دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی

اسلاید 1: عنوان : ديوار برشي فولادياستاد : دکترنگارش :پاييز سال 1390

اسلاید 2: انواع ديوار برشي 1-ديوار هاي برشي فولادي : بعضي مواقع ورقهاي فولادي به عنوان ديوارهاي برشي بکار مي روند . براي جلوگيري از کمانش موضعي چنين ديوارهاي برشي فولادي لازم است از تقويت کننده هاي قائم و افقي استفاده شود.  2-ديوارهاي برشي مرکب : ورقها ي تقويت شده فولادي مدفون در بتن مسلح ، خرپاهاي ورق فولادي مدفون در داخل ديوار بتن مسلح و ديوارهاي مرکب ممکن ديگر ، که تماما با يک قاب فولادي و يا با يک قاب مرکب تؤام هستند مي شود . 3- ديوارهاي برشي مصالح بنايي : از دير زمان در ساختمانهاي مصالح بنايي از ديوارهاي مصالح بنايي توپر غير مسلح استفاده مي شده است ولي روشن شده است که اين ديوارها از نقطه نظر مقاومت در مقابل زلزله ضعف دارند و لذا اکنون به جاي آنها از ديوارهاي برشي مسلح نظير ديوارهاي با آجر تو خالي و پر شده با دوغاب استفاده مي شود . 4-ديوارهاي برشي بتن مسلح : ديوار برشي به عنوان يک ستون طره بزرگ و مقاوم در برابر نيروهاي لرزه اي عمل مي کند و يک عضو ضروري براي سازه هاي بتن مسلح بلند و يک عضو مناسب براي سازه هاي متوسط و کوتاه مي باشد .

اسلاید 3: ديوار برشي فولادي ديوار برشي فولادي براي مقاوم سازي ساختمان هاي فولادي در حدود 15 سال اخير مورد توجه خاص مهندسان سازه قرار گرفته است. ديوارهاي برشي فولادي SSW2 براي گرفتن نيروهاي جانبي زلزله و باد در ساختمان هاي بلند در سالهاي اخير مطرح و مورد توجه قرار گرفته است . اين پديده نوين که در جهان به سرعت رو به گسترش مي باشد در ساخت ساختمان هاي جديد و همچنين تقويت ساختمان هاي موجود به خصوص در کشورهاي زلزله خيزي همچون آمريکا و ژاپن بکار گرفته شده است . استفاده از آنها در مقايسه با قابهاي ممان گير تا حدود 50% صرفه جويي در مصرف فولاد را در ساختمان ها به همراه دارد.

اسلاید 4: ديوار برشي ورق فولاد بدون سخت کنندهورق تيرآهنديوار برشي ورق فولاد

اسلاید 5: شکلي از ديوار برشي فولادي در سازه هاي فولادي (با سخت کننده و بدون سخت )

اسلاید 6:

اسلاید 7: تصوير پلي که ديوار برشي فولادي در آن بکار رفته

اسلاید 8: مراحل تست و واکنش فرم

اسلاید 9:

اسلاید 10:

اسلاید 11: Example of Observed Hysteresisبه عنوان مثال مشاهده برگشتناپذیری

اسلاید 12: ديوار برشي راه‌حل مقابله با زلزله علم مهندسي زلزله ساختمان‌ها در سال 1950 ميلادي هم زمان با فعاليت‌هاي گسترده بازسازي پس از پايان جنگ جهاني دوم شروع گرديد. تلاش‌هاي اوليه به منظور مقاوم‌سازي ساختمان‌ها، براساس فرضياتي نه چندان دقيق بر روي واکنش سازه در اثر ارتعاش زمين صورت گرفت که بدليل کمبود ابزار تحليل مناسب و سوابق اطلاعاتي کافي در مورد زلزله، روش‌هاي ناقصي بودند. مشاهده عملکرد سازه‌ها در هنگام وقوع زلزله و همچنين مطالعات تحليلي و کارهاي آزمايشگاهي و جمع‌آوري اطلاعات مربوط به زمين‌لرزه‌هاي چهار دهه اخير، امکان ارايه روشي مدرن براي طراحي سازه‌هاي مقاومت در برابر زلزله را فراهم آورده است. در طي دهه 1950، سيستم ”قاب خمشي شکل‌پذير“ از سيستم ”قاب خمشي“ که در آن زمان تنها سيستم مقاوم در ساختمان‌هاي چندين طبقه‌ بتني و فولادي بود ، منشا گرفت و به دليل رفتار مناسب اين سيستم در برابر زلزله، کاربرد آن تا اواخر دهه 1970 ادامه يافت. در طي اين مدت سيستم‌هاي جديدتر و کارآمدتري نظير ديوارهاي برشي و يا خرپاها براي تحمل فشار جانبي باد در ساختمان‌هاي بلند رايج شدند و تقريباً روش ساخت به صورت قاب تنها در اين ساختمان‌ها، کنار گذاشته شد.

اسلاید 13: تحقيقات تجربي و تئوري انجام شده در سراسر جهان طي دهه‌هاي 60 و 70 و 80 ميلادي منجر به جمع‌آوري اطلاعات مفصلي در رابطه با واکنش سيستم‌هاي ساختماني داراي ديوار برشي در هنگام زلزله شد که اين مطالعات بر اهيمت قاب خمشي شکل‌پذير در کاهش بار زلزله تأکيد داشتند. با توجه به اينکه سازه‌هاي داراي صلبيت بيشتر (يعني شکل‌پذيري کمتر) در هنگام زلزله، تحت نيروهاي به مراتب قوي‌تري قرار مي‌گيرند و از آنجا که وجود ديوار برشي در ساختمان‌ها باعث افزايش صلبيت آنها مي‌شود، کاربرد ديوارهاي برشي، نامناسب تشخيص داده شد و بيشتر ساختمان‌ها به روش قاب خمشي ساخته شدند. براي نمونه در برخي از کشورها خصوصاً کشورهاي توسعه نيافته بدون رعايت حداقل ضوابط شکل‌پذيري، قاب‌هاي ساختماني از انواع شکننده و فاقد قابليت تحمل زلزله‌هاي قوي بدون وارد آمدن آسيب شديد به ساختمان، اجرا شدند و همانگونه که در زمين لرزه‌هاي چهار دهه اخير مشاهده شد، بسياري از ساکنين خود را در ”تله‌هاي مرگ“ گرفتار کردند.

اسلاید 14: زلزله دره امپريال در سال 1979، نيروهاي اينرسي قابل توجهي به طور همزمان در دو جهت اصلي (که با رنگ قرمز نشان داده شده) وارد شده. که ستون هاي گوشه اي از ساختمان را با نيروهاي خمشي ، برشي و محوري قابل توجهي که منجر به شکست شدن ستون گوشه نشان داده شده و همچنين ستون هاي طبقه اول که در عکسهاي بعدي نشان داده مي شود .

اسلاید 15:

اسلاید 16:

اسلاید 17:

اسلاید 18: بسياري از ساختمان هاي موجود در مناطق پر خطر لرزه اي وجود دارد که به دليل سيستم ساختاري و / يا تعامل با اجزاي غير سازه اي، مقاومت برشي ناکافي و يا انعطاف پذيري ناکافي (ظرفيت جذب انرژي) در صورت بروز زمين لرزه مورد تکانهاي شديد قرار م يگيرند . از اينرو آنها بايد مجهز مي شودند . که معمولا مقرون به صرفه ترين راه مقاوم سازي يک ساختمان اضافه کردن ديوار برشي مناسب است .

اسلاید 19:

اسلاید 20: خلاصه‌اي از رفتار سازه‌هاي ديوار برشي است که در حوادث زمين لرزه‌هاي 30 سال اخير قرار داشته‌اند.  1-زلزله ماه مه سال 1960 شيلي2-زلزله ماه ژوئيه سال 1963 يوگسلاوي3-زلزله ماه فوريه سال 1971 سن فرناندو (کاليفرنيا)4-زلزله ماه مارس سال 1977 بخارست (روماني)5-زلزله ماه اکتبر سال 1985 مکزيکوسيتي (مکزيک)6-زلزله ماه دسامبر سال 1988 ارمنستان

اسلاید 21: روش‌هاي ناکارامد شکل‌پذير ساختن سيستم‌هاي سازه‌اي در دهه‌هاي اخير در دهه‌هاي اخير روش‌هاي شکل‌پذير ساختن سيستم‌هاي سازه‌اي که گاهي قابليت افزايش مقاومت در برابر زلزله را نداشتند مورد توجه قرار گرفت که ضمن ايجاد احساس امنيت کاذب، هيچگونه بازدهي کافي نداشتند. در ابتداي پيدايش علم مهندسي زلزله، بسياري از متخصصين مفهوم شکلي‌پذيري (ductility) را با انعطاف‌پذيري (flexibility) اشتباه کردند و در نتيجه سازه‌هاي انعطاف‌پذير زيادي در مناطق زلزله‌خيز جهان ساخته شد. با اينکه تعدادي از آنها شکل‌پذير بودند اما هنگام وقوع زلزله، در اثر پيچش زياد بين طبقات، خسارات غير قابل جبراني به اين ساختمان‌ها وارد شد.

اسلاید 22: جزئيات شکل‌پذيري ديوارهاي برشيجزئيات شکل‌پذيري ديوارهاي برشي که بعد از مطالعات اخير، در برخي آئين‌نامه‌ها ذکر شده‌اند هنوز در زلزله‌هاي واقعي مورد آزمايش قرار نگرفته‌اند. بدون شک استفاده از اين جزئيات، باعث شکل‌پذيرتر شدن ديوارها مي‌شود ولي ميزان دقيق بهره‌وري از شکل‌پذيري بايد در زلزله‌هاي واقعي و يا مطالعات پيچيده پاسخ‌هاي ديناميکي ديوار در اثر زلزله مشخص شود.

اسلاید 23: طراحي صحيح ديوار به صورت شکل‌پذيرطراحي ديوار به صورت شکل‌پذير هنگامي صحيح است که مقاومت آن از طريق خمش صورت بگيرد نه از طريق برش و همچنين ظرفيت برشي ديوار در هر مقطع از برش آن مقطع که بر مبناي مقاومت خمشي ديوار به دست مي‌آيد، بيشتر باشد. علاوه بر اين نه تنها ظرفيت برشي نهائي بلکه رفتار عضو بين حالت شروع ترک‌خوردگي و حالت گسيختگي برشي نيز مشخص باشد.

اسلاید 24: نتيجه با اينکه سازه‌هاي ديوار برشي در 30 سال اخير، از فولاد کمتر از مقدار توصيه شده توسط آئين‌نامه‌هاي فعلي آمريکا برخوردار بوده‌اند اما با اين وجود در برابر زلزله‌هاي اين سه دهه به خوبي مقاومت کرده‌اند. بررسي‌هاي انجام شده از سال 1963 به بعد روي عملکرد اين سازه‌ها، هنگام وقوع زلزله، نشان داده‌اند که با وجود مشاهده ترک‌هاي مختلف، حتي يک مورد ويراني يا تلفات جاني در سازه‌هاي با ديوار برشي گزارش نشده است. اغلب خسارات ساختمان‌هاي با سيستم قاب، در اثرپيچش طبقات (و در نتيجه گسيختگي برشي ستون‌ها) بوده است. البته اين دليل بر عدم مقاومت سازه‌هاي قابي طرح شده به روش‌هاي جديد، در برابر زلزله نمي‌باشد بلکه هدف نمايش قابليت بالاي ديوارهاي برشي حتي در صورت آرماتورگذاري با شيوه‌هاي قديمي و غير علمي است. با مشاهده ويراني ساختمان‌ها تحت زلزله‌هاي اخير (1972 نيکاراگوئه و 1985 مکزيک و 1988 ارمنستان)، تأکيد بر استفاده از ديوارهاي برشي (مخصوصاً در ساختمان‌هاي مسکوني) امري معقول به نظر مي‌رسد و نشان مي‌دهد که ساخت سازه‌هاي بدون ديوار برشي در مناطق با زلزله‌حيزي شديد يک نوع ريسک محسوب شده که با توجه به عواقب ناگوار آن قابل توصيه نمي‌باشد

اسلاید 25: ويژگيهاي ديوار برشي فولادي از ويژگي هاي آن : اقتصادي بودن اجراي آسان وزن کم نسبت به سيستم هاي مشابه شکل پذيري زياد نصب سريع جذب انرژي بالا کاهش قابل ملاحظه تنش پسماند در سازه

اسلاید 26: ساختمان هاي ساخته شده با استفاده از ديوار برشي فولادياولين ساختمان ساخته شده با استفاده از اين روش بيمارستاني در لس آنجلس به نام بيمارستان Sylmar بود. يکي از بزرگترين سازه هاي ساخته شده با سيستم ديوار برشي فولادي ساختمان شينجوکونومورا 3 در توکيو است که اين ساختمان داراي 51 طبقه بوده و ارتفاع آن از سطح زمين 211 متر است . 5 طبقه آن درزير زمين واقع بوده و 27.5 مترآن پايين تر از سطح زمين قرار دارد و ، براي اجتناب از بکارگيري ديوار برشي بتني ، از سيستم ديوار برشي فولادي در هسته هاي مرکزي ساختمان که اطراف آسانسور ها ، پله ها و رايزرهاي تاسيساتي مي باشد ، استفاده گرديد.

اسلاید 27: بعد از بررسي هاي فراوان اين سيستم را با توجه به دلايل زير مناسب دانستند • جلوگيري از اخلال در کار روزانه و کاهش مشکلات براي بيماران ، بعلت سرعت نصب آن . • جلوگيري از کاهش زير بناي مفيد و اتلاف فضاها • پيش بيني امکان تغييرات در آينده ، زيرا در ديوار برشي فولادي به سادگي مي توان تغييرات مورد نظر را اعم ازجابجائي معماري و يا ايجاد بازشو به خاطر عبور تاسيسات داد . • جلو گيري از ازدياد وزن سازه .

اسلاید 28: معرفي سيستم ديوار برشي فولادي براي تقويت سازه هاي بتني ساخته شده در سال 1999 زلزله در chi -chi تايوان نيز باعث زيان فراوان و تخريب بسياري از سازه ها شد . دوباره اين ساختمان هايي که قبل از سال 1983 طراحي و ساخته شده بودند ، تخريب شدند و بعد از زمين لرزه 1999 تمام مقررات و آيين نامه هاي زلزله مورد باز بيني قرار گرفته و همه مقررات قبلي لغو شدند . ضرايب لرزه اي منطقه اي در هرناحيه تايوان توليد و ايجاد گرديد . براي مثال شتاب زمين لرزه در منطقه Taichung از 0.23g به 0.33g افزايش يافت . در نتيجه تقريبا همه ساختمانها در Taichung مطابق با مقررات طراحي جديد احتياج به مقاوم سازي پيدا کردند. هدف اين پروژه افزايش و بهبود بخشيدن مقاومت لرزه اي ساختمان هاي بتن مسلح مي باشد . اين پروژه شامل سه زير مجموعه است که شامل : 1- پيدا کردن و پي بردن به ميزان کمبود مقاومت لرزه اي ساختمان هاي بتن آرمه موجود بر اساس آيين نامه جديد 2- مساله نيروهاي وارد بر سازه کناري و همجوار بعلت تغيير مکانهاي بيش از اندازه جانبي آنها 3- تحقيق در مورد دو روش براي جذب انرژي توسط پانلهاي برشي فولادي و بادبند فولادي براي بهبود مقاومت لرزه اي سازه هاي موجود .

اسلاید 29: مشخصات لرزه اي پانلهاي برشي فولادي با نقطه تسليم پايين (LYP) پانلهاي برشي فولادي ساخته شده از LYP توانايي جذب و اتلاف انرژي زيادي را دارند ، و مي توانند در ساختمان هاي جديد مورد استفاده قرار گيرد . اين نوع پانلها همانند ديوار برشي فولادي نسبت به نيروهاي زلزله طراحي و ساخته مي شوند . چون اين پانلها داراي ويژگي جذب و اتلاف انرژي بالايي هستند ، مي توان از آنها بعنوان ميراگر براي ميرا کردن انرژي لرزه اي استفاده کرد . اين نوع ميراگر فلزي در هنگام جذب انرژي استحکام کافي را دارند و همچنين نسبت به ميراگرهاي که در حال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرند ، نياز به نگهداري و تعمير ندارد .نقطه تسليم و نقطه نهايي صفحات LYP هردو تحت تاثير ميزان کرنش وارده است

اسلاید 30: مطالعات آزمايشگاهي بروي پانل برشي فولاد LYP :نحوه طراحي نمونه ها را نشان مي دهد برشي طولي وعرضي نمونه

اسلاید 31: نتايج آزمايشات روي ديوار برشي فولادي LYP

اسلاید 32: از شکل مي توان دريافت که پانل فولادي آزمايش شده داراي استحکام و جذب انرژي قابل توجهي است و نسبت به دامنه تغيير مکان در شرايط بارگذاري يا تغيير در دامنه حرکت بي تفاوت است . مقدار انرژي تلف شده پانلهاي برشي در هر شرايط بارگذاري لرزه اي ثابت مي ماند . مشخصات نمودار بار - جابه جايي پانل برشي شديدا تحت تأثير کمانش برشي صفحات نازک فولادي است . معمولا مقاومت نهايي به تدريج بعد از اينکه کمانش برشي اتفاق افتاد ، کاهش مي يابد.

اسلاید 33: شکل 5 نشان دهنده مقدار انرژي ذخيره شده در تمام پانلهاي آزمايش شده است شکل 5 : انرژي تجمعي در نمونه هادر شکل 5 مجموع انرژي تلف شده بستگي به بارگذاري و افزايش جابه جايي ندارد . چون که پريود لرزشي طبيعت تصادفي دارد اين مطالعات نشان مي دهد انرژي به نسبت تاريخچه بارگذاري بي تفاوت است و اين يکي از مزاياي پانل برشي همانند ميراگرهاي لرزه اي است . در پانلهاي برشي استهلاک انرژي موثر تحت چرخه بار گذاري تصادفي ثابت مي ماند . پانل فولادي مي تواند براي تقويت ساختمان هاي موجود موثر باشد

اسلاید 34: مقاومت لرزه اي سازه ها با استفاده از مقاومت نهايي پايين در قابهاي مهار بندي و پانلهاي برشي کمانش قاب مهاربندي شده (بادبند (تجربيات قبلي نشان مي دهد که ساختمان هايي که مطابق مقررات امروزي طراحي وساخته نشده اند ، نمي توانند در مقابل نيروي زلزله مقاومت کرده و متحمل خسارتهايي مي شوند . در تايوان اين ساختمانها اکثرا سازه هاي بتن آرمه هستند و نياز به ترميم براي بهبود مقاومت لرزه اي دارند . قابهاي ممان گير (BIB) و پانلهاي برشي فولادي ثابت شده که داراي مقاومت بالا و شکل پذيري بالا و حلقه هاي هيستريسس ثابتي وپايداري دارد . قاب مهار شده با بادبند شامل المانهاي باربر و المانهاي مهاربندي براي بارهاي جانبي هستند .

اسلاید 35: نتيجه گيري کلي1- مقاومت تسليم و مقاومت نهايي فولاد LYP متاثر ار نسبت کرنشي است . مقاومت نهايي پانلهاي برشي ساخته شده از فولاد LYP به سرعت بارگذاري آن بستگي دارد ..2- ساخت و طراحي صحيح پانلهاي برشي ساخته شده از فولاد LYP فولاد به چرخش نسبي % 5 رسيده است که لازمه اتلاف انرژي بالايي است . 3- تحت بارپانل برشي ابتدا تسليم موضعي رخ مي دهد و با افزايش بار کمانش پانل رخ مي دهد ودر نتيجه پانل به بيرون قوس ورداشته وباعث کشش مقطع مي شود . بعد از تسليم شدن کامل پانل نوارهاي بيروني صفحه از همه آخر باعث جذب انرژي مي شود .

اسلاید 36: مراجع 1- کتاب مقدمه اي بر ديوار برشي فولادي نوشته دکتر سعيد صبوري 2- Astaneh-Asl, A. )2000(. “Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San Francisco. 3- Seismic Assessment and Strengthening Method of Existing RC Buildings in Response to Code Revision Shun-Tyan Chen -Van Jeng- Sheng-Jin Chen-Cheng-Cheng Che