دیوار برشی فولادی (Steel shear wall)
سیستم دیواربرشی فولادی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در سه دهه اخیر به سرعت در دنیا مورد توجه قرارگرفته است. این سیستم برای ساخت و مقاوم سازی ساختمان‌های مهمی به‌ویژه کشورهای زلزله خیزی چون ژاپن و آمریکا استفاده شده است.
از جمله ساختمان‌های ساخته شده بااین سیستم می‌توان به بیمارستان ۶طبقه در لوس آنجلس (Olive view) دراوایل دهه ۸۰ میلادی، مرکزدرمانی پرتلند(Portland Medical Center Providence) درسال ۲۰۰۸، ساختمان بین‌المللی لاس وگاس (Cosmopolitan) در سال ۲۰۰۹ و ساختمان اداری ۳۵ طبقه درکوبه (High rise) اشاره کرد.
بطوری‌که ساختمان بیمارستان ۶ طبقه (Olive view) در لوس آنجلس و ساختمان اداری ۳۵ طبقه درکوبه(High rise) دو سازه مهمی هستند که درآن‌ها از سیستم دیواربرشی فولادی به‌عنوان سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی استفاده شده و دو زلزله شدید نرث ریج(Northridge) و کوبه را پشت سر گذاشته‌اند. مطالعات انجام شده برروی این دو ساختمان پس از زلزله همگی از رفتار بسیار خوب سیستم دیوارهای برشی فولادی درطول زلزله و وارد شدن کمترین خسارت به این دو ساختمان حکایت می‌کنند. همچنین ساختمان‌های موجود بسیاری نیز بااستفاده از دیوارهای برشی فولادی دربرابر بارهای جانبی، خصوصاً زلزله تقویت شده‌اند که دونمونه مهم از آن‌ها، ساختمان مرکز درمانی در چارلستون وساختمان کتابخانه ایالتی اورگان هردو درآمریکا است.
دیوار برشی فولادی چیست؟
دیوار برشی فولادی یکی از انواع دیوار برشی است که جهت مقاوم‌سازی سازه‌هایی با ارتفاع متوسط و بلند مورداستفاده قرار می‌گیرد. این دیوار برشی همان‌طور که از نامش پیداست، با فولاد و آهن آلات ساخته می‌شود و به‌همین‌جهت، مقاومت فوق‌العاده‌ای دارد. درواقع، این دیوار که یک مدل سیستم باربر جانبی به‌حساب می‌آید، چنانچه به‌درستی اجرا شود می‌تواند مقاومت سازه را در برابر نیروهایی مانند زلزله افزایش دهد. به‌طورکلی، دیوارهای برشی فولادی کاربردهای گسترده‌ای دارند و معمولا از آن‌ها در سازه‌هایی بلند با وزن سبک استفاده می‌کنند. همچنین، این دیوار برشی مانند سایر دیوارها دارای مزایا و معایبی است که در ادامه به آن‌ها اشاره کرده‌ایم.
ساختار و عملکرد دیوار برشی فولادی
دیوار برشی فولادی در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش ۱۴۰۱ قید شده است و این سیستم در ایران نیز همچون کشورهای پیشرفته به‌کار گرفته می‌شود. جهت ارزیابی و طراحی دیوارهای برشی فولادی در آیین‌نامه AISC341 قوانینی تعریف کرده‌اند و در آیین‌نامهAISC360 هم راجع به آن صحبت شده است. اتصال میان تیرها و ستون‌ها در این سیستم می‌تواند به شکل ساده یا صلب باشد. حالت ساده مناسب مناطقی با لرزه‌خیزی کم است و مدل صلب نیز در نواحی با لرزه‌خیزی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه‌براین، ورق هم ممکن است با جوش یا پیچ به قاب موردنظر وصل شود. خصوصیات لرزه‌ای این دو سیستم در آیین‌نامه‌های بارگذاری ASCE 7_1 و ASCE 7_22 به شکل زیر آورده شده است:
پانل دیوارهای برشی فلزی متشکل از یک ورق فولادی با ضخامت ۳ الی ۱۰ میلی‌متر و همین‌طور، تیرهای افقی کف دیوار و ستون‌های کناری است. ورق جان با قابلیت فرم‌پذیری که دارد همچون یک فیوز ساده در مقابل بارهای جانبی لرزه‌ای رفتار می‌کند. به‌طورکلی، اجزای اصلی دیوار برشی فولادی به شرح زیر است:
- اعضای افقی یا همان تیرها معروف به اعضای مرزی افقی
- اعضای قائم یا همان ستون‌ها معروف به اعضای مرزی قائم
- ورق‌های فولادی میان ستون‌ها و تیرها در پانل معروف به ورق جان
- سخت‌کننده‌های افقی و قائم در صورت لزوم
معایب و مزایای دیوار برشی فولادی
همان‌طورکه اشاره شد، استفاده از دیوارهای برشی فولادی مزایا و معایبی دارد که قبل از اجرا باید آن‌ها را مدنظر قرار داد. ابتدا مزایای دیوار برشی فولادی را بیان می‌کنیم:
- هزینه مناسب
- سرعت بالای اجرا
- تقویت مقاومت سازه
- اشغال کم فضاهای سازه
- امکان بهسازی سازه‌های ضعیف
- اجرا و تعبیه آسان دیوارهای برشی
- کاهش درصد فولاد مصرفی در پروژه
معایب دیوار برشی فولادی نیز عبارتند از:
- تامین سخت برخی از الزامات
- مشکل در محافظت از سازه در زمان بروز حریق
- مشکل در کنترل تغییر مکان نسبی سازه در بناهای بلند
نقش دیوار برشی فولادی در سیستم های باربر جانبی ساختمان
سیستم‌های باربر جانبی جهت افزایش مقاومت سازه در برابر فشارهای خارجی مختلف ازجمله زلزله مورداستفاده قرار می‌گیرند. دیوار برشی فولادی نیز یک نوع سیستم باربر جانبی است که اغلب در ساختمان‌های بلند با وزن کم تعبیه می‌شود. البته این سیستم باربر باید به‌صورت اصولی و طبق ضوابط تعریف‌شده این حوزه اجرا شود تا کارایی لازم را داشته باشد. برای این منظور، باید با ساختار دیوارهای برشی فولادی آشنا شد و ضوابط اجرای آن را به‌درستی پیاده‌سازی کرد. از ساختار و اجزای اصلی این دیوار برشی می‌توان به ورق‌های فولادی، تیرها، ستون‌ها و همین‌طور سخت‌کننده‌ها در صورت نیاز اشاره کرد.
