دیوار برشی دیواری است که نیروهای جانبی مانند نیروی زلزله و باد را تحمل و منتقل می‌کند، در نتیجه عملکرد لرزه‌ای سازه و استهلاک انرژی به آن وابسته است، اما از این سیستم کمتر استفاده می‌کنند چون فضای زیادی اشغال می‌کند. با این حال رعایت جزئیات اجرای دیوار برشی نقش قابل ملاحظه‌ای در بهبمود عملکرد آن داشته و تضمین کننده رفتار لرزه‌ای مطلوب سازه خواهد بود.
از این رو در این مقاله با بهره‌گیری از منابع مختلف، به معرفی دیوار برشی، انواع پرکاربرد و همچنین نحوه طراحی دیوار برشی و اجرای آن‌ها می‌پردازیم.
دیوار برشی چیست؟
دیوار برشی (Shear wall) یک نوع سیستم باربر جانبی است، به این معنی که بارهای جانبی درون صفحه‌ای (مثل نیروی زلزله و نیروی باد) را تحمل و منتقل می‌کند. در واقع ستون‌ها و دیوارهای باربر باعث سرپا نگه داشتن ساختمان می‌شوند و نیروی فشاری را به پی سازه منتقل می‌کنند، اما دیوار برشی باید بارهای جانبی را تحمل و منتقل می‌کند.
این نوع دیوارها به دلیل سختی زیاد، تحت بارهای جانبی بسیار بالایی قرار می‌گیرند و عملکرد لرزه‌ای سازه و استهلاک انرژی به آن‌ها وابسته است.
نکته: سیستم دیوار برشی با دیوار حائل فرق دارد. دیوار حائل معمولا نیروی عمود بر صفحه خود را تحمل می‌کند، اما دیوار برشی عمدتا باید بارهای جانبی را تحمل کند.
وظایف دیوار برشی
وظایف اصلی دیوار برشی را می‌توان به صورت زیر توصیف کرد:
۱– افزایش استحکام سازه: دیوار برشی باید مقاومت برشی جانبی ساختمان را تامین کند تا ساختمان در برابر نیروهای زلزله و نیروهای باد مقاومت کرده و این نیروها را به فونداسیون منتقل کند.
۲– افزایش سختی سازه: دیوارهای برشی سختی زیادی به ساختمان می‌دهند که باعث کاهش نوسان جانبی ساختمان و در نتیجه کاهش آسیب به سازه می‌شود.
چه سازه‌هایی به دیوارهای برشی نیاز دارند؟
از آنجا که دیوارهای برشی به طور قابل توجهی نوسان سازه را کاهش می‌دهند، در نتیجه ضرورت دیوار برشی خارجی برای سازه‌ها و ساختمان‌ها در مناطق بادخیز و زلزله‌خیز کاملا واضح است. با این حال خانه‌های بزرگ‌تر و سازه‌های مرتفع نیز به دیوارهای برشی داخلی برای محافظت در برابر باد جانبی و نیروهای لرزه‌ای نیاز دارند.
انواع دیوار برشی
اصلی‌ترین دیوارهای برشی با توجه به نوع متریال استفاده شده در ساخت آن‌ها عمدتا در دو نوع زیر ساخته می‌شوند:
- دیوار برشی فولادی
- دیوار برشی بتنی (دیوار برشی بتن مسلح)
۱- دیوار برشی فولادی چیست؟
اگر بخواهیم تاریخچه دیوار برشی فولادی را بدانیم باید گفت این سیستم اولین بار حدود ۵۰ سال قبل توسط مهنسین ژاپنی ارائه شد و حدود سه دهه قبل در دنیا مورد توجه قرار گرفت.
دیوار برشی فولادی شبیه به تیر ورق است که در آن صفحه فولادی به عنوان جان تیر، ستون‌ها به عنوان بال‌های تیر و تیرهای افقی به عنوان سخت‌کننده‌های عرضی در نظر گرفته می‌شوند. در این نوع دیوار برشی، رفتار جانبی مجموعه‌ی «صفحه فولادی دیوار به علاوه دو ستون مجاور و تیرهای فوقانی و تحتانی»، مانند یک تیر ورق طرهای قائم است.
* طُرّه یا تیر سرکش در ساختمان‌سازی، هواپیماسازی، پل‌سازی به تیر یا عضو افقی گفته می‌شود که یک سرش بر پایه متکی و سر دیگرش از بدنه بنا بیرون نشسته است.
دیوار برشی فولادی معمولا در ساختمان‌هایی با اسکلت فلزی و تعداد طبقات بسیار بالا استفاده می‌شود.
مزایا و نحوه کار دیوار برشی فولادی
از جمله مزایای دیوار برشی فولادی که موجب شده در سال‌های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گیرد و استفاده از آن‌ها به خصوص در داخل کشور افزایش یابد، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سرعت اجرای بالا
- وزن مناسب
- امکان ایجاد بازشو
- افزایش فضای معماری (نسبت به دیوارهای برشی بتن آرمه)
این نوع دیوار برشی که از نوع سیستم‌های باربر جانبی است، رفتار چرخه‌ای مناسب، جذب انرژی و ضریب رفتار بالا، شکل‌پذیری مطلوب و سختی جانبی زیادی دارد.
روش ساخت و طراحی دیوار برشی فولادی
با توجه به دیتیل اجرایی دیوار برشی فولادی، ابتدا با توجه به طول دهانه و ارتفاع طبقات، برش ورق‌ها در کارخانه انجام می‌شود.
سپس لبه‌ها در صورت لزوم پخ‌زنی شده و درزها با استفاده از جوش نفوذی پر می‌شوند.
در مرحله بعد و در صورت لزوم سخت‌کننده‌ها و اتصالات طبق نقشه سازه روی صفحات نصب می‌شود. سپس ورق‌ها همراه با تیرها و ستون‌ها برای اتصال آماده می‌شوند.
اتصال صفحات به تیرها و ستون‌ها به دو روش جوشکاری یا پیچی قابل انجام است. در روش پیچی، ابتدا ورق‌های اتصال سوراخ‌دار را روی تیرها و ستون‌ها جوش می‌دهند، سپس با استفاده از پیچ‌های مقاوم، ورق‌های اتصال به ورق‌های اصلی متصل می‌شوند.
روش و جزئیات اجرایی دیوار برشی فولادی
دیوار برشی فولادی در کارگاه‌ها ساخته و به محل پروژه منتقل می‌شود. دیتیل دیوار برشی و ساخت و اجرای آن به دانش تخصصی و بهره‌گیری از نکات آیین‌نامه‌های ساختمان نیاز دارد که اصلی‌ترین نکات ارائه شده در آن‌ها به شرح زیر است.
۱- نکات اتصالات جوشی و پیچی در ساخت دیوار برشی فولادی
در برش کاری ورق‌های چند تکه، توجه کنید ترجیحا خطوط جوش رو به روی یکدیگر قرار نگیرند.
به دلیل کم بودن ضخامت دیوار برشی فولادی (ضخامت ورق حدود ۵-۱۰ میلی‌متر است) و طول جوش زیاد در این نوع دیوار، برای جلوگیری از اعوجاج، باید زمان ساخت دیوار، ورق‌ها کاملا مهار شده و ترتیب و توالی مراحل (پاس‌های) جوشکاری رعایت شود.
به دلیل نیروی بسیار زیاد وارده بر این نوع دیوارها، جوش‌ها حساست زیادی دارند و تمامی جوش‌ها باید مورد بازرسی و آزمایش‌های غیر مخرب قرار گیرند.
از هرگونه جوشکاری اضافی، پاشش زیاد جوش و کشیدن الکترود روی صفحات فولادی جلوگیری شود.
به دلیل طول زیاد جوشکاری در ساخت و نصب دیوار برشی فولادی و امکان پیچیدگی آن‌ها، بهتر است از اتصالات پیچی استفاده شود.
۲- نکات نصب و اتصال دیوار برشی فولادی
در صورت استفاده از دیوار برشی سوراخ دار (برای کاهش وزن و سختی دیوار و جلوگیری از آسیب به ستون‌ها) از سوراخ‌کاری در قسمت قطرهای دیوار به دلیل اختلال در عملکرد کششی ورق‌ها اجتناب شود. در صورت امکان، کاهش ضخامت ورق راهکار بهتری در این زمینه است.
صفحات فلزی دقیقا باید در آکس* تیر و ستون قرار گرفته و کاملا به صورت شاقول نصب شوند.
* آکس تیر و ستون: به معنی خطوط فرضی هستند که از وسط مقطع ستون یا تیر عبور می‌کنند.
در سیستم دیوار برشی فولادی، اتصال تیر به ستون به صورت مفصلی و گیردار (سیستم دوگانه) با توجه به نظر طراح و دلایل طراحی قابل انجام است.
در اتصالات گیردار باید برشکاری ورق‌ها در محل اتصالات با دقت بالا انجام شده و از ایجاد درزهای باز پرهیز شود.
در صورت تعبیه بازشوهای بزرگ در دیوارهای برشی فولادی، باید سخت‌کننده‌هایی در اطراف آن تعبیه شود.
در صورت استفاده از سخت‌کننده‌های افقی و قائم در دیوارهای برشی، اکیدا توصیه می‌شود از افزایش تعداد و ضخامت سخت‌کننده‌ها بدون توجه به نقشه سازه، اجتناب شود. زیرا این کار موجب افزایش سختی دیوار و احتمال بروز مفاصل پلاستیک در ستون ها خواهد شد.
۲- دیوار برشی بتنی چیست؟
دیوار برشی بتنی نوع دیگری از دیوارهای سازه‌ای مقاوم در برابر زلزله و باد است که از بتن مسلح (مجموع بتن و میلگرد) ساخته می‌شود. به دلیل وزن بالای این دیوار، استفاده از آن در موارد غیرضروری، باعث افزایش وزن سازه شده و از نظر ایمنی و اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
مزایا و نحوه کار دیوار برشی بتنی
با وجود اینکه دیوار برشی بتنی باعث افزایش وزن سازه شده و احتمال از بین بردن فضای معماری نیز در اجرای آن وجود دارد، اما این نوع دیوار برشی مزایایی دارد که استفاده از آن را در مواقع لزوم توجیه می‌کند:
- کاهش ابعاد مقاطع تیر و ستون
- کنترل تغییرمکان جانبی سازه
اجرای دیوار برشی بتنی بعد از اجرای پی و هم زمان با بتن‌ریزی ستون‌ها انجام می‌شود. آرماتورهای طولی دیوار برشی، زمان اجرای آرماتوربندی فونداسیون در محل خود قرار می‌گیرند. سپس برای جلوگیری از جابه‌جا شدن آن‌ها، لازم است قبل از بتن‌ریزی فونداسیون، با استفاده از آرماتور عرضی دیوار برشی، به هم بسته شوند.
روش اجرا و نصب دیوار برشی بتنی
اجرای دیوار برشی بتنی برای هر دو نوع اسکلت فلزی و بتنی قابل انجام است. کلیات روش اجرای این دیوارها در هر دو سازه بتنی و فولادی مشابه است، اما در مورد جزئیات تفاوت‌هایی وجود دارد.
۱- روش اجرای دیوار برشی بتنی در سازه بتنی
در سازه‌های بتنی مراحل اجرای آرماتوربندی ستون‌ها و دیوارها به صورت هم زمان و به شکل زیر انجام می‌شود:
ابتدا کلیه آرماتورهای قائم دیوارها و ستون های دو طرفِ آن در طول مناسب برش خورده و با آرماتورهای انتظار فونداسیون اورلب می‌شوند.
سپس میلگرد عرضی دیوار برشی (خاموت و سنجاقی ستون‌ها) در جای خود نصب می‌شود.
پس از تکمیل آرماتوربندی ستون‌ها، آرماتورهای افقی دیوارها (کمرکش دیوار برشی) برش و خم خورده (با خم ۹۰ درجه در دو انتها) و روی آرماتورهای قائم نصب می‌گردد.
۲- روش اجرای دیوار برشی بتنی در سازه فلزی
در سازه‌های فلزی اولین قدم تکمیل جوش ستون‌ها، اتصالات مربوطه و نصب برشگیرهای اتصال ستون به دیوار، طبق جزئیات اجرایی است که در نقشه سازه آمده است.
برشگیرها معمولا با استفاده از ناودانی ساخته می‌شوند و نقش بسیار مهمی در رفتار یکپارچه و مرکب دیوار با ستون‌های طرفین ایفا می‌کنند.
* در تعریف مقطع دیواربرشی، نوع رفتار مقطع (Modeling Type) را می‌توان به دو صورت در نظر گرفت: نوع Shell یا Membrane
در صورتی که فقط سختی داخل صفحه دیوار مد نظر طراح باشد (Membrane)، دیتیل اتصال سبک‌تر و ناودانی‌ها کوچک‌تر در نظر گرفته می‌شود، ولی چنانچه سختی در هر دو جهت داخل و خارج از صفحه دیوار مورد نظر باشد (Shell)، معمولاً از دیتیل‌های سنگین‌تر با طول و تعداد بیشتر استفاده می‌گردد.
نکات تکمیلی اجرا و طراحی دیوار برشی بتنی در سازه های فلزی
پس از تکمیل برشگیرها و کنترل جوش آن‌ها، نوبت به آرماتوربندی دیوار برشی می رسد. سپس قالب بندی، نصب بولت، نصب پشت‌بندهای قائم و بتن ریزی به صورت زیر انجام می‌شود.
۱- نحوه آرماتور بندی دیوار برشی
میلگردهای قائم (طولی) و سپس میلگردهای کمرکش برش و خم خورده و در جای خود نصب می‌شوند. (در مورد میلگرد کمرکش و روش اجرای آن بیشتر بخوانید)
برای افزایش سرعت و کاهش پِرتی در میلگرد دیوار برشی، معمولا طول میلگرد قائم به ارتفاع ۲ طبقه با در نظر گرفتن مقدار طول مهاری ترازهای فوقانی، بریده می‌شود. (طول مهاری میلگرد چیست؟)
در مرحله بعد میلگرد رامکا در دیوار برشی نصب می‌شود. به این صورت که میلگرد رامکای پای دیوارها در طول مورد نیاز برش خورده و با سیم یا خال جوش نصب می‌شود.
پس از تکمیل آرماتوربندی باید طول، قطر، فوصل و خم میلگردها کنترل شود.
۲- نحوه قالب بندی دیوار برشی
پس از تمیزکاری قسمت‌هایی که آرماتوربندی شده، نوبت به قالب‌بندی می‌رسد.
قالب بندی دیوار برشی بتنی معمولا با استفاده از قالب فلزی یا چوبی انجام می‌شود. ( ابعاد قالب دیوار برشی به صورت طول ۱۰۰ سانتی‌متر و عرض‌های ۱۰ تا ۵۰ سانتی‌متر در بازار موجود است.)
در مرحله اول نحوه قالب بندی دیوار برشی، قالب‌ها توسط پین و گوه فلزی روی هم سوار می‌شوند. (پین و گوه از ورق فلزی به ضخامت ۵ میلی‌متر ساخته شده و مناسب‌ترین وسیله جهت اتصال آسان قالب‌ها به یکدیگر است.)
به طور متوسط برای هر قالب متناسب با نحوه قرارگیری در کنار سایر قالب‌ها و نوع چیدمان، ۵ تا ۶ جفت پین و گوه استفاده می‌شود.
برای قالب بندی دیوار برشی بتنی دو روش وجود دارد. هر دو روش متداول است و انتخاب آن به تجهیزات و قالب های موجود پیمانکاری بستگی دارد:
۱- قالب‌های هر ردیف قائم به صورت یک در میان، جهت عبور بولت‌ها از نوع سوراخ‌دار انتخاب شوند
۲- قالب‌های با عرض ۵۰ سانتی‌متر همگی بدون سوراخ بوده و بین هر ردیف، یک ردیف قالب سوراخ‌دار به عرض ۱۰ سانتی‌متر اضافه شود.
۳- نصب بولت در دیوار برشی بتنی
بعد از کارگذاشتن و اتصال قالب‌های یک سمت دیوار در قالب‌های دوطرفه، نوبت اتصال بولت دیوار برشی است.
بولت فلزی یک پیچ تمام رزوه یا دوسر رزوه از جنس فولاد است که به کمک دو مهره برای اتصال قالب‌ها و پشت‌بندهای قائم (سولجر) مورد استفاده می‌شوند. با استفاده از این وسیله دو وجه قالب فلزی که روبروی هم قرار دارند به یکدیگر متصل شده و امکان فاصله گرفتن آن‌ها از هم در اثر فشار جانبی بتن وجود نخواهد داشت.
# حتما بخوانید
ابتدا لوله upvc (پلیکا) متناسب با ضخامت دیوار بریده شده و روی بولت‌ها نصب می‌شود. با این کار پس از خشک شدن بتن، لوله‌های پلاستیکی در دیوار باقی می‌مانند و امکان خارج کردن بولت‌ها از میان دیوار میسر خواهد بود.
همچنین در سازه‌های خاص باید از میان‌بولتِ آب‌بند جهت جلوگیری از نشت آب از جای بولت‌ها و آب‌بندی دیوار برشی استفاده کرد.
پس از نصب بولت‌ها، قالب‌بندی وجه مقابل نیز به همان ترتیب انجام می‌شود.
در مرحله بعد برای یکپارچگی قالب‌ها، پشت‌بندهای افقی معمولا از زوج لوله داربستی به قطر ۵ سانتی‌متر و گاهی قوطی و ناودانی به فاصله محور تا محور ۵۰ سانتی‌متر با استفاده از گیره به پشت قالب‌ها متصل می‌شوند.
قلاب گیره در سوراخ‌های لبه قالب قرار گرفته و با سقف کردن پیچ تعبیه شده روی آن به لوله متصل می‌شود.
۴- نصب پشت‌بندهای قائم
پس از نصب بولت‌ها و پشت‌بندهای افقی، نصب سولجرها یا پشت‌بندهای قائم انجام می‌شود.
سولجر دیوار برشی معمولاً از زوج پروفیل قوطی و یا لوله تشکیل شده که بار جانبی قالب‌ها ناشی از فشار بتن را تحمل می‌کنند.
بولت‌ها از میان سولجرها عبور کرده و با کمک واشرها و مهره بولت (مهره خروسکی) از دو طرف کاملا محکم می‌شوند. واشرها با ایجاد سطح اتکای زیاد، نیرو را توزیع و از لهیدگی موضعی جلوگیری می‌کنند.
در صورت استفاده از سولجر قوطی یا ناودانی از واشر کاس و در صورت استفاده از پروفیل لوله (در دیوارهای کوتاه‌تر از ۳ متر) از واشر دو لوله استفاده می‌گردد.
۵- نحوه بتن ریزی دیوار برشی
سپس در صورت نیاز قالب‌های با ارتفاع زیاد، مهارهای مایل هر ۳-۲ متر نصب شده و پس از شاقولکاری نهاییِ قالب‌ها عملیات بتن‌ریزی انجام می‌شود.
پس از بتن‌ریزی، قالب‌ها باز شده و نسبت به ترمیم نواقص احتمالی و خلل و فرج سطح بتن اقدام می‌شود.
مراحل مذکور به صورت طبقه به طبقه تا تراز نهایی تکرار می‌گردد.
سخن آخر
شناخت دیوارهای برشی و اجرای صحیح آن‌ها اهمیت زیادی دارد، زیرا دیوارهای برشی به دلیل سختی زیاد، بارهای جانبی زیادی را تحمل می‌کنند و مقاومت سازه در برابر نیروهای برشی، نیروی زلزله، باد و .. و همچنین نیروی ناشی از وزن طبقات به آن‌ها وابسته است.
منابع: در تدوین و نگارش این متن از استانداردها و منابع زیر استفاده شده است:
مقرارت ملی ساختمان مبحث نهم – آیین نامه ACI-318-2019 – آیین نامه FEMA-365
«فوت و فن‌های ساختمان‌سازی» / انتشارات نوآور / تالیف دکتر عبدالله چراغی
