همواره تامین پایداری ساختمانها در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد ، یکی از دغدغه های مهندسان ساختمان بوده است. در بناهای قدیمی مانند سلطانیه زنجان که حدوداً 700 سال قدمت داشته و چند زلزله را نیز تجربه کرده ، این موضوع توسط فرم ساختمان و اجرای المانهایی به عنوان میراگر تامین گردیده است.
بنای سلطانیه زنجان با قدمت بیش از 700 سال
در بناهای جدید با توجه به تولید مصالحی مانند آرماتور و بتن مسلح و صفحات فولادی و نیز پیشرفت علم ساختمان سازی برای ارضاء این خواسته عموماً به روشهای زیر عمل می‌شود :
اجرای سیستم قاب خمشی
در صورتیکه قصد دارید از این سیستم به عنوان تنها سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی استفاده کنید لازم است به این نکته توجه نمایید که برای داشتن قاب سازه‌ای مقاوم در برابر زلزله ، احتمالاً لازم باشد که اجزای این قاب دارای ابعاد بزرگی باشند. چرا که نیروی زلزله به نسبت سختی اجزاء بین آنها تقسیم می‌شود پس احتمالاً چنین سازه‌ای از لحاظ اقتصادی نیز مقرون صرفه نبوده و علاوه بر آن در اجرا نیز ما را با مشکلاتی مواجه خواهد کرد.
اسکلت بتنی با قاب خمشی بدون دیوار برشی
قابل ذکر است که سیستم قاب خمشی در ویرایش قدیم مبحث نهم به قاب خمشی با شکل پذیری معمولی، متوسط و ویژه تقسیم می‌شد که دسته قاب خمشی با شکل پذیری متوسط در آخرین ویرایش این مبحث ( 99 ) حذف گردیده است.
اجرای قاب خمشی و دیوار برشی ( دوگانه )
با توجه به اینکه دیوار برشی به نسبت قاب خمشی دارای سختی بیشتری نیز می باشد، لذا موجب کوچکتر شدن اجزا قاب شده و از لحاظ اجرا راحت‌تر و از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه‌تر خواهد بود. به‌همین دلیل طراحی و اجرای سیستم قاب خمشی با دیوار برشی یا همان سیستم ترکیبی ، متداولترین سیستم برای یک سازه مقاوم در برابر نیروهای جانبی می باشد.
دیوار برشی بتنی
مزایا و معایب دیوار برشی در سازه
مزایای دیوار برشی
کاهش ابعاد مقاطع تیر و ستون
همانطور که گفته شد با اجرای دیوار برشی سختی سازه نیز افزایش یافته و در می‌توان انتظار داشت قاب سازه‌ای ساختمان با ابعاد کمتری را داشته باشیم.
- کنترل راحت تر دریفت یا تغییر مکان جانبی سازه: با افزایش سختی سازه در نتیجه اجرای دیوار برشی، می‌توان انتظار داشت که کنترل دریفت ساختمان راحت‌تر و اثر p-∆ کاهش یابد. که همین مزیت می تواند موجب افزایش ایمنی ساختمان در برابر فروریزش شود.
- اقتصادی‌تر بودن سازه به نسبت قاب خمشی: به طور کلی می‌توان گفت دیوار برشی در ساختمانهای بین 30 تا 40 طبقه اقتصادی بوده و افزایش تنش‌های ناشی از نیروهای جانبی در ساختمانهای بلندتر از 30 طبقه ، باعث افزایش ضخامت دیوار و در نتیجه اجزاء سازه ای ساختمان شود که این موضوع می‌تواند موجب کاهش‌کارایی و اقتصادی آن شود.
توجه به این نکته لازم است که از لحاظ اقتصادی اجرای دیوار برشی در ساختمانهای بلند مرتبه به صرفه‌تر از ساختمانهای با ارتفاع کم و متوسط می‌باشد. چرا که مسائلی مانند تقویت اجزای سازه‌ای مجاور به دیوار مانند : فونداسیون تاثیر به سزایی بر جنبه های اقتصادی آن دارد.
- دیوار برشی می تواند حتی پس از وارد شدن ترکهای زیاد به آن، در مقابل بارهای ثقلی ساختمان مقاومت کند که نمی توان این انتظار را از اجزایی مانند ستون داشت .
- بهسازی ساختمانها در مقابل زلزله توسط اجرای دیوار برشی: این روش یکی از روشهای مرسوم در بهسازی ساختمانهای قدیمی در برابر نیروهای جانبی می باشد. اما با توجه به اینکه دیوارهای برشی می توانند وزن نسبتاً زیادی را به ساختمان قدیمی اعمال کنند که می تواند موجب ایجاد پیچش در ساختمان شود ، لازم است جانمایی دیوارها چه در ارتفاع و چه در پلان به صورت منظم و متقارن انجام شود.
همچنین در این پروژه ها لازم است فونداسیون ساختمان نیز تقویت شود.
اجرای دیوار برشی جهت تقویت ساختمان
معایب اجرای دیوار برشی
- ایجاد محدودیتهایی در معماری ساختمان
با توجه به اینکه دیوار برشی یک دیوار سازه‌ای است که ایجاد هرگونه بازشویی در آن براساس شرایط خاصی امکان‌پذیر است، عملاً دهانه هایی که در آنها دیوار برشی اجرا می‌شود مسدود یا به اصطلاح کور شده و این موضوع از لحاظ معماری محدودیتهایی را ایجاد می‌کند.
هر چند با اجرای دیوارهای برشی کوپله ( دارای بازشو ) می توان این نقیصه را برطرف کرد اما همچنان بسیاری از مهندسان طراح این موضوع را جزو ایرادات دیوار برشی می‌دانند.
از آنجا که عموماً دیوار برشی یک دیوار سازه‌ای متشکل از بتن مسلح است که حجم بالایی از آرماتور و خصوصاً بتن را در خود جا داده، می‌تواند وزن سازه را تا حد زیادی افزایش دهد.
با توجه به محل استقرار دیوار در پلان ساختمان، روش قالب بندی آن نیز می تواند به صورت یک و دو طرفه انجام شود. مثلاً دیوارهای برشی که مانند تصویر زیر ، استقرار آنها به گونه ایست که می توان قالب بندی را از هر دو طرف انجام داده و به یکدیگر مهار کرد دیوار های برشی دو طرفه می باشند.
دیوار برشی دو طرفه
اما وقتی استقرار دیوار به گونه ایست که امکان قالب بندی پشت دیوار به دلیل کمبود فضا برای استقرار نفرات و اجزاء قالب بندی وجود نداشته باشد ،دیوار برشی یک طرفه خواهد بود.
دیوار یک طرفه
اجرای دیوار برشی
همان‌طور‌که گفته شد، می‌توان دیوار برشی را به صورت بتنی یا فلزی اجرا کرد که اجرای دیوار برشی بتنی به دلیل سهولتِ اجرا، در ساختمانهای مسکونی متداول‌تر می‌باشد. در ادامه گام به گام اجرای دیوار برشی بتنی را بررسی می‌کنیم.
آرماتوربندی دیوار برشی
دیوارهای برشی برخلاف دیوار حائل که فقط در طبقات منفی و در مقابل فشار جانبی خاک اجرا می‌شوند، در تمام طبقات ساختمان ادامه داشته و لازم است به فنداسیون و سقفها متصل باشند.
ریشه دیوار برشی
پس در ساختمانهایی که دیوار برشی داریم آرماتوبندی ریشه دیوار برشی نیز بخشی از آرماتوربندی فنداسیون بوده و لازم است آرماتورهای ریشه دیوار برشی با توجه به نقشه های مصوب برش خورده و در محل خود جانمایی و اجرا شوند. اجرای خم ریشه دیوار برشی در اتصال به فنداسیون بسیار مهم می باشد.
نکته ایمنی قالب توجه در این مرحله این است که در صورت اجرای ریشه ها با طول 6 متری حتما این ریشه ها به دیوارها یا ستونهای کناری متصل شوند تا از واژگونی شبکه آرماتور دیوار جلوگیری شود . متاسفانه عدم توجه به این نکته در چندین پروژه موجب بروز خسارات مالی و جانی زیادی شده است.
پس از بتن ریزی فنداسیون یا سقف در طبقات ،آرماتوربندی ستونها و دیوار برشی شروع می شود. ابتدا لازم است میلگردهای عمودی و افقی را بر اساس نقشه ها برش داده و بعد از بستن آرماتورهای عمودی دیوار نسبت به بستن آرماتورهای افقی دیوار نیز اقدام نماییم .
دتایل اجرای دیوار برشی با دو ستون ابتدا و انتها
نکات مهم در آرماتوربندی شبکه دیوار برشی:
- طول آرماتورهای افقی و اجرای خم دوسر آنها بسیار مهم است که باید تامین شود. ممکن است ستونهای ساختمان به دیوار برشی درگیر باشند که توجه به مهار میلگردهای افقی دیوار با ستونها بسیار مهم می‌باشد.
عدم اجرای خم 90 درجه انتهای میلگرد افقی دیوار
- اجرای سنجاقی‌ها به تعداد و فواصل مناسب در دیوار
- در صورتیکه در نقشه ها آرماتورهای سنجاقی وجود نداشته باشد ، توصیه می شود برای تامین فاصله دو شبکه میلگرد دیوار در زمان بتن‌ریزی، نسبت به اجرای تعدادی سنجاقی اقدام نمایید.
شبکه تکمیل شده آرماتور دیوار برشی
دیوار برشی بتنی نیز مانند سایر مقاطع بتنی، برای بتن ریزی نیاز به قالب‌بندی دارد که قالب دیوار یک طرفه و دوطرفه از اصول خاصی تبعیت کرده و نیاز به تجهیزات خاصی نیز دارد. از لحاظ زمانی باید گفت که تمام مراحل اجرای دیوار برشی با ستونها در طبقات به صورت همزمان انجام می‌شود.
در اولین گام برای شروع قالب بندی لازم است دیوار از لحاظ جانمایی کنترل شده و خط قالب مشخص شود. هر چند در مرحله آرماتوربندی نیز به این موضوع اشاره کردیم اما از آنجا که احتمال دارد ریشه ها در زمان بتن ریزی کمی جابجا شده باشند لازم است این موضوع کنترل و میزان خطای احتمالی نیز مشخص شود.
سوال : جابجایی دیوار برشی چه تبعاتی می تواند داشته باشد ؟
جابجایی دیوار برشی علی‌رغم ایراد سازه‌ای آن که باید توسط طراح سازه تایید شود می‌تواند از لحاظ معماری در پارکینگ ها موجب کم شدن محل استقرار خودرو شده و در نهایت حذف پارکینگ و پرداخت جرائم سنگین به ماده 100 را در پی داشته باشد .
همچنین این خطای اجرایی در طبقات می‌تواند موجب به هم خوردن پلان معماری ، کوچک شدن باکس راه پله و چاه آسانسور شود که این موارد نیز می‌تواند در دریافت پایانکار دردسرهایی را ایجاد نماید.
همچنین لازم است مهندسین ناظر معمار، سازه و حتی نقشه‌بردار جانمایی دیوار برشی را کنترل کرده و در صورت وجود خطا این موضوع را قبل از بتن ریزی به مجری جهت اصلاح اطلاع رسانی نمایند و در صورت عدم توجه مجری، طی گزارش تخلفی به مرجع صدور پروانه و سازمان استان اعلام گردد.
عدم توجه به این موضوع در یکی از استانهای کشور موجب محکومیت ناظر معمار و پرداخت جریمه نقدی به مالک گردید که مبلغ این جریمه چند برابر حق الزحمه دریافتی ناظر در پروژه مذکور بود. البته در این پروژه مالک که سازنده ساختمان هم بود درصد بسیار بالاتری از تقصیر را به خود اختصاص داد.
پس از مشخص شدن خط قالب دیوار برشی روی کف، اقدام به بستن رامکا در پای آرماتورهای دیوار می کنیم. در‌صورتیکه درباره رامکا اطلاعاتی ندارید توصیه می شود به مقاله " آموزش نحوه اجرای میلگرد رامکا در ساختمان " مراجعه نمایید .
قبل از اینکه به قالب بندی دیوار برشی بپردازیم لازم است با تجهیزات لازم آشنا شویم .
- قالب دیوار که می تواند فلزی مدولار در ابعاد 50 * 100 سانت ، یا قالبهای چوبی یا فلزی در ابعاد بزرگتر و قالب کنج داخل یا بیرون باشد .
- سولجر
- بول
- مهره خروسک
- واشر کاس
- پین و گوه
- لوله داربس
- گیره دوشا
- عصای
- فیلر در ابعاد مورد نیاز
- میان بولت ( در مواردی که لازم است دیوار برشی آب بند باشد )
قالب فلزی کنج بیرون
برخی قالبهای مصرفی در قالب بندی دیوار برشی
اما قبل از شروع عملیات قالب‌بندی لازم است تجهیزات لازم را بر اساس شکل ظاهری دیوارها تهیه کرده و در اختیار قالب‌بند قرار بدهیم .
انواع دیوارهای برشی از لحاظ شکل ظاهری عبارتند از :
- دیوار برشی به شکل L ، I ، T ، U
- دیوار برشی با یک ستون هم عرض
- دیوار برشی با دو ستون هم عرض
- دیوار برشی با یک یا دو ستون غیر هم عرض
- دیوار برشی بدون ستون در ابتدا یا انتهای آن
دیوار L شکل با دو ستون هم عرض ابتدا و انتها
با توجه به شکل و ابعاد دیوار، قالبها را آماده کرده و عموماً قالب سینه دیوار به صورت پنل روی زمین بسته شده و با جرثقیل روی شبکه آرماتور بسته می‌شود. این روش می‌تواند در سرعت انجام عملیات قالب‌بندی و ایمنی کار بسیار موثر باشد .
در‌صورتیکه دیوار دوطرفه باشد لازم است قالبها توسط بولت ، مهره خروسکی و واشرکاس به همدیگر بسته شوند که برای انجام این کار لازم است در فواصل مشخص با توجه به ابعاد دیوار و فشار بتن قالب سوراخدار گذاشته شود. اگر قالب شما فلزی است برای این کار بهتر است از قالبهای سوراخدار با سوراخ فابریک استفاده کرده و از سوراخ کردن قالب های ساده خودداری کنید.
سولجرها و لوله‌هایی که پشت قالب بسته می شود، وظیفه حفظ شکل دیوار و جلوگیری از در رفتن قالب در اثر فشار بتن را بر عهده دارند. سولجرها پشت بند عمودی و لوله ها پشت بند افقی هستند که در پشت قالب بسته می‌شوند. فاصله سولجرها عموماً بین 80 تا 150 سانت متغیر است که این موضوع هم تابعی از ابعاد دیوار و فشار بتن می باشد.
قالب بسته شده دیوار برشی
در صورتیکه بدلایلی از لوله داربست بجای سولجر استفاده می کنید حتما سرعت بتن ریزی را تنظیم کنید تا فشار بتن موجب در رفتن قالب نشود.
مهار قالب در دیوارهای یک طرفه توسط اجرای مهاری پای قالب دیوار و اجرای لوله و سرجک به تعداد بیشتر در پشت قالب به همراه کم کردن سرعت بتن ریزی می تواند از جابجایی قالب جلوگیری کند.
مهار قالب یکطرفه دیوار
قبل از بتن ریزی به شاقولی قالب ، ریسمانی بودن یا همراستایی قالب و درزگیری پای قالب دقت کنید .
بتن ریزی دیوار برشی
بتن ریزی دیوارهای برشی آخرین مرحله از اجرای دیوار است که لازم است به نکات زیر توجه شود در غیر اینصورت کارکرد دیوار برشی مختل خواهد شد :
- قالب دیوار قبل از بتن ریزی شاقول و ریسمانی باشد
- رعایت پیوستگی عملیات بتن ریزی دیوار برشی با در نظر گرفتن فشار وارد بر قالب
تغییر شکل قالب دیوار بدلیل فشار بتن
- متراکم کردن بتن دیوار توسط ویبره بدنه یا ویبره شیلنگی
عدم تراکم بتن دیوار برشی و تراکم بالای میلگردها
- کم کردن نسبت آب به سیمان و روان کردن بتن توسط مواد افزودنی استاندارد
- درزگیری زیر دیوارها برای جلوگیری از خروج بتن یا شیره آن
حداکثر طول دیوار برشی
یکی از نکات بسیار مهم که لازم است مهندسین طراح سازه به آن توجه خاصی داشته باشند، محاسبه و تقریب طول مورد نیاز برای تامین دیوار برشی مورد نیاز در جهات x , y می‌باشد. اما متاسفانه برخی از مهندسان طراح سازه موضوع جانمایی دیوار برشی و محدودیتهای آن در پلان معماری را جدی‌تر گرفته و کمتر به مبحث تعیین طول دیوار برشی می‌پردازند. در حالی که تعیین دقیق طول دیوار برشی می‌تواند در بهینه شدن طرح سازه تاثیر بسیار زیادی داشته باشد.
مطابق مبحث نهم مقررات ملی در سیستم‌های دوگانه، سهم قاب ساختمانی در تحمل نیروی جانبی برابر 25% و دیوارهای برشی 75% می‌باشد.
تعیین طول دیوار برشی نیاز به محاسبات خاص خود دارد اما می توان گفت که طول دیوار برشی متغیری است که تحت تاثیر مقاومت فشاری بتن ، ضخامت دیوار و خصوصاً مقدار آرماتور افقی در دیوار می‌تواند تغییر کند.
اجرای دیوار برشی فولادی
در سازه های فولادی می توان برای کم‌کردن فضای اشغال شده توسط دیوار برشی بتنی، از ورق‌های فلزی با سخت‌کننده هایی در جان استفاده می‌شود که ابعاد، ضخامت و محل نصب سخت کننده‌ها نیز توسط طراح سازه مشخص می‌شود.
تفاوت دیوار برشی و دیوار حائل
نوع دیگر دیوارها که در ساختمان اجرا می شود دیوار حائل است که شاید از لحاظ ظاهری مانند دیوار برشی باشد، اما تفاوتهای اساسی آن با دیوار برشی در عملکرد می‌باشد.
دیوارهای حائل عموماً در ساختمانهای دارای طبقات منفی و برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی خاک طراحی و اجرا می شود در حالیکه گفته شد دیوار برشی وظیفه مقاومت در برابر نیروهای جانبی و حتی بارهای فشاری ساختمان را برعهده دارد .
همچنین دیوار حائل فقط تا ارتفاعی که خاک طبیعی زمین در پشت دیوار وجود دارد اجرا شده و در سایر طبقات اجرا نمی شود . اما اجرای دیوار برشی در تمام طبقات الزامی می باشد.
دیوار حائل بتنی با قالب یک طرفه
ضوابط دیوار برشی
- دقت به مسائل معماری و سازه ای در جانمایی دیوار برشی
- رعایت ایمنی اکیپ اجرایی در زمان آرماتوربندی ، قالب بندی و بتن ریزی دیوار
- جانمایی دقیق دیوارهایی که در اطراف چاه آسانسور و طبقه پارکینگ قرار دارند .
- رعایت مسائل آرماتوربندی که در مقاله ای با عنوان " آرماتوربندی " ارائه شده است .
- توجه به همراستایی دیوارها در طبقات مختلف و جلوگیری از خروج از محوریت آنها
سخن پایانی
تمام موارد گفته در خصوص اجرای دیوار برشی از مرحله جانمایی تا بتن ریزی به صورت ویدئویی در کارگاه ضبط شده و در دوره اجرا ساختمان ارائه گردیده است .