راهکاری مناسب برای ملاحظات اجرایی دیوارهای پرکننده و جدا کننده برای رفتار لرزه ای مطلوب (پانل سبک کامپوزیت مسلح)

[Amir R. Haddadi 9164]

تقریباً در تمامی سازه ها دیوار پرکننده آجری دارای سهم عمده ای از حجم مصالح است. ديوارهاي پركننده جزء مهم ترين قسمت هاي ساختمان هستند كه بايد در مراحل طراحي و اجرا توجه ويژه اي به آن ها شود. به علت مجاورت این دیوارها با قاب سازه ای، سختی و مقاومت این دیوارها بروز می کند. دیوار پرکننده بر اساس نحوه چیدمان ممکن است اثرات مثبت و یا منفی داشته باشد. رفتار درون صفحه و برون صفحه¬ي ديوارهاي پركننده تاثير مهمي بر عملكرد لرزه ای ساختمان دارد. جلوگیری از شکست برون صفحه دیوار پرکننده تاثیر مهمی در کاهش خسارات و تلفات لرزه ای دارد. در اين مقاله مرور نسبتا کاملی به اثرات مثبت و منفی دیوار پرکننده و ملاحظات و جزئيات اجرائي ديوارهاي جداگر به منظور عدم تاثير بر رفتار سازه و عدم شكست جداگر ارائه شده است.

 

اثرات ديوارهاي پركننده چه با قاب تقابل داشته باشند و چه از قاب جدا باشند جزء مسائل مهم در مهندسي زلزله است. دسته بندي اجزاء به سازه اي و غيرسازه اي و بررسي اين كه آيا ديوار پركننده جزء سازه اي به شمار مي رود يا جزء غيرسازه اي محسوب مي شود در فرايند طراحي و اجرا اهميت دارد؟ آيا ممكن است شكست يك جزء غيرسازه اي مهم تر از شكست يك جزء سازه اي باشد؟ آيا كاربري ساختمان تاثيري در ميزان اهميت اجزاي غيرسازه اي دارد؟ جزئيات اجرائي مناسب (ارزان و عملي و كارآمد) كدام است؟ آيا كنش قوسي (در صورتي كه ديوار با قاب تماس داشته باشد) براي جلوگيري از شكست خارج از صفحه ديوار كفايت مي كند؟ چند درصد از تيغه هاي 10 سانتي متري يا نازك تر در زلزله هاي متوسط و شديد در ايران فرو ريخته اند؟ ميزان توسعه و عمق اثرات منفي ديوارهايي كه با قاب در تماس بوده اند در انواع زلزله هاي ايران چقدر است؟ انواع مختلف مصالح كه در اجراي ديوارهاي پركننده در ايران به كار مي رود چيست؟ كدام يك از دو رويكرد زير در ايران مناسب تر است:

الف- برقراري تماس بين ديوار و قاب و درنظر گرفتن تقابل بين اين دو (اثرات موضعي و نيروهاي متمركز در ابتدا و انتهاي تيرها و بالا و پائين ستون ها، ستون كوتاه، طبقه ي نرم و پيچش)

ب- جدا كردن ديوارها از سازه و كنترل شكست خارج از صفحه ي ديوار

منافع رويكرد اول:

• افزايش سختي سازه و كاهش تغيير مكان

• امكان استفاده از باربري ثقلي ديوار در صورت نياز

• استفاده از ظرفيت بيشينه ي مصالح و رفتار مناسب و عدم فروريزش حتي در زلزله هاي بسيار شديد

• رفتار بسيار مناسب سازه در زلزله هاي شديد

• امكان استفاده از كنش قوسي در جلوگيري از شكست خارج از صفحه ي ديوار

• سهولت نسبي در جلوگيري از اثرات منفي موضعي و كلي ناشي از ديوار

مضرات رويكرد اول:

• امكان ايجاد ترك هاي شديد برشي در نقاط حساس ستون در صورت اشتباه در طراحي و اجرا

• امكان ايجاد طبقه ي نرم و پيچش در صورت اشتباه در طراحي و اجرا

• امكان شكست خارج از صفحه ي ديوار به علت عدم كفايت كنش قوسي در جلوگيري از شكست خارج از صفحه و نياز به اجراي جزئيات مناسب به اين منظور

منافع رویکرد دوم:

• عدم نياز به لحاظ كردن تقابل ديوار با سازه و ساده شدن طراحي

مضرات رويكرد دوم:

• نياز حتمي به وجود جزئيات اجرائي مناسب براي جلوگيري از شكست خارج از صفحه ي ديوارهاي جداگر

• پيچيدگي طراحي و اجراي اين جزئيات

• عدم استفاده از ظرفيت سختي و مقاومت در ديوارها

• افزايش مقاطع اعضا به علت كنترل جابه جايي

در اين مقاله ضمن بررسي تفصيلي منافع و مضرات هر يك از دو رويكرد ذكرشده، جزئيات اجرائي مناسبي براي اجراي صحيح ديوارهاي جداگر ارائه مي شود.

 

2. اندركنش بين ديوار و قاب

در صورت وجود دیوار پرکننده در قاب خمشی، مطابق شکل 1 رفتار خمشی به کنش محوری تبدیل می¬شود. در شکل دو سیستم دوگانه قاب و دیوار و تقابل بین آن¬ها نشان داده شده است.

وجود ديوار هاي پركننده باعث كاهش جابه جايي ها مي شود. ممكن است سختي ديوار چندين برابر قاب باشد وجود ديوار پركننده مطابق شكل 1 كنش خمشي را به كنش محوري تبديل مي كند. به علت ايجاد كشش در امتداد قطر در ديوار ترك ضربدري ايجاد مي شود در شكل 3 نمونه اي از اين ترك نشان داده شده است. به علت وجود نيروهاي متمركز در بالا و پائين ستون ممكن است شكست هايي در اين نقاط ايجاد شود در شكل¬های 4و 5 نمونه¬هایی از اين شكست ترد مشاهده مي شود.

 

شکل 1- قاب خالي رفتار خمشي دارد و قاب داراي ديوار پركننده به­صورت سيستم محوري عمل مي­كند.

 

 

 

 

 

شكل 2- تقابل ديوار با قاب خمشي و ايجاد سيستم محوري

 

 

 

شکل 3- ترك قطري ديوار پركننده در زلزله­ي تايوان ( چي­چي، 1999).

 

 

شکل 4- شکست برشي ستون بتني به­علت تقابل با ديوار پرکننده­ي آجري با بلوک سفالي غيرضخيم

 

 

 

شکل 5- ايجاد خرابي در ستون به­علت اندركنش با ديوار پركننده (مكزيكوسيتي، 1985).

 

 

 

 

يکي از نکات مهم در خصوص ديوار پرکننده در قاب هاي فولادي داراي بادبند، مشارکت ديوار پرکننده ي آجري در تحمل نيروي محوري فشاري است. به اين ترتيب که بادبند کششي به خوبي نيروي کششي را تحمل مي کند ولي ضعف مقاومت فشاري بادبند فشاري را ديوار آجري جبران مي کند. به اين ترتيب حتي در صورت ضعيف بودن بادبندها، البته به شرط وجود اتصالات مناسب، باز هم بادبند، مطابق شکل 6 رفتار مطلوبی خواهد داشت.

 

 

شکل6- کمانش فشاري ستون که به‌علت مشارکت ديوار در تحمل فشار، شکست مطلوبي در زلزله­ی بم رخ داده است.

 

 

 

 

يكي از نكات مهم در خصوص اثرات ديوارهاي پركننده در سازه ها، افزايش سختي و كاهش پريود است. اين امر منجر به افزايش شتاب و نيروهاي اينرسي مطابق شكل 7 مي شود. البته در كنار افزايش نيروهاي اينرسي ناشي از زلزله، مقاومت و سختي سازه نيز به علت اثر ديوار افزايش مي يابد.

 

شکل 7- مقايسه­ ي پاسخ شتاب بام در قاب خالي و قاب داراي ديوار پركننده. در قاب داراي ديوار پركننده، پريود حركت كمتر از قاب­ خالي و دامنه­ي حركت بيشتر از مقدار متناظر در قاب خالي است.