مشاهده نسخه کامل
: Mahdi/s
10-07-2010, 20:27
سلام، کلیه مطالب پیرامون دیوار برشی را در این تاپیک جمع آوری می کنیم.
==========================================
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.
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. آنچه در زير مي‌آيد، بيان خلاصه‌اي از رفتار سازه‌هاي ديوار برشي است که در حوادث زمين لرزه‌هاي 30 سال اخير قرار داشته‌اند.
زلزله ماه مه سال 1960 شيلي:
اولين گزارش در ارتباط با رفتار ساختمان‌هاي داراي ديوار برشي، مربوط به اين زلزله مي‌باشد تجربيات در زلزله شيلي، کاربرد ديوارهاي برشي در زلزله‌هاي شديد را درکاهش خسارات سازه‌اي و غيرسازه‌اي، تأييد مي‌کند. در چند مورد، ديوارهاي برشي ترک خورده‌اند اما رفتار کلي ساختمان تغيير نکرده است.
زلزله ماه ژوئيه سال 1963 يوگسلاوي:
در اين زمين‌لرزه، ديوارهاي بتني غيرمسلح بکار رفته (مثلاً در هسته ساختمان و يا در طول آن) توانستند با مهار کردن پيچش بين طبقات از خسارات عمده جلوگيري کنند و تنها در چند مورد استثنائي قسمت‌هاي تحتاني تيرهاي محيطي، در اثر لرزش‌هاي شديد، جدا شده بود.
زلزله ماه فوريه سال 1971 سن فرناندو (کاليفرنيا):
پس از وقوع اين زلزله، ساختمان 6 طبقه مرکز پزشکي IN-DIAN HILL با سيستم مرکب قاب و ديوار برشي، تنها نياز به ترميم داشت در حاليکه ساختمان 8 طبقه بيمارستان HOLLY CROSS در کنار آن بدليل اينکه سيستم قاب تنها در آن بکار رفته بود. به شدت آسيب ديد و نهايتاً تخريب شد.
زلزله ماه مارس سال 1977 بخارست (روماني):
در اين زلزله که 35 ساختمان چندين طبقه به طور کامل ويران شد، صدها ساختمان بلند و برج‌هاي آپارتماني که در آنها از ديوارهاي بتني در امتداد کريدورها و يا سرتاسر ساختمان استفاده شده بود، بدون خسارات عمده، سالم و قابل استفاده باقي ماندند.
زلزله ماه اکتبر سال 1985 مکزيکوسيتي (مکزيک):
ويراني‌هاي اين زلزله در مکزيک، به خوبي عواقب عدم استفاده از ديوارهاي برشي تقويت کننده را نشان داد. در اين زمين‌لرزه حدود 280 ساختمان چند طبقه با سيستم قاب تنها، به دليل نداشتن ديوار برشي به طور کامل تخريب شده و از بين رفتند.
زلزله ماه دسامبر سال 1988 ارمنستان:
زلزله ارمنستان در سال 1988 دليل ديگري بر نتايج منفي حذف ديوارهاي برشي در ساختمان‌هاي چندين طبقه است. در اين زمين‌لرزه 72 ساختمان به دليل نداشتن ديوار برشي، به کلي ويران شده و 149 ساختمان در چهار شهر Leninakam و Spitak و Kirovakan و Stepomavan دچار آسيب‌هاي شديد شدند. با اين وجود کليه 21 ساختمان با پانل‌هاي بزرگ موجود در اين چهار شهر هيچگونه آسيبي نديده و در ميان ويرانه‌هاي ساختمان‌هاي ديگر، پابرجا ماندند.
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. در ساختمان‌سازي امروزي که تنها 20 درصد کل مخارج مربوط به هزينه در سيستم سازه‌اي و مابقي صرف مخارج کارهاي معماري و تأسيسات برقي و مکانيکي مي‌شود. انتخاب يک سيستم سازه‌اي مناسب که امنيت جاني و مالي افراد را در برداشته باشد از اهميت ويژه‌اي برخوردار بوده و يکي از راه‌هاي رسيدن به چنين امنيتي استفاده از ديوارهاي برشي در سازه‌هاي بتني مي‌باشد.
جزئيات 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. طراحي 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.
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.
==========================================
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.
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. آنچه در زير مي‌آيد، بيان خلاصه‌اي از رفتار سازه‌هاي ديوار برشي است که در حوادث زمين لرزه‌هاي 30 سال اخير قرار داشته‌اند.
زلزله ماه مه سال 1960 شيلي:
اولين گزارش در ارتباط با رفتار ساختمان‌هاي داراي ديوار برشي، مربوط به اين زلزله مي‌باشد تجربيات در زلزله شيلي، کاربرد ديوارهاي برشي در زلزله‌هاي شديد را درکاهش خسارات سازه‌اي و غيرسازه‌اي، تأييد مي‌کند. در چند مورد، ديوارهاي برشي ترک خورده‌اند اما رفتار کلي ساختمان تغيير نکرده است.
زلزله ماه ژوئيه سال 1963 يوگسلاوي:
در اين زمين‌لرزه، ديوارهاي بتني غيرمسلح بکار رفته (مثلاً در هسته ساختمان و يا در طول آن) توانستند با مهار کردن پيچش بين طبقات از خسارات عمده جلوگيري کنند و تنها در چند مورد استثنائي قسمت‌هاي تحتاني تيرهاي محيطي، در اثر لرزش‌هاي شديد، جدا شده بود.
زلزله ماه فوريه سال 1971 سن فرناندو (کاليفرنيا):
پس از وقوع اين زلزله، ساختمان 6 طبقه مرکز پزشکي IN-DIAN HILL با سيستم مرکب قاب و ديوار برشي، تنها نياز به ترميم داشت در حاليکه ساختمان 8 طبقه بيمارستان HOLLY CROSS در کنار آن بدليل اينکه سيستم قاب تنها در آن بکار رفته بود. به شدت آسيب ديد و نهايتاً تخريب شد.
زلزله ماه مارس سال 1977 بخارست (روماني):
در اين زلزله که 35 ساختمان چندين طبقه به طور کامل ويران شد، صدها ساختمان بلند و برج‌هاي آپارتماني که در آنها از ديوارهاي بتني در امتداد کريدورها و يا سرتاسر ساختمان استفاده شده بود، بدون خسارات عمده، سالم و قابل استفاده باقي ماندند.
زلزله ماه اکتبر سال 1985 مکزيکوسيتي (مکزيک):
ويراني‌هاي اين زلزله در مکزيک، به خوبي عواقب عدم استفاده از ديوارهاي برشي تقويت کننده را نشان داد. در اين زمين‌لرزه حدود 280 ساختمان چند طبقه با سيستم قاب تنها، به دليل نداشتن ديوار برشي به طور کامل تخريب شده و از بين رفتند.
زلزله ماه دسامبر سال 1988 ارمنستان:
زلزله ارمنستان در سال 1988 دليل ديگري بر نتايج منفي حذف ديوارهاي برشي در ساختمان‌هاي چندين طبقه است. در اين زمين‌لرزه 72 ساختمان به دليل نداشتن ديوار برشي، به کلي ويران شده و 149 ساختمان در چهار شهر Leninakam و Spitak و Kirovakan و Stepomavan دچار آسيب‌هاي شديد شدند. با اين وجود کليه 21 ساختمان با پانل‌هاي بزرگ موجود در اين چهار شهر هيچگونه آسيبي نديده و در ميان ويرانه‌هاي ساختمان‌هاي ديگر، پابرجا ماندند.
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. در ساختمان‌سازي امروزي که تنها 20 درصد کل مخارج مربوط به هزينه در سيستم سازه‌اي و مابقي صرف مخارج کارهاي معماري و تأسيسات برقي و مکانيکي مي‌شود. انتخاب يک سيستم سازه‌اي مناسب که امنيت جاني و مالي افراد را در برداشته باشد از اهميت ويژه‌اي برخوردار بوده و يکي از راه‌هاي رسيدن به چنين امنيتي استفاده از ديوارهاي برشي در سازه‌هاي بتني مي‌باشد.
جزئيات 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. طراحي 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.
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.