دیوار برشی فولادی صفحه فولادی نوعی سیستم جدید مقاوم در برابر بارهای جانبی بوده که نسبت سایر سیستم‌های مقاوم در برابر بار جانبی دارای عملکرد بهتری است. در این سیستم نیروهای جانبی توسط دیافراگم‌های کف طبقات به صورت افقی به صفحه، تیر و ستون‌های این نوع دیوار متقل می‌شود. قاب فولادی محیطی هر صفحه ممکن است دارای اتصال تیر به ستون به صورت ساده (مفصلی) یا ممان گیر (گیردار) باشد. همچنین صفحه می‌تواند با سخت کننده یا بدون آن باشد. علاوه بر این، صفحه ممکن است توسط پیچ و یا جوش به قاب محیطی‌اش متصل شود.

رفتار اصلی دیوار برشی صفحه ای فولادی مقاومت در برابر برش افقی طبقه و مقابله با لنگر واژگونی ناشی از بارهای جانبی است. پانل دیوار برشی صفحه‌ای شامل یک ورق نازک فولادی یا ضخامت ۳ تا ۱۰ میلیمتر دو ستون و تیرهای افقی کف است. که به این تیرها و ستون‌ها عناصر مرزی می‌گویند. صفحه فولادی دیوار برشی فولادی همراه با دو ستون مجاور، مانند یک تیر ورق قائم (طره) رفتار می‌نمایند. در این تیر ورق قائم‌، ستون‌ها به عنوان بال‌های تیر ورق و صفحه فولادی دیوار مانند جان آن‌، رفتار می‌کند. تیرهای افقی کف، اصولا‌ً به عنوان سخت کننده‌های عرضی در این تیر ورق قائم تلقی می‌شود.

در اکثر مواقع، تولید اعضای اسکلت فلزی در محل کارخانه و با تعبیه المان‌های لازم جهت اتصال ورق‌های فولادی (به صورت پیچی و یا جوشی) صورت می‌گیرد. پس از حمل به کارگاه و نصب اسکلت فلزی و ورق‌های فولادی توسط جرثقیل در محل خود قرار داده و پس از نصب موقت و سریع آن‌ها در مرحله بعد اتصال دائم و کامل ورق‌ها به المان‌های اطراف تامین می‌شود.

دیوار برشی فولادی

انواع دیوارهای برشی فولادی

دیوارهای فولادی برشی بدون سخت کننده

در این نوع دیوارها ورق جان مقاومت فشاری ناچیزی دارد و بنابراین کمانش بر اثر بارهای کوچک به وجود می‌آید. از طرف دیگر بارهای جانبی توسط مقاومت کششی قطری به وجود آمده در جان دیوار تحمل می‌شود که این عملکرد همانند میدان کششی به وجود آمده در تیر ورق‌ها است.

دیوار برشی فلزی شامل سخت کننده

در این نوع دیوارها سخت کننده‌ها ظرفیت کمانشی ورق جان دیوار برشی را افزایش می‌دهد.

دیوار برشی فلزی مرکب (ترکیب بتن و فلز)

در این سیستم سختی مورد نیاز برای ورق فلزی جان دیوار توسط بتن آرمه تامین می‌شود. از بتن سخت کننده می‌توان در یک طرف یا هر دو طرف ورق جان دیوار استفاده کرد.

این پدیده نوین که در جهان به سرعت رو به گسترش است در ساخت ساختمان‌های جدید و همچنین تقویت ساختمان‌های موجود به خصوص در کشورهای زلزله خیزی همچون آمریکا و ژاپن به کار گرفته شده است. تکنولوژی طراحی و ساخت دیوار برشی فولادی طی سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است. و ضوابط طراحی و اجرای آن در آیین نامه‌های مختلف مانند آیین نامه فولاد، آیین نامه لرزه‌ای AISC و ضوابط FEMA 450 وارده شده است.

میدان کششی قطری

اساس ایده دیوارهای برشی فولادی نازک که در ۱۵ سال اخیر به طور جدی مورد توجه قرار کرفته است بهره‌گیری از میدان کششی قطری است که در این گونه دیوارهای ایجاد می‌شود. مقاومت این گونه دیوارها به طور عمده مقاومت پس کمانشی ورق‌های نازک یا در واقع مقاومت ناشی از میدان کشش قطری است که پس از کامنش ورق فولادی در آن ایجاد می‌شود.

مزایای کلی دیوار برشی فولادی

  • ‌وزن اندک ورق فولادی ساده شدن الزامات طراحی به دلیل رفتار مناسب سیستم و دارا بودن ضریب رفتار بالا به همراه عملکرد موثر در کنترل تغییر شکل‌های سازه‌ای به واسطه داشتن سختی جانبی زیاد، منجر به کاهش وزن اسکلت طراحی شده می‌شود.
  • ایمنی و مقاومت بالای لرزه‌ای پیوستگی، شکل پذیری و استحکام بالای ورق فولادی و اتصالات آن.
  • اجرای آسان
  • استفاده از اتصال مفصلی با جوش گوشه در همه اتصالات قاب به جز اتصال اعضای احاطه کننده ورق فولادی
  • حمل و نقل آسان ورق فولادی به دلیل وزن کم، انعطاف بالا، و برش کاری و آماده سازی آن در محل کارخانه‌
  • کوچک بودن بعد جوش اتصال ورق فولادی و اجرای آن تنها با یک عبور جوش
  • همچنین امکان حذف جوش و اجرای اتصال به کمک پیچ و مهره
  • کاهش حجم جوشکاری سازه نسبت به سایر سازه‌های فولادی
  • از دیگر مزیت‌های دیوار برشی فولادی می‌توان به افزایش قابل توجه سرعت اجرا اشاره نمود. این موضوع خصوصاً در مقایسه با سیستم دیوار برشی بتنی بسیار بارز است. در سیستم دیوار برشی بتنی هر چقدر که سرعت اجرای سقف با استفاده از تکنولوژی‌های نوین افزایش یابد، باز هم با توجه به این که اجرای بتن سقف و دیوار باید به طور همزمان صورت گیرد اجرای سقف منوط به اجرای دیوار شده و در نهایت سرعت پروژه کاهش می‌یابد.
  • در مقابل در سیستم دیوار برشی فولادی به این علت که اجرای سیستم باربر جانبی همزمان با نصب اسکلت انجام ‌‌و پایداری جانبی سازه تامین می‌شود. اجازه بتن ریزی و اجرای همزمان سقف‌ها بدون هیچ محدودیتی به پیمانکار داده می‌شود.
  • این موضوع باعث انجام فعالیت‌های اجرای پروژه به صورت همزمان شده و به شدت سرعت اجرا را افزایش می‌دهد.
  • کاهش هزینه آهن آلات تا ۵۰٪
  • کاهش هزینه ساخت بنا حداقل تا متری ۱۰۰۰۰۰ تومان‌
  • کاهش هزینه فونداسیون به واسطه سبک سازی و در نتیجه کاهش هزینه‌ها
  • افزایش سرعت اجرای ساختمان نسبت به سایر سیستم‌ها به ویژه سازه‌های بتنی
  • سیستمی مناسب و کم هزینه جهت مقاوم سازی بناهای قدیمی و آسیب دیده
  • استفاده از مصالح ساختمانی متداول و عمدتاً مقاطع تیر آهن ساده و یا لانه زنبوری
  • با توجه به دقت بالای مورد نیاز در اجرای دیوار برشی فولادی فرایند ساخت آن در کارخانه و با اعمال مراحل کنترل کیفیت انجام می‌شود.
  • استفاده از تکنولوژی نوین جوشکاری‌، انجام آزمون‌های جوش و افزایش سرعت از مزایای بارز اجرای اسکلت در کارخانه است. از سوی دیگر با جایگزینی ابزار اتصال پیچ به جای جوش امکان کنترل کیفیت اتصال به مراتب ارتقا می‌یابد.

مزایای معماری دیوار برشی فولادی

اشغال کمتر فضای معماری نسبت به سایر سیستم های باربر جانبی

به علت ملاحظات اجرایی ضخامت ورق از ۴ میلیمتر شروع شده و نهایتاً بر حسب مشخصات پروژه تا ۱۰ میلیمتر افزایش می‌یابد. در دیوار برشی بتنی ضخامت دیوار از حدود ۳۰ سانتیمتر شروع شده و در پروژه‌های بزرگتر دیوارهایی با ضخامت تا حدود ۸۰ سانتیمتر و یا بیشتر نیز به چشم می‌خورد. این کاهش ضخامت خصوصاً در پروژه‌های تجاری که مقدار زیر بنای مفید معماری بسیار حایز اهمیت است و سود اقتصادی قابل توجیه را خود به همراه دارد.

امکان تعبیه بازشو (درب و پنجره)

در دیوارهای برشی فولادی مشروط به در نظر گرفتن سخت کننده‌های لازم امکان تعبیه بازشو در هر ابعادی وجود دارد در حالی که این امکان در سیستم مهاربندی V محدود است و در مهاربندی X وجود ندارد و در دیوارهای برشی بتنی با محدودیت اندازه و جزییات اجرایی دشوار مواجه است.

مزایای رفتاری دیوار برشی فولادی

شکل پذیری و قابلیت جذب انرژی بالاتر نسبت به سیستم‌های مهاربندی و دیوار برشی بتن آرمه

عدم حساسیت ویژه به نحوه اجرای اتصالات جوشی بر خلاف سیستم قاب خمشی که در آن در صورت ‌جوش اتصال تحت بار حانبی، ریزش طبقه و خرابی پیش رونده رخ خواهد داد.

ایمنی تامین شده توسط دیوار برشی فولادی به دلیل دارا بودن درجه نامعینی زیاد و پیوستگی جوش به کار رفته در اتصال ان از سیستم‌های مهاربندی و قاب خمشی بالاتر و با سیستم دیوار برشی بتن آرمه قابل مقایسه است.

در سیستم دیوار برشی فولادی در شرایط وقوقع زلزله تسلیم و خرابی در ورق فولادی قابل تعویض و تا حد کمتری در نقاط انتهایی تیرهای بالا و پایین ان متمرکز شده و سایر تیرها و ستون‌های سازه از وقوع تسلیم در امان خواهند ماند در نتیجه هزینه باز سازی ساختمان پس از زمین لرزه به حداقل رسانده می‌شود.

مزایای سازه ای دیوار برشی فولادی

  • عملکرد موثر در کنترل تغییر مکان جانبی به دلیل سختی نسبتاً بالا
  • کاهش بار زلزله وارد شده به سازه به دلیل وزن سبک سیستم در مقایسه با دیوار برشی بتنی
  • اشغالی تعداد دهانه‌های کمتری نسبت به سازه‌های مهاربندی و دیوار برشی بتنی
  • سرعت اجرای سیستم و کنترل دقت اجار به مراتب بالا با توجه امکان ساخت قطعات این سیستم در کارخانه و نصب آن در محل
  • استفاده از مصالح یکسان (فولاد) در ساخت دیوار برشی و قاب‌های فولادی مجاور

سیستم دیوار برشی فولادی با ستون های CFT

ستون‌های با مقطع فولادی شکل پر شده توسط بتن یا به اختصار CFT ترکیب هوشمندی از بتن و فولاد هستند که مجموعه‌ای از مزایای ستون‌های بتن آرمه و فولادی را دارا هستند. شکل پذیری بیشتر نسبت به ستون‌های بتن مسلح به علت حضور پر رنگ‌تر فولاد در مقطع اجرای بسیار سریعتر نسبت به اسکلت‌های بتنی به دلیل تولید اسکلت فولادی در کارخانه و اجرای سریع اتصالات در محل کارگاه و همچنین کاهش قابل توجه ابعاد مقاطع ستو‌ن‌ها نسبت به ستون‌های بتنی از جمله مزایای این ستون‌ها است.

استفاده از ستون‌های CFT در سیستم دیوار برشی فولادی ترکیب مهندسی هوشمندانه‌ای است که به خوبی پاسخگوی نیازهای معماری و سازه‌ای این سیستم است.

از مزایای سیستم دیوار برشی فولادی با ستون‌های CFT میتوان به کاهش وزن فولاد مصرفی، ایمنی و مقاومت بالای لرزه‌ای به واسطه پیوستگی و شکل پذیری بالای ورق‌های فولادی و اتصالات آن و اجرای آسان به دلیل اعضای اسکلت فلزی و پانل دیوار در کارخانه و استفاده از اتصال مفصلی با جوش گوشه در همه اتصالات قاب به جز اتصال اعضای احاطه کننده ورق فولادی اشاره کرد.

سازه‌های فولادی سرد نورد شده CFC با دیوار برشی فولادی

استفاده از فزایند نورد سرد در تولید سازه‌های فولادی سابق زیادی در نقاط مختلف جهان دارد. در این میان سازه‌های فولادی سبک سرد نورده شده LSF بیشتر شناخته شده است. این سازه‌های که بیشتر در مناطق آمریکایی شمالی و استرالیا در احداث بناهای یک و دو طبقه فوق سبک کاربرد دارند، ‌در سال‌های اخیر نیز در برخی مناطق ایران مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

استفاده از مقاطع فولادی سرد نورده شده با ضخامت کمتر از ۲ میلیمتر به صورت دیوارهای باربر در این سازه‌ها امکان انبوه سازی در طبقات و هماهنگی با طرح‌های معماری متنوع را بسیار محدود می‌نماید.

دیوارهای برشی فولادی در سازه‌های CFS به عنوان عناصر باربر جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرند که خود بر تسهیل روند اجرا، شکل پذیری و رفتار لرزه‌ای بسیار نطلوبی را پدید می‌آورد. از آنجا که در هر سیستم ساخت و ساز مناسب لازم است تمامی عناصر اصلی سازه شامل عناصر باربر ثقلی و جانبی به همراه دیافراگم‌های سقف سازگار و هماهنگ با یکدیگر باشند. معمولاً استفاده از تیرچه‌های فلزی با جان باز و عرشه‌های فولادی به عنوان سیستم سقف در سازه‌های CFS توصیه می‌شود.

تیرچه‌های فلزی با جان باز به عنوان خرپای فلزی ساده مقاطع لانه زنبوری در سازه‌های رایج مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عرشه‌های فولادی با قرار گیری بر روی تیرچه‌های فلزی امکان انجام سریع عملیات بتن ریزی دال‌های سقف در طبقات مختلف را فراهم می‌آورند.

سازه‌های CFS در نهایت ظاهری مشابه سازه‌های فلزی رایج با اتصالات ساده پیچ و مهره‌ای خواهند داشت. افزایش سرعت و کیفیت اجرا به همراه کاهش هزینه‌های پروژه‌ها از مزایای اصلی این سیستم ساخت و ساز به شمار می‌آیند.

منبع: عمران سافت

از انتشار مطالب و فایلهای این سایت با ذکر منبع استقبال میکنیم