تعیین ضریب رفتار دیوار برشی فولادی به روش اجزای محدود

دکتر مجید قلهکی* در سه دهه اخیر استفاده از دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم باربر جانبی در ساختمان مورد توجه پژوهشگران و طراحان قرار گرفته است. این پدیده نوین که در جهان به سرعت رو به گسترش است، در ساخت ساختمان های جدید و بعضاً تقویت ساختمان های موجود، به خصوص در کشورهای با لرزه خیزی بالا همچون آمریکا و ژاپن به کار گرفته شده است. نتایج یک مقایسه اقتصادی نشان میدهد که استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی شکل پذیر نسبت به سیستم قاب خمشی فولادی تا 50 درصد در مصرف فولاد صرفه جویی به همراه خواهد داشت. از نظر اجرایی، دیوار برشی فولادی شکل پذیر سیستمی بسیار ساده بوده و هیچ گونه پیچیدگی خاصی در اجرای آن وجود ندارد. از این رو مهندسان، تکنسین ها و کارگران فنی، با داشتن دانش فنی موجود و بدون نیاز به کسب مهارت جدید میتوانند آن را اجرا نمایند. دقت انجام کار در حد دقت های متعارف در اجرای سازه های فولادی بوده و با رعایت آن، ضریب اطمینان اجرایی به مراتب بالاتر از دیگر انواع سیستم ها میباشد. . همچنین با توجه به امکان ساخت قطعات این سیستم در کارخانه و نصب آن در محل، سرعت اجرای سیستم بالا بوده و از هزینه های اجرایی، تا حد زیادی کاسته میشود. این سیستم، جایگزینی تمیزتر و سریع تر به لحاظ اجرایی و ایمن تر به لحاظ مقاومت و رفتار، نسبت به دیوار برشی بتنی میباشد و نه تنها در سازه های فولادی بلکه در سازه های بتنی نیز میتواند مورد استفاده قرار گیرد. از نظر مقایسه با سیستم های مهار بندی و از نظر سختی برشی این سیستم از سخت ترین سیستم های مهاربندی (که X شکل میباشد) سخت تر بوده و با توجه به امکان ایجاد بازشو درهر نقطه آن، کارایی همه سیستم های مهاربندی را از این نظر داراست. نتایج تحقیقات نشان میدهد که رفتار سیستم در محیط پلاستیک و همچنین میزان جذب انرژی آن نسبت به سیستم های مهاربندی بهتر است. در این سیستم به علت گستردگی مصالح و اتصالات، تعدیل تنش ها به مراتب بهتر از سیستم های مقاوم دیگر، مثل قاب های خمشی و انواع مهاربندها که معمولاً در آنها مصالح به صورت دسته شده و اتصالات به صورت متمرکز میباشند، صورت گرفته و رفتار سیستم به خصوص در محیط پلاستیک مناسب تر است. دیوار برشی فولادی از تعدادی پانل برشی و هر پانل برشی از یک ورق فولادی و تیر و ستون هایی که ورق را احاطه کرده اند، تشکیل شده است. دیوار برشی فولادی شکل پذیر مشابه یک تیر ورق طره فولادی است که در آن ستون ها به منزله بال های تیرورق، تیرهای طبقات همانند سخت کننده های آن و ورق فولادی به مثابه جان آن میباشد، (شکل1). شکل 1 : مشابهت دیوار برشی فولادی و تیر ورق طره فولادی در این سیستم، اتصال بین تیرها و ستون ها میتواند ساده یا صلب باشد، (شکل 2) و برخلاف تیر ورق ها که بال ها به علت ضعیف بودن، نقش به سزایی در گرفتن نیروهای برشی ندارند، در دیوارهای برشی فولادی به علت قوی بودن ستون ها، این اعضاء میتوانند نقش خوبی در باربری ایفاء نمایند. برای جلوگیری از کمانش ورق فولادی، به خصوص در ناحیه الاستیک، میتوان ورق فولادی را به کمک سخت کننده های افقی و قائم تقویت نمود. (شکل 2) شکل 2 : دیوار برشی فولادی دارای سخت کننده *استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه سمنان