نشریه شماره   169   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

تعیین ضریب رفتار دیوار برشی فولادی به روش اجزای محدود


دکتر مجید قلهکی*

در سه دهه اخیر استفاده از دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم باربر جانبی در ساختمان مورد توجه پژوهشگران و طراحان قرار گرفته است. این پدیده نوین که در جهان به سرعت رو به گسترش است، در ساخت ساختمان‌های جدید و بعضاً تقویت ساختمان‌های موجود، به خصوص در کشورهای با لرزه‌خیزی بالا همچون آمریکا و ژاپن به کار گرفته شده است. نتایج یک مقایسه اقتصادی نشان می‌دهد که استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی شکل‌پذیر نسبت به سیستم قاب خمشی فولادی تا 50 درصد در مصرف فولاد صرفه‌جویی به همراه خواهد داشت. از نظر اجرایی، دیوار برشی فولادی شکل‌پذیر سیستمی بسیار ساده بوده و هیچ‌گونه پیچیدگی خاصی در اجرای آن وجود ندارد. از این رو مهندسان، تکنسین‌ها و کارگران فنی، با داشتن دانش فنی موجود و بدون نیاز به کسب مهارت جدید می‌توانند آن را اجرا نمایند. دقت انجام کار در حد دقت‌های متعارف در اجرای سازه‌های فولادی بوده و با رعایت آن، ضریب اطمینان اجرایی به مراتب بالاتر از دیگر انواع سیستم‌ها می‌باشد. . همچنین با توجه به امکان ساخت قطعات این سیستم در كارخانه و نصب آن در محل،‌ سرعت اجراي سيستم بالا بوده و از هزینه‌های اجرايي، تا حد زيادي كاسته مي‌شود. اين سيستم، جايگزيني تميزتر و سريع‌تر به لحاظ اجرايي و ايمن‌تر به لحاظ مقاومت و رفتار، نسبت به ديوار برشي بتني می‌باشد و نه تنها در سازه‌هاي فولادي بلكه در سازه‌هاي بتني نیز مي‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

از نظر مقايسه با سيستم‌هاي مهار بندی و از نظر سختي برشي این سیستم از سخت‌ترين سيستم‌هاي مهاربندي (كه X شكل مي‌باشد) سخت‌تر بوده و با توجه به امكان ايجاد بازشو درهر نقطه آن، کارایی همه سيستم‌هاي مهاربندي را از اين نظر داراست. نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که رفتار سيستم در محيط پلاستيك و همچنین ميزان جذب انرژي آن نسبت به سیستم های مهاربندي بهتر است. در این سيستم به علت گستردگي مصالح و اتصالات، تعديل تنش‌ها به مراتب بهتر از سيستم‌هاي مقاوم ديگر، مثل قاب‌های خمشی و انواع مهاربندها كه معمولاً در آنها مصالح به صورت دسته شده و اتصالات به صورت متمركز مي‌باشند، صورت گرفته و رفتار سيستم به خصوص در محيط پلاستيك مناسب‌تر است.

ديوار برشي فولادي از تعدادي پانل برشي و هر پانل برشی از یک ورق فولادي و تیر و ستون‌هایی که ورق را احاطه کرده‌اند، تشكيل شده است. ديوار برشي فولادي شکل پذیر مشابه يك تير ورق طره فولادي است كه در آن ستون‌ها به منزله بال‌هاي تيرورق، تيرهاي طبقات همانند سخت‌كننده‌هاي آن و ورق فولادي به مثابه جان آن مي‌باشد، (شکل1).

شكل 1 : مشابهت دیوار برشی فولادی و تیر ورق طره فولادی

در اين سيستم، اتصال بين تيرها و ستون‌ها می‌تواند ساده یا صلب باشد، (شکل 2) و برخلاف تیر ورق‌ها كه بال‌ها به علت ضعيف بودن، نقش به سزايي در گرفتن نيروهای برشی ندارند، در دیوارهای برشی فولادی به علت قوي بودن ستون‌ها، این اعضاء مي‌توانند نقش خوبي در باربري ايفاء نمايند.

براي جلوگيري از كمانش ورق فولادي، به خصوص در ناحيه الاستيك، مي‌توان ورق فولادي را به كمك سخت‌كننده‌هاي افقي و قائم تقويت نمود. (شکل 2)

شکل 2 : دیوار برشي فولادی دارای سخت‌کننده

*استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه سمنان