روند طراحی دیوارهای بنایی غیرسازه ای A
روند طراحی دیوارهای بنایی غیرسازه ای A
روند طراحی دیوارهای بنایی غیرسازه ای یک ساختمان مسکونی ٥ طبقه توسط شرکت فضا ساخت نماینده رسمی میلگرد بستر در کرمان که دارای گواهینامه فنی از مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی می‌باشد.
پلان طبقات ساختمان در شکل (پ.٢-١) نشان داده شده اسـت. رونـد طراحـی دیوارهـای A تـا D در ایـن مقاله ارائـه می‌گردد.
اطلاعات مورد نیاز به شرح زیر می‌باشند:
- محل ساختمان: تهران تعداد طبقات: ٥
- ارتفاع کف تا کف طبقات: ٥/٣ متر
- نوع خاك محل احداث بنا: خاك نوع III بر اساس دسته‌بندی مبحث ششم
- سیستم باربر جابی در امتداد شمالی- جنوبی: مهاربند مرکزگرا
- سیستم باربر جانبی در امتداد شرقی – غربی: قاب خمشی
- حداکثر دریفت غیرالاستیک در جهت شمالی- جنوبی: ٠٠٧/٠
- حداکثر دریفت غیرالاستیک در جهت شرغی- غربی: ٠١٨/٠
فرضیات اولیه:
توصیه می شود در صورتی که انتظار می‌رود نظارت کافی و مناسبی بر روند ساخت دیوار های غیرسازه ای وجود نداشته باشد، حتی المقدور از فرضیات محافظه کارانه‌ای استفاده شود. در این مثال از چنین فرضیاتی به شرح زیر اسـتفاده شـده است.
- کلیه واحدهای بنایی از نوع بلوك سفالی بوده و ضخامت پوسته آنها ١٥ میلی‌متر می‌باشد.
- ملات مصرفی از نوع N می‌باشد که در آن از سیمان بنایی استفاده شده است. نسبت سیمان بنایی به ماسه ١ به 3 می باشد.
- همانطور که ملاحظه خواهد شد، این ملات بسیار ضعیف بوده و عملا لازم است از ملات نوع N
- ساخته شده از ترکیب سیمان پورتلند و آهک استفاده شود.
- مقاومت فشاری واحدهای بنایی ١٤ مگاپاسگال می‌باشد. لذا مقاومت فشاری دیوار برابر ٧ مگاپاسگال خواهد بود. این مقاومت بر اساس مقطع موثر دیوار است.
- تنش تسلیم میلگرد بستر ٤٥٠ مگاپاسگال درنظر گرفته شده است.
- طراحی کلیه دیوارها بر اساس دیوارهای موجود در آخرین طبقه انجام خواهد شد.
پ.٢-١- دیوار A
ابعاد دیوار A به همراه شرایط تکیه‌گاهی آن در شکل (پ.٢-٢) نشان داده شده است. لازم به توضیح است که با توجه به طول زیاد این دیوار، انتظار می‌رود دیوار A یکی از بحرانی ترین دیوارهای ساختمان مورد نظر باشد.
پ.٢-١-١- میلگرد بستر حداقل
ابعاد دیوار A و نیز شرایط تکیه گاهی انتخاب شده برای آن در شکل (پ.٢-٢) نشان داده شده است. با توجه به اینکه دیوار A یک دیوار پیرامونی می‌باشد، لذا ضخامت آن نباید کم تر از ١٥٠ میلی‌متر اتخاذ شود. برای این دیوار از بلوك هایی با ضخامت ١٥٠ میلی متر، طول ٣٠٠ میلی متر و ارتفاع ٢٠٠ میلی متراستفاده می شود. شایان ذکر است که نبایـد ارتفـاع بلوك بیش از ٢٥٠ میلی متر باشد چراکه میلگردهای بستر معمولا در بندهای بستر به صورت یک در میان قرار می گیرند و فواصل آنها نباید از ٥٠٠ میلی متر تجاوز کند. همچنین با توجه به شکل (٦-١)، ضخامت ١٥٠ میلی متر برای دیوار A محدودیت لاغری دیوار را برآورده می‌کند.
در ابتدا از میلگرد بستر حداقل استفاده می شود. بر اساس بند ٥-٥-٣ لازم است میلگردهای بستر بـا قطـر مفتـول ٤ میلی متر در فواصل ٤٢٠ میلی متر (فاصله دو بند بستر) در دیوار تعبیه شوند (ضخامت ملات بستر ١٠ میلـی‌متـر درنظـر گرفته شده است). همچنین بر اساس بند ٥-٣-٤ حداقل میلگرد بستر مورد نیاز برای دیواری که در ملات آن از سـیمان بنایی استفاده شده باشد، میلگرد بستری با قطر مفتول ٤ میلی متر و به فواصل ٥٠٠ میلی متر می باشد. در نتیجه حـداقل میلگرد بستر ممکن برای دیوار A به صورت زیر است:
میلگرد بستر با قطر مفتول ٤ میلی‌متر در هر ٤٢٠ میلی‌متر از ارتفاع دیوار
پ.٢-١-٢- ظرفیت خمشی دیوار با میلگرد بستر حداقل
بر اساس میلگرد بستر به دست آمده، ظرفیت خمشی دیوار در دو امتداد افقی و قائم به صورت زیر به دست می‌آید.
– در امتداد قائم:
در این امتداد دیوار غیرمسلح بوده و ظرفیت خمشی اسمی دیوار برای یک متر طول دیوار بـه صورت زیر خواهد بود.
شایان ذکر است که مدول گسیختگی ( fr )در امتداد عمود بر بند بستر از جـدول (٢-٥) بـه دسـت آمـده اسـت. بـر اساس بند ٥-٢-٣ ظرفیت خمشی طراحی از ضرب ظرفیت خمشی اسمی در ضـریب مقاومـت ٦/٠ بـه دسـت مـی آیـد.
بنابراین:
– در امتداد افقی:
در امتداد افقی دیوار مسلح بوده و ظرفیت خمشی اسمی آن برای یک متر ارتفاع دیوار به شرح زیر به دست می‌آید.
ضریب کاهش مقاومت دیوارهای بنایی مسلح برابر ٩/٠ می‌باشد، لذا ظرفیت خمشی طراحی یک متر از ارتفاع دیوار در جهت افقی برابر است با:
پ.٢-١-٣- تقاضای خمشی وارده بر دیوار
فشار ناشی از زلزله بر روی دیوار برابر است با:
مقدار A برای تهران برابر ٣٥/٠ و مقدار S برای تهران در خاك نوع III برابر ٧٥/١ می‌باشد. وزن دیوار A بـه همـراه نازكکاری‌های روی آن ١٨٠ کیلوگرم بر مترمربع و یا به عبارتی ١٨٠٠ نیوتن بر مترمربع در نظر گرفته شده است. اگرچه ممکن است دیوار A در معرض فشار باد قرار نگیرد (به دلیل وجود ساختمان مجاور) لـیکن بهتـر اسـت حتـی برای چنین دیوارهایی فشار باد نیز مدنظر قرار گیرد. فشار باد به صورت زیر به دست می‌آید.
با توجه به اینکه فشار ناشی از باد از فشار ناشی از زلزله بیش تر می باشد، لذا در طراحی از فشار ناشی از بـاد اسـتفاده خواهد شد.
دیوار A رفتار دوطرفه داشته لذا برای محاسبه تقاضای خمشی (در واحد طول) ، بـا توجه به شرایط تکیه گاهی دیوار، ضریب خمش را می توان به شرح زیر به دست آورد. پارامترهای مورد نیاز به صورت زیر می‌باشند:
با استفاده از درون یابی، می توان ضریب خمش (٢ ɑ ) را به دسـت آورد. بـدین ترتیـب ضـریب خمش برابر ٠٤٨/٠ به دست می آید و متعاقبا می توان تقاضای خمشی نهـایی را در دو امتداد افقی و قائم دیوار به صورت زیر به دست آورد:
پ.٢-١-٤- مقایسه ظرفیت با تقاضا
بر اساس نتایج به دست آمده مشخص است که ظرفیت دیوار کافی نمی‌باشد چرا که:
بنابراین دیوار جوابگو نبوده و لازم است تقویت شود.
پ.٢-١-٥- راهکارهای تقویت دیوار
به منظور تقویت دیوار می‌توان راهکارهای زیر را مدنظر قرار داد.
- افزایش ضخامت دیوار
- افزایش ضخامت پوسته دیوار
- پرکردن حفره بلوكها با استفاده از دوغاب
- بهبود ملات مصرفی (استفاده از ترکیب سیمان پورتلند و آهک)
- افزایش تسلیحات دیوار
- فراهم کردن تکیه‌گاه گیردار برای دیوار
- تقسیم دیوار به پانل های کوچک‌تر با تعبیه کلاف (تکیه‌گاه) یا پشتند (ستونچه)
افزایش ضخامت دیوار چندان راهکار مناسبی نمی باشد چراکه علاوه بر افزایش وزن دیـوار، منجـر بـه کـاهش فضـای مفید ساختمان نیز خواهد شد. همچنین فراهم کردن تکیه گاه گیردار همواره میسـر نبـوده و معمـولا نیـاز بـه جزییـات اجرایی خاصی دارد. تقسیم دیوار به پانل های کوچک تر نیاز به قرار دادن کلافهای بتنی مسلح در دل دیوار دارد که برای دیوارهای غیرسازهای روش پرهزینه‌ای می باشد. لازم به توضیح است که معمولا افزایش مقاومت فشاری دیـوار نیـز تـاثیر بسیار کمی در افزایش مقاومت خمشی آن دارد. در ادامه از چند مورد از راهکارهـای فـوق بـه منظـور طراحـی دیـوار A استفاده شده است.
اگر محاسبات فوق با فرض استفاده از میلگرد بستر با قطر مفتول ٥ میلی متر به فواصل ٢١٠ میلـی متـر تکـرار شـود، نتایج زیر به دست خواهند آمد:
همان طور که مشاهده می‌شود، حتی با افزایش میلگردهای بستر نیز، همچنان تقاضای خمشـی قـائم دیـوار قـدری از ظرفیت خمشی قائم بیش‌تر می‌باشد.
پ.٢-١-٧- راهکار افزایش تسلیحات به همراه افزایش ضخامت پوسته و بهبود ملات
در این بخش برای دیوار A از بلوکی استفاده می شود که ضخامت پوسـته در آن حـداقل برابـر ٢٠ میلـی متـر باشـد.
همچنین تصمیم گرفته می شود که در ساخت دیوار از ملات نوع N با استفاده از سیمان پرتلند (نه سیمان بنایی) و آهک استفاده شود. در این صورت مقاومت طراحی دیوار در جهت قائم برابر خواهد بود با:
به علاوه این بار میلگردهای بستر را قدری تقویت کرده و از میلگرد بستر با قطر مفتول ٤ میلـی‌متـر در فواصـل ٢١٠ میلی متر استفاده می شود (یعنی میلگردهای بستر در تمام بندهای بستر قرار می گیرند). در این صورت ظرفیـت خمشـی طراحی دیوار در امتداد افقی برابر خواهد بود با:
این بار پارامترهای مورد نیاز برابرند با:
با استفاده از درون یابی، ضریب خمش افقی ( ٢( ɑ برابر ٠٤٣/٠ به دست می آیـد. در نتیجـه تقاضـای نهایی خمشی برابر است با:
مشخص است که همچنان ظرفیت خمش قائم دیوار قدری از تقاضای آن کوچک‌تر است.
پ.٢-١-٨- راهکار افزایش تسلیحات به همراه بهبود ملات و استفاده از دوغاب
اگر علاوه بر استفاده از ملات نوع N با استفاده از ترکیب سیمان پرتلند و آهک، بخشی از حفره های بلوك ها با دوغاب پر شوند، مقاومت خمش قائم دیوار بهبود چشمگیری خواهد یافت. در این بخش فرض می شود ٢٥% حفره های دیـوار بـا دوغاب پر خواهند شد (از اثر وزن دوغاب در محاسبه فشار زلزله صرف نظر شده است چرا که اساسا بار باد حـاکم اسـت)، در این صورت درون یابی بین حالت بدون دوغاب و پر شده با دوغاب، مدول گسیختگی دیوار در جهت قائم (عمود بر بند بستر) برابر ٥٢/٠ مگاپاسگال به دست آمده و بر اسـاس آن ظرفیـت خمشـی طراحـی دیـوار در جهت قائم برابر خواهد بود با (از تاثیر حفره های پر شده با دوغاب در مدول سطح موثر دیوار صرف نظر شده است):
لازم به توضیح است که اگر اثر حفره های پر شده در سطح موثر دیوار در نظر گرفته شود، مقاومت خمشی قائم دیـوار حدود ٢٠% افزایش یافته و به مقدار ٧٢٠ نیوتن – متر در طول واحد دیوار می‌رسد. از میلگردهای بستر با قطر مفتول ٤ میلی متر در هر ٢١٠ میلی متر از ارتفاع دیوار استفاده مـی شـود. در ایـن صـورت ظرفیت خمش طراحی دیوار در جهت افقی برابر خواهد بود با:
پارامترهای مورد نیاز جدول (٤-٦) برابرند با:
ضریب ٢ɑ برابر ٠٣٧/٠ بـوده و تقاضـاهای خمشـی نهـایی (در واحـد طـول) برابـر خواهند بود با:
اگرچه تقاضای خمش قائم قدری از ظرفیت خمش قائم بیش تر است، اما این مقدار بسیار ناچیز بوده و عمـلا طـرح را می‌توان قابل قبول دانست.
در نتیجه طرح نهایی برای دیوار A به صورت زیر می‌باشد:
- استفاده از بلوك سفالی با صخامت ١٥٠ میلی‌متر
- ضخامت پوسته حداقل ١٥ میلی‌متر
- ملات مصرفی از نوع N بوده و در آن از ترکیب سیمان پرتلند و آهک استفاده شود
- ٢٥% حفرهها (در امتداد ارتفاع دیوار) لازم است با دوغاب پر شوند
- میلگرد بستر با قطر مفتول ٤ میلی‌متر در فواصل ٢١٠ میلی‌متری در ارتفاع دیوار
پ.٢-١-٩- طراحی اتصالات دیوار A
با توجه به اینکه دریفت غیرالاستیک طبقات از ٣/٠% بیش تر می باشد، طبق بند ٣-١٤ و نیز بند ٦-٤-٣، لازم است از اتصال جداکننده به منظور اتصال دیوار A به قاب استفاده شود. برای اتصال دیوار به ستون و نیز تیر فوقانی از اتصال جدا شده با نبشی استفاده می‌شود.
– اتصال دیوار به تیر سقف
ل نیروی خارج از صفحه وارده بر دیوار برابر می باشـد. نیـروی سـهم هـر یـک از لبه‌ها را می‌توان بر اساس سطح باربر هر لبه مطابق شکل (پ.٢-٣) به دست آورد.
ر نتیجه اتصال لبه فوقانی لازم است برای بار خارج از صفحه ای به صورت زیر طراحی شود.
شکل پ.٢-٣- سطح بارگیر لبه فوقانی دیوار و طراحی نبشی در اتصال جداکننده دیوار به سقف
تصمیم گرفته شده است که برای اتصالات جداکننده دیوار از دو عدد نبشی به همراه لایه جداکننـده اسـتفاده شـود.
ابعاد نبشی مورد نظر در شکل (پ.٢-٣) نشان داده شده است. طول کل لازم برای نبشی بر اساس ظرفیـت خمشـی بـال نبشی به صورت زیر به دست می‌آید. فرض شده است که مقاومت تسلیم نبشی ٢٤٠ مگاپاسگال باشد.
لنگر پلاستیک بال نبشی با احتساب ضریب کاهش مقاومت برابر است با:
در نتیجه نیروی متناظر بر بال نبشی به صورت زیر به دست می‌آید:
که در آن t ضخامت بال نبشی است (در اینجا ٢ میلی متر) و e بازوی لنگر نیروی وارده بر بـال نبشـی مـی باشـد (در اینجا ٢٥ میلی متر). با برابر قرار دادن Pp با Pcon عرض لازم برای نبشی (b) به صورت زیر به دست می‌آید (ضریب کاهش مقاومت برابر ٩/٠ می‌باشد).
در نتیجه کل طول لازم برای نبشی ١٢٤٠ میلی‌متر می‌باشد که باید به طور یکنواخـت در لبـه فوقـانی دیـوار توزیـع شود. مطابق شکل (پ.٢-٤) از ٥ عدد نبشی دوبل (در دو طرف دیوار) هر یک به طول ٤٠٠ میلی‌متر اسـتفاده مـی‌شـود. لایه جدا کننده از جنس پشم سنگ به صخامت ١٠ میلی‌متر و عرض ١٢٠ میلی‌متر می‌باشد.
– اتصال دیوار به ستون
مطابق شکل (پ.٢-٣) نیروی وارده بر لبه قائم دیوار برابر است با:
با توجه به اینکه دریفت غیرالاستیک سازه در جهت صفحه دیوار (شمالی- جنوبی) برابر ٠٠٧/٠ می‌باشد، لذا حداکثر تغییر مکان نسبی طبقه ٢٤ میلی‌متر خواهد بود. در نتیجه برای اتصال دیوار A به ستون می‌توان از لایه جداکنندهای از جنس پشم سنگ به ضخامت ٢٥ میلی‌متر و عرض ١٢٠ میلی‌متر استفاده شود. در این حالت لازم است برای اینکه دیـوار تحـت زلزلـه از مابین دو نبشی خارج نشود، عرض بال نبشی حداقل ٢ برابر ضخامت لایه جداکننده به علاوه ٣٠ میلی‌متر باشد. بنابراین عرض بال نبشی برابر ٨٠ میلی‌متر درنظر گرفته می‌شود. حال طول مورد نیاز نبشی به صورت زیر به دست می‌آید:
در نتیجه کافی است از ٣ جفت نبشی (در هر دو طرف دیوار) به منظور اتصال دیوار به ستون استفاده شود به طـوری که طول هر یک از نبشی ها ٤٠٠ میلی متر بوده و فاصله آنها از یکدیگر ١ متر باشد. استفاده از نبشی با ضخامت کم تر از ٢ میلی متر توصیه نمی شود چراکه جوش ورق های نازکتر از ٢ میلی متر به مهارت بـالایی نیـاز داشـته و همـواره میسـر نمی‌باشد.
اتصالات به دست آمده برای دیوار A به قاب به همراه سایر جزییات در شکل (پ.٢-٤) نشان داده شده است. با توجه به اینکه قاب فولادی می باشد، نبشی ها می توانند به تیرها و ستون ها جوش شود. در مورد قاب های فولادی، پـیچ کـردن نبشی‌های اتصال به المانهای سازهای تنها با تایید مهندس محاسب سازه امکان پذیر است.
دیدگاهتان را بنویسید
می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟خیالتان راحت باشد :)