عمران فایل

نحوه طراحی دستی دیوار برشی با خروجی ایتبس و بازشو

یکی از رایج ترین سیستم هایی که در سازه های بتنی برای تحمل بارهای جانبی (زلزله، باد و …) به کار می رود، استفاده از دو سیستم باربر جانبی قاب خمشی و دیوار برشی یا ترکیبی از هر دوی آن ها است. همان طور که می دانید اجرای سیستم قاب خمشی تخصصی و دارای اتصالات پیچیده ای است، بنابراین طراحی دیوار برشی گزینه مناسبتری است. البته برای سازه هایی مانند ساختمان های خیلی مرتفع به دلیل سنگینی زیاد دیوار برشی پیشنهاد نمی شود.

در این مقاله به نحوه طراحی دستی دیوار برشی و طراحی آن با استفاده از داده های خروجی ایتبس خواهیم پرداخت.

با مطالعه ی این مقاله چه می آموزید:

  1. دیوار برشی چیست؟
  2. انواع دیوار برشی
  3. برخی از ویژگی های دیوار برشی
  4. مراحل طراحی دیوار برشی به همراه ضوابط مربوط به آن
  5. دیوار های هم بسته و تیر های هم بند (پیوند) برای دیوار برشی های دارای بازشو
  6. خروجی گرفتن از نرم افزار ایتبس برای میلگرد گذاری دیوار برشی
  7. نحوه ی استفاده از داده های ایتبس

دیوار برشی بازشودار

همانطور که اشاره شد دیوار برشی یکی از سیستم های باربر جانبی است که به دلیل ساده تر بودن اجرا نسبت به قاب خمشی استفاده از آن رایج شده است. از طرفی عملکرد دیوار برشی در زلزه های به وقوع پیوسته نشان می دهد این عنصر قدرت بالایی در جذب انرژی دارد (البته در صورت رعایت نکات اجرایی و آیین نامه- ای) در واقع دیوار برشی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی طراحی و ساخته می شود تا این مقاومت را درون صفحه ی خود دیوار انجام دهد. دیوار برشی برای سازه- هایی بین ۳۰ تا ۴۰ طبقه اقتصادی می باشد. در سازه های بلندتر، تنش های ناشی از بار های جانبی باعث افزایش ضخامت دیوار برشی و کاهش کارایی و اقصادی بودن آن می شود. اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلند تر باشد، در طبقات بالاتر، دیوار برشی نه تنها در برابر بار جانبی مقاوت لازم را ایجاد نمی کند، بلکه به دلیل شیب ایجاد شده، کشش بیشتری از سوی دیوار به قاب ساختمان وارد می شود. همچنین با اضافه کردن دیوار برشی به سازه، باید حواسمان به تقویت فونداسیون و تقویت اجزایی که با دیوار در ارتباط اند هم باشد.

پی تقویت شده دیوار برشی

دیوار برشی به همراه فونداسیون تقویت شده

 

عملکرد دیوار برشی با بازشو

عملکرد دیوار برشی مشابه یک تیر طره ای است که قائم ساخته شده و پای آن گیردار شده است. معمولا دیوار برشی از فونداسیون تا سقف امتداد دارد و با قابها و سقف مرتبط است. اگر دیوار کوتاه باشد (یک یا دو طبقه) عموما برش و اگر دیوار بلند باشد (بیشتر از ۳ یا ۴ طبقه) عموما خمش تعیین کننده در طراحی خواهد بود. البته دیوار برشی هم برای برش و هم برای خمش طراحی و کنترل می شود. نیروهایی که به دیوار وارد می شود به این صورت است:

  1. نیروی برشی متغیر که حداکثرش در پای دیوار است.
  2. لنگر خمشی متغیر که حداکثر این هم در پای دیوار است.

نیروی محوری فشاری که به دلیل وزن طبقات به دیوار وارد می شود.

انواع شکست بازشو :

حالت های مختلف شکست دیوار برشی نیز به صورت زیر است:

 

طراحی دیوار برشی

حالت های شکست دیوار برشی

 

انواع دیوار برشی با بازشو

۱-دیوار برشی مصالح بنایی: نمونه رایجتر این دیوارها بدین ترتیب است که وقتی آجر توخالی را از دوغاب پر می کنیم، دیواربرشی مسلح با مصالح بنایی خواهیم داشت.

۲-دیوار برشی فولادی: گاهی اوقات برای مقاوم سازی سازه فولادی از ورق فولادی به عنوان دیوار برشی استفاده می شود که اخیرا به دلایل مختلفی از جمله وزن نسبتا کم، اجرای آسان و جذب مطلوب انرژی مورد استقبال هم قرار گرفته است.

 

دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی در حال نصب

 

۳-دیوار برشی بتن مسلح: این نوع دیوار از بهترین روشهای مقابله با نیروهای جانبی می باشد و به دو شکل درجا و پیش ساخته می باشد.
در دیوار برشی بتن مسلح درجا، میلگردهای دیوار به قاب، قلاب می شوند تا عملکرد دیوار یکپارچه باشد. اما در یک نوع از دیوارهای پیش ساخته برای ایجاد یکپارچگی دیوار، پانل ها را توسط میخ های فولادی به قاب قلاب می کنیم.

 

دیوار برشی بتنی

یک نوع دیوار برشی بتن مسلح

 

۴-دیوار برشی مرکب: همانطور که از اسم این نوع دیوار مشخص است، در ساخت آن از ترکیب بتن و فولاد استفاده می شود و چند نوع دارد، از جمله: ورق فولادی تقویت شده در بتن مسلح یا ورق های فولادی به شکل خرپا درون دیوار بتن مسلح.

 

طراحی دیوار برشی

نمونه ای از طرح دیوار برشی مرکب

 

انواع آرماتوربندی دیوار برشی:

دیوار برشی بر اساس شکل آن به مقاطع مستطیلی، ناودانی، L شکل، U شکل، I شکل،T شکل و … تقسیم بندی می شود. دلیل استفاده از مقاطع بالدار، تاثیر

بال ها در کنترل تغییر مکان و مقاومت هم زمان در کشش و فشار است.

نکته: شکل مقطع دیوار برشی در ساختمان های با ارتفاع متوسط، ثابت است. درحالیکه در ساختمان های بلند معمولا در طبقات بالا میلگردگذاری کمتر از

طبقات پایین است و حتی امکان دارد به دلیل کاهش مقاومت مورد نیاز، ضخامت دیوار هم کاهش یابد.

 

انواع دیوار برشی از نظر بازشو:

دیوارهای توپر: این دیوارها یا بازشو ندارند و یا بازشوهای کوچکی در آنهاست که قابل صرف نظر کردن می باشد.

دیوارهای پانچ شده: دیوارهای برشی که دارای بازشو هستند و به آن ها سوراخ شده هم گفته می شود.

نکته: نوع خاصی از دیوارهای برشی که توسط دو یا چند عضو قابی افقی به هم متصل می شوند، دیوار همبسته یا مزدوج نام دارد. به عضوهای قابی افقی که در دیوارهای برشی دارای بازشو هستند، تیر همبند (کوپله ، تیر رابط یا تیر طاقی) گفته می شود و به اجزای طرفین بازشو، پایه های دیوار برشی می گوییم. در ادامه مقاله، توضیحات بیشتری در این رابطه خواهیم گفت.

 

بازشو

انواع دیوار برشی از نظر شکل مقطع+ دیوار برشی دارای بازشو

 

برخی از ویژگی های دیوار برشی

  1. دیوار برشی سبب افزایش زیاد سختی سازه می شود و آن را در برابر شکست یا ریزش مقاوم می کند.
  2. دیوار برشی می تواند جلوی تخریب المان های غیر سازه ای بشود. توجه داشته باشید که هزینه المان های سازه ای حتی می تواند بیشتر از المان های سازه ای باشد.
  3. وقتی یک دیوار برشی ترک می خورد، باز هم قادر است بارهای ثقلی که قبل از ترک خوردگی تحمل می کرد را تحمل کند.
  4. در صورت طراحی و اجرای درست، سازه را را در مقابل زلزله بسیار ایمن نگه می دارد در نتیجه باعث امنیت ساکنین هم خواهد بود.
  5. در ساختمان های خیلی بلند (مثلا بیشتر از ۴۰ طبقه) نه تنها باعث ایمنی نخواهد بود بلکه به دلیل وزن زیاد و وارد آوردن کشش بیشتر به سمت قاب ساختمان، می تواند مخرب نیز باشد.
  6. در صورت عدم طراحی مناسب، امکان شکست برشی دیوار وجود دارد.
  7. به دلیل سختی بالای دیوار برشی، اگر به صورت مناسب جانمایی نشود، باعث فاصله گرفتن مرکز سختی و مرکز جرم خواهد شد که این کار احتمال پیچش را زیاد می کند.

 

محل قرار گرفتن دیوار برشی

جانمایی نامناسب دیوار برشی و فاصله گرفتن مرکز جرم و مرکز سختی

 

نکته : در اجرای دیوار برشی گاهی اوقات نیاز است که برای اتصال تیر، تیرچه سقف یا شمشیری پله به دیوار برشی، بعد از آرماتوربندی و قبل از اینکه بتن ریزی صورت گیرد، صفحات انتظار به همراه بولت در صفحه دیوار یا عمود بر دیوار قرار دهیم.

 اصول طراحی دیوار برشی

همانطور که پیش تر اشاره کردیم دیوار برشی باید هم در برابر برش و هم خمش طراحی شود که هر دو حالت را بررسی می کنیم.

طراحی در برابر برش:

اگر سازه و دیوار برشی که در آن می خواهیم طراحی کنیم، خیلی بلند نباشند، معمولا دیوار در برابر برش طراحی می شود، سپس آن را در برابر خمش کنترل می- کنیم و در صورت نیاز آن را تقویت می کنیم. آرماتور های برشی از دو سری میلگرد عمود بر هم (آرماتور قائم و فقی) تشکیل شده است که مانند خاموت در تیر ها عمل می کنند.

 

میلگردگذاری دیوار برشی

آرماتور های برشی

 

این میلگرد ها ممکن است در یک یا دو ردیف قرار گیرند که البته معمولا آرایش میلگرد ها در دو ردیف می باشد. اگر Vu حداکثر برش وارد شده، باشند،

باید رابطه ی زیر برقرار باشد.

Vu≤Vr

که در آن Vr مجموع نیروی برشی مقاوم دیوار برشی می باشد و از مجموع Vc نیروی برشی مقاوم بتن و Vs نیروی برشی مقاوم فولاد(میلگردها) بدست می آید.

Vr= Vc+Vs

مقاومت نهایی برشی دیوار نیز باید همیشه از مقدار زیر کمتر باشد:

Vr max = 5Vc hd = 5 ×۰٫۲ × φc √f’c hd = φc √f’c hd

f ‘c : مقاومت فشاری مشخصه بتن

h : ضخامت دیوار برشی(در شکل بعدی نشان داده شده است)

d : عمق موثر دیوار برشی (می توانیم این مقدار را ۰٫۸Lw فرض کنیم)

Lw : عرض دیوار برشی

رابطه ی دقیق محاسبه ی نیروی برشی مقاوم بتن:

 

محاسبه نیروی برشی

اگر Mu / Vu lw – 1/2 در رابطه ی دوم منفی شود فقط از رابطه ی اول برای محاسبه ی Vc استفاده می شود.

رابطه ی ساده محاسبه ی نیروی برشی به صورت زیر است:

اگر نیروی محوری دیوار صفر باشد (Nu=0 ) یا اگر این نیرو فشاری باشد:

Vc = 0.2φc √f’c hd

اگر نیرو محوری وارد بر دیوار (Nu ) کششی باشد:

(hdVc=0.2φc √f’c  (۱-Nu/3Ag

Mu: لنگر خمشی نهایی وارد بر دیوار

نکته: باید مقدار نیروی محوری وارد و لنگر خمشی نهایی وارد بر دیوار، برای ترکیب بارگذاری باشند که کمترین نیروی برشی مقاوم بتن را بدهند؛ یعنی بحرانی ترین حالت. در صورتی که دیوار برشی ارتفاع زیادی داشته باشد، شرایط متفاوت می شود و باید کنترل برش و خمش مقطع در تراز های مختلف صورت گیرد.

مقطع بحرانی که در آن معمولا برش و خمش حداکثر وارد می شود برابر( min (hw/2 , lw/2 از پای دیوار می باشد.

پس از محاسبه ی Vc، آرماتور های لازم برای برش با توجه به Vu و درصد آرماتور های قائم و افقی ( با فرض قرار گیری آرماتور ها در دو ردیف) به صورت زیر

بدست می آید.

 

میلگرد دیوار برشی

دیوار برشی به همراه آرماتورها

 

محاسبه آرماتور دیوار برشی

 

 

 

 

به همین ترتیب برای S2 :

S2 = 2Ah /h × ρh ≤ Smax

Smax = min {lw /3 3h 350mm

 

اگر یک ردیف آرماتور داشته باشیم:

S1 = Av /(h×ρy ) ≤ Smax

S2= 2Ah /(h×ρh ) ≤ Smax

h: ضخامت دیوار

S1: فاصله ی محور تا محور آرماتور های افقی

S2: فاصله ی محور تا محور آرماتور های قائم

ρv و ρh به ترتیب درصد آرماتور های قائم و افقی

Av و Ah به ترتیب مساحت یک ساق از آرماتور های قائم و افقی

برای طراحی آرماتور های دیوار، یک نوع آرماتور فرض می شود و فاصله ی بین آرماتور ها محاسبه می شود که این فاصله از حداکثر تعیین شده در آیین نامه باید کمتر باشد. (در ادامه، ضوابط مربوطه را خواهیم گفت)

محاسبه خمش در تیرها:

ابتدا باید بررسی کنیم تا بفهمیم نیازی هست اجزای لبه را اجرا کنیم یا نه.

اجزای لبه : بخش هایی در دو انتهای دیوار که آرماتور های خمشی در آن ها متمرکز می شوند و توسط خاموت های ویژه دور گیری می شوند. (مطابق شکل پایین)

در صورتی که ۰٫۲f’c≤ تنش در دور ترین تار فشاری ← اجرای لبه اجباری است. اجرای لبه از جایی که تنش فشاری بتن از ۰٫۱۵f’c بیشتر شود، شروع شده و تا لبه دیوار امتداد می یابد.

 

σmax = Pu/ A±Mu /S ≥ ۰٫۲ f’c →اجرای لبه اجباریست

A = h × lw

S = h × (l2w)/6

محاسبه خمش در تیرها

 

 

X: محل آغاز لبه

 

محل قرار گرفتن دیوار برشی

محل اجزای لبه

 

سه روش کلی برای تعیین ظرفیت خمشی دیوار برشی وجود دارد که به بررسی هر یک می پردازیم:

۱- روش تقریبی با فرض توزیع یکنواخت میلگرد در مقطع:

نکته: این روش زمانی استفاده می شود که نیاز به اجرای لبه نباشد.

اگر دیوار کوتاه باشد (برش تعیین کننده باشد)، معمولا آرماتور های قائم حداقل که برای کنترل برش در دیوار قرار گرفته است، برای خمش نیز کافی است. مقاومت خمشی دیوار از رابطه ی زیر محاسبه می شود که در آن Ast برابر مقدار کل آرماتور های قائم دیوار برشی است.

Mr = 0.5Ast φs fy lw (1+Nu/(Ast φs fy ) (1-C/lw )

C/lw = ω+ (α /۲ω+۰٫۸۵β۱)

ω = Ast/(lw h) × (φs fy)/(φc fc )

α = Nu/ (lws fy )

چه موقع و چطور باید مقطع را تقویت کنیم؟

اگر ظرفیت خمشی مقطع، کمتر از لنگر نهایی وارد بر مقطع باشد، به وسیله ی افزایش قطر آرماتور ها یا کاهش فاصله بین آرماتورها، مقطع را تقویت می کنیم.

۲-روش ساده شده نیروی فشاری و کششی:

فرض می کنیم لنگر مقاوم دیوار به وسیله یک کوپل نیروی کششی و فشاری که در دو انتهای مقطع وارد می شود، ایجاد شود. کوپل به معنی دو نیروی هم اندازه و موازی اما خلاف جهت هم می باشد.

 

 

طراحی دیوار برشی کوپله

کوپل نیرویی دیوار برشی

 

Z = lw – X

C = Nu + Mu/Z

محاسبه اجزای لبه در دیوار برشی

 

این روش معمولا زمانی استفاده می شود که در دیوار برشی، اجزای لبه قرار گرفته باشد. نیروی فشاری (C) توسط اجزای لبه فشاری تحمل می شود و

نیروی کششی (T) نیز توسط آرماتور های موجود در اجزای لبه ی کششی تحمل می شود. دیوار هایی که دارای اجزای لبه هستند عملکرد بسیاری خوبی از خود

به هنگام زلزله نشان داده اند. نکته ای که باید در طراحی دیوار برشی به آن دقت کنیم این است که اجزای لبه به خوبی توسط خاموت ها دور گیری شوند تا از

خورد شدن ناحیه فشاری بتن جلو گیری شود.

۳-روش دقیق رسم نمودار اندرکنش دیوار:

در این روش، دیوار برشی را همانند یک ستون فرض می کنیم که تحت اثر نیرو محوری Nu و لنگر خمشی Mu قرار گرفته است. پس از رسم نمودار اندرکنش مقطع

می توانیم لنگر مقاوم مقطع را محاسبه کنیم. باید دقت شود که ممکن است دیوار تحت اثر لنگر دو محوره باشد، مانند دیوار برشی زیر زمین که خاک کنار

دیوار نیز ایجاد لنگر می کند. در این حال باید نمودار اندرکنش لنگر دو محوره ترسیم گردد. همچنین احتمال خمش دیوار به سمت وجه نازک تر وجود دارد.

در این شرایط دیوار برشی همانند یک ستون لاغر خواهد بود.

دیوار برشی هم بسته و تیر هم بند

اگر دو دیوار برشی به دلیل وجود بازشو های بزرگ از یک دیگر جدا شده باشند، می توانیم آن ها را به وسیله ی اعضای سازه ای مقاوم در برابر نیرو های محوری و لنگر های خمشی به یک دیگر وصل کنیم. در این حالت به این دیوار برشی ها، دیوار برشی هم بسته و به تیر های رابط دیوار ها، تیر های هم بند یا تیر های پیوند می گویند. این ترکیب دیوار برشی ها سختی بیشتری نسبت به مجموع سختی های دیوار برشی ها به صورت جدا دارد و تغییر مکان جانبی و لنگر خمشی طراحی سازه را نیز کاهش می دهد.

 

مکان قرار گرفتن دیوار برشی

تغییر مکان در دیوار برشی جدا و دیوار برشی هم بسته

 

آزمایش هایی که بر روی دیوار برشی هم بسته انجام شده است، نشان می دهد که وجود میلگرد در تیر پیوند باعث بهبود عملکرد این تیر ها در برابر زلزله

می شود. این فولاد گذاری همانند شکل زیر است که باعث انتقال نیروی برشی و لنگر خمشی در بین دیوار های برشی می شود.

انتقال نیروی برشی و لنگر خمشی به صورت زیر است:

T = C = φAvd fy

Vu = 2T sinα = ۲φAvd fy sinα

Mu = φAvd fy cosα (h-2d’)

Avd  = Vu /(2fy sinα)

 

طراحی تیر همبند

فولاد گذاری تیر پیوند

 

ضوابط عمومی و فولاد حداقل طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان

  1. حداقل ضخامت دیوار برشی ۱۵۰mm است.
  2. حتی الامکان از ایجاد باز شو خودداری شود. (در صورت لزوم، طوری در نظر گرفته شوند که به صورت دیوار های هم بسته عمل کنند)
  3. حداقل نسبت فولاد در هر دو امتداد افق و قائم ۰٫۰۰۲۵ در نظر گرفته می شود.
  4. اگر مقدار برش موجود از برش حداکثر دیوار بیشتر باشد، باید دو شبکه میلگرد در هر یک از دو راستا قرار گیرد.
  5. نسبت میلگرد های قائم هرگز نباید از ۴ درصد بیشتر شود.
  6. حداکثر فاصله ی میلگرد ها در هر دو راستای افق و قائم ۳۵۰ میلیمتر است.
  7. حداقل عرض تیر هم بند (تیر های رابط بین دیوارهای برشی) ۲۰۰ میلی متر است.
  8. فولاد های قطری در تیر های هم بند به وسیله ی میلگرد های عرضی به صورت مارپیچ یا خاموت با قطر حداقل ۸ میلیمتر باید محصور شوند.
  9. اگر سطح مقطع آرماتورهای قائم دیوار برشی از یک درصد سطح مقطع کل بیشتر باشد، باید توسط خاموت و سنجاق محصور گردد که معمولا نیاز نمی شود.

 

میلگرد گذاری خاموت

محصور کردن آرماتورهای افقی توسط خاموت و سنجاق

 

حداکثر فاصله ی میلگرد های عرضی تیر هم بند از رابطه زیر بدست می آید که در آن φL قطر کوچکترین میلگرد قطری در تیر هم بند و φT قطر تنگ یا مارپیچ

به کار رفته است.

Smax = {8φL , 24φT , 125mm}

در ادامه به بررسی مثال طراحی دیوار برشی می پردازیم:

مثال: نمای جانبی یک قاب ساختمانی در شکل نمایش داده شده است. پایداری قاب در برابر نیروهای جانبی توسط یک دیوار برشی به ضخامت ۲۵cm

تامین می شود. دیوار نشان داده شده را طراحی کنید.

مصالح بکار رفته: بتن c30 و فولاد s300

شرایط محیطی: متوسط

آرماتور ها: φ۸ نیرو محوری برشی در هر طبقه: PD = 180KN و PL= 120KN

 

مثال دیوار برشی

 

مرحله ی اول- محاسبه برش و خمش در مقطع بحرانی:

ابتدا فرض می کنیم کل بار جانبی وارده را دیوار برشی تحمل کند. سپس دیاگرام لنگر خمشی و نیروی برشی دیوار را رسم می کنیم و بعد از آن مقادیر نیروها را در مقطع بحرانی بدست می آوریم.

مقطع بحرانی در فاصله ی (min (lw/2, hw/2 از پای دیوار قرار دارد.

محاسبه خمش و برش در مقطع بحرانی

 

محاسبه خمش و برش در مقطع بحرانی

 

Ve = 1000KN, Ne = 0, Me = 6000+1000 (3-2.5) = 6500KN.m

از آنجایی که اعداد بدست آمده ناشی از نیروی زلزله می باشند، اندیس e گرفته اند و از آنجایی که نیروی محوری زلزله نداریم، Ne=0 شده است.

نیروی محوری بر اثر بار های ثقلی به شرح زیر است:

ND = 4PD = 4*180 = 720KN, VD = 0, MD = 0

NL = 4PL = 4*120 = 480KN, VL = 0, MD = 0

 

ترکیب بار های بحرانی برای دیوار برشی:

D+1.2L+1.25E

۰٫۸۵D+1.2E

در نتیجه خواهیم داشت:

Nw1 = 720+1.2*480 = 1296KN

Vw1 = 1.2*1000 = 1200KN

Mw1 =1.2*6500 = 7800KN

Nw2 = 0.85*720 = 612KN

Vw2 = 1.2*1000 = 1200KN

Mw2 = 1.2*6500 = 7800KN

 

مرحله ی دوم- محاسبه ی Vc:

محاسبه بارهای دیوار برشی

برای ترکیب بار بعدی داریم:

محاسبه بارهای دیوار برشی

 

 

 

 

 

 

از فرمول ساده نیز می توانستیم استفاده می کنیم:

Vc = 0.2 ×۰٫۶√۳۰×۲۵۰×۴۰۰۰ = ۶۵۷KN

اما حال که از فرمول دقیق حساب کردیم، همان را در نظر می گیریم؛ در نتیجه:

Vu = 1200KN ≥ Vc = 913KN

در نتیجه مقاومت بتن به تنهایی کافی نیست و برای کنترل برش به خاموت نیاز داریم.

مرحله ی سوم- محاسبه ی میلگرد های برشی:

Vs = Vu-Vs = 1200 – 913 = 287KN

ρh = Vs/(φs fy hd) = (287×۱۰۳)/(۰٫۸۵×۳۰۰×۲۵۰×۴۰۰۰) = ۰٫۰۰۱۱ ≱ ۰٫۰۰۲۵→ ρh = 0.0025

ρv = 0.0025 + 0.5 (2.5-hw/lw ) (ρh-0.0025) →ρv = 0.0025

Smax = min { lw/3 = 5000/3 =1667mm@3h = 750mm@350mm) →Smax = 350mm

S1 = S2 = (2Av)/h ρv = 2φ۸/(۲۵۰×۰٫۰۰۲۵) = ۱۶۱mm ≤Smax OK

پس انتخاب می کنیم φ۸@۱۶cm

گام چهارم- کنترل اجزای لبه:

A = 250×۵۰۰۰ = ۱٫۲۵ ×۱۰۶ mm2

S = 250×۵۰۰۰۲/۶=۱۰۴۲×۱۰۶ mm3

برای هر دو ترکیب بار رابطه را بررسی می کنیم:

 

σ = Nu/A + Mu/S = (1296×۱۰۳)/(۱٫۲۵×۱۰۶ )+(۷۸۰۰×۱۰۶)/(۱۰۴۲×۱۰۶ ) = ۸٫۵۲ ≥ ۰٫۲f’s = 6

 

σ = Nu/A+Mu/S = (612×۱۰۳)/(۱٫۲۵×۱۰۶ )+(۷۸۰۰×۱۰۶)/(۱۰۴۲×۱۰۶ ) = ۷٫۹ ≥ ۶

در نتیجه اجزای لبه باید اجرا شود.

گام پنجم- طراحی خمشی با فرض استفاده از اجزای لبه

چون ترکیب بار اول بحرانی تر است، آن را بررسی می کنیم:

σ = Nu/A+Mu/S=(1296×۱۰۳)/(۱٫۲۵×۱۰۶ )+(۷۸۰۰×۱۰۶)/(۱۰۴۲×۱۰۶ ) = ۸٫۵۲≈۸٫۵

σ = Nu/A – Mu/S = (1296×۱۰۳) / (۱٫۲۵×۱۰۶ ) – (۷۸۰۰×۱۰۶)/(۱۰۴۲×۱۰۶ ) = -۶٫۴۵≈-۶٫۵

 

 

تصویر به دست آمده از محاسبه دیوار برشی

دیاگرام بدست آمده از محاسبات فوق

 

σ = ۰٫۱۵f’c = -4.5 = (8.5+6.5)/500×X-8.5 →X = 133.33≈۱۳۵cm

Z = lw-1.35 = 5-1.35 = 3.65m

C = Mu/Z+Nu = 7800/3.65+1296 = 3432KN

T = Mu/Z = 2137KN

 

سطح آرماتور های کششی بر اساس T محاسبه می شود:

Ast = T/(φs fy ) = 2137/(0.85×۳۰۰) = ۸۳۸۰mm2

n (πd2)/4≥۸۳۸۰→ d = 25mm→ n = 17.08≈۱۸φ۲۵

 

درصد آرماتور ها را چک می کنیم:

محاسبه آرماتور

 

محاسبه ی اجزای لبه برای کنترل نیروی فشاری:

محاسبه اجزای لبه دیوار برشی 

 

در نتیجه آرماتور های کششی برای تحمل نیروی فشاری کافی است. مقطع دیوار برشی با میلگرد ها به صورت زیر خواهد بود:

 

طراحی دیوار برشی

مقطع نهایی دیوار برشی

 

بررسی خروجی گرفتن از نرم افزار ایتبس و مراحل میلگرد گذاری با استفاده از این داده ها

بعد از آن که طراحی و آنالیز را در نرم افزار ایتبس انجام دادیم، می توانیم خروجی های متفاوتی از آن بگیریم و برای طراحی دستی از آن ها استفاده کنیم. در اینجا کار ما تبدیل اعداد به نمره و تعداد آرماتور هایی است که مطابق آیین نامه باشد. در ادامه خروجی های نرم افزار و ضوابط میلگرد گذاری را بررسی می کنیم.

آرماتورهای عرضی:

ابتدا مطابق شکل وارد پنجره ی Display Design info می شویم:

 

ایتبس

 

در پنجره ی باز شده مطابق شکل بر روی گزینه ی Pier shear Reinforcing کلیک کرده و Ok را می زنیم.

 

ایتبس

 

نرم افزار، میلگردهای عرضی دیوار برشی را نشان می دهد.

 

خزوجی ایتبس

 

توجه: این اعداد بعد اجرا شدن برنامه و آنالیز شدن سازه نمایش داده می شوند. مقادیر نشان داده شده نشان دهنده ی Av/s بر حسب mm2/m است.

باید دقت کنیم که فاصله بین میلگرد ها از روابطی که قبلا گفتیم محاسبه می شود و میلگرد ها در دو راستا قرار دارند. درنتیجه اگر فرض کنیم فاصله ی

بین آرماتور ها مثلا ۱۶ سانتی متر باشد، عدد ۷۵۰mm2/m نشان دهنده این است که :

Av = 750*0.16/2 = 60mm2

 

در نتیجه می توانیم از φ۱۰@۱۶ استفاده کنیم. دقت کنید که بعد از محاسبه ی مقدار آرماتور ها، با مقادیر مجاز آیین نامه هم چک شوند.

 

نحوه طراحی آرماتور ها در دیوار برشی

نحوه ی قرارگیری آرماتور های افقی در دیوار برشی

 

آرماتورهای طولی:

در پنجره ی قبل، گزینه ی اول یعنی Pier Longitudinal Reinforcing را انتخاب و Ok می کنیم.

 

طراحی در ایتبس

 

مانند میلگردهای عرضی، اینجا هم اعدادی نمایش داده می شود که از این اعداد نیز مانند میلگرد های عرضی باید استفاده کنیم.

 

خروجی ایتبس میلگردهای عرضی

 

 

جمع بندی

در این مقاله سعی کردیم مطالب مربوط به دیوار برشی را کامل و با زبان ساده توضیح دهیم. همانطور که گفته شد سیستم های باربر جانبی یک عضو ثابت در سازه های عمرانی هستند، در نتیجه هر مهندس عمران باید با آن ها آشنا باشد. با عملکرد دیوار برشی و انواع دیوارهای برشی هم آشنا شدیم. دیدیم که دیوار برشی به دلیل ساده بودن اجرایش نسبت به قاب خمشی (عدم احتیاج به رعایت موارد و اتصالات پیچیده در اجرای قاب خمشی)، رایج تر است. هر چند باید به دقت طراحی و اجرا شود؛ چرا که عدم طراحی مناسب آن، مثلا عدم جانمایی درست، مشکلاتی را از جمله فاصله انداختن بین مرکز جرم و مرکز سختی را به همراه دارد و ایمنی سازه را به خطر می اندازد. در این مقاله روش طراحی دستی دیوار برشی را بررسی کردیم. البته که موارد گفته شده در تمام پروژه ها کافی نیست اما سعی کردیم تمام موارد مورد نیاز جهت آشنایی و شناخت کلی از این عضو مهم سازه را برای شما گرد آوری کنیم و برای درک بهتر طراحی این المان مهم، مثالی هم حل شد. امیدواریم با مطالعه ی این مقاله به شناخت کلی از دیوار برشی دست پیدا کرده باشید و با روند طراحی آن آشنا شده باشید.

منابع

  1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان
  2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان
  3. راهنمای استفاده از نرم افزار ETABS 2016

 

 

 

 

 

 

مهندس سید جواد نیری محبوب

    نوشته‌های مرتبط

    قوانین ارسال دیدگاه

    • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
    • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
    • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
    دیدگاه‌ها

    *
    *

    0