دیوار برشی فلزی

دیوارهای برشی فلزی که بیشتر از 3 دهه است که به طور محدود به عنوان سیستم مقاوم در برابر بار جانبی مورد استفاده قرار می گیرند ، گزینه مناسبی برای ساختمان با کاربری های متفاوت می باشند . تحقیقات زیادی تا به امروزدر زمینه SPSW ها در کشورهای آمریکا ، کانادا و ژاپن به منظور کمک به گسترش فهم بهتر رفتار سیستم SPSW ها و به طور خاص رفتار آنها به عنوان سیستم مقاوم در برابر زلزله ، انجام شده است .

3 سیستم متفاوت از دیوار برشی فلزی SPSW وجود دارد :

SPSW جدار نازک بدون سخت کننده
SPSW با سخت کننده
SPSW بتنی کامپوزیت

– چرا باید از سیستم SPSW استفاده کرد ؟

سیستم SPSW از اوایل سال 1970 میلادی ، مورد بررسی و تحقیق قرارگرفته است . بیشترین تحقیق و استفاده از SPSW ها در آمریکای شمالی ، بر روی SPSW جدار نازک بدون سخت کننده صورت گرفته است . در ژاپن سیستم SPSW با سخت کننده متداول می باشد . بدون توجه به نوع SPSW مورد استفاده ، به طور کلی تشخیص کاربرد صحیح سیستم SPSW در سازه حائز اهمیت می باشد . مزایا و معایب سیستم های SPSW به نوع ساختمان موردنظر بستگی دارد که در ادامه ذکر می گردد .

– مزایای SPSW ها :

1. ضخامت دیوار :SPSW ها در مقایسه با دیوار برشی بتنی ، ضخامت کمتری دارند . یک تحقیق انجام شده روی پروژه ساختمان Century نشان داد دیوار فلزی به ضخامت 8 اینچ ( 45.72 سانتی متر ) به همراه پوشش عایق، معادل دیوار برشی بتنی به ضخامت متوسط 28 اینچ ( 71.12 سانتی متر ) می باشد که این امر منجر به حفظ سطح مفید بنا به میزان 2% در هر فوت مربع می شود .
1. وزن ساختمان : SPSW ها منجر به کاهش وزن ساختمان در مقایسه با ساختمان هایی با دیوار برشی بتنی می شود . مطالعه انجام شده روی پروژه Century نشان داد که وزن کل ساختمان که با SPSW طراحی شده است ، تقریباَ در حدود 18% کمتر از وزن ساختمانی با سیستم دیواربرشی بتنی به عنوان سیستم اصلی می باشد که منجر به کاهش بارهای وارد بر فونداسیون ناشی از نیروی ثقلی و بار جانبی زلزله می شود .

2. تسریع ساخت و ساز : استفاده از SPSW ها منجر به کاهش زمان ساخت وساز می شود . نه تنها زمان نصب و راه اندازی را کاهش می دهد بلکه نیاز به زمان عمل آوری نیز ندارد . یک مطالعه زمان بندی شده که بر روی پروژه Century انجام شد، نشان داد استفاده از سیستم SPSW منجر به کاهش یک ماهه زمان ساخت و ساز می شود . مجری ساختمان دادگاه فدرال آمریکا به نصب آسانتر SPSW در مقایسه با قاب های مهاربندی شده بتنی اشاره کرد .
3. شکل پذیری : ورقهای فولادی جدار نازک، ظرفیت پس از کمانش فوق العاده ای دارند. تحقیقات انجام شده روی SPSW ها نشان داد که این سیستم می تواند تا 4% جابه جایی نسبی را بدون تخریب زیاد تحمل کند ، هر چند که بیشتر آزمایشات ، خرابی خارج از پنل صفحه فلزی را نشان دادند .
4. سیستم آزمایش شده : حداقل دو ساختمانی که درآنها از سیستم SPSW به عنوان سیستم اصلی مقاوم در برابر بار جانبی استفاده شده است ، لرزش شدیدی ناشی از زلزله های مهیب تحمل کردند . هر دو ساختمان از خرابی های سازه ای زیاد ، در امان بودند . سیستم SPSW از سال 1970 میلادی مورد آزمایش قرارگرفته است . این سیستم در آیین نامه ملی ساختمان کانادا ( NBCC) از سال 1994 میلادی وارد شده ودر موسسه ساخت وساز فلزی آمریکا (AISC ) وارد خواهد شد .
– معایب SPSW ها :

1. سختی :سیستم SPSW در مقایسه با دیواربرشی بتنی ، به دلیل انعطاف پذیری خمشی شان سختی کمتری دارند . بنابراین ، وقتی از SPSW ها در ساختمان های بلند استفاده می شود ، مهندس طراح باید سختی خمشی بیشتری فراهم کند . در دو پروژه ساختمان Century و دادگاه فدرال آمریکا ، ستون های کامپوزیت دایروی فلزی پر شده با بتن در تمام گوشه های دیوارهای مرکزی به منظور افزایش سختی خمشی و همچنین افزایش ظرفیت واژگونی ساختمان استفاده شده است .
2. مراحل ساخت و ساز :نیروی فشاری اولیه فزاینده در پنل صفحات فلزی ممکن است سبب به تأخیر افتادن گسترش عملکرد حوزه کششی گردد . در نظر گرفتن مراحل ساخت وساز در طراحی به منظور جلوگیری از نیروی فشاری زیاد در پنل ، ضروری می باشد . در پروژه دادگاه فدرال آمریکا ، جوشکاری ورق های وصله اتصالات تا زمان اعمال بیشترین تغییر شکل ناشی از بار مرده به منظور آزاد سازی پیش فشار موجود در پنل دیوار برشی فلزی به تأخیر افتاد .
3. سیستم جدید :به دلیل ناآشنا بودن سیستم SPSW ، پیمانکاران عموماَ هزینه نصب بیشتری برای آن تخمین می زنند . این امر با توجیه پیمانکار در روند طراحی سازه قابل حل می باشد .
– شکل دیوار برشی فلزی :

دو شکل مجزا از SPSW ها وجود دارد : سیستم هسته ای و سیستم صفحه ای . براساس شکل ساختمان ، اندازه و ارتفاع ممکن است یک شکل نسبت به دیگری مزیت بیشتری داشته باشد .

سیستم هسته ای SPSW برای ساختمان های میان مرتبه تا بلند مرتبه مناسب می باشد . این شکل سختی پیچشی و مقاومت واژگونی بیشتری فراهم می کند .

سیستم صفحه ای SPSW برای ساختمان های کم ارتفاع و همچنین برای ساختمان های موجود در حال بازسازی مناسب می باشد . این دیوارها ، ظرفیت برشی کافی با مقاومت در برابر ممان واژگونی محدود فراهم می کنند .

 

 

– رویکرد طراحی و آنالیز :

یک سیستم SPSW متداول از پنل های صفحات فلزی ، المان های مرزی قائم و افقی تشکیل می شود. روند عمومی طراحی سیستم SPSW به شرح زیر می باشد :

 

قاب ثقلی :

قاب های ساختمان شامل المان های مرزی SPSW ، باید برای تحمل بارهای ثقلی، صرف نظر از مشارکت پنل های SPSW ، طراحی شوند . این یک فاکتور مهم است که باید به منظور اطمینان از ظرفیت کافی قاب های ساختمان در برابر بارهای ثقلی در حین رویداد زلزله و در حالی که ورق SPSW ،کمانش ناشی از گسترش حوزه کشش خود را تجربه می کند ،در نظر گرفته شود .

 

پنل صفحه فلزی:

(SPSW ) پنل صفحه فلزی به منظور تحمل بارهای لرزه ای و بار باد طراحی می شود . تمام بارهای جانبی برشی در پنل SPSW به وسیله صفحه فلزی و با به کارگیری عملکرد حوزه کشش تحمل می شود . رویکردهای متفاوتی را می توان برای آنالیز صفحه فلزی به کار گرفت. متداول ترین روش مدل پایه حوزه کشش می باشد ( در جهت حوزه کشش “a”) . المان های صفحه ای با مشخصات ارتوتروپیک در جهت a ممکن است در مدل جانبی به عنوان جایگزین برای پایه استفاده شود . این پایه های کششی به عنوان اعضای کششی طراحی می شوند . این رویکرد با فرمول زیر بیان می شود :

 

 

 

 

جایی که :

L = طول پنل صفحه فلزی

h= ارتفاع پنل صفحه فلزی

= ضخامت صفحه فلزی

= مساحت و ممان اینرسی المان مرزی های قائم

Ab= مساحت المان مرزی افقی

حداکثر نسبت پیشنهادی یک می باشد . هرچه نسبت بیشتر باشد ، بیانگر تأثیر بیشتر سختی المان های مرزی قائم و ظرفیت بر روی کیفیت سیستم می باشد . حداقل نسبت پیشنهادی ، 180 می باشد . هرچه ضخامت صفحه فلزی بیشتر باشد، توسعه عملکرد حوزه کشش را به تأخیر می اندازد .

المان های مرزی :

المان های مرزی در عملکرد صحیح و مناسب سیستم های SPSW ، نقش بسیار مهمی دارند . برای المان های مرزی با دیوارهای صفحه ای در یک طرف (المان های مرزی لبه ) ، المان های مرزی باید براساس ظرفیت دیوار صفحه فلزی طراحی شوند . این الزام بر اساس نسبت ابعاد پنل ، ضخامت صفحه فلزی و مقاومت مورد انتظار صفحه فلزی می باشد .

المان های مرزی قائم ، چه ساخته شده باشند و چه از مقاطع استاندارد W شکل تشکیل شده باشند ، باید ضوابط فشردگی آیئن نامه AISC را تأمین کنند .

 

مراحل مفصل کردن :

مراحل مفصل کردن مطلوب برای سیستم SPSW به شرح ذیل می باشد :

دیوارهای صفحه فلزی
تیرهای اتصالی
المان های مرزی افقی
المان های مرزی قائم

– روش های مدل سازی جایگزین :

مطالعات مقایسه ای بین آزمایشات فیزیکی بر روی SPSW در دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی ، مدل های پایه حوزه کشش و مدل های المان صفحه ای ارتوتروپیک خطینشان داد که هر دو روش مدل سازی برای استفاده ، مناسب می باشند . NBCC، استفاده از مدل پایه حوزه کشش را با حداقل 10نوار و هر نوار در جهت a پیشنهاد می کند. اگرچه برای طراحی ساختمان های بلند مرتبه ، این روش طراحی بسیار خسته کننده می باشد . استفاده از روش المان های صفحه ای ارتوتروپیک خطی ، تحلیل ساختمان های بلند مرتبه را تسهیل می بخشد .

سختی در جهت حوزه کشش باید مشخصه سختی کل فولاد باشد ، در حالی که مشخصه سختی در جهت عمود بر حوزه کشش به منظور شبیه سازی سختی محدود فولاد تحت فشار ، باید کسری از سختی فولاد باشد .

– ملاحظات اجرایی :

مهندس طراح به منظور فراهم کردن رفتار مناسب SPSW و تهیه یک روند اجرائی کارآمد ، باید پارامترهای مهمی را در نظر بگیرد . برخی از این پارامترها عبارتند از :

جزئیات و اندازه صفحات ساخته شده SPSW : پنل های SPSW می تواند از پنل های فولادی بزرگ با سختی خارج از صفحه کم تشکیل شود که سبب ایجاد مشکلاتی برای وقفه در اجرای ساختمان و نصب سیستم می کند . مهندس طراح باید اندازه بخش های مختلف پنل و جزئیات آن را طراحی کند تامشکل اجرا کاهش یابد . سختی خارج از صفحه مناسب باید تأمین گردد .

 

 

برنامه و طرح دقیق مراحل اجرا : مهندس با همکاری پیمانکار باید مراحل اجرا را به منظور کاهش بار ثقلی که نیروی فشاری محوری در پنل های صفحه فلزی ایجاد می کند ، برنامه ریزی کنند . نیروی پیش فشاری محوری در دیوار صفحه ای فلزی ممکن است توسعه عملکرد حوزه کشش را به تأخیر بیندازد . اقدامی که برای غلبه براین مورد می توان انجام داد ، به تأخیر انداختن محکم کردن و ثابت کردن اتصالات اجزای ورق های فولادی می باشد .

 

پایداری در حین اجرا : یکی از مزایای استفاده از SPSW ها ،تسریع زمان اجرا می باشد مهندس طراح باید مطمئن شود که سیستم برپا شده ، سختی خارج از صفحه کافی در حین اجرا داشته باشد . سیستم SPSW در مقایسه با دیوار برشی بتنی ، سختی خارج از صفحه کمتری دارد .

 

مطالب اخیر

محاسبات

شرح خدمات دپارتمان سازه و محاسبات گروه طراحیآویستات: محاسبات سازه با اسکلت فلزی و بتنی

ادامه مطلب »

آسانسورها

الزامات اولیه انتخاب آسانسور طراح باید تعداد,ظرفیت و نوع (مسافربر,باربرو …)آسانسورهای ساختمان را در مراحل

ادامه مطلب »

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *