طراحی دیوار برشی – آموزش طراحی دیوار برشی با ایتبس – رایگان ویدئویی

از دیدگاه یک مهندس سازه، بهترین سیستم باربر سازه ای ، سیستمی است که در آن اعضای اصلی سازه بتوانند ترکیب های مختلف بارهای قائم و افقی را به صورت بهینه تحمل نمایند. ولی در واقعیت معمولا ملاحظات غیر سازه ای، تأثیرات بسیار مهمی بر انتخاب فرم سازه دارند و ممکن است تعیین کننده باشند. از عوامل مهمی که باید در تصمیم گیری فرم سازه دخالت داده شوند موارد زیر میباشد :

• پلان داخلی
• روش اجرا
• معماری و شکل خارجی ساختمان
• موقعیت و مسیر سیستمهای تأسیساتی و سرویس
• نوع و مقدار بار جانبی
• ارتفاع ساختمان
• …

هر چه ساختمان بلندتر و لاغرتر باشد، عوامل سازه ای از درجه اهمیت بیشتری برخوردار میگردند و متعاقباً نیاز به انتخاب سیستم باربر سازه ای مناسب  نیز بیشتر میشود اما اگر شرایط غیر سازه ای انواع پروژه ها را یکسان در نظر بگیریم،  میتوانیم با کمی ارفاق بگوییم که بارهای وارده به ساختمان میتوانند مهم ترین عامل برای انتخاب سیستم مناسب سازه ای باشد.

 

انواع بارهای وارد بر سازه:

انواع بارهای وارد بر سازه را از نظر جهت آن بار میتوانیم به دو دسته تقسیم بندی کنیم:

• بارهای ثقلی : از اسم این نوع بارها مشخص میباشد که جهت وارد شدن آن ها در جهت ثقل زمین میباشد(از بالا به پایین یا در برخی از موارد به صورت برعکس). مثل بار مرده ، بار زنده و بار برف و …
• بارهای جانبی : از نام این نوع بارها هم میتوانیم نتیجه گیری کنیم که جهت وارد شدن این نوع بارها از جوانب میباشد. مثل بار باد ، بار زلزله ، بار ناشی از فشار جانبی خاک و…

در هنگام طراحی سازه معمولا نیروهای ثقلی آنچنان دارای اهمیت نیستند و خود المان های ساده درون سازه میتوانند بارهای ثقلی را تحمل کنند اما نیروهای جانبی برای ما دارای اهمیت ویژه ای میباشند. در طراحی سازه  با نیروهای جانبی مؤثر بر یک سازه ( باد یا زلزله ) میتوانیم به طرق مختلف مقابله کنیم. از بین نیروهای جانبی وارد بر سازه، اثر زلزله بر ساختمان ها از سایر اثرات وارد بر آن ها کاملا متفاوت می باشد.  ویژگی اثر زلزله در این است که نیروهای ناشی از آن به مراتب شدیدتر و پیچیده تر از سایر نیروهای مؤثر می باشند.استفاده از قاب خمشی به عنوان سیستم باربر سازه ای در مقابل نیروهای جانبی (مخصوصا نیروهای جانبی زلزله باشند) احتیاج به جزئیات خاصی دارد که شکل پذیری کافی قاب را تأمین نماید .این جزئیات از لحاظ اجرایی غالبا دست و پاگیر بوده و در صورتی می توان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه خیلی بالا باشد. همین عوامل بیان شده تا اینجا یکی از عوامل طراحی دیوار برشی و افزایش سختی سازه میباشد.

 

چه زمانی از دیوار برشی استفاده میکنیم؟

معمولا در تمامی پروژه ها نمیتوان به قطعیت گفت اما میتوانیم اینگونه به سوال بالا پاسخ دهیم!

• هر زمانی که از قاب های خمشی جواب منطقی نگیریم به سراغ طراحی دیوار برشی میرویم! زمانی که پاسخ غیر منطقی صحبت میکنیم منظورمان موارد زیر است!
  • ابعاد بسیار بزرگ و غیر منطقی در تیر و ستون بدست میآوریم!
  • منطقه لرزه خیزی ، شرایط سازه ای ، سنگ بستر و… به گونه ای میباشد که بار جانبی بسیار زیادی در هنگام طراحی داریم!
  • در هنگام طراحی سازه ، ابعاد تیر درون قاب خمشی به حدی زیاد شده است که این ارتفاع زیاد تیرها باعث کاهش ارتفاع طبقه شده است

به طور کلی هر زمان که ما به افزایش سختی نیاز داریم به سراغ طراحی دیوار برشی میرویم!

 

• زمانی که در هنگام کنترل دریفت ، پاسخ های غیر منطقی میگیریم! معمولا دریفت سازه به ابعاد تیر و ستون های درون سازه (چاقی و لاغری) مربوط میشود و همین ابعاد هم روی سختی سازه تاثیر میگذارد اما میتوان به عنوان یک عامل جداگانه در نظر گرفت!

 

دیوار برشی چیست؟

دیوار برشی یک دیوار مهاری است که به منظور کنترل بارهای جانبی در سازه به کار گرفته میشود و باعث مهار این بارهای جانبی میشود! هر دیوار مهاری که ما در سازه های استفاده میکنیم دارای ارتفاع و عرض و طول مشخص میباشد و درون این دیوار ها هم مقدار مشخصی آرماتو طولی و عرضی قرار گرفته است. به گپیدا کردن مقدار دقیق این موارد باید طراحی دیوار برشی را انجام دهیم.

 

 

عملکرد دیوارهای برشی :

دیوارهای برشی دارای عملکرد های متفاوت برشی ، خمشی و یا ترکیبی از این دو میباشند که برای مشخص نمودن عملکرد یک دیوار برشی طراحی شده میباست به طور دقیق مدلسازی و طراحی شود.اما با توجه به انواع دیوارهای برشی میتوانیم نوعی عملکرد را به آن ها اطلاق کنیم.

انواع دیوارهای برشی را با توجه به نسبت ارتفاع و عرض دیوارهای برشی میتوانیم به دسته های زیر تقسیم بندی کنیم!

• دیوار برشی کوتاه
• دیوار برشی اسکوات
• دیوار برشی طره ای

 

 

رفتار دیوار برشی در برابر بارهای جانبی داخل صفحه، با توجه به ابعاد و هندسه دیوارهای برشی می‌تواند متفاوت باشد.

• به‌ طور کلی رفتار دیوارهای برشی کوتاه ، در برابر بارهای جانبی به‌صورت برشی می‌باشد؛ این بدان معناست که دیوارها تحت تاثیر بارهای جانبی تغییر شکل های برشی انجام میدهند.
• دیوارهای برشی اسکوات نیز معمولا عملکرد برشی دارند!
• در دیوارهای برشی طره ای بارهای جانبی عمدتاً با عملکرد خمشی دیوار طره‌ای تحمل می‌گردند. معمولاً اینگونه دیوارها به‌صورت یک تیر طره عمل می‌کند و با ایجاد تغییر شکل‌های خمشی، برش را تحمل می‌نماید.

 

 

باتوجه به انواع دیوارهای برشی کوتاه ، اسکوات و بلند میتوانیم اینگونه بیان کنیم که از نظر مقایسه اقتصادی بین سیستم قاب خمشی و سیستم دوگانه قاب و دیوار برشی در استاندارد ۲۸۰۰ نشان می‌دهد که، برای ساختمان‌های بلندتر از ۵ طبقه، در سیستم قاب خمشی، ستون‌ها و تیرها ابعاد بزرگ‌تری دارند، ولی ابعاد فونداسیون مورد نیاز برای آن‌ها کوچک‌تر است. در مجموع بایستی گفت که سیستم مختلط نیاز به فولاد کم‌تری دارد ولی بتن مصرفی در آن بیشتر است. در ساختمان‌های دارای دیوار برشی، اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلندتر باشد، در طبقات فوقانی دیوار برشی نه تنها در تحمل زلزله نقش مثبتی ایفا نمی‌کند، بلکه به علت شیب به وجود آمده در دیوار برشی (به علت رفتار طره‌ای) یک کشش مضاعف از سوی دیوار به قاب اعمال خواهد شد.

از نظر اقتصادی با توجه به مقاومت بالای این دیوارها، استفاده از آن‌ها در ساختمان‌های بلند مرتبه به صرفه بوده ولی در مورد ساختمان‌های با ارتفاع کم و متوسط، مسائل جانبی از قبیل تقویت اجزای سازه‌ای مجاور به دیوار، مانند: تقویت فونداسیون و مسائل اجرایی، تأثیر زیادی بر جنبه‌های اقتصادی آن می­‌گذارد.

طراحی دیوار برشی :

طراحی دیوار برشی به چه دلیل میباشد؟زلزله یک پدیده طبیعی است که اغلب منجر به خسارت های جانی و مالی بسیاری در مناطق با خطر لرزه ای بسیار بالا میگردد. از این رو، مهندسی زلزله با روش های مختلف در تلاش است تا ایمنی سازه ها را در مقابل زلزله های شدید تأمین نماید.در چند دهه اخیر طراحی دیوار برشی و استفاده از آن کاربرد گسترده ای به عنوان سیستم های مقاوم در برابر نیروی زلزله یافته است. در این مقاله از شهر نوین عمران ومعماری قصد داریم تا با یکدیگر در مورد ۰ تا ۱۰۰ طراحی دیوار برشی صحبت کنیم و حتی مطالب حرفه ای از قبیل بازشو در دیوار برشی و طراحی دیوار برشی در ایتبس هم بررسی خواهیم کرد.

 

دیوار برشی چیست؟

بهتر است قبل از آموزش طراحی دیوار برشی یک مقدمه ای خدمت شما فرهیختگان بیان کنیم.در نگاه اول میتوانیم بگوییم که در علم مهندسی عمران دیوار برشی به دیواری گفته میشود که از قطعات برشی یا به عبارت دیگر قطعات مهاری بسیاری ساخته شده است و باید بدانیم جه جزء سیستم های باربر جانبی میباشد و وظیفه آن خنتثی کردن بارهای جانبی میباشد.اگر اطلاعات درستی از بارهای جانبی و سیستم های باربر سازه ای ندارید به شما پیشنهاد میکنم که در زیر بر روی آن ها کلیک کنید و مقالات تهیه شده را نیز مطالعه کنید.

 

طراحی دیوار برشی :

طراحی دیوار برشی قاعدتا از دو نظر برای ما حائز اهمیت میباشد ودر هنگام طراحی به دو نکته باید توجه ویژه داشت:

1. دیوار برشی طراحی شده فضای معماری را به خطر نیندازد.
2. دیوار برشی طراحی شده میبایستی که سختی مورد نیاز سازه را فراهم کند.

درمورد نکته دوم مطلب جالب در اینجا میباشد که ما در مقالات مختلف بیان کردیم هر سیستم باربر سازه ای از دو قسمت کوچتر تحت نام سیستم باربر قائم و سیستم باربر جانبی به وجود آمده است.سیستم باربر جانبی از سازه در برابر بار های جانبی ، با ایجاد سختی محافظت میکند.در اصل ما با طراحی دیوار برشی چه به صورت دستی و یا طراحی دیوار برشی در ایتبس به گونه ای داریم بر روی سیستم باربر جانبی سازه کار میکنیم.
درواقع با طراحی دیوار برشی ما سعی بر این داریم تا سختی جانبی سازه را بالا ببریم تا با افزایش سختی جانبی سازه ، ساختمان مورد نظر ما در برابر بارهای جانبی عملکرد بهتری از خودش نشان دهد.

 

 

 

۱ . انتخاب مکان مناسب دیوار برشی:

شاید بهتر باشد اینگونه بیان کنیم که انتخاب مکان مناسب در هنگام طراحی دیوار برشی به ۵ عامل و چند نکته ظریف بستگی دارد.اما بزرگترین نکته ای که در ایتدا باید بدانید این است که طراحی این دیوار ها یک مسئله حفظی نمیباشد و گاهی اوقات هزاران پارامتر برروی کار شما تاثیر میگذارد.برای اینکه مفهوم حرفم را واضح تر بدانید خواهشا وویس زیر را که گوشه ای از دوره نخبگان طراحی میباشد را گوش کنید.

 

 

الف ) تاثیرات معماری در طراحی دیوار برشی :

شاید جالب باشد که بدانید کار طراحی ساختمان یک کار تیمی میباشد که یکی از مهم ترین این تیم ها تیم متشکله از مهندس عمران و مهندس معماری میباشد.طراحان معمار اصولا دوست دارند تا از فضای موجود نهایت استفاده را ببرند و با توجه به کاربری سازه میزان ورودی نور را کنترل کنند و در کنار آن ها طراحان سازه تمایل به حفظ ایمنی سازه را دارند تا در هنام زلزله ، سازه بتواند نهایت عملکرد مناسب را داشته باشد.در هنگام طراحی دیوار برشی باید دقت را داشته باشیم تا در کنار حفظ ایمنی سازه آزادی عملکرد مهندسان معماری را مختل نکنیم.
البته امروزه با شناخت رفتار لرز­ه ­ای و امکان اجرا و طراحی دیوار برشی دارای بازشو، دیگر معماران چندان در تامین فضاهای معماری خود دچار مشکل نخواهند بود. همان­طور که در شکل مشاهده می­ کنید در این دیوارها امکان تعبیه بازشو وجود دارد.

 

ب ) بلندشدگی سازه :

یکی از مشکلاتی که در هنگام طراحی دیوار برشی درسازه به وجود میآید موضوع کنترل تنش­ در پی می­ باشد. در حقیقت در اکثر سامانه های باربر جانبی ، ابعاد فونداسیون نسبت به حالت قاب خمشی بیشتر می­شود. در این شرایط اگر طراح به بحث جانمایی صحیح دیوار برشی توجه نداشته باشد، این مشکلات بسیار بیشتر خواهد شد. به عنوان یک توصیه بسیار جدی برای کنترل UPLIFT و یا همان بلند شدگی در فونداسیون بهتر است دیوارهای برشی در دهانه­ های انتهایی ساختمان قرار نگیرند.

 

ج) اثرات پیچشی  :

بسیاری از پروژه های میباشند که در هنگام طراحی دیوار برشی ما متوجه نامنظمی در سازه میشویم.دراین حالت آیین نامه های طراحی ما طراحان را ملزم به رعایت بسیار سختگیرانه کرده است.یکی ازعواملی که موجب ایجاد نامنظمی در سازه میشود جانمایی نادرست دیوار های برشی در هنگام طراحی میباشد.

در ابتدای کار توضیح دادیم که سامانه ی باربر جانبی موجب ایجاد سختی جانبی در سازه میشود .دیوارهای برشی به دلیل سختی بسیار بالای خود، اگر جاگیری مناسبی نداشته باشند، سازه را دچار نامنظمی پیچشی خواهند نمود. به همین دلیل توصیه می­ شود تا حد امکان جانمایی دیوارهای برشی به صورت متقارن باشد. تا در حد امکان فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی کم شود.

 

د ) تاثیر دیافراگم  :

به طور کلی میتوان گفت که در صورت امکان از اجاری دیوار برشی در اطراف راه پله باید خودداری کنیم.زیرا نیرو های لرزه ای که در سازه ایجاد میشود از طریق اتصالاتی که بین سازه و دیافراگم افقی وجود دارد به سامانه ی باربر جانبی میرسد و در بازشوهای افقی مثل دستگاه پله و چاله آسانسور بدلیل عدم وجود دیافراگم افقی این کار به خوبی انجام نمیشود.

 

ه ) بازوی دیوار برشی :

به فاصله بین دیوار های برشی متقارن از یکدیگر بازوی دیوار برشی میگویند.در هنگام طراحی دیوار برشی بهتر است تا ضمن متقارن طراحی کردن دیوار های برشی بدلیل کنترل نامنظمی پیچشی ، بازوی دیوار برشی را بیشتر کنیم تا دیوار ها هم لمگر مقاوم بیشتری را داشته باشند.اما خواهشا دقت داشته باشید که اگر این فاصله کم باشد از مقاومت و عملکرد مناسب آن­ها کاسته خواهد شد. و اگر فاصله میان دو دیوار برشی خیلی زیاد هم باشد از اثر بخشی آن کم می­ کند.در سال ۲۰۰۳ سمیناری در کشور اتریش برگذار شد که در این سمینار حداکثر فاصله مطلوب بین دبوار ها را برابر  ۲۴/۷۸ متر بیان شد که به اختصار این فاصله را ۲۵ متر در نظر میگیرند.

 

چند نکته اضافه تر :

1. قرار گیری دیوار برشی در دهانه های بلند نسبت به دهانه های کوتاه ارجع تر میباشد.
2. در حد امکان دیوار های برشی را در دهانه های متوالی قرار دهید.(این مورد از نظر اقتصادی بسیار مهم میباشد)
3. در هنگام طراحی دیوار برشی به منظم بودن پیچشی سازه و کم بودن فاصله بین مرکز سختی و مرکز جرم دقت کنید.
4. بهتر است در هنگام طراحی سازه های بلند تعداد دهانه های دارای دیوار برشی از طبقات پایین به بالا کاهش پیدا کند.

 

۲ . تقریب اولیه برای طول دیوار برشی :

یکی از نکات بسیار مهم در هنگام طراحی دیوار برشی که بسیاری از مهندسان به آن توجه نمیکنند تقریب اولیه برای بدست آوردن طول دیوار در دو جهت x  و y میباشد.طراح سازه باید قبل از تحلیل به یک درک درستی از در مورد طول دیوار برشی برشد و ان را در جای مناسب جایگذاری کند.

تقریب و برآورد اولیه طول لازم برای دیوار در سیستم های دوگانه باعث میشود که قاب های ساختمان برای ۲۵% و دیوارها برای ۷۵% باربری جانبی طراحی شوند و با توجه به نکته گفته شده و فرض چند مورد که در این مقالخ فرصت بازگو آن نیست میتوانیم بگوییم که در هنگام طراحی دیوار برشی ، تقریب و برآورد اولیه طول لازم برای دیوار از دو رابطه زیر بدست میآید.

بری رسیدن به رابطه ی الف از فرض استفاده از آرماتور حداقل آیین نامه با فواصلی برابر ضخامت دیوار استفاده شده است.اما شاید جالب باشد که بدانید در بسیاری از سازه ها و مخصوصا در طبقات پایین این فرض مشکلاتی را همراه دارد که از این نظر رابطه ی الف در تراز پایه در جهت اطمینان رفتار میکندو اگر براساس تجربه هنگام طراحی دیوار برشی ، احساس کردیم که آرماتور افقی دیوار برشی در تراز پایه ، بیش از آرماتور حداقل است میتوانیم از رابطه ب استفاده کنیم.
در رابطه (ب) پارامتر آلفا نسبت آرماتور افقی پیش بینی شده در تراز پایین دیوار برشی نسبت به آرماتور حداقل آیین نامه ای است.

 

ذکر این نکته مهم است در روابط بالا به جانمایی دیوار های برشی در پلان معماری توجه نشده است در حالی که جانمایی درست دیوار های برشی تاثیر زیادی بر عملکرد وطراحی دیوار برشی میگذارد.

 

۳ . تعیین ضخامت دیوار برشی :

در هنگام طراحی باید محدودیت های زیر رعایت شود:

1. ضخامت دیوار برشی نباید کمتر از ۱۵ سانتیمتر باشد.
2. در دیوار هایی که در آن ها اعضای مرزی مطابق بند ۹-۳۰-۴-۳-۳ به کار گرفته میشود عرض عضوی مرزی نباید کمتر از ۳۰ سانتیمتر در نظر گرفته شود.

 

۴ . مراحل طراحی دیوار برشی در ایتبس :

الف ) در مرحله ی اول از طریق آدرس زیر باید به سراغ مدلسازی دیوار ها در نرم افزار ایتبس برویم :

Draw > Draw Area Objects > Create Walls in Region or at Clicks plan

 

ب ) در مرحله ی دوم از طریق آدرس زیر به سراغ معرفی مقاطع دیوار های برشی میرویم :

Define > Wall/Slab/Sections

 

ج ) در مرحله ی سوم از طریق آدرس زیر به سراغ اختصاص دادن مقاطع ساخته شده به دیوار ها میرویم.

Select > by Area Object Type ——-> WALL
Assign > Shell/Area > Wall/Slab/Deck Section ——-> W30

 

د ) در مرحله ی آخر به سراغ مرحله ی آخر یعنی مش بندی دیوار برشی میرویم.متاسفانه مش بندی دیوار ها و نکات مربوط به تحلیل و کنترل های آن ها بسیار گسترده و دارای نکات خاص میباشد که از حوصله این مقاله خارج میباشد.

 

 

در نهایت از شما خواهشمندیم که اگر در مورد مقاله ی فوق اطلاعاتی دارید از طریق قسمت نظرات زیر برای ما یادداشت کنید تا با نام خودتان آن ها را منتشر کنیم.

همچنین اگر به دنبال اطلاعات جامع تر در مورد این دیوار ها هستید میتوانید درGoogle Scholar جستجو نمایید.

مدرس دوره کیست ؟

اشکان رجبی

• هدف از دوره طراحی دیوار برشی :

هدف از تدریس نرم افزار ETABS به صورت کاملا رایگان بیشتر آموزش ماهیگیری بوده است نه ، دادن ماهی.در خود سایت شهر نوین عمران ومعماری ما یک بخشی را داریم تحت نام پروژه ایتبس به سبک ایتالیایی که شما پروژه خود را تعریف میکنید و مدرسان حرفه ای در شهر نوین عمران ومعماری به شما پروژه خود شما را به صورت خصوصی و غیر حضوری آموزش میدهند.

این خدمت ما به اندازه ای پر طرفدار است که به این فکر افتادیم که به یک آموزش رایگان بر پا کنیم تا تمامی مهندسین عمران از عدالت آموزشی برخوردار سوند و بتوانند خودشان امور مربوط به پروژه های ایتبس خودشان را انجام دهند.

با یک مقدار تحقیق و پژوهش در کتاب های تاریخی در می یابیم که ساخت و ساز برای بشر همیشه از اهمیت خاصی برخوردار بوده.انسان ها از ابتدای جامعه بشری به دنبال سرپناه هایی از قبیل غار ها و… بوده اند تا از گزند حوادث طبیعی و خطرات در امان باشند. با پیشرفت علم به صورت امروزی مهندسین خبره می توانند با بهره گیری از علوم و فنون و نرم افزارها با در نظر گرفتن تمامی عوامل محیطی مانند باد، باران، برف و زلزله و … سازه ای طراحی کنند که از هر نظر برای زندگی، کار و یا هر بهره برداری تعریف شده ایمن و مورد استفاده باشد.