بخشی از مقاله
بررسی آثار استفاده از سیستم دیوار برشی فولادي در ساختمان
چکیده
با در نظر گرفتن زلزله هاي شدید و کمبود توان باربري امروزه در صنعت ساختمان توجه به دو مقوله مقاوم سازي سازه در برابر نیروهاي جانبی از جمله زلزله و همچنین سبک سازي ساختمانها در دستور کار اصلی طراحان و سازندگان ساختمان در سراسر کشور قرار گرفته است ، لذا انتخاب یک سیستمی که عملکرد مناسبی در مقابل بارهاي جانبی به سازه را داشته باشد باعث تحقیق و بررسی طراحان گردیده که ضمن رعایت کلیه آیین نامه ها و ضوابط و توجیه اقتصادي از نظر اجرایی نیز کارآمد و مناسب باشد .
یکی ازاین نوع سیستم ها که دراکثر کشورها پیشرفته در زمینه ساختمانهاي کوتاه و بلند مرتبه کاربرد دارد سیستم دیوار برشی فولادي ( ( steel shear wall system می باشدکه به دو صورت با تقویت و بدون تقویت اجرا می گردد .
کاربرد اصلی این سیستم بیشتر در سازه هایی با اسکلت فلزي است که البته قابلیت اجرا در سازه با اسکلت بتنی را نیز دارد و نه تنها سرعت اجرایی مناسبی داشته بلکه مزایاي آن نسبت به سایر سیستم هاي مشابه بهینه است. در این مقاله ابتدا بطور مفصل به توضیح این سیستم پرداخته و در ادامه مزایاي استفاده از این سیستم را در ساختمان تشریح و عملکرد آن مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت .
کلید واژه: دیوار برشی فولادي ، مقاوم سازي ، بارهاي جانبی، سختی و شکل پذیري.
-1 مقدمه
سازه هاي مختلفی ساخته شده اند که به نظر میرسد کشور ما ، ایران یکی از کشورهایی است که روي کمربند اصلی زلزله واقع شده و هر ساله شاهد زلزله هاي متعددي می باشیم که برخی از آنها داراي قدرت تخریب زیادي بوده و مسبب ایجاد صدمه و خسارات شدید به ساختمانهاي شهري و روستایی می گردد . لذا ایجاد یک روش مناسب براي ساخت و بهسازي سازه در برابر این نیروي مخرب در سراسر کشور در دستور کار قرارگرفته است .سازه هاي مختلفی ساخته شده اند که به نظر میرسد روش هاي متعددي براي انتقال و مهار این نیرو در ساختمان ها طراحی شده است که هر کدام داراي یک نوع عملکرد و آن مهار نمودن نیروي جانبی وارد به سازه و اتلاف انرژي وارده می باشند .
احدي از این روش ها که امروزه در کشورهاي صنعتی و پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرد و در کشورمان نیز اجرا می گردد استفاده از سیستم دیوار برشی فولادي است که موضوع اصلی این مقاله را در برگرفته است .
٢- تشریح و بررسی سیستم دیوار برشی فولادي
دیوار برشی فولادي مجموعه اي از تعداد پانل برشی فلزي است که هر پانل برشی از یک ورق فولادي تیر و ستون هایی که ورق رااحاطه کرده اند تشکیل شده است. عملکرد دیوار برشی فولادي مشابه یک تیر ورق طره فولادي می باشد که در آن ستون ها در نقش بالهاي تیر ورق ، تیر هاي طبقات( پل هاي طبقات) همانند سخت کننده هاي آن و ورق فولادي به مانند جان آن می باشد .
دیوارهاي برشی فولادي به دو صورت با جدار نازك و تقویت شده کاربرد دارند که یک سیستم کارآمد براي مقاومت در برابر بارهاي جانبی از قبیل باد و زلزله می باشند و در سال هاي اخیر نوع جدار نازك آن مورد توجه طراحان قرار گرفته است. با عنایت به عملکرد و کارایی مناسب این نوع سیستم باربر جانبی از قبیل سختی بالا ، شکل پذیري خوب و توان اتلاف انرژي زیاد می توان از این سیستم در بهسازي و مقاوم سازي ، سازه هاي غیرایمن استفاده نمود .
اتصالات در این سیستم می تواند بین تیر ها و ستون ها بصورت ساده و یا صلب باشند . در تیر ورق ها بال ها به علت ضعیف بودن ، نقش مهمی در گرفتن نیروهاي برشی ندارند ولی در دیوار هاي برشی فولادي به علت قوي بودن ستونها ، این اجزا می توانند نقش خوبی در باربري داشته باشند.
دیوار برشی فولادي ، از لحاظ اجرایی ایمن تر ، مقاوم تر، تمیزتر و سریعتر از دیوار برشی بتنی می باشد و نه تنها در سازه هاي فولادي بلکه در سازه هاي بتنی نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد. از نقطه نظر مقایسه با دیگر سیستم هاي مهار بندي و از نظر سختی برشی ای ن سیستم از سخت ترین سیستم هاي مهار بندي (که X شکل می باشند) سخت تر بوده و با توجه به امکان ایجاد بازشو در هر نقطه آن ، کارائی همه سیستم هاي مهار بندي را از این نظر دارا است. نتایج بررسی ها موید این موضوع است که رفتار سیستم در محیط الاستیک و همچنین میزان جذب انرژي آن نسبت به دیگر سیستم هاي مهار بندي بهتر است .
در این سیستم به علت گستردگی مصالح و اتصالات ، تعدیل تنش ها به مراتب بهتر از سیستم هاي مقاوم سازي دیگر ، مثل قاب خمشی و انواع مهار بند ها که معمولا در آنها مصالح بصورت دسته شده و اتصالات به صورت متمرکز می باشد ، صورت گرفته و رفتار سیستم بخصوص در محیط پلاستیک مناسبتر است .
در زمینه طراحی دیوار هاي برشی فولادي بر پایه جلوگیري از کمانش خارج از صفحه ورق پانل صورت می گیرد . اگرچه استفاده از سخت کننده ها در پانل هاي برشی فولادي باعث افزایش میزان جذب انرژي در آنها میشود ولی در عین حال این مسئله باعث افزایش هزینه ساخت آنها نیز می گردد.
طبق تحقیقات انجام شده کمانش در ورق ها پایان تحمل باربري آنها نیست و پس از آن مقاومت پس کمانشی قابل ملاحظه اي در پانل هاي برشی بدون تقویت ، با ایجاد شکل گیري میدان کشش قطري به وجود می آید.
در نقطه حدي کمانش الاستیک ، مکانیزم تحمل بار از برش داخل صفحه به میدان کشش قطري تغییر می یابد و سپس تا تسلیم ورق فولادي ، مقدار قابل ملاحظه اي انرژي در بارهاي دوره اي جذب می شود.
٣- مزایاي استفاده از دیوارهاي برشی فولادي
شایان ذکر است این سیستم به دلیل انعطاف پذیري زیاد مستهلک کننده خوبی براي انرژي محسوب می شود و رفتار هیسترزیس پایدار در بارگذاري رفت و بر گشتی از ویژگیهاي این نوع سیستم می باشد .
این نوع دیوارها سختی داخلی نسبتا بالایی دارند که این امر باعث محدود کردن حرکت جانبی به شکل بسیار موثري می شود .
در زمینه مقایسه با دیوارهاي برشی بتنی این سیستم بسیار سبکتر بوده که این ویژگی نه تنها باعث تحمیل بارکمتري به ستونها و فونداسیونها می گردد بلکه عامل کاهنده نیروهاي جانبی لرزه اي نیز خواهد بود.
استفاده از این سیستم سرعت اجرا را بالا برده و در نتیجه در کاهش هزینه هاي ساخت موثر است ، همچنین بازرسیهاي میدانی و کنترل کیفیت ساخت دراین سیستم کاراتر است .
بدلیل ضخامت کم صفحات از نقطه نظر معماري این دیوارها جاي خیلی کمتري نسبت به دیوارهاي برشی بتنی معادل اشغال می کنند و از دیگر مزایاي آن می توان :
