انواع دیوار برشی

تمام دیوارهایی که در یک پلن معماری می‌بینیم مشابه نیستند و به مقاصد مختلفی طراحی شده‌اند. دیوارهای برشی به عنوان یکی از عناصر مهم در سازه‌های عمرانی، نقش حیاتی در افزایش استحکام و پایداری سازه‌ها دارند. برخلاف دیوارهای باربر که مانند ستون‌ها عمدتاً برای تحمل بارهای عمودی طراحی می‌شوند، دیوارهای برشی برای مقابله با بارهای جانبی و نیروهای افقی کاربرد دارند. دیوار برشی یکی از عناصر مهم در مهندسی عمران است که برای پشتیبانی و مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی، به کار گرفته‌می‌شود. در زیر به تشریح دقیق‌تر دیوارهای برشی می‌پردازیم:

عملکرد دیوار برشی

دیوار برشی یک عنصر ساختمان در یک سازه است که برای مقاومت در مقابل نیروهای افقی طراحی شده‌است. این نیروهای افقی عمدتاً نیروهای تولید شده توسط باد و زلزله هستند که موازی با سطح زمین عمل می‌کنند. دیوارهای برشی باعث توزیع مناسب این نیروها در کل سازه و انتقال آن به فونداسیون می‌شوند و به ثبات کلی ساختمان کمک می‌کنند. دیوارهای برشی در مقابل نیروهای جانبی با تغییر شکل اندک و جذب انرژی آنها تأثیر این نیروها را بر روی بدنه ساختمان کاهش می‌دهند. سختی و میزان استحکام دیوارهای برشی به مصالح استفاده‌شده در آن دارد. میزان کارایی این دیوارها در یک سازه بستگی به هندسه ساخت آنها، ضخامت، مصالح به کار رفته در آنها، نوع اتصال آنها به سازه و مکان استفاده آنها در سازه دارد. دیوارهای برشی به طور معمول به صورت عناصر عمودی از فونداسیون تا سقف یا طبقات میانی (در ساختمان‌های چند طبقه) ساختمان ادامه پیدا می‌کنند.

انواع دیوارهای برشی به لحاظ مصالح به کار رفته

به لحاظ مصالح به کار رفته انواع مختلفی از دیوارهای برشی وجود دارد. انتخاب نوع دیوار برشی به عواملی چون نیازهای سازه‌ای، ملاحظات طراحی و شرایط و خصوصیات مکان سازه بستگی دارد. چند نوع متفاوت از دیوارهای برشی به شرح زیر هستند:

دیوار برشی بتونی

این نوع دیوار برشی توسط بتون مسلح ساخته می‌شود. این دیوارها توسط ریختن بتون در قاب‌هایی که داخل آن‌ها میله‌ها یا شبکه‌هایی ساخته‌شده از میلگرد فولادی قرار داده‌شده، ایجاد می‌شوند. دیوارهای برشی بتونی به داشتن سختی و دوام بالا معروف هستند و در هر دو نوع ساختمان‌های با طبقات کم و ساختمان‌های با طبقات زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دیوار برشی بنایی

این دیوارهای برشی از آجر یا بلوک‌های سیمانی ساخته می‌شوند. این دیوارها که معمولاً سختی و استحکام قابل قبولی را ایجاد می‌کنند در ساختمان‌های مصالح بنایی استفاده می‌شوند. در این نوع دیوارهای برشی از روش‌هایی برای مستحکم کردن بیشتر آن استفاده می‌کنند. از این روش‌ها می‌توان به استفاده از میلگرد بستر، پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر(FRP)، لایه پوششی بتون و ملات‌های با استحکام بالا اشاره کرد.

دیوارهای برشی فولادی

در این دیوارهای برشی از قاب‌ها یا پنل‌های فولادی استفاده می‌شود. این دیوارهای برشی معمولاً در جایی استفاده می‌شوند که نیاز به انعطاف پذیری بیشتر است. دیوارهای برشی فولادی دیوارهایی با استحکام بالا و وزن کم هستند و بعضی از انواع آن قابلیت این را دارند که به صورت پیش‌ساخته تهیه شوند. این دیوارها هم برای ساخت سازه‌های جدید و هم برای تقویت سازه‌های قدیمی قابل استفاده هستند.

دیوارهای برشی کامپوزیت

در این دیوارها از مصالح مختلف برای بهینه‌سازی عملکرد آن‌ها استفاده می‌شود. یک نوع معمول این نوع دیوارها، دیوارهای با صفحات فولادی پرشده از بتون است که در آن صفحه‌های فولادی در درون خود یک هسته از جنس بتون دارند. این مجموعه ایجادکننده هم انعطاف‌پذیری و هم استحکام است.

دیوارهای برشی چوبی

این نوع دیوار برشی معمولاً در ساختمان‌های چوبی با تعداد طبقات کم استفاده می‌شود. این نوع دیوار از مصالح چوبی مانند تخته‌های چند لایه (plywood) یا تخته‌های رشته‌ای جهت‌دار (OSB) ساخته می‌شوند. علاوه بر استحکام و سختی مناسب این دیوارها وزن کم و سطوح مناسبی از حفظ انرژی را هم ارائه می‌دهند. این دیوارها علاوه بر مقاومت در برابر نیروهای جانبی قابلیت تحمل بار عمودی را نیز دارند و در بعضی از ساختمان‌ها به عنوان دیوار باربر نیز عمل می‌کنند.

دیوارهای برشی پیش‌ساخته

این دیوارها در کارخانه‌ها تولید شده و برای نصب به محل ساخت سازه انتقال پیدا می‌کنند. این دیوارها که معمولاً به صورت پنل‌های جدا از هم هستند می‌توانند از مصالح مختلفی مانند بتون، فولاد یا چوب ساخته‌شده‌باشند. این دیوارها مزایای سرعت اجرا و سادگی در نصب را دارند. با وجود مزایای بسیار زیادی که این دیوارها دارند برای این دیوارها معایبی مانند محدودیت در انعطاف‌پذیری طراحی، مشکلات و هزینه حمل‌و‌نقل، محدودیت در استفاده آن‌ها در ساختمان‌های از قبل ساخته‌شده و تطابق در اتصالات را می‌توان نام برد.

طراحی و محاسبات دیوارهای برشی در یک ساختمان

طراحی دیوارهای برشی در یک ساختمان نیازمند ملاحظات و محاسبات دقیق برای اطمینان از یکپارچگی و استحکام سازه نهایی در مقابل نیروهای جانبی است. در انجام این کار مهندسان طراح معمولاً نیازمند استفاده از نرم‌افزارهایی مانند SAP2000، ETABS، STAAD و … به منظور آنالیز و طراحی سازه هستند. با این آنالیز طراحان می‌توانند مطمئن شوند که قبل از اقدام به ساخت ساختمان، سازه توانایی مقاومت در مقابل انواع نیروهای جانبی را دارد. در زیر چند فاکتور مهم و نیازمند بررسی در این تحلیل را بیان می‌کنیم:

توزیع بار

دیوارهای برشی به باید به صورتی طراحی شوند که نیروهای جانبی را به فونداسیون منتقل کنند. انتقال این نیروها باید به صورت کنترل‌شده انجام شود و حدالمقدور باعث تغییر شکل بیش از اندازه هیچ جزء ساختمان نشود.

اتصال دیوارهای برشی به سازه

اتصالات مناسب برای اطمینان از اینکه نیروی جانبی به خوبی به فونداسیون انتقال داده می‌شود حیاتی است.

طراحی لرزه‌ای

در مکان‌هایی که مستعد زلزله هستند، دیوارهای برشی متحمل طراحی‌های لرزه‌ای خاص می‌شوند. در این طراحی علاوه بر محاسبات معمولی، محاسبات لازم برای لحظات واژگونی سازه نیز مورد نظر قرار می‌گیرد.

خصوصیات مصالح

نوع مصالح به کار رفته در دیوارهای برشی فاکتور بسیار مهمی در تعیین رفتار آنها است. با در نظر گرفتن هزینه و شرایط مکانی ساختمان در طراحی تلاش می‌شود بهترین نوع مصالح تشکیل‌دهنده دیوارهای برشی انتخاب گردد.

نسبت ارتفاع دیوار به ضخامت دیوار برشی

این پارامتر فاکتور بسیار مهمی در تعیین میزان استحکام دیوار برشی است. معمولاً این پارامتر توسط آیین‌نامه‌های ساختمان محدود می‌شوند که در زمان طراحی باید مد نظر قرار گیرد.

تعداد و مکان قرارگیری دیوارهای برشی در سازه

حتی دیوارهای برشی محکم و قطور نیز نمی‌توانند عملکرد خوبی داشته‌باشند اگر در مکان مناسب در ساختمان قرار نگرفته‌باشند. موقعیت دیوارهای برشی در یک ساختمان باید به گونه‌ای قرار داده‌شود که علاوه بر نیروهای خطی افقی بتواند در مقابل نیروهای پیچشی حاصل از زلزله نیز مقاومت کنند. برای دستیابی به این مهم در طراحی تلاش می‌شود که مرکز جرم افقی ساختمان بر مرکز جرم سختی آن منطبق باشد. تعداد و مکان دقیق قرارگیری دیوارهای برشی به عواملی مانند طراحی معماری ساختمان، نیازمندی‌های سازه‌ای و قوانین آیین نامه‌ای بستگی دارد.

البته به طور کلی دیوارهای برشی در مکان‌های خاصی در ساختمان قرار می‌گیرند تا مقاومت و ثبات کافی را برای ساختمان در مقابل نیروهای افقی ایجاد کنند. در زیر چند مکان معمول قرارگیری دیوارهای برشی اشاره‌شده‌است:

الف) دیوار برشی در محیط بیرونی

بسیار مشاهده می‌شود که دیوارهای برشی در محیط جانبی ساختمان قرار داده‌می‌شود. این دیوارهای برشی کمک می‌کنند تا نیروهای جانبی به صورت یکنواختی توزیع شوند و ثبات کلی ساختمان حاصل شود. قرارگیری دیوارهای برشی جانبی در گوشه‌های ساختمان و در راستای طول معمول‌تر است تا شکل‌دهنده یک سیستم تحمل بار یکنواخت باشند.

ب) دیوار برشی مرکزی

در یک ساختمان چند طبقه، یک سیستم دیوار برشی مرکزی بسیار استفاده می‌شود. منظور از مرکز ساختمان قسمتی در میان ساختمان است که شامل عناصر عمودی مانند دیوارها و ستون‌ها است. دیوارهای برشی مرکزی در میان عناصر عمودی دیگر در مرکز ساختمان می‌توانند مقاومت بسیار در مقابل نیروهای افقی و پیچشی ایجاد کنند و در نهایت ثبات کلی ساختمان را فراهم نمایند.

ج) دیوار برشی در راه‌پله و محفظه آسانسور:

فضای آسانسور و راه پله فضایی است که معمولاً از سطح زمین تا بالاترین طبقه ساختمان ادامه پیدا می‌کند. این ویژگی این فضاها را برای قرار دادن دیوارهای برشی بسیار مناسب می‌کند (مخصوصاً راه‌پله‌ها یا محفظه‌های آسانسور که در مرکز ساختمان قرار دارد). دیوارهای برشی قرار داده‌شده در راه‌پله یا آسانسور سختی و استحکام زیادی را به ساختمان اضافه می‌کنند.

نتیجه‌گیری

در این مقاله توضیحاتی کلی درباره دیوارهای برشی داده‌شد. از آنجایی که وظیفه اصلی این جز در ساختمان ایجاد مقاومت در مقابل نیروهای جانبی باد و زلزله است و این دو نیرو بسیار به مکان ساخت و ارتفاع ساختمان وابسته است در نتیجه می‌توان شاهد دیوارهای برشی بسیار متفاوتی در ساختمان‌های مختلف بود. اهمیت این دیوارها در ساختمان‌های مرتفع بسیار پر رنگ‌تر است اما حتی در ساختمان‌های با طبقات کم هم از این دیوارها استفاده می‌شود مخصوصا ساختمان‌هایی که ستون‌های آن توانایی تحمل مناسب نیروهای افقی را ندارند. باید به این نکته هم توجه کرد که معمولا اجرای دیوارهای برشی هزینه زیادی دارد، در نتیجه باید استفاده از آنها باید مطابق تحلیل های دقیق و در نظر گرفتن ملاحظات فراوان انجام شود.