بخشی از مقاله
چکیده:
ایده استفاده ازدیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در طراحی و تقویت ساختمانها بیش ازچهار دهه است که مورد نظر پژوهشگران و طراحان واقع شده است. این سیستم دارای سختی مناسب برای کنترل تغییر شکل سازه و همچنین دارای مکانیزم شکست شکل پذیر و اتلاف انرژی بالا میباشد. دیوار برشی فولادی ازنظر اجرایی بسیار ساده بوده و هیچگونه پیچیدگی خاصی در آن وجود ندارد. به دلیل سادگی در ساخت و نصب قطعات، سرعت اجرای سیستم بالا بوده و هزینههای تمام شده کمتری نسبت به سایر سیستم مقاوم جانبی دارد.
اخیرا در تربت حیدریه، با تأکید به اصل پدافند غیر عامل و تسهیل و تسریع در خدمترسانی به شهروندان از سوی شهرداری با ایجاد سیاستهای تشویقی، توسعه ساخت و سازهای بلند مرتبه و استفاده از سیستمهای جدید درسازهها به جای گسترش افقی شهری بیشتر مورد توجه سازندگان میباشد، و از آنجایی که شهر تربتحیدریه در منطقهای با خطر نسبی لرزهای زیاد بر اساس آییننامه 2800ویرایش چهارم قرارگرفته است، بهرهبرداری از کارخانه فولاد جلگه رخ در افق 1404ضرورت استفاده از این سیستم به لحاظ جنبه کاربردی آن در شهر را مقرون به صرفه تر میکند.
بر اساس تحقیقات انجام شده دیوار برشی فولادی در مقایسه با سایر سیستمهای مقاوم جانبی دارای عملکرد لرزهای بهتری میباشد، که در این تحقیق تلاش شده است با کمک مطالعات و تحلیلهای انجامشده توجیه اقتصادی و فنی این نوع سیستم را در شهر تربت حیدریه مورد ارزیابی قرار دهیم.
مقدمه
دیوارهای برشی فولادی به عنوان سیستم مقاوم جانبی از سال 1970 در ساختمان های مهمی در کشورهای ژاپن و آمریکا مورد استفاده قرارگرفته اند. دو مورد از این ساختمانها - ازجمله یک ساختمان اداری 35 طبقه در کوبه - تحت زلزله های شدید قرار گرفته و خسارات سازه ای بسیار کمی را متحمل شده اند. سیستم دیوار برشی فولادی شامل پانل های صفحه ای فولادی، دوستون مرزی و تیرهای افقی می باشد.
رفتار این سیستم شباهت زیادی به یک تیر ورق طره دارد. ستون ها مانند بال تیرورق ، پانلهای دیوار مانند جان تیرورق و تیرهای کف مانند سخت کننده های عرضی جان تیر ورق عمل می کنند. تحقیقاتی که در حالت بدون سخت کننده روی رفتار این پانل ها انجام گرفت نشان داد که در این حالت نیز شکل پذیری و اتلاف انرژی قابل ملاحظه ای وجود دارد، و در سال های اخیر استفاده از پانل های بدون سخت کننده از لحاظ اجرایی و اقتصادی مقبولیت بیشتری در کشور های آمریکا و کانادا یافته است.آزمایش های زیادی توسط محققین در نقاط مختلف دنیا صورت گرفته است که همگی توانایی لرزه ای-دینامیکی بالای این سیستم رانشان می دهد.
استفاده از سیستم دیوارهای برشی فولادی به جای قاب های ممان گیر در ساختمان هتل هایت ریجنسی و ساختمان آلیوویو" و دیگر ساختمان ها نشان می دهد با به کارگیری سیستم مذکور می توان می توان تا حد قابل توجهی در مصرف فولاد صرفه جویی به عمل آورد. در ساختمان هتل هایت ریجنسی که تعداد طبقات آن به 25 میرسد و می توان آن را جزء ساختمانهای نسبتاً بلند به شمار آورد، با استفاده از دیوارهای برشی فولادی به جای قاب های ممان گیر مصرف فولاد از 11972 N/ به 790N/ کاهش یافته است، به عبارت دیگر در حدود 34 در استفاده از فولاد صرفه جویی شده است. در ساختمان بیمارستان آلیوویو که 6 طبقه می باشد، میزان کاهش مصرف فولاد به مراتب بالاتر بوده، به طوریکه با استفاده از دیوارهای برشی فولادی به جای قابهای ممان گیر مقدار فولاد از 1915 N/ به 957 N/ کاهش یافته، یعنی در حدود 50 در مصرف فولاد صرفه جوییگردیده است.
با توجه به تجربه دو ساختمان یاد شده که یکی نسبتاً بلند و دیگری نسبتاً کوتاه می باشد، میتوان میزان کاهش مصرف فولاد را قابل ملاحظه ارزیابی کرد. گرچه ساختمان های مذکور قبل از انجام تحقیقات جدی روی دیوارهای برشی فولادی، به خصوص دیوارهای برشی فولادی بدون تقویت ساخته شده اند و در آنها ورق فولادی بکار رفته ضخیم و مقدار سخت کننده ها قابل توجه می باشند، لذا به نظر می رسد، در صورت استفاده از حاصل تحقیقات اخیر در طراحی دیوارهای برشی فولادی باز هم بتوان مقدار بیشتری در مصرف فولاد صرفه جویی نمود
با طراحی مناسب، این سیستم شکل پذیری و اتلاف انرژی بالایی را دارا می باشد. همچنین سختی قابل ملاحظه آن به کنترل تغییر شکل طبقات و در نتیجه پایداری سازه از یکسو و رفتار مناسب اجزای غیر سازه ای از سوی دیگر منجر می گردد. مکانیزم مناسب برای خمیری شدن سیستم دیوار برشی جاری شدن جان آن می باشد. در کاربردهای اولیه پانل های دیوار دارای سخت کننده های افقی و عمودی بودند. تکنولوژی طراحی و ساخت دیواربرشی فولادی طی سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است و ضوابط طرح و اجرای آن در آئین نامه های مختلفی مانند آئین نامه فولاد کانادا، آئین نامه لرزه ای AISC و ضوابط FEMA 450 وارد شده است.
پس از حوادث 11 سپتامبر گروهی از دانشمندان با تلفیق این سامانه وسامانه دیوارهای برشی بتنی درصدد ایجاد سازه های غیر قابل نفوذ ومقاوم در برابر بارهای لرزه ای و انفجاری به شکلی کاملا اقتصادی هستند،دیوارهای برشی فولادی بسیار راحت تر اجرا می شوند و در کارگاه های ساختمانی کاملا قابل ساخت می باشندو به هیچ نوع فن آوری جدیدی نیاز ندارند.
مهندسان، تکنسینها و کارگران فنی بدون نیاز به کسب مهارت جدید میتوانند آنرا اجراکنند. دقت انجام کار در حد اجراهای معمولی بوده با رعایت آن ضریب اطمینان به مراتب بالاتر از انواع سیستم های دیگر می باشد. سرعت اجرای آن بالا بوده واز هزینه های اجرا ئی می کاهد. همچنین سیستم دیوار برشی فولادی ازهمه خصوصیات خوب سامانه های مهاربندی متمرکز - CBF - مثلX,V شکل وسامانه مهاربندی خارج ازمرکز - - EBF کارایی بیشتر ومناسبتری دارد.
- شکل - 1 یک سیستم دیوار برشی فولادی را نشان می دهد درکل سیستم دیوار برشی فولادی تشکیل شده است از یک دیوار صفحه ای فلزی ودو ستون مرزی وتیر افقی طبقه. علاوه بر این، صفحه فلزی ودو ستون مرزی به عنوان یک صفحه قایم باربر - تیر ورق - که در شکل پایین نشان داده شده عمل می کنند. ستونها به عنوان بالهای تیر ورق قایم و خود ورق به عنوان جان عمل می کنند. تیرهای افقی طبقه کم وبیش به عنوان سخت کننده های عرضی در تیر ورق عمل میکنند.
شکل -1اجزاء دیوار برشی فولادی
