش محورهای محلی المان‌های سطحی

پس از فعال کردن این گزینه جهت محورهای محلی روی دیوارهای حائل به نمایش درمیاد. (مطابق تصویر زیر)

شکل 24 نمایش سه بعدی دیوارهای حائل به همراه محورهای محلی اون‌ها

در این تصویر ما با محورهای آبی رنگ کار داریم چراکه این محور درجهت بار خاکی است که به دیوارحائل وارد میشه. اما همانطور که مشاهده می‌کنید جهت محور آبی رنگ در تمامی دیوارها به سمت داخل ساختمان  نیست. پس ما باید در اینجا دیوارهایی که جهت محور آبی رنگشان به سمت بیرون ساختمان هست رو انتخاب و 180 درجه تغییر جهت دهیم تا به سمت داخل ساختمان برگردد.

به این منظور پس از اینکه دیوارهای موردنظر رو انتخاب کردیم مطابق تصویر زیر از گزینه Edit تغییرجهت کامل در  راستای شماره 3 رو انتخاب می‌کنیم. (Reverse Wall Local 3 Axis)

شکل 25 تغییرجهت محور محلی 3 (محورآبی رنگ) دیوارهای حائل

اعمال فشار خاک به دیوار حائل در نرم افزار

همانطور که قبلاً هم اشاره شد، فشار خاک وارده به دیوار حائل به صورت یک بار مثلثی بوده که حداکثر مقدار اون (عدد مربوط به قاعده مثلث) با توجه به مشخصات خاک و مقدار ارتفاع دیوار از سطح زمین بدست میاد. بنابراین بایستی مقدار P_design که در بخش دوم این مقاله بهش اشاره شد رو محاسبه کنیم.

• نکته:

به عنوان یک توصیه در جهت اطمینان و همچنین در صورت عدم وجود مشخصات دقیق از خاک محل پروژه میتونیم از رابطه زیر برای محاسبه فشار جانبی خاک در پای دیوار استفاده کنیم.

λ:وزن مخصوص خاک (در صورت عدم اطلاع از وضعیت خاک عدد 4تن بر مترمکعب قراربدین)

∅:زاویه اصطعکاک داخلی خاک ( در صورت عدم اطلاع از وضعیت خاک عدد 30 درجه قرارمیدیم)

H: ارتفاع پای دیوار از تراز روی خاک.

بنابراین اگر اعداد ذکر شده به صورت پیش فرض رو در عبارت بالا ضرب کنم به مقدار زیر میرسم:

• نکته:

با توجه به اینکه در نرم افزار Etabs  امکان بار گسترده مثلثی وجود ندارد لذا باید این بار مثلثی رو به صورت یک بار معادل گسترده مستطیلی در نظربگیریم. برای اینکار مطابق عکس زیر عمل می‌کنیم.

برای معادل سازی بار گسترده مثلثی به بارگسترده مستطیلی بایستی مطابق رابطه زیر سطح مقطع پروفیل عرضی این دو بار رو برابر هم قرار دهیم.

شکل 26 محاسبه فشار جانبی خاک با توزیع مثلثی و معادل سازی اون به توزیع مستطیلی

در این مرحله تمامی دیوارهای حائل رو انتخاب و مطابق تصویر زیر از منوی Assign بار 4.25 تن بر مترمربع رو در جهت LocalAxes3 (محور آبی رنگ) وارد می‌کنیم.

شکل 27 نحوه واردکردن بار فشار جانبی خاک به دیوارحائل در نرم افزار

ترکیب بارهای طراحی دیوارحائل

مطابق مبحث نهم ویرایش 99 ترکیبات بارگذاری سازه‌های بتنی مطابق تصویر زیر است:

مطابق بند 9-7-3-4-2 مبحث نهم در صورتی که فشار جانبی خاک (فشار وارده به دیوارهای حائل) داشته باشیم. بایستی مطابق دستور العمل زیر رفتار کرده و در تمامی ترکیبات بار فشار جانبی خاک (که با نام SOIL تعریف کردیم) رو با ضریب 1.6 در ترکیبات بارگذاری اضافه کنیم.

مش‌بندی دیوارحائل

به جهت محاسبه هرچه دقیق‌تر تنش‌های وارده به دیوار حائل، بایستی اون رو به قطعات ریزتری تقسیم‌بندی کنیم تا نرم افزار با استفاده از روش اجزای محدود و با دقت بالاتر اون رو تحلیل کنه.

برای اینکار میتونیم به دو شیوه مش‌بندی رو انجام بدیم:

• مش بندی اتوماتیک
• مش بندی دستی

برای استفاده هر کدام از روش‌های مش‌بندی ابتدا باید تمامی دیوارهای حائل رو انتخاب کنیم.

مش‌بندی اتوماتیک:

جهت انجام دادن مش‌بندی به صورت اتوماتیک بایستی مطابق تصویر زیر از منوی Assign اقدام کنیم.

شکل 28 نحوه دسترسی به گزینه تنظیمات مِش‌بندی اتوماتیک دیوارها در نرم افزار

سپس در پنجره بازشده گزینه Auto Rectangular Mesh رو انتخاب و دکمه Advanced رو میزنم تا در پنجره بازشده حداکثر سایز مش‌بندی مستطیلی رو به نرم افزار معرفی کنیم. (این نکته رو توجه کنید که هر چه عدد کمتری رو اینجا وارد کنید سایز مش‌بندی شما ریزتر میشه و آنالیز دقیق‌تری صورت می‌گیره ولی از طرف دیگه سرعت تحلیل نرم افزار هم کند خواهد شد.)

شکل 29 چگونگی تنظیمات مربوط به مش‌بندی اتوماتیک دیوارها

مش‌بندی دستی

برای انجام دادن مش‌بندی دیوار حائل به صورت دستی، بایستی مطابق تصویر زیر از منوی Edit اقدام کنیم.

شکل 30 گزینه مربوط به مش‌بندی دستی در دیوارها

در پنجره باز  شده Devide Shells بایستی گزینه سوم رو انتخاب و سپس به تعداد تقسیمات هر کدام از المان‌های صفحه‌ای رو واردکنیم. (4*4 یعنی المان رو هم در راستایی افقی و هم عمودی به 4 قسمت مساوی تقسیم بندی می‌کند)

شکل 31 تنظیمات لازم برای مش‌بندی دستی دیوارها

شکل 32 نمایش یک دیوارحائل پس از انجام مش‌بندی دستی به صورت 4*4

گیردار کردن پای دیوار در محل‌های مش‌بندی شده

در این مرحله نیز پای تمامی نقاط مش‌بندی شده که به زمین متصل هستند رو انتخاب کرده و از منوی Assign این نقاط رو گیردار می‌کنیم. (مراحل انجام این کار به ترتیب در تصویر زیر نمایش داده شده است)

شکل 33 چگونگی گیردار کردن پای دیوار حائل (درنقاط مش‌ها)

جمع‌بندی:

• باتوجه به نیاز به تأمینِ طبقاتِ منفی (زیرزمین) در پروژه‌های امروزی، استفاده از دیوارحائل به عنوان یکی از روش‌های پایدارسازی خاک، رشد چشمگیری داشته است.
• دیوارهای حائل و دیوارهای برشی از نظر ظاهری شباهت زیادی دارن ولی دارای عملکرد متفاوتی هستند.
• دیوارهای حائل برای مقابله با فشار جانبی خاک و دیوارهای برشی وظیفه باربری لرزه‌ای رو دارن.
• دیوارهای حائل عمدتاً دارای رفتار خارج از صفحه (نیروهای خاک به صورت عمود بردیوار) و دیوارهای برشی رفتار درون صفحه‌ای (نیروی زلزله در راستای صفحه دیوار) دارن.
• فشارجانبی خاک مطابق روابط مکانیک خاک در حالت‌های سکون، محرک و مقاوم محاسبه می‌شود.
• براساس علم مکانیک خاک توزیع فشار جانبی خاک به صورت مثلثی درنظرگرفته میشه، اما چون در نرم افزار ایتبس امکان وارد کردن توزیع مثلثی وجود نداره اون رو با یک توزیع مستطیلی معادل می‌کنیم.

منابع

1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1398.
2. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1400
3. نشریه 308 نظام فنی و اجرایی کشور، راهنمای طراحی دیوارهای حائل – بازنگری سال 1396
4. آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله – استاندارد 2800- ویرایش چهارم
5. آیین نامه بتن امریکا ACI318-14

• 15 آوریل, 2024