دیوار برشی و انواع آن
دیوار برشی، قهرمان پنهان سازه‌ها در برابر زلزله و طوفان است. در مهندسی سازه، دیوار برشی به سیستم‌های سازه‌ای اطلاق می‌شود که مقاومت جانبی ساختمان یا سازه را تامین می‌کنند.
تا حالا فکر کردید که اگر زلزله شدیدی اتفاق بیفتد، چه چیزی ساختمان‌ها را از فروریختن نجات می‌دهد؟!؟ ستون‌ها و تیرها به تنهایی کافی نیستند؛ اینجاست که دیوار برشی وارد عمل می‌شود. این عنصر کلیدی نقشی حیاتی در پایداری سازه در برابر نیروهای جانبی دارد.
دیوار برشی دقیقا چیست، چطور کار می‌کند و چرا انقدر مهم است؟!؟ در این مقاله، همه چیز را درباره این دیوارها بررسی می‌کنیم!!
اهمیت دیوار برشی
- دیوارهای برشی مقاومت جانبی لازم در برابر نیروهای جانبی مانند باد و زلزله را فراهم می‌کنند.
- خسارات ناشی از زلزله و بادهای خارجی را کاهش می‌دهند.
- این دیوارها موجب افزایش مقاومت و سختی سازه در برابر حرکت جانبی می‌شوند.
- با انتقال بار به فونداسیون از آسیب به اعضای سازه‌ای و غیرسازه‌ای جلوگیری می‌کنند.
عملکرد دیوار برشی
دیوارهای برشی نیروهای جانبی مثل باد و زلزله را جذب و به فونداسیون منتقل می‌کنند. مقاومت جانبی دیوارهای برشی از تاب خوردن یا فروریزش ساختمان‌ها جلوگیری می‌کند.
دیوارهای باربر نیروهای عمودی و دیوارهای برشی نیروهای افقی را جذب و به پی منتقل می‌کنند.
انواع دیوار برشی
دیوار برشی بتن مسلح (Reinforced Concrete Shear Wall)
یکی از پر کاربردترین انواع دیوار برشی، دیوارهای بتن مسلح بوده که به صورت قائم و افقی اجرا می‌شوند. این دیوارها با بتن و میلگرد ساخته می‌شوند و همزمان مقاومت فشاری و کششی ایجاد کرده و سازه را در برابر بارهای جانبی تقویت می‌کنند.
دیوارهای برشی بتن مسلح معمولا در ساختمان‌های مسکونی و تجاری بلندمرتبه، به ویژه در مناطق لرزه‌خیز استفاده می‌شوند. آنها بسیار بادوام بوده و ظرفیت باربری بالایی دارند.
دیوار برشی مصالح بنایی یا بلوک بتنی (Masonry Shear Wall / Concrete Block Shear Wall)
دیوارهای برشی بنایی یا بلوک بتنی با آجر، بلوک و آرماتور ساخته می‌شوند تا مقاومت لرزه‌ای سازه را افزایش دهند. در این دیوارها، در فضای بین آرماتورها و بلوک‌ها بتن ریخته می‌شود.
دیوارهای برشی مصالح بنایی، همزمان بارهای ثقلی و جانبی را تحمل می‌کنند. این دیوارها در ساختمان‌های کوتاه و مناطق با لرزه‌خیزی کم به‌کار می‌روند.
دیوار برشی فولادی (Steel Plate Shear Wall)
دیوار برشی فولادی با ورق فولادی و قاب‌بندی اجرا می‌شود و در برابر تغییر شکل خمشی و برشی مقاوم است.
این دیوارها به‌دلیل استحکام بالا و نصب سریع، در ساختمان‌های بلند تجاری و صنعتی کاربرد زیادی دارند.
دیوار برشی تخته سه لا (Plywood Shear Wall)
دیوارهای برشی تخته‌سه‌لا، نوع سنتی دیوارهایی هستند که برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی مانند باد و زلزله استفاده می‌شوند. تخته‌سه‌لا نیروهای برشی را منتقل می‌کند و گل‌میخ‌ها مقابل کشش و فشار مقاوم‌اند.
این دیوارها در ساختمان‌های مسکونی سبک وزن و کم ارتفاع کاربرد دارند.
دیوار برشی لایه میانی (Mid-Ply Shear Wall)
دیوار برشی لایه میانی به نوعی اصلاح شده دیوارهای تخته‌سه‌لا می‌باشد. در این دیوارها، یک تخته‌سه‌لای اضافه در وسط قرار گرفته و گل‌میخ‌ها آن را به لایه‌های بیرونی متصل می‌کنند. با این کار ظرفیت تحمل بار جانبی این دیوارها نسبت به دیوارهای تخته‌سه‌لای معمولی افزایش می‌یابد.
این دیوار به‌دلیل قیمت مناسب، ساخت آسان و مقاومت بالا محبوب است.
انواع محل‌های قرارگیری دیوار برشی در سازه
دیوارهای برشی وقتی بهترین عملکرد را دارند که به شکل متقارن در اطراف محور مرکزی ساختمان قرار گیرند.
عوامل متعددی تعیین‌کننده محل قرارگیری دیوارهای برشی می‌باشند. در ادامه برخی از مکان‌های ایده‌آلی که دیوارهای برشی اغلب در آنجا قرار می‌گیرند، آورده شده است.
مرکز هر نیمه ساختمان
دیوارهای برشی داخلی را می‌توان در مرکز هر نیمه ساختمان قرار داد. این دیوارها به صورت هسته‌ای بوده و از ساختمان در برابر زلزله محافظت می‌کنند.
انتهای ساختمان
دیوارهای برشی خارجی معمولاً در انتهای ساختمان قرار می‌گیرند.
نزدیک پله و چاه آسانسور
به طور کلی، مکان‌های اطراف راه پله‌ها و چاه آسانسور نیازی به بازشو ندارند. در نتیجه، این محل برای نصب دیوار برشی بسیار مناسب است.
کارایی دیوار برشی در سازه
کارایی دیوار برشی صرفاً به صلبیت یا سختی آن بستگی دارد. دیوارهای توپر کارآمدتر هستند، اما گاهی وجود بازشو مثل در یا پنجره اجتناب‌ناپذیر است.
برای بهبود عملکرد دیوار برشی دارای بازشو، ستون‌های آن را به تیر همبند (کوپله) متصل می‌کنند. به این نوع دیوارها، جفت یا کاپل می‌گویند.
ملاحظات طراحی و اجرا برای دیوارهای برشی
ملاحظات طراحی
دیوارهای برشی باید حداکثر مقاومت و پایداری را در برابر نیروهای جانبی داشته باشند. در اینجا به برخی از عواملی که نقش مهمی در طراحی این دیوارها ایفا می‌کنند، اشاره شده است:
- ضخامت دیوار نباید کمتر از 100 میلیمتر باشد. ضخامت دیوار باید بین 150 میلیمتر تا 400 میلیمتر باشد.
- قطر آرماتور نباید بیشتر از 10/1 ضخامت دیوار باشد.
- حداقل آرماتور باید 0.0025 برابر سطح ناخالص دیوار باشد.
- هرچه عرض بیشتر باشد، مقاومت در برابر بارهای جانبی بیشتر خواهد بود.
- حداکثر فاصله آرماتور باید کمتر از ۴۵۰ میلیمتر یا ۱/۵ طول یا ۳ برابر ضخامت دیوار (هرکدام کمتر) باشد.
- دیوارهای برشی خارجی باید نسبتاً ضخامت بیشتری داشته باشند، زیرا در معرض نیروهای خمشی و برشی بالایی قرار دارند.
ملاحظات ساخت
- پس از اینکه آرماتور افقی طبق طرح قرار گرفت، آرماتوهای عمودی با سایزهای 10 میلیمتر یا 12 میلیمتر قرار می‌گیرند.
- بعد از نصب آرماتورهای عمودی، قالب‌ها دور آن گذاشته شده و با پیچ و مهره محکم می‌شوند.
- مخلوط بتن باید از سیمان با اندازه سنگدانه‌های 10 تا 12 میلیمتر و ماسه مقاوم ساخته شود.
- بتن پس از اختلاط، در قالب آرماتورها ریخته و با ویبراتور برای حذف هوا فشرده می‌شود.
- بعد از پر شدن، دیوارها یک روز استراحت می‌کنند تا سفت و مقاوم شوند.
- پس از یک روز کامل، قالب باید بدون هیچگونه آسیبی برداشته شود.
نکات مهم اجرا و طراحی دیوار برشی
استفاده از مقاطع آجدار
مقاطع آجدار مقاومت را افزایش می‌دهند و برای این نوع دیوارها توصیه می‌شوند.
طراحی دو شبکه در دیوارهای با ضخامت بالا
برای افزایش مقاومت در دیوارهای با ضخامت بالا لازم است که دو شبکه طراحی شود.
حداقل فاصله بین میلگردهای برشی و آرماتورهای عمودی
حداقل فاصله بین میلگردهای برشی و آرماتورهای عمودی به ترتیب باید 1.5 سانتیمتر و 2.5 سانتیمتر باشد.
دورپیچی آرماتورهای کششی در دیوارهای برشی توسط خاموت
آرماتورهای کششی موجود در دیوارهای برشی باید توسط خاموت دورپیچی شوند و پوشش آنها مقدار حداقل 3 سانتیمتر بتن باشد.
دوره طراحی دیوار برشی و سقف‌های نوین
دوره «طراحی دیوار برشی و سقف‌های نوین» با آموزش نکات و ضوابط آیین‌نامه‌ای و کار با نرم‌افزارهای Etabs و Safe، شما را برای طراحی حرفه‌ای دیوارهای برشی یا سقف‌های نوین آماده می‌کند.
مشاهدهمزایا و معایب دیوار برشی
دیوارهای برشی نیز مانند سایر اجزای سازه دارای مزایا و معایبی می‌باشند. در ادامه چند مورد از آنها را ذکر خواهیم کرد:
مزایا
- افزایش پایداری: دیوار برشی پایداری جانبی بالایی در برابر باد و زلزله ایجاد می‌کند.
- مقرون به صرفه بودن: دیوارهای برشی در مقایسه با سایر سیستم‌های مقاوم در برابر بار جانبی نسبتاً ارزان هستند.
- ساخت ساده: دیوارهای برشی به راحتی ساخته می‌شوند و نیازی به اتصالات پیچیده یا تجهیزات تخصصی ندارند.
- انعطاف پذیری: دیوارهای برشی را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد که نیازهای مختلف معماری را برآورده کنند. همچنین آنها قادرند در اشکال و اندازه‌های مختلف در ساختمان جای داده شوند.
- تحمل بار ثقلی با ترک‌خوردگی: دیوار برشی با وجود ترک، همچنان بار ثقلی را تحمل و پایداری را حفظ می‌کند.
معایب
- شکست برشی در صورت طراحی نامناسب
- ایجاد نیروی بالارانش در صورت تخمین اشتباه تعداد دیوارها و قرارگیری نامناسب آنها
نتیجه گیری
اغلب سازه‌ها برای پایداری و ایمنی از دیوار برشی بهره می‌گیرند. با طراحی و اجرای صحیح آنها، خسارات ناشی از زلزله و طوفان به حداقل می‌رسد.
نظرات دانشجویان در صفحه دوره طراحی دیوار برشی و سقف‌های نوین، اثربخشی این دوره را می‌رساند. اگر به دنبال ارتقاء مهارت‌های خود در طراحی دیوارهای برشی هستید، این دوره برای شماست!