دیوار حائل چیست؟ (جلسه بیست و سوم)

دیوار حائل در تاریخ ۲۹ فروردین ۱۴۰۱ به‌روزرسانی شد!

طراحی لرزه‌ای دیواربه عنوان دیوار حائل و یا غیر آن در موارد مختلفی کاربرد دارد. سازه‌های حائلی مانند: دیوارهای ساحلی، دیوارهای نگهبان، اسکله‌ها، دیوارهای کناری پل‌ها و… . این سازه‌ها و چگونگی ساخت و راه‌اندازی آن‌ها به حدی مهم است که اگر کوچک‌ترین خطایی در ساختشان وجود داشته باشد، به جای اینکه باعث کاهش خسارات وارد آمده از طریق زلزله شود، هزینه‌ها و آسیب‌های جدی به محیط افراد خود وارد می‌سازد.

به همین دلیل در این جلسه از آموزش رایگان نرم‌افزار ایتبس، تصمیم گرفتیم تا به چگونگی طراحی و مدل‌سازی دیوارهای حائل به منظور داشتن ایمنی بیشتر بپردازیم.

 

 

 

 

تمایل دارید این جلسه و جزوه آموزشی آن را دانلود کنید؟
اين جلسه حاوي

1. فيلم آموزشي بالا
2. ۲ جزوه آموزشي براي درک بهتر ويديو به زبان فارسي

ميباشد، اگر تمايل داريد تمامي۴۴ قسمت آموزش ايتبس و تمامي جلسات آموزش سيف را دانلود کنيد، بايد عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري باشيد! چنانچه تاکنون ثبت نام نکرديد از طريق دکمه زير ثبت نام کنيد.

تاکنون بيش از ۲۰۰۰ نفر عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري شده اند!

هزينه عضويت تنها ۲۹ هزار تومان

خيلي سريع من را عضو الماسي کن!

 

در جلسه ۲۳ در مورد دیوار حائل، فشار جانبی خاک که به سازه وارد می‌شود و روش‌های مهار کردن این فشار صحبت خواهیم کرد. اینها مفاهیم جدیدی هستند که در این جلسه به‌صورت کامل به شما توضیح خواهیم داد.
قبل از آنکه به سراغ این جلسه برویم، بهتر است مروری از مسیر طراحی سازه از ابتدای کار تا به اینجا داشته باشیم.
در ابتدای این مسیر، پلان معماری سازه خود را کنترل کردیم.
سپس به سراغ سیستم باربر سازه‌ای رفتیم و در ادامه سازه خود را در نرم‌افزار مدل‌سازی کرده و به معرفی کردن سازه، مانند ستون‌ها، تیرها، بتن، فولاد و… پرداختیم.
سپس به اختصاص دادن رسیدیم و در ادامه به سراغ تحلیل، طراحی و کنترل خواهیم رفت تا در نهایت بتوانیم خروجی مناسب و بهینه شده‌ای از سازه بگیریم.
اکنون در قسمت بارگذاری‌های مربوط به بار زمین هستیم و می‌خواهیم در مورد بار زمین صحبت کنیم. آموزش‌هایی به نامThe Institute of Soil Science  وجود دارد. این آموزش‌ها تحقیقاتی هستند که در مورد رفتار خاک و رفتار زمین تحقیق می‌کنند و در مورد روش‌های مختلف مهارسازی فشار جانبی خاک سخن می‌گویند.

آشنایی با دیوارهای حائل:

اگر می‌خواهید دیوارهای حائل را به خوبی یاد بگیرید؛ ابتدا باید به سوالات زیر پاسخ دهید:

* چیستی؟
دیوار حائل چیست؟
انواع دیوارهای حائل
شباهت و تفاوت دیوار حائل و دیوار برشی

* چرایی؟
چرا دیوارهای حائل را به کار می‌بریم؟
قرارداد نظام مهندسی به چه صورت می‌باشد.

* چگونگی؟
چگونه دیوارهای حائل را به کار ببریم.
بررسی موارد آئین‌نامه‌ای دیوار حائل
مدل‌سازی دیوار حائل
مش‌بندی دیوار حائل
ضرایب سختی
در ادامه هر یک را به اختصار توضیح خواهیم داد.

فشار جانبی خاک چیست؟

فشار زمین خاک عبارت است از فشاری که خاک در جهت افقی اعمال می‌کند. فشار جانبی خاک از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است زیرا بر رفتار تحکیمی و مقاومت خاک تأثیر می‌گذارد و به دلیل آنکه در طراحی سازه‌های مهندسی ژئوتکنیکی مانند دیوارهای حائل، تونل‌ها، شالوده‌های عمیق و گودبرداری‌های مهاربندی‌شده موردتوجه قرار می‌گیرد.

در ابتدا به سراغ چیستی دیوارهای حائل برویم. فرض کنید زمین بسیار بزرگی دارید که می‌خواهید در این زمین ساخت‌وساز کنید. برای اینکار، ابتدا زمین را پلاک‌بندی می‌کنند و یکی از قسمت‌های آن را را به ما می‌دهند. زمانیکه ما ساختمان را می‌سازیم ممکن است یکسری طبقات منفی، ساختمان ما داشته باشد؛ مانند: رمپ‌ها. مسلما وقتیکه به ارتفاع‌های پایین‌تر سطح مبناء می‌رویم، در زمین‌های مجاور خاک وجود دارد ولی در زمین ما سازه وجود دارد. پس یک باری به شکل مستطیل شکل به سازه ما اعمال می‌شود.
در ابتدای کار، این بار کمتر است ولی هر چه پایین‌تر می‌رویم و ارتفاع منفی بیشتر می‌شود؛ فشار جانبی خاک نیز افزایش پیدا می‌کند. به همین علت در برخی جاها می‌گوییم نیاز به دیوار حائل نیست و همان دیوار آجری فشاری و یا وال پست کفایت می‌کند.

انواع سازه‌های نگهبان:

به‌طورمعمول در طرح‌های مهندسی ازجمله در بنادر، گودبرداری‌ها، راه‌آهن، پل‌ها، جاده‌ها، ابنیه و کانال‌های فاضلاب به‌منظور جلوگیری از ریزش خاک یا نفوذ آب و همچنین پایدارسازی اجزای طرح، از سازه‌های نگهبان موسوم به دیوارهای حائل استفاده می‌شود.با توجه به کاربرد فراوان دیوارهای حائل در پروژه های مهندسی، دقت در طراحی آنها حائز اهمیت می باشد. از طرفی به علت ارتباط سازه ها با پی و خاک محل اجرا، بررسی شرایط خاک و فشار وارده از طرف خاک در طراحی دیوار حائل دارای اهمیت می باشد.

سازه نگهبان، سازه‌ای است برای محافظت و جلوگیری از ریزش گودها که انواع مختلفی دارد. در سال‌های اخیر در اجرای عملیات گودبرداری، مهار کردن دیوارهای مجاور سازه روشی رایج برای ایمن کردن گود می‌باشد با استفاده از روش‌های مختلف سازه نگهبان می‌توانیم گود را ایمن کنیم.اگر بتوانیم خاک زیرین را نگه‌داریم خودبه‌خود سازه‌ی روی خاک هم می‌ایستد اما اگر سازه را نگه‌داریم درصورتی‌که خاک حرکت کند، ساختمان فرومی‌ریزد.

 

به‌طور کلی، برای مهار فشار جانبی خاک از سازه نگهبان استفاده می‌کنیم. سازه‌های نگهبان انواع مختلفی دارند، از جمله:
* دیوار با عملکرد وزنی
* دیوار سپرگونه
* خاک مسلح
* میل مهاری (میخ مهاری)
* دیوارهای زیرِ زمین
دیوارهای زیرِ زمین خود به ۲ دسته “دیوارهای مستقل” و “دیوارهای متصل” تقسیم می‌شوند. دیوارهای حائل جزء دیوارهای زیرِ زمین هستند. در این جلسه از آموزش رایگان نرم‌افزار ایتبس، تنها در مورد دیوارهای حائل صحبت خواهیم کرد.

دیوارهای حائل در سه وضعیت سکون، محرک و مقاوم، تحت فشارهای جانبی از سوی خاک قرار می گیرند. اگر جابجایی در دیوار رخ دهد، فشار جانبی وارد بر دیوار نیز تغییر می کند.

سازه‌های حائل خاک نظیر دیوارهای حائل، دیوارهای زیرزمین و دیوارهای ساحلی که در مهندسی پی برای حفاظت جداره شیروانی‌های خاکی مورداستفاده قرار می‌گیرند، تحت تأثیر فشارهای رانشی خاک قرار دارند. طرح صحیح این دیوارها ایجاب می‌کند که شناخت دقیقی از فشار جانبی ایجاد شده بین خاک و سازه داشته باشیم.

تعریف دیوار حائل:ساختار دیوارهای حائل به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که مقاومت خاک را در برابر فشار جانبی که در اثر شیب‌های غیرطبیعی پدید می‌آید افزایش دهند. از این دیوارها در شرایطی که ایجاد شیب‌های موردنظر بیش از زاویهٔ نشست خاک آن منطقه اختلاف سطح ایجاد کند استفاده می‌شود.

وجود دیوار حائل علاوه بر مهار فشار خاک پشت آن، می‌تواند در سبک‌سازی سازه نیز نقش ایفا کند. بر اساس ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰، می‌توان تراز پایه را به بالای دیوار حائل منتقل کرد. با این کار ضریب زلزله محاسبه‌شده و درنتیجه مقدار نیروی زلزله وارده برسازه کاهش‌یافته و سازه با مقطع کوچک‌تری جوابگو خواهد بود.

انواع دیوارهای حائل:

۱. دیوار حائل وزنی  (Gravity Retaining Wall):دیوارهای وزنی تعادل خود را با وزن زیاد به دست می‌آورند. یکی از کاربردهای دیوارهای وزنی بزرگ، استفاده از آن‌ها به عنوان دیوارهای کناری سرریزها است.
موارد استفاده از دیوار حائل بلوکی برای خاکریزهای ساده و دیوار وزنی بتن مسلح عمدتاً برای ساخت سد و پایدارسازی ترانشه‌های خاکی است.
در دیوار حائل بلوکی یا وزنی بتن مسلح، تنش‌های کشش در هیچ مقطعی از دیوارها نباید از تنش‌های مجاز کشش تجاوز کنند.

۲. دیوار حائل گهواره‌ای (Crib Retaining Wall):دیوارهای حائل نگه‌دارنده گهواره‌ای از نوع دیوار حائل وزنی می‌باشد. این نوع دیوارها از جعبه‌های جداگانه‌ی ساخته‌شده از چوب یا بتن پیش‌ساخته یا فلزی، ساخته‌شده‌اند، سپس جعبه‌ها را با سنگ خردشده یا سایر مواد دانه‌ای درشت پر می‌کنند تا یک ساختار زهکشی آزاد ایجاد شود.

۳. دیوار حائل گابیون (Gabion Retaining Wall):دیوارهایی هستند که از قلوه‌سنگ و لاشه‌سنگ پرشده‌اند، ساخته می‌شوند. به همین دلیل به آن دیوار حائل سنگی نیز می‌گویند.در هر شرایط هندسی و ژئوتکنیکی قابل اجرا است.
به‌عنوان یکی از روش‌های مرسوم و پراستفاده در مهندسی رودخانه برای حفاظت سواحل رودخانه مورداستفاده قرار می‌گیرد. در این دیوارها فشار هیدرو استاتیک هرگز در پشت یا زیر سازه ایجاد نشده و موجب خرابی کل ساختار نمی‌شود.

۴. دیوار حائل طره‌ای (Cantilever Retaining Wall):دیواری است که تعادل خود را با عمل طره ای بدست می آورد. این دیوارها از جنس بتن مسلح بوده و طراحی آن‌ها بر اساس خمش و برش است.
دیوار طره‌ای غالباً برای ارتفاع‌های ۳ تا حداکثر ۸ متر ساخته می‌شود. حداقل ضخامت این دیوارها ۳۰۰ میلی‌متر در بالا است و ابعاد پی به‌گونه‌ای انتخاب می‌شود که برآیند نیروها از یک‌سوم وسط پی عبور کند.
بحرانی‌ترین مقطع، محل تقاطع ساقه و پی است. در طراحی دیوارها سعی می‌شود که از آماتورهای برشی استفاده نشود.
حداقل پوشش روی میلگردها در ساقه سمت رو به خاک ۷٫۵ سانتی‌متر و در سمت دیگر ۵ سانتی‌متر است.
پوشش آرماتورها در پی نیز ۷٫۵ سانتی‌متر است. در محل تماس ساقه به پی معمولاً یک کلید برشی قرار داده می‌شود تا اتصال ساقه به پی به نحو مناسبی انجام گیرد و ازآنجاکه قسمت تماس ساقه بافاصله زمانی بتن‌ریزی می‌شود، تعبیه این کلید نقش مهمی در اتصال پی به ساقه دارد.
در اغلب موارد پشت دیوارها قائم است اگرچه شیب‌دار کردن آن ممکن است به پایداری دیوارها کمک کند. برای دیوارهای بلندتر از ۶ تا ۸ متر از دیوار حائل پشت‌بنددار استفاده می‌شود.این نوع دیوار یا در محل ساخته می‌شود یا در کارگاه ساخته‌شده و به محل موردنظر حمل می‌شوند.

۵. دیوار حائل طره‌ای جلوبند دار و پشت بنددار (Counterfort Retaining Wall Buttressed):
دیوار حائل پشت‌بنددار مانند دیوار طره‌ای است با این تفاوت که وجود پشت پندهایی در پشت یا جلوی دیوارها باعث کاهش ضخامت آن می‌شود.
این‌گونه دیوارها معمولاً برای ارتفاع بالای ۶ متر مورداستفاده قرار می‌گیرند. یکی از دلایلی که استفاده ازاین‌گونه دیوارها را محدود می‌کند، سطح زیاد قالب‌بندی این دیوارها است که باعث افزایش هزینه قالب‌بندی می‌شود.
فاصله بین پشت‌بندها معمولاً یک‌دوم تا یک‌سوم ارتفاع دیوارها در نظر گرفته می‌شود.
ضخامت دیوارها تا حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر نیز گزارش‌شده است که ازنظر اجرایی و دوام سازه ضخامت حداقل ۳۰ سانتی‌متر منطقی‌تر است.

۶. دیوارهای حائل سپری مهار شده (Anchored Retaining wall):برای دیواره‌های نگه‌دارنده با ارتفاع زیاد، میله‌ها یا کابل‌های بلند در اعماق زمین رانده و انتهای آن‌ها با استفاده از بتن مهار می‌شوند. این دیوارها به‌عنوان میل مهار نیز شناخته می‌شوند. آنها هنگامی کاربرد دارند که یک دیوار نگه‌دارنده باضخامت کم موردنیاز بوده و یا فضای لازم برای نصب انواع دیگر دیوارهای حائل محدود باشد. ساخت این دیوارها برای خاک‌های سستی که بر روی سنگ‌های طبیعی قرار دارند، بسیار مؤثر هستند.زمانی استفاده می شود که فضا محدود باشد یا به دیوار نگهدارنده نازک نیاز باشد.این نوع دیوار نگهدارنده گاهی برای خاک شل شده و سست بر روی صخره ها مناسب می باشد.در برابر انواع نیروها مقاوم می باشد.

۷. دیوار حائل سپری (Sheet-pile Retaining wall):دیوار نگه‌دارنده سپری با هدایت شمع‌های بتنی تقویت‌شده در مجاورت و کنار یکدیگر مطابق شکل زیر ساخته می‌شود. شمع‌های بتنی که به عمق کافی در کنار یکدیگر فروبرده می‌شوند باعث می‌شوند تا با نیرویی که سعی می‌کند از دیوار عبور کند، مقابله کنند. این نوع دیوارها هم می‌توانند به‌صورت موقت و هم می‌توانند به‌صورت دائم اجرا شوند.این نوع دیوارها هم می توانند به صورت موقت و هم می توانند به صورت دائم اجرا شوند.سختی بسیار بالایی رادارند که قادر هستند فشار جانبی در اعماق بزرگ حفاری را تحمل کنند و تقریباً هیچ‌گونه مزاحمتی برای ساختارها با خصوصیات اطراف آن ندارند.

۸. دیوارهای حائل میخکوب شده (Mechanically Stabilized Earth (MSE) Retaining wall):یکی از اقتصادی‌ترین و متداول‌ترین دیوارهای حائل می‌باشد. دیوار نگه‌دارنده زمین با وسایل مکانیکی توسط پر کننده‌های منتخب (گرانول) پشتیبانی می‌شود و توسط تقویت‌کننده‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند، که می‌تواند نوارهای فلزی باشد.انواع این نوع دیوار حائل، شامل پانل، بلوک بتنی و دیواره های موقت زمین است.

۹. سیستم های ترکیبی:دیوارهای نگهدارنده که هم از وزن (جرم) و هم از تقویت برای پایدارسازی استفاده می کنند، به عنوان سیستم های نگهدارنده ترکیبی یا کامپوزیتی نامیده می شوند.

دیوارهای حائل وزنی از بتن ساده (غیر مسلح) و یا مصالح بنایی (بخصوص سنگ با ملات ماسه سیمان) ساخته می‌شوند. پایداری این دیوارها در مقابل فشار جانبی، در درجه اول بستگی به وزن آن‌ها دارد. گاهی مواقع با استفاده از مقدار محدودی میلگرد، از عرض دیوار حائل وزنی مقداری کاسته می‌شود. این میلگردها در خمش با مصالح بنایی مشارکت می‌کنند. به چنین دیوارهای دیوارهای نیمه وزنی می گویند.

بررسی‌های اقتصادی نشان می‌دهد که ساخت یک دیوار وزنی، اقتصادی‌تر از ساخت یک دیوار پشت‌بنددار هم‌ارتفاع آن است، زیرا در دیوار وزنی مسائله قالب‌بندی به میزان دیوار پشت‌بنددار وجود ندارد و هم‌چنین از آرماتور استفاده نمی‌شود که مزیت اقتصادی بزرگی برای دیوار حائل وزنی است.

دیوارهای حائل طره ایاز بتن مسلح ساخته می‌شوند و متشکل از دیوار تیغه و دال پایه می‌باشند. حداکثر ارتفاع اقتصادی این دیوارها ۶ تا ۸ متر است.

در دیوار طره‌ای یک درز افقی در محل تماس ساقه با پی دیوارها به وجود می‌آید. درصورتی‌که قرار است در این محل کلید برشی قرار داده شود، قبل از بتن‌ریزی ساقه، داخل کلید برشی باید با فشار آب یا هوا کاملاً تمیز شود.

دیوارهای حائل پشت‌بنددار مشابه دیوارهای حائل طره‌ای هستند با این اختلاف که در فواصل منظم دارای پشت‌بندهایی عمود بر دیوار تیغه می‌باشند. پشت‌بندها، تیغه و پایه را به یکدیگر می‌دوزند و درنتیجه با ایجاد رفتار دو طرفه از مقدار نیروی برشی و لنگر خمشی آنها می‌کاهند.

دیوار حائل زیرزمین درواقع نوعی از دیوارهای حائل است که علاوه بر فشار جانبی خاک، نیروهای قائم را نیز تحمل می‌کند.
حداقل ضخامت دیوار حائل زیرزمین ۲۰ سانتی‌متر و در نقاط مرطوب حداقل ۳۰ سانتی‌متر است. همیشه دیوار حائل زیرزمین باید ضخامتی بیش از دیوارهای بالای آن داشته باشد.

در طراحی دیوار حائل، برای طراح باید پارامترهای پایه خاک، یعنی وزن مخصوص، زاویة اصطکاک و چسبندگی هم برای خاکریز پشت دیوار و هم برای خاک زیر پایه معلوم باشد. از پارامترهای مربوط به خاکریز پشت، طراح فشار جانبی و از پارامترهای مربوط به خاک زیر پایه، طراح ظرفیت باربری مجاز خاک را برای تحمل فشار زیر پایه به‌دست می‌آورد.

در طراحی دیوار حائل دو مرحله وجود دارد. اول با معلوم شدن فشار جانبی، پایداری کل سازه کنترل می‌شود. کنترل پایداری شامل کنترل در مقابل واژگونی، لغزش و ظرفیت باربری خاک زیر شالوده می‌باشد. در مرحله دوم طراحی سازه‌ای اجزاء مختلف دیوار در مقابل نیروهای وارده انجام می‌شود. نتیجه این مرحله تعیین ضخامت دیوارها و مقادیر میلگردها می‌باشد.

مهم‌ترین عامل در طرح و محاسبهٔ این‌گونه دیوارها شناسایی و برآورد نیروی فشار جانبی خاک بر آن‌ها است. کنترل پایداری در برابر واژگونی و لغزش و ظرفیت باربری مجاز خاک زیر پِی دیوار به شناخت دقیق این نیرو و محل نقطه اثر آن بستگی دارد پس‌ازآن می‌توان با استفاده از آیین‌نامه‌های معتبر به محاسبات ضخامت و میلگردهای توزیعی واصلی دیوار اقدام نمود.

دیوارهای حائل در سه وضعیت متفاوت، تحت فشارهای جانبی از سوی خاک قرار می‌گیرند:
۱) حالت سکون
هرگاه دیوارهای حائل به نحوی مهار شود که از تغییر مکان افقی یا دوران آن جلوگیری شود، در آن صورت، دیوار در حالت سکون قرار خواهد داشت. در این صورت برای محاسبه فشارهای جانبی خاک از ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون استفاده می‌شود.

۲) حالت محرک
اگر تغییر مکان افقی یا دوران مهار نشود، در آن صورت در اثر فشارهای وارده از سوی خاک، دیوارهای حائل از خاک پشت خود فاصله گرفته و به‌این‌ترتیب حالت محرک رخ می‌دهد. در این حالت برای محاسبه نیروی خاک از ضریبی به نام ضریب فشار جانبی محرک استفاده می‌شود.

۳) حالت مقاوم
حالت مقاوم زمانی ایجاد می‌شود که یک لایه خاک در جلو دیوارهای حائل باشد و فشار خاک پشت دیوارها باعث شود که آن به سمت خاک جلو جابه‌جا شود. در این حالت خاکی که در جلوی آن قرار دارد در موقعیت مقاوم است.

دیوارهای مستقل:

دیوارهای مستقل ۴ ویژگی دارد:
* هیچ اتصالی به تیر، ستون و سقف ندارند.
* از دیوارهای زیرِ زمین فاصله دارند.
* فشار خاک را قبل از رسیدن به دیوارهای زیر زمین کنترل کنند.
* دیوار زیر زمین مانند سایر طبقات جنس یکسانی دارد.
قطعا دیوارهای مستقل مزایا و معایبی دارند و از لحاظ دید مهندسی، در برخی مکان‌ها، استفاده از دیوارهای مستقل توصیه می‌شود و در برخی مکان‌ها خیر.
دیوارهای مستقل در فرهنگ ایران، کاربرد آنچنانی ندارند و اگر کاربرد هم داشته باشند بیشتر در سازه‌های جنگلی می‌باشد. به عنوان مثال، در شمال کشور که دسترسی به بتن بسیار سخت‌تر است؛ دیوار مستقلی را ایجاد می‌کنیم تا کلبه جنگلی ما شکل یکدستی داشته باشد و نیاز به تزریق بتن نداشته باشد. اما در بقیه مکان‌ها، بهتر است از دیوارهای متصل استفاده کنیم.

 

دیوارهای متصل:

دیوارهای متصل نیز مانند دیوارهای مستقل ۴ ویژگی اساسی دارند:
* به تیر، ستون و سقف متصل هستند.
* جنس آن بتن مسلح می‌باشد. بتن مسلح یعنی، بتنی که در آن فولاد به کار برده شده است.
* ظاهری شبیه به دیوار برشی دارند اما عملکردی متفاوت!
* برای یک طبقه منفی استفاده نمی‌شود و باید تعداد طبقات منفی بیشتر باشد.

 

تفاوت‌ها و شباهت‌های دیوار برشی و دیوارهای حائل:

شباهت:
دیوارهای حائل با دیوارهای برشی، از نظر ظاهری بسیار به یکدیگر شباهت دارند.

تفاوت‌ها:
به جدول زیر دقت کنید.

دیوارهای حائل ازنظر ظاهری بسیار شبیه دیوارهای برشی می‌باشد ولی ازنظر عملکردی و بارگذاری بسیار متفاوت‌تر از آن است.

 

عملکرد خمش خارج از صفحه باعث می‌شود، بعدها ضرایب سختی که ما اعمال می‌کنیم متفاوت از یکدیگر باشند. در بارهای وارده طراحی، بیشتر بارهای لرزه‌ای کاربرد دارند. زمانیکه شما بتوانید دید درستی در طراحی و تحلیل پیدا کنید مطمئنا فهم درستی از این نکات خواهید داشت و می‌توانید آن‌ها را استفاده کنید.

 

قرارداد مهندسان نظام مهندسی:

به قسمت دوم، یعنی چرایی دیوارهای حائل می‌رسیم.
همانطور که قبلا نیز اشاره کردیم، اگر یک طبقه منفی داشته باشیم نیازی به استفاده از دیوار حائل نیست و می‌توانیم با دیوار آجری برشی و یا وال پست‌ها فشار خاک را تحکیم کنیم. اما اگر این طبقات منفی بیشتر شد و طبقاتی به آن اضافه شدند نیاز به استفاده از دیوارهای حائل دارید.

 

چگونگی طراحی دیوارهای حائل:

به سراغ بخش سخت‌تر و کاربردی‌تر یعنی چگونگی طراحی دیوارهای حائل رسیدیم. اینکه چگونه باید این دیوارها را مدل‌سازی، بارگذاری، ترکیب بارها و در نهایت طراحی کنیم در این جلسه در مورد مدل‌سازی و بارگذاری دیوارهای حائل و در جلسات آینده در مورد طراحی و ترکیب بارها صحبت خواهیم کرد.

 

مشخصات دیوارهای حائل:

زمانیکه از دیوارهای حائل صحبت می‌کنیم، مطمئنا این دیوارها مشخصه‌هایی را دارند که باید هر کدام را جداگانه بررسی کنیم. از جمله:
ارتفاع:
ارتفاع دیوارهای حائل برابر با ارتفاع طبقه می‌باشد.
جنس بتن:
جنس بتن استفاده شده در دیوارهای حائل، C25 می‌باشد یعنی، بتنی با مقاومت فشاری ۲۵ مگاپاسکال.
آرماتورها:
باید آرماتورهای طولی، عرضی و فاصله آن‌ها به‌طور دقیق طراحی شود.
اتصالات پای دیوار حائل:
اتصالات پای دیوار باید از نوع گیردار باشد.
ضخامت:
برای به دست آوردن ضخامت دیوارهای حائل به بند ۹-۱۳-۳ مبحث نهم ویراش جدید مراجعه می‌کنیم.

درز در دیوارهای حائل
به‌طورکلی درزها در دیوارهای حائل به دو دسته‌درزه‌ای افقی و عمودی تقسیم می‌شوند.
درزهای افقی مرز بین لایه‌های مختلف بتن با سنین مختلف بوده و درزهای عمودی جهت انعطاف‌پذیر کردن سازه در مقابل نشست‌های طولی که اجتناب‌ناپذیر است قرار داده می‌شود.

درزهای اجرای افقی، این درزها برای تقسیم ارتفاعی دیوار به چند مرحله اجرایی استفاده می‌شوند، تعداد آنها باید تا حد امکان در حداقل حفظ شود. تعداد این درزها بستگی به ارتفاع مجاز بتن‌ریزی در یک مرحله دارد. البته به‌جای استفاده از چند مرحله بتن‌ریزی در ارتفاع، استفاده از بتن‌ریزی یکپارچه با استفاده از پنجره‌های میانی می‌تواند موردمطالعه قرار گیرد.به علت محدودیت‌های اجرایی معمولاً در هر ۳ متر ارتفاع دیوار یک درز افقی به وجود می‌آید.برای یکپارچگی سازه باید تعداد این درزها به حداقل کاهش یابد. معمولاً در درزهای افقی کلید برشی قرار داده نمی‌شود.

درز عمودی:
گفتیم درزهای عمودی در طول دیوارها به‌منظور تقسیم یک دیوار با طول زیاد به مقداری واحد کوچک‌تر است که بتواند نشست یا تغییر شکل‌ها را بهتر تحمل کند.
این درزها از نوع درز انقباض هستند. به این معنی که در هنگام ساخت فاصله لبه دو درز صفر بوده و لبه‌ها فقط می‌توانند از یکدیگر دور شوند.
در دیوارهای حائل به فاصله ۶ تا ۱۲ متری از یکدیگر درزهای عمومی یا درزهای انقباض قرار داده می‌شود.

بند ۹-۱۳-۳ حداقل ضخامت دیوار حائل:

ضخامت دیوارها نباید کمتر از مقادیر زیر در نظر گرفته شود، استفاده از ضخامت‌های کمتر تنها در شرایطی که تحلیل سازه بیانگر مقاومت و پایداری کافی دیوار زیر اثر بارهای وارده باشد، مجاز می‌باشد.
الف) دیوارهای باربر و غیرسازه‌ای با شکل‌پذیری کم:
۲۵/۱ کوچک‌ترین از طول مهار نشده و ارتفاع مهار نشده دیوار، حداقل ۱۰۰ میلی‌متر
ب) دیوارهای غیر باربر:
۳۰/۱ کوچک‌‌ترین از طول مهار نشده و ارتفاع مهار نشده دیوار، ولی حداقل ۱۰۰ میلی‌متر
ج) دیوارهای بیرونی زیر زمین‌ها:
و دیوارهای شالوده و سایر دیوارهایی که دائما در تماس با خاک قرار دارند، ۲۰۰ میلی‌متر.

 

طراحی دیوارهای حائل در نرم‌افزار ایتبس:

برای بررسی و درک بهتر چگونه محاسبه ضخامت دیوارهای حائل، نرم‌افزار ایتبس را اجرا می‌کنیم تا این نکات را با یکدیگر بررسی ‌کنیم.
بر روی تراز طبقه منفی کلیک کرده تا پنجره Information Joint Object باز شود. بر روی قسمت Geometry کلیک می‌کنیم. همانطور که مشاهده می‌کنید محور z برابر با -۱٫۳ می‌باشد.

 

قرار بر این بود که اگر ارتفاع زیر ۳ متر بود نیازی به استفاده از دیوار حائل نیست. در نتیجه در سازه ما نیز، نیازی به دیوار حائل نمی‌باشد. ولی فرض می‌کنیم این طبقه نیاز به دیوار حائل دارد تا به شما آموزش دهیم چگونه باید دیوارهای حائل را طراحی کنیم.
برای مدل‌سازی دیوارهای حائل:

۱) در مرحله اول از سربرگ بالای نرم‌افزار ایتبس، بر روی گزینه Define و سپس گزینه Section Properties کلیک می‌کنیم. در منوی باز شده گزینه Wall Section را انتخاب کرده تا پنجره Wall Section باز شود.

 

۲) به‌طور پیش‌فرض، یک Wall در نرم‌افزار تعریف شده است. بر روی گزینه Modify/Show Properties کلیک کرده تا پنجره Wall Property Data باز شود.

۳) در قسمت General Data، در عبارت Property Name، نام آن را به Wall30 تغییر می‌دهیم. علت انتخاب این نام ضخامت ۳۰ سانتی‌متر است.

۴) Wall Material را از نوع C25 انتخاب می‌کنیم.

۵) Modeling Type را بر روی Shell – Thin قرار می‌دهیم. علت آن، طراحی مقطع لاغری می‌باشد.

۶) در قسمت Property Data، Thickness را ۰٫۳ متر می‌نویسیم. در نهایت OK می‌کنیم.

در آئین‌نامه گفته شده است که ضخامت دیوار باید ۲۵/۱ کوچک‌ترین طول مهار نشده و ارتفاع مهار نشده دیوار باشد. به طبقه پایین باز می‌گردیم. می‌خواستیم که زیر تیرهای ما دیوار حائل باشد. بیشترین طول مهار شده را از طریق Geometry انتخاب می‌کنیم که این طول برابر با ۶٫۱ متر می‌باشد. ۶٫۱ را تقسیم بر ۲۵ می‌کنیم. عدد به دست آمده برابر با ۰٫۲۴۴ می‌باشد؛ یعنی ما از دیوار حائلی با ضخامت ۲۵ سانتی‌متر می‌توانیم استفاده کنیم.
برای ارتفاع نیز، عدد ۳ را تقسیم بر ۲۵ کرده که این عدد برابر با ۰٫۱۲ می‌باشد. یعنی ارتفاع مهار نشده برابر با ۱۲ سانتی‌متر است.
اما ما از هیچ یک از این اعداد استفاده نمی‌کنیم.
ما این عدد را حداقل برابر ۳۰ در نظر می‌گیریم تا فضای کافی برای بتن وسط میلگردها نیز وجود داشته باشد. به اصطلاح فاصله عملکردی طراح اختلاط بتن و فولاد با یکدیگر به وجود بیاوریم تا بتن و فولاد بتوانند با یکدیگر کنش و واکنش داشته باشند. اکنون می‌خواهیم دیوار حائل را رسم کنیم.

۸) از نوار ابزار کنار نرم‌افزار ایتبس، گزینه Draw Floor/ Wall را انتخاب کرده تا پنجره Properties Of Object باز شود. در قسمت Property، Wall30 را انخاب می‌کنیم.

۹) تیرهای خود را کامل انتخاب می‌کنیم. سپس از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Edit، سپس گزینه Extrude و در نهایت گزینه Extrude Frame را ناتخاب می‌کنیم تا پنجره Extrude Frame to Shells باز شود.
در قسمت Linear Extrusion، در راستای محور z، عدد -۲٫۵ و در قسمت Number عدد ۱ را قرار می‌دهیم. در نهایت Apply را کلیک می‌کنیم و مشاهده می‌کنیم که دیوارهای حائل به راحتی رسم می‌شوند.
* دقت کنید که گزینه Delete Source Objects را ناتخاب نکنید. چرا که تمام Objectهایی را که انتخاب کرده‌ایم، پاک می‌شود.

 

 

۱۰) از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Assign و سپس گزینه Shell و در نهایت Wall Section را انتخاب می‌کنیم تا پنجره Shell Assignment – Wall Section باز شود. در پنجره باز شده بر روی Wall30 کلیک کرده و OK می‌کنیم.

 

مش‌بندی دیوارهای حائل:

تا اینجای کار مدل‌سازی دیوار‌های حائل را تکمیل کردیم. الان باید دیوارهای خود را مش‌بندی کنیم.
نرم‌افزارهایی که ما با آن‌ها کار می‌کنیم اکثرا المان محدود هستند. نرم‌افزارهایی را المان محدود گویند که زمانیکه شما سطحی مانند دیوار حائل را دارید به جای اینکه بخواهید سطح به این بزرگی را بررسی کنید، می‌توانید این سطح را به قطعات کوچکتری تقسیم کرده و در و هر کدام از این مکعب‌ها ویژگی آن‌ها را بررسی کنیم. نرم‌افزارها این ویژگی‌ها را بررسی می‌کنند و ما باید این ویژگی‌های بررسی شده را به سطح بزرگتر اختصاص دهیم.

 

اما برای مش‌بندی دیوارهای حائل در نرم‌افزار چه کاری باید انجام دهید؟

۱) ابتدا باید دیوارهای حائل انتخاب کنیم. برای این کار هم می‌توانیم تک تک دیوارها را انتخاب کنیم هم می‌توانیم از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Select و سپس گزینه Object Type را کلیک می‌کنیم تا پنجره Select by Object Type باز شود. سپس گزینه Walls را انتخاب کرده و Select می‌کنیم.

۲) در ادامه از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Assign، Shell و سپس Wall Auto Mesh Options را انتخاب می‌کنیم تا پنجره Shell Assignment – Wall Auto Mesh Options باز شود.

۳) گزینه Auto Rectangular Mesh را انتخاب می‌کنیم. سپس روی گزینه Advanced – Modify/ Show Auto Rectangular Mesh کلیک کرده تا پنجره Automatic Rectangular Mesh Options (for Walls) باز شود. در قسمت Mesh Size عدد را برابر ۱ قرار می‌دهیم تا به فاصله یک متری برای ما مش‌بندی کند و در نهایت OK می‌کنیم.

 

ضرایب سختی:

بعد از مش‌بندی باید ضرایب سختی دیوار‌های حائل را به سازه اختصاص دهیم.
ضرایب سختی چیست؟
ضرایبی هستند که از یک المان سازه‌ای که ما داریم، ضریبی را باید داخل آن شرکت کنند تا ضریب مهم مشارکت المان سازه‌ای را مشخص کند. در مبحث نهم جدول ۹-۶-۲- ضرایب سختی را برای معرفی می‌کند. به جدول زیر دقت کنید.

 

دیوارها یک عملکرد داخل صفحه‌ای و یک عملکرد خارج از صفحه‌ای دارند. فرض کنید دیوار حائلی داریم که به این دیوار نیرویی وارد می‌شود. با اعمال این نیرو، ترک‌هایی را در درون صفحه خود تجربه می‌کنید. پس عملکرد درون صفحه‌ای دیوار بدین گونه است. زمانیکه می‌خواهیم ضریب سختی درون صفحه‌ای را مشخص کنیم، از دیوارهای ترک‌نخورده استفاده می‌کنیم که این ضریب برابر با ۰٫۷ می باشد. اما وقتی می‌خواهیم عملکرد خارج از صفحه‌ای را مشاهده کنیم، به دیوار یک چرخش وارد می‌کنیم و آن را به شکل دال در می‌آوریم و از زاویه متمایل به آن نگاه می‌کنیم. نیرویی که به آن وارد می‌شود، باعث بالا و پایین شدن آن شده و عملکردی شبیه دال تخت دارد. این ضریب برابر ۰٫۲۵ می‌باشد.

 

اعمال ضرایب سختی در نرم‌افزار ایتبس:

مجددا به نرم‌افزار ایتبس باز می‌گردیم تا ضرایب سختی را اعمال کنیم.
۱) دوباره دیوارهای حائل را انتخاب می‌کنیم.

۲) از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Assign و سپس گزینه Shell، و در نهایت گزینه Stiffness Modifiers را انتخاب می‌کنیم تا پنجره Shell Assignment – Stiffness Modifiers باز شود.

۳) آن‎‌هایی که ضریب f دارند مربوط به درون صفحه‌ای می‌باشند و باید مقدار آن‌ها را برابر با ۰٫۷۱ قرار دهیم. همچنین ضرایب m برابر با ۰٫۲۵ هستند. به ضریب‌های v، Mass و Weight کاری نداریم و در نهایت OK می‌کنیم تا ضرایب سختی به دیوارهای حائل اعمال شود.

 

بارگذاری دیوارهای حائل:

به قسمت بارگذاری دیوارهای حائل می‌رسیم. همانطور که قبلا نیز گفتیم، برای طبقات منفی بیشتر از یک نیاز به دیوار حائل است.
یک فشار ناشی از خاک به دیوارهای حائل وارد می‌شود که این فشار به صورت یک بار مثلثی شکل هستند. طبق روابطی که در مکانیک خاک داشتیم فشار در هر نقطه برابر است با:

P = K0 × y × h

K0: نسبت فشار جانبی خاک به فشار عمودی خاک
y: مشخصه ویژه برای خاک
h: ارتفاع که در بالاترین نقطه برابر ۲ و در پایین‌ترین نقطه برابر ۴٫۵ می‌باشد.

ما باید P یا همان فشار را در بالاترین و پایین‌ترین نقاط به دست آوریم.
در سازه‌هایی که دیوار حائل داریم باید یک آزمایش مکانیک خاک نیز انجام دهیم. این آزمایش زمانیکه انجام شود دفترچه‌ای به اسم دفترچه مکانیک خاک مربوط به سازه به ما می‌دهند. در این دفترچه مشخصات زیادی از خاک نوشته شده است که ما طراحان سازه‌ای تنها به مشخصه‌های K و y نیاز داریم. حتی اگر آزمایش مکانیک خاک برای سازه ما انجام نشده باشد می‌توانیم از آزمایش‌های ساختمان‌های مجاور نیز استفاده کنیم.
وقتی Pها را به دست آوردیم باید بار قسمت ذوزنقه‌ای شکل را معادل‌سازی کنیم. اما کمی این کار مشکل است. بهترین راه این است که از یک ژورنال استفاده کنیم. در این ژورنال نوشته شده است که این باره ذوزنقه‌ای شکل را می‌توان به یک بار مستطیل شکل معادل‌سازی کرد. یعنی مساحت ذوزنقه با مساحت مستطیل برابر شود که مقدار آن برابر است با:

K0 × y × \frac{h\ +\ h1}{2}
۰٫۴۸ × ۲ × \frac{4.5\ +\ 2}{2} = 3.12 tonf/m2

اکنون باید عددی که به دست آورده‌ایم را وارد نرم‌افزار ایتبس کنیم. برای انکار:
۱) از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Define و سپس Load Patterns را انتخاب می‌کنیم.

۲) در قسمت Load، باری به نام بار Soil وارد می‌کنیم. Type آن را از نوع Other اننخاب کرده و سپس Add New Load را کلیک می‌کنیم و در نهایت OK می‌کنیم.

۳) اکنون از سربرگ بالای نرم‌افزار گزینه Assign، Sell Loads و سپس گزینه Uniform را انتخاب کرده تا پنجره Shell Load باز شود.

 

۴) قسمت Load Pattern Name را از نوع Soil قرار می‌دهیم.

۵) در قسمت Uniform Load، مقدار Load را برابر با مقداری که به دست ‌آورده‌ایم، قرار می‌دهیم.

۶) در قسمت Direction، گزینه Local-3 را انتخاب می‌کنیم.

اتصالات دیوارهای حائل:

مورد آخری که باید در این جلسه از آموزش نرم‌افزار ایتبس به آن اشاره کنیم این است که اتصالات پای تمام دیوارهای حائل باید گیردار باشد. برای اینکار:
۱) تمامی پای‌های دیوار حائل را Select می‌کنیم.

۲) سپس از سربرگ بالای نرم‌افزار گزینه Assign، Joint و درنهایت گزینه Restraints را انتخاب می‌کنیم.

۳) روی شکل اول از سمت چپ کلیک کرده و همه گزینه‌ها را فعال می‌کنیم و OK می‌کنیم.

در آخر فایل این جلسه را Save می‌کنیم.