سبد خرید خالی است
یکی از دلایل مهم جایگاه فولاد در صنعت ساختمان خواص فیزیکی و مکانیکی آن می باشد. فولاد ساختمانی به علت داشتن مقاومت، شکل پذیری، خاصیت ارتجاعی و استهلاک انرژی بالا کاربرد فراوانی دارد. همچنین در مقایسه با بتن نسبت به مقاومت بالایی که دارد از وزن کمی برخوردار است.
کلیه نیروهای جانبی وارد به سازه اعم از نیروی باد و نیروی زلزله، باید توسط سیستم جانبی مهار شوند. آیین نامه سیستم های مختلفی (مهاربند ها و انواع دیوار برشی بتنی و فولادی و...) را برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی معرفی میکند که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند و طراح سازه باید با قضاوت مهندسی و شرایط پروژه مناسب ترین سیستم را انتخاب و طراحی کند. موضوع مورد بحث در این مقاله، دیوار برشی فولادی هستند که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
دیوار برشی نوعی سیستم سازه ای است که مقاومت جانبی سازه را در برابر نیروهای جانبی (زلزله و باد) تامین می سازد و آن را به فونداسیون منتقل میکند. استفاده از دیوار برشی سختی سازه را به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. این سیستم انواع مختلفی دارد که در ادامه به معرفی آن ها می پردازیم.
یکی از راه های مقابله با نیروی زلزله استفاده از دیوار برشی بتنی است که در ساختمان های فولادی و بتنی کاربرد دارد و می توان در انواع سیستم های باربر جانبی از جمله قاب خمشی فولادی و بتنی نیز استفاده کرد و سیستم دوگانه ساخت. این سیستم از سختی بالایی برخوردار است به همین علت برای جلوگیری از پیچش باید تا حد امکان در سازه به صورت متقارن استفاده شود. هر چه توزیع سختی و جرم در طبقات متناسب تر باشد، محل مرکز جرم و مرکز سختی به هم نزدیک تر شده و فاصله کمتری از هم می گیرند. این فاصله در واقع بازوی لنگر پیچشی است و کم بودن آن به معنای کم تر شدن پیچش می باشد. دیوار برشی بتنی دو نوع دارد:
در این روش پس از اجرای فونداسیون طبق ضوابط اجرایی و نقشه های سازه، آرماتورها را به صورت شبکه درآورده و پس از قالب بندی و مهار کردن آن، هم‌زمان با بتن ریزی ستونها نوبت به دیوار برشی می‌رسد. در نهایت با بتن ریزی دیوار، پیوستگی لازم بین بتن و آرماتورها ایجاد شده و هر کدام نقش خود (بتن در فشار و آرماتور در کشش) را ایفا می کنند.
در این سیستم از پانل های آماده استفاده می شود و با حالت قبل متفاوت است. سهولت و سرعت اجرای این روش بالا می باشد و پیوستگی پانل ها توسط میخ های فولادی یا ورق های ذوزنقه ای شکل صورت می گیرد.
این سیستم متشکل از آجرهای توخالی پرشده با دوغاب و مصالح با آرماتورهای قائم می باشد.
سیستم دیوار برشی فولادی در ظاهر مشابه با تیر ورق قائم و طره می باشد. ستون ها مانند بال، ورق فولادی مانند جان و تیر ها مانند سخت کننده های جان نقش ایفا می کنند اما از نظر رفتاری تفاوت هایی دارند. در تیر ورق ها بال ها به علت ضعیف تر بودن نسبت به جان نقش زیادی در جذب نیرو ها ندارند، اما در سیستم مورد نظر المان های قائم (ستون ها) در دو طرف نقش موثری در باربری ایفا میکنند .
اجزای این سیستم عبارت است از:
مزایای همچون اجرای آسان، وزن کم، اقتصادی بودن، شکل پذیری زیاد، نصب سریع و جذب انرژی بالای این سیستم باعث کاربرد فراوان به ویژه در کشور های با لرزه خیزی بالا نظیر ژاپن و آمریکا شده و در تقویت و بازسازی سازه ها نیز مورد استفاده است. اتصالات آن باعث تقویت قاب شده و به دو صورت سخت شده و معمولی مورد استفاده قرار میگیرد. تصویر زیر برگرفته ویرایش 1401 از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان می باشد.
ساخت و اجرای این سیستم در کارخانه شروع می شود. ابتدا ورق جان با توجه به دیتیل طراحی شده در کارخانه برش می خورد و درز ها با جوش نفوذی پر میشوند. سپس اتصالات و سخت کننده ها در صورت وجود روی ورق جان نصب شده و همراه المان های مرزی به محل کارگاه منتقل می شوند. در محل کارگاه اتصال ورق ها به المان های مرزی به دو روش جوشی و پیچی انجام می گردد. ورق جان باید به صورت شاقول شده در اکس تیر و ستون قرار بگیرد و قبل از جوشکاری کاملا مهار شود.
استفاه از دیوار برشی فولادی اخیرا به عنوان یک سیستم باربر جانبی در ساخت و تقویت ساختمان مورد توجه قرار گرفته است. دارا بودن درجات نامعینی بسیار بالای ورق جان و شکل پذیری زیاد آن، قابلیت سادگی اجرا، سرعت بالای ساخت در کارخانه ،دسترسی آسان به نیروی کار آمد، ایمنی بالاتر به لحاظ مقاومت و رفتار و انجام کار با دقت متعارف از دلایل مهم در انتخاب این سیستم می باشد.
با توجه به بررسی های انجام شده استفاده از سيستم فوق حدود 50 درصد صرفه جوئي در مصرف فولاد نسبت به سيستم قاب خمشی به همراه دارد و با رعایت نکات طراحی و اجرا، ضریب اطمینان اجرایی به مراتب بالاتری نسبت به دیگر سیستم ها دارا می باشد. وزن کمتر ورق های فولادی نسبت به دیوار برشی بتنی باعث کاهش وزن و نیروی زلزله می گردد. موارد ذکر شده نشان می دهد این سیستم جایگزین بسیار مناسبی برای دیوار برشی بتنی می باشد و نه تنها در سازه های فولادی، بلکه در سازه های بتنی نیز کاربرد دارد.
در مقایسه با سیستم های مهاربند فولادی به علت سختی بالاتر و امکان ایجاد بازشو در هر نقطه دارای مزیت است. (در صورت وجود بازشو ، در اطراف آن از سخت کننده استفاده می شود.) میزان جذب انرژی و رفتار سیستم در محیط پلاستیک نسبت به سیستم های مهاربندی بهتر و رفتار سیستم به خصوص در محیط پلاستیک مناسب تر است. یکنواخت بودن منحنی هیسترزیس در بارگذاری های سیکلی نشان گر پایداری این سیستم می باشد.
در طراحی دیوار برشی سعی بر این است که ورق جان با قابلیت فرا ارتجاعی و ایجاد مفصل پلاستیک مانند یک فیوز عمل کند. اما المان های مرزی در محدوده خطی نقش ایفا کنند و به حد جاری شدن نرسند. زیرا اگر قبل از ورق جان جاری شوند ، سازه پایداری خود را از دست می دهد. همچنین باید فلسفه تیر ضعیف-ستون قوی برقرار باشد. در بسیاری از موارد برای استفاده از قابلیت شکل پذیری ورق ، مقاومت ورق پایین تر از المان های مرزی در نظر گرفته می شود.
سیستم دیوار برشی فولادی از نظر رفتاری مشابه سیستم مهاربند واگرا عمل میکند و ورق جان با ضخامت ۳ الی ۱۰ میلیمتر مانند تیر پیوند با جاری شدن باعث استهلاک انرژی می شود. ورق های جان مقاومت کششی مناسبی دارند و به دلیل ایجاد میدان کششی، مقاومت آن ها پس از کمانش افزایش پیدا می کند. در شرایطی که برش ورق فولادی جوابگو نباشد، برای تقویت آن از سخت کننده های قائم و افقی استفاده می شود.
در این نوع دیوار مقاومت فشاری ورق جان ناچیز است و از سخت کننده استفاده نشده است. ورق جان در سیکل های ابتدایی بارگذاری تحت بار های کوچک دچار کمانش برشی شده و بارهای جانبی به جای برش به وسیله کشش قطری در ورق جان تحمل می شوند. المان های مرزی به گونه ای طراحی می شوند تا ماکزیمم مقدار کشش قطری در ورق ایجاد شود و وارد محدوده غیر خطی گردد. طی مطالعات اخیر دیوارهای برشی فولادی بدون سخت شونده شکل پذیرترند و رفتار موثرتری دارند هم چنین نسبت به نوع سخت شده رواج بیشتری دارند.
دیوار های برشی فولادی تقویت نشده در صورتی که طراحی و اجرای مناسبی داشته باشند رفتار غیرخطی مناسبی نشان می دهند و پدیده باریک شوندگی در اتصالات صلب تیر و ستون به میزان قابل توجهی کاهش پیدا میکند. در طراحی با شکل پذیری ویژه حداقل مقاومت قابل قبول تسلیم فولاد 345 مگاپاسکال است.
برای جلوگیری از کمانش صفحه تا زمان جاری شدن در برش می توان ضخامت ورق جان را افزایش داد که مقرون به صرفه نیست و پیشنهاد نمی شود. راهکار مناسب تر استفاده از سخت کننده های طولی یا عرضی به منظور افزایش ظرفیت کمانش برشی ورق جان است. برای ورق جان با سخت کننده های جزئی، مقاومت ترکیبی از کمانش برشی و مقاومت اضافی به دست آمده از عمل میدان کششی است. هدف از استفاده از سخت کننده ها جاری شدن در برش نیست بلکه جلوگیری از کمانش صفحه و ممانعت از تشکیل میدان کششی است.
این سیستم متشکل از یک ورق فولادی نازک به همراه پوششی از بتن در یك یا دو طرف ورق فولادی تشکیل می شود. برای اتصال بتن به صفحه فولادی از برشگیر استفاده شده که با جوش آنها به ورق جان دیوار این امکان فراهم می شود. با اضافه کردن بتن در یک یا دوطرف، ورق فولادی جان سخت می گردد و این سختی به مقداری است که ورق به تسلیم برشی برسد. در مقایسه با دیوار برشی بتنی وزن و نیروی زلزله کمتر، فضای اشغالی کمتری دارد. این سیستم نسبت به سیستم های دیگر کابرد کمی دارد.
هدف از استفاده از حفره در ورق جان این دیوار ها کاهش سختی و مقاومت دیوار می باشد هر گاه به دلایل اجرایی (محدودیت های جوش کاری) قادر به استفاده از ورق جان با ضخامت های متعارف نباشیم، می توانیم از ورق با ضخامت بالاتر استفاده کرده و با ایجاد حفره و سوراخ در ورق جان مقاومت آن را به 60 درصد مقاومت طراحی شده برسانیم. در این صورت تمرکز حفره ها باید در یک قطر قرار بگیرد و سوراخ ها با آرایش منظمی در سطح ورق جان ایجاد گردند و حداقل از چهار ردیف در هر راستا استفاده شود. استفاده از این روش علاوه بر برآورده کردن هدف های طراحی باعث بهینه سازی و کاهش وزن دیوار هم می گردد.
گاهی به دلیل ضرورت های معماری در دیوار برشی باز شو ایجاد می شود. این کار مانع از استفاده کامل از تمام ظرفیت ورق جان در هنگام وقوع زلزله و ایجاد میدان کششی فولادی می گردد. در این شرایط می توانیم با استفاده از سخت کننده ها در اطراف بازشو از تمرکز تنش جلوگیری کنیم. در صورتی که ابعاد بازشو بزرگ باشد می توانیم از دیوار برشی کوپله استفاده کنیم. این روش از دو دیوار مجزا که توسط یک تیر همبند به هم متصل شدند تشکیل شده است. وجود تیر همبند باعث یکپارچه شدن رفتار و عملکرد سیستم در زلزله مشابه یک دیوار برشی فولادی می شود.
در سازه های بلند مرتبه کنترل دریفت (تغییر مکان سازه) با محدودیت هایی روبروست. در مرحله کنترل تغییر مکان جانبی دیوار برشی ممکن است لازم شود دیوار برشی در بعضی جهات تقویت گردد. مثل کاهش نیروی محوری در ستون ها و تیرهای فرعی برای انتقال نیروهای واژگونی به ستون های مجاور.
تامین الزمات قاب خمشی ویژه در ساختمان های کوتاه مرتبه در اتصالات تیر و ستون مشکل است.
یکی از ضعف های فولاد کاهش مقاومت با افزایش دما است و با کاهش مقاومت تعادل سازه به خطر می افتد. از آن جایی که در دیوار برشی فولادی از ورق های با ضخامت کم برای ورق جان استفاده می گردد، باید تمهیدات ویژه ای در مورد دوام سازه در دمای بالا در نظر گرفت.
اتصال تیر به ستون در دیوار برشی فولادی می تواند در مناطق با لرزه خیزی کم بصورت مفصلی و در مناطق با لرزه خیزی زیاد به صورت صلب اجرا و توسط جوش یا پیچ به قاب متصل شود.
آیین نامه AISC341، استفاده از اتصال خمشی تیر به ستون را در این سیستم باربر جانبی برای مناطق با لرزه خیزی زیاد و خیلی زیاد ضروری می داند. در گوشه و محل اتصال ورق جان به تیر و ستون با استفاده از تیغه، با توجه به بالا بودن تمرکز تنش ناشی از زلزله، احتمال گسیختگی اتصال و جدا شدن ورق جان از تیغه وجود دارد. اتصال ورق جان به المان های مرزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و باید ضریب اطمینان بالایی داشته باشند. براساس فرض طراحی ورق جان باید به تسلیم برسد. اگر تیغه اتصال ورق جان به المان های مرزی قبل از ورق جان به حد تسلیم برسد اتصال به سادگی از بین رفته و سختی خود را از دست می دهد و در این صورت فرض طراحی اجرا نمی شود. به همین علت پیشنهاد می شود ضخامت ورق فولادی (Fish Plate) به اندازه tf >1.2 tw بیشتر از ورق جان باشد.
در تحلیل دیوار های برشی ابتدا باید تنش در ورق جان، نیروی محوری و خمش در اجزای مرزی افقی (HBE) و اجزای مرزی قائم (VBE) رامحاسبه کنیم. سپس ابعاد اولیه المان ها را به دست آوریم. تحلیل دیوار برشی فولادی با دو هدف صورت می گیرد.
طراحی لرزه ای سیستم بر این اساس است که پس از وقوع کمانش قطری در ورق جان، نیروی کششی قابل توجهی در راستای عمود بر جهت کمانش در ورق ایجاد شده که قادر است با نیروهای جانبی ناشی از باد یا زلزله مقابله کند. ورق به عنوان یک عضو شکل پذیر (فیوز) در نظر گرفته شده که تحت بارگزاری از ناحیه ارتجاعی فراتر رفته و وارد ناحیه غیر ارتجاعی (پلاستیک) می شود.
اما المان های مرزی شامل تیرها و ستون ها باید به گونه ای طراحی شوند که تحت بارگذاری در ناحیه خطی باقی بمانند. در نهایت کلیه اعضا اعم از شکل پذیر و غیر شکل پذیر باید در برابر نیروهای جانبی مقاومت کنند.
برای تعیین تغییر مکان نسبی ابتدا باید سیستم دیوار برشی فولادی تحلیل و پس از بررسی نتایج، کنترل صورت گردد. افزایش تغییر مکان نسبی و اثر پی دلتا در آن بهره برداری سازه را دچار مشکل می کند. در طراحی سیستم باربر جانبی باید کنترل دریفت صورت گیرد. اما در نرم افزار های طراحی شامل ETABS وSAP امکان مدل سازی و تحلیل سیستم دیوار برشی فولادی بر پايه کمانش ورق های جان و تشکیل میدان های پس کمانشی به طور مستقیم وجود ندارد. براساس نتايج کارهای آزمايشگاهی جهت ساده نمودن مدلسازی ديوارهاي برشی روش هايی ارائه شده است. در ادامه به این روش ها می پردازيم.
یکی از روش های متداول در طراحی دیوار برشی فولادی روش نواری می باشد و سازگاری قابل قبولی با نمونه های ساخته شده آزمایشگاهی دارد. هم چنین در ضوابط آیین نامه کانادا (CSA2001) مورد تایید است. در این روش ورق جان با تعدادی نوار (حداقل 10 تا به توصیه آیین نامه کانادا) که فقط نیروی محوری کششی را متحمل می شوند با فاصله مساوی و انتهای مفصلی مدل می شود. مدول الاستیسیته نوارها برابر با مدول الاسستیسیته فولاد است و سطح مقطع هر نوار برابر با ضخامت ورق فولادی در فاصلۀ بین نوارها در وجه عمود آن ها می باشد. زاویه نوارهای کششی در این روش تابعی از سطح مقطع ستون ها و تيرها، ابعاد ورق فولادی و ضخامت این ورق ها می باشد. برای ساده کردن محاسبات می توان میانگین زوایای میدان کششی پانل های دیوار برشی در کل ارتفاع استفاده کرد.
طول قطعات مورد نياز نوار با در نظرگرفتن تنها یک ورق جان با تعداد n عبارت است از:
Δx: طول قطعه تير بين گره ها
L: طول پانل پر کننده (محور تا محور ستون طرفین دیوار برشی)
h: ارتفاع پانل (مرکز به مرکز تیرهای بالا و پائین دیوار)
n: تعداد نوارها
مساحت هر نوار در این روش برابر است با:
tw: ضخامت ورق جان
زاویه ی تنش کششی در ورق برابر است با:
h: ارتفاع پانل پرکننده
L: طول پانل پرکننده
Ac: سطح مقطع یکی از المان های قائم (ستون ها)
Ab: سطح مقطع یکی ازالمان های افقی (تیرها)
Ic: ممان اینرسی ستون (المان قائم) حول محور عمود بر صفحه ی قاب
برای شروع محاسبات می توانیم زاویه میدان کششی را عددی بین 32 تا 55 درجه فرض کنیم.و در پایان روند محاسبات با کنترل نتایج، زاویه را چک کنیم. دقت شود اگر زاویه دقیق با فرض اولیه اختلافی بیش از 5 درجه داشته باشد باعث افت دقت نتایج خواهد شد.
یکی از روش ها برای مدل کردن رفتار ورق های جان استفاده از مدل غشایی غیر همسان است که برای منظور کردن مقاومت کششی و فشاری ورق نازک جان از المان غشایی استفاده می شود. تنش های محاسباتی در قطر فشاری ورق ناچیز است. المان غشایی در اصل یک مدل نواری کششی است که با کمک آن مقاومت کششی و فشاری در جان ورق محاسبه می شود.
در این روش باید سختی برشی داخل صفحه ناچیز در نظر گرفته شود. در غیر این صورت ورق جان در تحمل لنگر واژگونی ناشی از تنش های قائم مشارکت خواهد کرد، در حالی که به علت صلبیت کافی در اطراف ستون ها و سختی کم در سایر نقاط تحت تنش های فشاری دچار ناپایداری موضعی می گردد و قادر به مشارکت در این نیروها نیست.
تنش های فشاری مش بندی المان غشائی برای جذب نيروهای خمشی در المان های مرزی باید کافی باشد. حداقل 4 تقسيم بندی را در هر جهت پيشنهاد می شود که باعث بوجود آمدن 16 المان در پانل میشود، محور محلي المان غشايی بايد به گونه ای تنظیم شود که زاويه آنها با زاويه میدان های کمانشي در يک راستا قرار گیرند.
برای دستیابی به رفتار غیر خطی دقیق در سازه این روش در طراحی دیوار های برشی فولادی بسیار کار آمد است. نيروهای محوری و خمشی محاسبه شده با این روش اغلب از نيروهای محاسبه شده با روش طراحی ظرفيتی کمتر است. در روش تحلیل نواری المان های خرپائی غيرخطی به منظور درنظرگرفتن تاثیر تسليم کششی یكنواخت جان در المان های مرزی افقی و قائم (تیر و ستون) در یک مدل نواری مورد استفاده قرار میگیرند.
تحلیل Pushover بهترین روش برای تعيين نيروهای طراحی واقعی برای المان های مرزی می باشد. در طراحی به این روش می توان از نرم افزار های ABAQUS و ETABS و ... استفاده نمود.
از این مدل در روش غیر خطی (Push Over) برای تعیین رابطه نیرو - تغییرمکان و نیرو های نهائی در المان ها نیز استفاده می شود. مدل نواری سختی اوليۀ پيش از تسليم یک دیوار برشی فولادی و نيروها در اعضای قاب تحت بارهای بهره برداری را بطور مناسب پيشبينی می کند.
یکی از دقیق ترین روش ها برای تحلیل سیستم مورد نظر، استفاده از علم اجزا محدود است که با تقسیم دیوار به صد ها المان کوچک رفتار هر المان و تاثیر آن بر المان های دیگر بررسی می گردد. این کار با نرم افزارهای پیشرفته مثل ABAQUS و ANSYS انجام می شود.
در طراحی دیوار برشی فولادی از الزمات آیین نامه AISC 34 استفاده می شود که در مناطق با لرزه ای خیزی کم و متوسط زیاد و خیلی زیاد قابل استفاده می باشد. هم چنین جزئیات ذکر شده در مبحث 10 جدید ویرایش 1401 مورد بررسی قرار میگیرد. در ابتدا قبل انجام هر تحلیلی باید ابعاد و اندازه ستون ها و تیرهای فولادی مشخص گردد.
برای طراحی دیوار برشی فولادی لازم است تا مراحل زیر به صورت گام به گام طی شود:
مقاومت ورق جان پارامتر مهمی است و باید به آن دقت شود. زیرا در سیستم دیوار برشی فولادی هدف، ورود ورق جان به ناحیه غیر خطی می باشد. اگر ضخامت ورق کم تر از حد لازم باشد، ورق به علت ضعف وارد ناحیه پلاستیک شده و اتلاف انرژی زیادی اتفاق می افتد. در این صورت احتمال کمانش ستون های مجاور وجود دارد و تسلیم آن ها قبل از کمانش اتفاق می افتد.
افزایش ابعاد ورق نیز برای سازه خطراتی به دنبال دارد. ورق جان با قوی تر شدن پتانسیل ورود به ناحیه غیر خطی را از دست داده و کمانش ستون های مجاور محتمل است. استفاده از ورق کوچکتر از 6 میلی متر نیازمند توجه ودقت بالایی در مراحل ساخت و نصب است ولیکن استفاده از ورق نازک و وزن کم از مزایای این سیستم به شمار می آید.
همان طور که گفته شد ضخامت ورق جان کم است. در مورد اتصال به المان های مرزی استفاده از اتصال پیچی بهتر از جوش است. زیرا به علت طول جوش زیاد امکان خمیدگی و پیچیدگی در مراحل ساخت و نصب وجود دارد.
در ابتدا باید فرض کنیم کلیه نیروهای برشی ایجاد شده در اثر زلزله درسیستم دیوار برشی توسط ورق جان تحمل می گردد. سپس برای به دست آوردن دیگر پارامتر ها مانند خصوصیات هندسی اعضای مرزی و ابعاد دیوار ها لازم است برای زاویه آلفا عددی را فرض کنیم. نتایج محاسبات و نمونه طراحی ها نشان می دهد. در فرض اول عدد 30 تا 55 درجه مناسب می باشد. مبحث دهم عدد 45 درجه را برای زاویه معرفی می کند.
h: ارتفاع
L: طول پانل
Ac: سطح مقطع یکی از ستونها (المان مرزی قائم)
Ab: سطح مقطع یکی از تیرها (المان مرزی افقی)
Ic: ممان اینرسی ستون حول محور عمود بر صفحه قاب (المان مرزی قائم)
ظرفیت اسمی برشی ورق فولادی را طبق رابطه ی زیر به دست می آوریم:
0.42 اعمال ضریب اضافه مقاومت ورق جان می باشد.
(Vn = 0.42 Fy tw Lcf Sin(2α
tw:ضخامت ورق جان
Fy: تنش تسلیم فولاد
Lcf: فاصله آزاد بین بال های المان ها قائم مجاور
α: زاویه میدان کششی
حداقل ضخامت ورق جان در روش LRFD برابر خواهد شد با:
Vu: مقاومت برشی دیوار تحت اثر ترکیبات متعارف بارگذاری
Vn: مقاومت برشی اسمی دیوار
φ: ضریب کاهش مقاومت که برابر با 0.9 است.
پس از فرض اولیه ضخامت ورق جان نوبت به کنترل ابعاد ورق می رسد. کنترل لاغری و کمانش ورق جان:
یکی دیگر از مواردی که باید کنترل گردد نسبت طول به ارتفاع L/h می باشد. در صورتی که این نسبت از حد مشخصی کمتر باشد رفتار دیوار برشی متفاومت با آنچه طراحی شده خواهد بود. همچنین پیش بینی رفتار دیوار در صورتی که نسبت از حد مشخصی بیشتر گردد به علت انعطاف پذیری تیر مورد اطمینان نیست. بنابراین توصیه می گردد نسبت ارتفاع به طول دهانه دیوار طبق رابطه زیر تامین گردد:
در گام دوم باید بر اساس حداقل سختی محاسبه شده از رابطه ی زیر، یک مقطع برای ستون انتخاب کنیم.
در صورتی که ممان اینرسی به قدری بالا بود که باعث محدودیت در انتخاب مقطع شد (به خصوص در دهانه های بزرگ) می توانیم با استفاده از سخت کننده های افقی (استفاده از تیر در نصف ارتفاع پانل مورد نظر) ارتفاع را کاهش، سختی (VBE) را افزایش و در نهایت ممان اینرسی را کاهش دهیم. با این کار ضابطه تیر ضعیف - ستون قوی برقرار شده و با کاهش ابعاد مقطع استفاده شده سازه بهینه طراحی می شود.
تیر استفاده شده باید سختی کافی خارج از صفحه برای جلوگیری از کمانش داشته باشد. اتصال صلب در ورق تقویتی افقی به المان های قائم ستون توصیه نمی شود. ممان اینرسی ورق تقویت افقی باید طبق رابطه زیر برقرار گردد:
برای طراحی تیر (اعضای مرزی افقی) می توان از نیروهایی که در راستای زاویه (α) به تیر اعمال می شود و براساس ضخامت ورق های بالا و پایین تیر تعیین می شوند استفاده کرد. این نیرو ها را می توان براساس اختلاف اثرات مولفه های قائم تنش های کششی در ورق جان در بالا و پایین تیر توسط رابطه ی زیر محاسبه کرد.
Wa: شدت بار گسترده یکنواخت اعمال شده به تیر در اثر کشش ورق
Vu: نیروی برشی موجود در ورق جان
i و i+1: به ترتیب مربوط به ورق جان در تراز i وi+1
طبق حداقل سختی محاسبه شده از رابطه ی زیر، یك مقطع برای تیر در نظر می گیریم:
IHBE≥0.003(ΔtwL4)/h
Δtw: اختلاف ضخامت ورق جان در دیوار برشی بالا و پایین تیر
با استفاده از روابط بالا می توان ابعاد تیر، بار ثقلی و ممان اینرسی را کنترل کرد اما در فرمول های بالا معیار انعطاف پذیری تیر و ستون در محاسبه سختی در نظر گرفته نمی شود. پیشنهاد می شود برای دستیابی به نتایج دقیق تر با انجام یک تحلیل غیر خطی این اثرات را برای اعضای مرزی در نظر گرفت.
در سیستم مورد نظر تیر های طبقات اول و آخر (به خصوص در دهانه های بزرگ ) تحت نیروی قابل توجه در اثر عملکرد میدان کشش در ورق جان قرار دارند. در تیر های طبقات پایین به دلیل ضخامت بیشتر ورق جان بار های اعمالی قابل ملاحظه تر می شوند. برای فراهم ساختن مقاومت خمشی تیر ها به ویژه تیرهای طبقات اول و آخر می توانیم از شمع هایی که در فاصله بین ستون ها در طول پانل استفاده کنیم که در کل طبقات ادامه داشته باشد. که ممان اینرسی آن طبق فرمول ذکر شده باشد.
در این صورت، تیرها باید برای بار گسترده ذکر شده و همچنین نیروی محوری المان قائم طراحی شوند. مقدار نیروی محوری المان قائم از رابطه ی زیر به دست می آید.
برای طراحی دیوار برشی فولادی در نرم افزار ایتبس ابتدا ورق جان را در منوی Define با ضخامت 1 تا 9 میلی متر تعریف می کنیم. طبق شکل زیر مشخصات ورق جان را با ضخامت 6 میلی متر و عرض 50 الی 60 سانتی متری تعریف می کنیم.
در این مرحله باید در تراز Base و دهانه مورد نظر یک تیر ترسیم کنیم تا المان های مورب که در ادامه ترسیم میشوند دارای تکیه گاه باشند.
تقسیم بندی تیر و ستون باید به صورتی باشد که بتوان حداقل 10 میله در پانل دیوار ترسیم کرد. المان های مرزی را انتخاب میکنیم و تقسیم بندی را طوری انجام میدهیم تا 10 میله در پانل دیوار ترسیم شود.
در این مرحله نوبت به ترسیم المان های مورب با مقطعی که قبلا تعریف کردیم می رسد.
سپس تیر ترسیم شده در تراز Base را حذف و المان های مرزی که در مراحل قبل جهت ترسیم المان های مورب تقسیم کرده بودیم را با حالت اول باز می گردانیم.
اعضای مورب را انتخاب کرده و آنها را 90 درجه می چرخانیم.
همان طور که گفته شد ورق جان برای تحمل کشش طراحی می شود پس لازم است مقاومت فشاری ورق را صفر یا عدد ناچیزی در نظر بگیریم.
پس از تکمیل تنظمیات مربوطه و اعمال بارگذاری، فرایند تحلیل و طراحی را آغاز میکنیم. دقت شود که در بررسی نتایج فقط Ratio کشش را چک می کنیم.
برای دریافت جدیدترین اخبار و مطلع شدن از جشنواره پاراسیویل ایمیل خود را وارد کنید
.jpg)
بحث درباره این مقاله