همه چیز درباره دیوار برشی
با نیروهای جانبی مؤثر بر یک سازه (در اثر باد یا زلزله) به روش‌های مختلف مقابله می‌شود. اثر زلزله بر ساختمان‌ها از سایر اثرات وارد بر آنها کاملا متفاوت می‌باشد. از ویژگی‌های اثر زلزله می‌توان به شدت و پیچیدگی نیروهای ناشی از آن به نسبت سایر نیروهای موثر اشاره نمود. عناصر مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی، دیوار برشی و یا ترکیبی از آن دو می‌باشند. استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم در مقابل نیروهای جانبی به‌خصوص اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشند احتیاج به جزئیات خاصی دارد که شکل‌پذیری کافی قاب را تأمین نماید. این جزئیات و اجرای آنها غالبا دست و پاگیر هستند و در صورتی می‌توان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه خیلی بالا باشد. اجرای دیوار برشی اقتصادی‌تر از قاب می‌باشد و از سویی دیگر تغییر مکان‌ها را کنترل می‌کند. در صورتی‌که قاب برای سازه‌های مرتفع به تنهایی پاسخگو نیست. حال به ذکر چند نمونه از دیوارهای برشی می‌پردازیم:
1. دیوارهای برشی فولادی: گاهی ورق‌های فولادی به عنوان دیوارهای برشی به‌کار می‌روند. برای جلوگیری از کمانش موضعی لازم است از تقویت کننده‌های قائم و افقی استفاده شود.
2. دیوارهای برشی مرکب: دیوارهای برشی مرکب شامل ورق‌های تقویت شده فولادی مدفون در بتن مسلح، خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح و دیوارهای مرکب ممکن دیگر، که تماما با یک قاب فولادی و یا با یک قاب مرکب توام هستند می‌شود.
3. دیوارهای برشی مصالح بنایی: از دیر زمان در ساختمان‌های مصالح بنایی از دیوارهای مصالح بنایی توپر غیر مسلح استفاده شده است ولی روشن شده است که این دیوارها از نقطه نظر مقاومت در مقابل زلزله ضعف دارند و لذا اکنون به جای آنها از دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای با آجر تو خالی و پر شده با دوغاب استفاده می‌شود.
4. دیوارهای برشی بتن مسلح: نوع دیگری از دیوارهای برشی، دیوارهای برشی بتن مسلح است. یکی از مطمئن‌ترین روش‌ها برای مقابله با نیروهای جانبی استفاده از دیوار برشی بتن مسلح است. دیوار برشی به عنوان یک ستون طره بزرگ و مقاوم در برابر نیروهای لرزه‌ای عمل می‌کند و یک عضو ضروری برای سازه‌های بتن مسلح بلند و یک عضو مناسب برای سازه‌های متوسط و کوتاه می‌باشد.
انواع دیوار برشی بتن مسلح
دو نوع دیوار برشی بتن مسلح وجود دارد:
1. دیوار برشی درجا: در دیوار برشی درجا به منظور حفظ یکنواختی و پیوستگی میلگردهای دیوار، به قاب محیطی قلاب می‌شوند.
2. دیوار برشی پیش‌ساخته: در دیوارهای برشی پیش‌ساخته یکنواختی و پیوستگی با تهیه کلیه‌های ذوزنقه شکل در طول لبه‌های پانل و یا از طریق اتصال پانل‌ها به قاب توسط میخ‌های فولادی صورت می‌گیرد. تعبیه بال در دیوارها برای پایداری و شکل‌پذیری سازه بسیار مفید می‌باشد.
نیروهایی که به دیوارهای برشی وارد می شوند:
به طور کلی دیوارهای برشی تحت نیروهای زیر قرار می‌گیرند:
1. نیروی برشی متغیر که مقدار آن در پایه حداکثر می‌باشد.
2. لنگر خمشی متغیر که مقدار آن در پای دیوار حداکثر است و ایجاد کشش در یک لبه ( لبه نزدیک به نیروها و فشار در لبه متقابل می‌نماید ) با توجه به امکان عوض شدن جهت نیروی جانبی در ساختمان، کشش باید در هر دو لبه دیوار در نظر گرفته شود.
3. نیروی محوری فشاری ناشی از وزن طبقات که روی دیوار برشی تکیه دارد.
توجه:در صورتی که ارتفاع دیوار برشی کم باشد، غالبا نیروی برشی حاکم بر طراحی آن خواهد بود لیکن اگر ارتفاع دیوار برشی زیاد باشد لنگر خمشی حاکم بر طراحی آن خواهد بود . به هر حال دیوار باید برای هر دو نیروی فوق کنترل و در مقابل آنها مسلح گردد.
ديوار برشي راه‌حل مقابله با زلزله
علم مهندسي زلزله ساختمان‌ها در سال 1950 ميلادي هم‌زمان با فعاليت‌هاي گسترده بازسازي پس از پايان جنگ جهاني دوم شروع گرديد.تلاش‌هاي اوليه به منظور مقاوم‌سازي ساختمان‌ها، براساس فرضياتي نه چندان دقيق بر روي واکنش سازه در اثر ارتعاش زمين صورت گرفت که به‌دليل کمبود ابزار تحليل مناسب و سوابق اطلاعاتي کافي در مورد زلزله، روش‌هاي ناقصي بودند. مشاهده عملکرد سازه‌ها در هنگام وقوع زلزله و همچنين مطالعات تحليلي و کارهاي آزمايشگاهي و جمع‌آوري اطلاعات مربوط به زمين‌لرزه‌هاي چهار دهه اخير، امکان ارايه روشي مدرن براي طراحي سازه‌هاي مقاوم در برابر زلزله را فراهم آورده است.
در طي دهه 1950، سيستم ”قاب خمشي شکل‌پذير“ از سيستم ”قاب خمشي“ که در آن زمان تنها سيستم مقاوم در ساختمان‌هاي چندين طبقه بتني و فولادي بود، منشا گرفت و به دليل رفتار مناسب اين سيستم در برابر زلزله، کاربرد آن تا اواخر دهه 1970 ادامه يافت. در طي اين مدت سيستم‌هاي جديدتر و کارآمدتري نظير ديوارهاي برشي و يا خرپاها براي تحمل فشار جانبي باد در ساختمان‌هاي بلند رايج شدند و تقريبا روش ساخت به صورت قاب تنها در اين ساختمان‌ها، کنار گذاشته شد.
تحقيقات تجربي و تئوري انجام شده در سراسر جهان طي دهه‌هاي 60 و 70 و 80 ميلادي منجر به جمع‌آوري اطلاعات مفصلي در رابطه با واکنش سيستم‌هاي ساختماني داراي ديوار برشي در هنگام زلزله شد که اين مطالعات بر اهيمت قاب خمشي شکل‌پذير در کاهش بار زلزله تأکيد داشتند. با توجه به اينکه سازه‌هاي داراي صلبيت بيشتر (يعني شکل‌پذيري کمتر) در هنگام زلزله، تحت نيروهاي به مراتب قوي‌تري قرار مي‌گيرند و از آنجا که وجود ديوار برشي در ساختمان‌ها باعث افزايش صلبيت آنها مي‌شود، کاربرد ديوارهاي برشي، نامناسب تشخيص داده شد و بيشتر ساختمان‌ها به روش قاب خمشي ساخته شدند. براي نمونه در برخي از کشورها خصوصا کشورهاي توسعه نيافته بدون رعايت حداقل ضوابط شکل‌پذيري، قاب‌هاي ساختماني از انواع شکننده و فاقد قابليت تحمل زلزله‌هاي قوي بدون وارد آمدن آسيب شديد به ساختمان، اجرا شدند و همان‌گونه که در زمين لرزه‌هاي چهار دهه اخير مشاهده شد، بسياري از ساکنين خود را در ”تله‌هاي مرگ“ گرفتار کردند. آنچه در ادامه بیان خواهد شد، خلاصه‌اي از رفتار سازه‌هاي ديوار برشي است که در حوادث زمين لرزه‌هاي 30 سال اخير قرار داشته‌اند.
زلزله ماه مه سال 1960 شيلي:
اولين گزارش در ارتباط با رفتار ساختمان‌هاي داراي ديوار برشي، مربوط به اين زلزله مي‌باشد. تجربيات در زلزله شيلي، لزوم ديوارهاي برشي در زلزله‌هاي شديد درکاهش خسارات سازهاي و غيرسازه‌اي، تأييد مي‌کند. در چند مورد، ديوارهاي برشي ترک خورده‌اند اما رفتار کلي ساختمان تغيير نکرده است.
زلزله ماه ژوئيه سال 1963 يوگسلاوي:
در اين زمين‌لرزه، ديوارهاي بتني غيرمسلح بکار رفته (مثلا در هسته ساختمان و يا در طول آن) توانستند با مهار کردن پيچش بين طبقات از خسارات عمده جلوگيري کنند و تنها در چند مورد استثنائي قسمت‌هاي تحتاني تيرهاي محيطي، در اثر لرزش‌هاي شديد، جدا شده بود.
زلزله ماه فوريه سال 1971 سن فرناندو (کاليفرنيا) :
پس از وقوع اين زلزله، ساختمان 6 طبقه مرکز پزشکيIN-DIAN HILL با سيستم مرکب قاب و ديوار برشي، تنها نياز به ترميم داشت در حالي‌که ساختمان 8 طبقه بيمارستانHOLLY CROSS در کنار آن به‌دليل اينکه سيستم قاب تنها در آن به‌کار رفته بود به شدت آسيب ديد و نهايتا تخريب شد.
زلزله ماه مارس سال 1977 بخارست (روماني) :
در اين زلزله که 35 ساختمان چندين طبقه به طور کامل ويران شد، صدها ساختمان بلند و برج‌هاي آپارتماني که در آنها از ديوارهاي بتني در امتداد کريدورها و يا سرتاسر ساختمان استفاده شده بود، بدون خسارات عمده، سالم و قابل استفاده باقي ماندند.
زلزله ماه اکتبر سال 1985 مکزيکوسيتي (مکزيک) :
ويراني‌هاي اين زلزله در مکزيک، به خوبي عواقب عدم استفاده از ديوارهاي برشي تقويت کننده را نشان داد. در اين زمين‌لرزه حدود 280 ساختمان چند طبقه با سيستم قاب تنها، به‌دليل نداشتن ديوار برشي به طور کامل تخريب شده و از بين رفتند.
زلزله ماه دسامبر سال 1988 ارمنستان:
زلزله ارمنستان در سال 1988 دليل ديگري بر نتايج منفي حذف ديوارهاي برشي در ساختمان‌هاي چندين طبقه است. در اين زمين‌لرزه 72 ساختمان به دليل نداشتن ديوار برشي، به کلي ويران شده و 149 ساختمان در چهار شهرLeninakam وSpitak وKirovakan وStepomavan دچار آسيب‌هاي شديد شدند. با اين وجود کليه 21 ساختمان با پانل‌هاي بزرگ موجود در اين چهار شهر هيچ‌گونه آسيبي نديده و در ميان ويرانه‌هاي ساختمان‌هاي ديگر، پابرجا ماندند.
در دهه‌هاي اخير روش‌هاي شکل‌پذيرسازی سيستم‌هاي سازهاي که گاهي قابليت افزايش مقاومت در برابر زلزله را نداشتند مورد توجه قرار گرفت که ضمن ايجاد احساس امنيت کاذب، هيچ‌گونه بازدهي کافي نداشتند. در ابتداي پيدايش علم مهندسي زلزله، بسياري از متخصصين مفهوم شکل‌پذيري(ductility) را با انعطاف‌پذيري(flexibility) اشتباه کردند و در نتيجه سازه‌هاي انعطاف‌پذير زيادي در مناطق زلزله‌خيز جهان ساخته شد. با اينکه تعدادي از آنها شکل‌پذير بودند اما هنگام وقوع زلزله، در اثر پيچش زياد بين طبقات، خسارات غير قابل جبراني به اين ساختمان‌ها وارد شد. امروزه در ساختمان‌سازی تنها 20 درصد کل مخارج مربوط به هزینه در سیستم سازه‌ای و مابقی صرف کارهای معماری و تاسیسات برقی و مکانیکی می‌شود. انتخاب سیستم سازه‌ای مناسب اهمیت ویژه‌ای در تامین امنیت مالی و جانی افراد خواهد داشت. یکی از راه‌های رسیدن به این امنیت استفاده از دیوارهای برشی در سازه‌های بتنی می‌باشد. جزئيات شکل‌پذيري ديوارهاي برشي که بعد از مطالعات اخير، در برخي آیين‌نامه‌ها ذکر شده‌اند هنوز در زلزله‌هاي واقعي مورد آزمايش قرار نگرفته‌اند. بدون شک استفاده از اين جزئيات، باعث شکل‌پذيرتر شدن ديوارها مي‌شود ولي ميزان دقيق بهره‌وري از شکل‌پذيري بايد در زلزله‌هاي واقعي و يا مطالعات پيچيده پاسخ‌هاي ديناميکي ديوار در اثر زلزله مشخص شود. طراحی دیوار به‌صورت شکل‌پذير زمانی صحیح خواهد بود که مقاومت آن از طريق خمش صورت بگيرد نه از طريق برش و همچنين ظرفيت برشي ديوار در هر مقطع از برش آن مقطع که بر مبناي مقاومت خمشي ديوار به دست مي‌آيد، بيشتر باشد. علاوه بر اين نه تنها ظرفيت برشي نهایی بلکه رفتار عضو بين حالت شروع ترک‌خوردگي و حالت گسيختگي برشي نيز مشخص باشد.
با اينکه سازه‌هاي ديوار برشي در 30 سال اخير، از فولاد کمتر از مقدار توصيه شده توسط آیین‌نامه‌هاي فعلي آمريکا برخوردار بوده‌اند اما با اين وجود در برابر زلزله‌هاي اين سه دهه به خوبي مقاومت کرده‌اند. بررسي‌هاي انجام شده از سال 1963 به بعد روي عملکرد اين سازه‌ها، هنگام وقوع زلزله، نشان داده‌اند که با وجود مشاهده ترک‌هاي مختلف، حتي يک مورد ويراني يا تلفات جاني در سازه‌هاي با ديوار برشي گزارش نشده است. اغلب خسارات ساختمان‌هاي با سيستم قاب، در اثرپيچش طبقات (و در نتيجه گسيختگي برشي ستون‌ها) بوده است. البته اين دليل بر عدم مقاومت سازه‌هاي قابي طرح شده به روش‌هاي جديد، در برابر زلزله نمي‌باشد بلکه هدف نمايش قابليت بالاي ديوارهاي برشي حتي در صورت آرماتورگذاري با شيوه‌هاي قديمي و غير علمي است. با مشاهده ويراني ساختمان‌ها تحت زلزله‌هاي اخير (1972 نيکاراگوئه و 1985 مکزيک و 1988 ارمنستان)، تأکيد بر استفاده از ديوارهاي برشي (خصوصا در ساختمان‌هاي مسکوني) امري معقول به نظر مي‌رسد و نشان مي‌دهد که ساخت سازهاي بدون ديوار برشي در مناطق با زلزله‌حيزي شديد يک نوع ريسک محسوب شده که با توجه به عواقب ناگوار آن قابل توصيه نمي‌باشد.
شرکت فنی و مهندسی مارین سازه مفتخر است آمادگی خود را به منظور ارائه خدمات فنی و مهندسی ( طرح و اجرا ) در زمینه‌های مختلف مهندسی به شرح زیر در شهرهای تهران، کرج، هشتگرد، قزوین، سمنان، قم، قشم، کیش و سایر نقاط کشور اعلام نماید.
1. طراحی، تولید، نصب و راه‌اندازی انواع اسکله‌های شناور بتنی در کاربری‌های متنوع و چند منظوره
2. بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌ساز انواع سازه‌ها و ساختمان‌ها ( طرح و اجرا )
3. طراحی و اجرای کلیه نقشه‌های معماری و سازه
4. طراحی و اجرای سازه‌های خاص