ضوابط طراحی دیوار پایه ها
ضوابط طراحی دیوار پایه ها
در بسیاری از موارد در دیوارهای بتن آرمه لازم است بازشوهایی به منظور ایجاد دسترسی، نیازهای معماری، بهره برداری تجهیزات و … ایجاد گردد. در موارید که ابعاد این بازشوها قابل توجه است، قطعات قائمی در اطراف آنها به وجود آمده که دیوار پایه نامیده می شوند.
در صورتی که دیوار پایه ها در پیرامون دیوار ایجاد شوند یا طول قسمت بازشو نسبت به دیوار پایه ها قابل توجه باشد، ممکن است دیوار پایه ها در اثر تغییر مکان های غیر الاستیک دچار گسیختگی برشی زود هنگام گردند.
بنابراین طراحی صحیح دیوار پایه ها در حفظ مقاومت این اجزا حائز اهمیت می باشد. علاوه بر این سختی دیوار پایه ها در طراحی سایر اجزا نیز باید در نظر گرفته شود.
در این قسمت به بررسی نکات طراحی دیوار پایه ها با حد شکل پذیری زیاد می پردازیم.
همانطور که در بخش های قبلی خواندیم، طراحی دیوار پایه ها یا به طور کلی قطعات قائم دیوارها براساس نسبت های hw/lw و lw/bw انجام می شود. در خصوص دیوار پایه ها دو حالت زیر در نظر گرفته می شود:
1- در این حالت hw/lw≥2 و lw/bw≤2.5 می باشد.
در چنین شرایطی دیوار پایه ها مشابه ستون های قاب های خمشی با سطح شکل پذیری زیاد در نظر گرفته می شوند. در این صورت تمام ضوابط مربوط به آرماتورگذاری طولی، آرماتورگذاری عرضی و همچنین نیروی برشی طراحی ستون ها در خصوص دیوار پایه ها برقرار بوده و باید ملاک عمل قرار گیرد.
2- در این حالت hw/lw≥2 و lw/bw بین 2.5 و 6 می باشد.
در چنین حالتی الزام به استفاده از ضوابط ستون های ویژه وجود نداشته و می توان طراحی دیوار پایه ها را مطابق این قسمت انجام داد.
با توجه به اینکه قبلا در مورد ضوابط طراحی ستون های با شکل پذیری زیاد آشنا شدیم، بنابراین در این قسمت به بررسی ضوابط آیین نامه ای دیوار پایه ها مطابقت حالت دوم می پزدازیم.
در تشخیص دیوار پایه ها باید توجه شود که در این المان ها قطعات قائم در محدوده بازشوهای دیوارها بوده و قطعات افقی بین بازشوها را شامل نمی شوند، زیرا قطعات افقی به نام تیرهای همبند شناخته شده و با ضوابط مخصوص به خود طراحی می شوند.
به طور کلی برش ایجاد شده در دیوار پایه ها از طریق عملکرد خمشی مشابه دیوارها، از طریق ایجاد نیروهای قائم کششی و فشاری در دو انتهای دیوار پایه ها تحمل می شود.
از جمله مهمترین موارد قابل توجه در طراحی دیوار پایه ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
1- نیروی برشی طراحی دیوار پایه که مقاومت برشی اسمی براساس آن تعیین می شود، مطابق آچه در خصوص ستون ها گفته شد، براساس تشکیل لنگرهای محتمل در مقاطع انتهایی با در نظر گرفتن نیروی محوری ضریبدار محاسبه می شود. در مواردی که براساس آیین نامه 2800 سیستم سازه ای باید برای زلزله تشدید یافته طراحی شود، مقدار این برش نیازی ندارد که از Ω0 برابر نیروی برشی بدست آمده از تحلیل سازه برای اثرات زلزله بیشتر باشد.
در این خصوص سطوح فوقانی و تحتانی ارتفاع آزاد دیوار پایه به عنوان مقاطع بر اتصال در نظر گرفته می شوند.
2- محاسبه مقدار نیروی برشی مقاوم اسمی دیوار ها Vn و آرماتورهای برشی مورد نیاز مطابق آنچه در مورد ضوابط طراحی برشی دیوارها خواندیم انجام می شود.
3- به جز در مواردی که از آرماتورهای برشی افقی تک ساق در یک سفره به موازات lw استفاده شده باشد، لازم است میلگردهای عرضی از نوع دورگیر باشند. دقت شود آرماتورهای برشی تک ساق باید دارای خم های 180 درجه در دو انتها بوده و میلگردهای قائم دیوار را در بر بگیرند.
4- فاصله قائم آزماتورهای عرضی باید حداکثر برابر 150 میلی متر باشد.
5- آرماتورهای عرضی لازم است حداقل در 300 میلی متر فراتر از ارتفاع آزاد در بالا و پایین دیوار امتداد داشته باشند.
6- در صورتی که تشن دورترین تار فشاری در دیوار پایه ها تحت اثر ترکیبات بارگذاری شامل اثر زلزله از 0.2f’c بیشتر باشد، لازم است اجزای مرزی ویژه در دیوار پایه تعبیه گردد. طبق چیزی که خواندیم این اجزا را می توان در مقطعی در ارتفاع دیوار پایه که مقدار تنش فشاری از 0.15f’c کوچکتر می باشد قطع نمود.
توجه شود در صورتی که دیوار پایه ها در لبه های خارجی دیوارها قرار بگیرند، لازم است در نواحی فوقانی و تحتانی آنها آرماتورهای افقی برای تحمل برش تعبیه گردد.
دقت شود تحت اثر نیروی برشی افقی وارد بر این نواحی ترک های مویی در دیوار ایجاد شده که در صورت عدم تعبیه آرماتورهای برشی مناسب، گسترش ترک ها می تواند باعث گسیختگی نواحی کناری دیوار تحت برش گردد.
برای درک بهتر به شکل های زیر که دیوار پایه واقع در وجه خارجی دیوار را نمایش می دهد توجه کنید. در هر یک از شکل ها نحوه برش ایجاد شده در اثر نیروهای زلزله در دیوار پایه نشان داده شده است.
7- در دیوارهایی که متشکل از تعدادی قطعه دیواری قائم بوده و به نحوی این قطعات نیروی جانبی مشترکی را تحمل می کنند، مقاومت برشی اسمی باید در کل دیوار و همچنین قطعات دیوار پایه مطابق روابط زیر محدود گردد.
Vn: مقاومت برشی اسمی در کل دیوار، نیوتن.
Vni: مقاومت برشی اسمی در هر دیوار پایه، نیوتن
Acv: مساحت کل مقطع دیوار در هر راستای نیروی برشی، میلی متر مربع
Acw: مساحت مقطع هر دیوار پایه در راستای نیروی برشی، میلی متر مربع
f’c: مقاومت فشاری مشخصه بتن، مگا پاسکال
مثال: شکل زیر نمای یک دیوار بتن آرمه را که با ضوابط سطح شکل پذیری زیاد طراحی شده است مطابقت می دهد. در این دیوار به منظور ایجاد امکان دسترسی، بازشویی به ابعاد 4.5×3 تعبیه شده است. در صورتی که این دیوار تحت اثر نیروی محوری فشاری نهایی 1800 و نیروی برشی ناشی از زلزله برابر 380 کیلونیوتن در تراز بالای بازشو قرار گرفته باشد، به هر یک از سوالات زیر پاسخ دهید. ضخامت دیوار برابر 400 میلی متر و مصالح مصرفی C30 و S400 می باشد.
الف) آیا لازم است در دیوار پایه اجزای مرزی تعبیه گردد؟
ب) در صورتی که نیروی برشی حاصل از تشکیل لنگرهای خمشی مقاوم محتمل در دیوار پایه برابر 1250 کیلونیوتن و ضریب تشدید Ω0 برابر 3 در نظر گرفته شود، مقدار آرماتور برشی مورد نیاز را محاسبه کنید.
حل: در این دیوار برشی به واسطه وجود بازشو، دو دیوار در طرفین بازشو ایجاد شده است. با محاسبه نسبت های دیوار پایه داریم:
بنابراین از ضوابط خاص دیوار پایه مطابق آنچه خواندیم استفاده می شود.
با توجه به اینکه دیوار تحت نیروهای محوری فشاری و برشی قرار گرفته است و از طرفی بازشو نیز به طور متقارن در وسط طول دیوار قرار گرفته است، بنابراین می توان نیروهای وارد بر هر دیوار پایه را به صورت زیر بدست آورد:
بنابراین مقدار حداکثر تنش فشاری بتن برابر است با:
بنابراین در دیوار پایه باید اجزای مرزی ویژه تعبیه گردد.
ب) به منظور محاسبه درصد میلگردهای برشی مورد نیاز دیوار، مطابق آنچه گفتیم قبلا، نامساوی زیر باید برقرار باشد:
دقت شود در دیوارپایه ها مقدار Ve برش حاصل از لنگرهای خمشی مقاوم محتمل در دیوار پایه بوده که نیازی نیست بیشتر از برش ضریبدار بدست آمده از حاصل ضریب تشدید برای نیروهای جانبی زلزله باشد، با توجه به مقادیر داده شده داریم:
بنابراین برش وارد بر هر دیوار پایه برابر 570=1140/2 در نظر گرفته می شود. پس:
بنابراین مطابق جدولی که قبلا گفتیم درصد حداقل میلگردهای افقی برابر 0.0025 بوده که به دلیل کمتر بودن مقدار درصد میلگرد محاسباتی از مقدار حداقل ، مقدار 0.0025 به عنوان حداقل میلگرد برشی قابل کاربرد در دیوار در نظر گرفته می شود.
نکته: توجه شود که ضریب تشدید Ω0 باید در در نیروی برشی زلزله ضرب شود. در این تمرین به دلیل اینکه نیروی برشی ناشی از زلزله در نظر گرفته شده بود. ضریب Ω0 در کل نیرو ضرب شد، اما در صورتی که بارهای جانبی ناشی از عوامل مختلف به صورت مجزا ارائه می شدند، لازم بود اثر سایر بارها نیز در محاسبه نیروی برشی نهایی در نظر گرفته میشد.
مثال: با توجه به مثال قبل، حداکثر نیروی برشی قابل اعمال بر دیوار در محل اتصال به فونداسیون فقط با توجه به محاسبات برش، چند کیلونیوتن است؟
حل: همانطور که خواندیم در دیوارهایی که از دیوار پایه تشکیل شده اند و نیروی برشی مشترکی را تحمل می کنند باید دو رابطه زیر برقرار باشد.
با توجه به اطلاعات داده شده در مثال قبل:
با توجه به اینکه دیوار شامل دو دیوار پایه مشابه و متقارن بوده، بنابراین کل مقاومت برشی اسمی دیوار پایه ها برابر است با:
Vn=Vn1+Vn2=2×2727.7=5455.4kN
همانطور که مشاهده می شود، مقدار حاصل از مقاومت برشی وارد بر کل دیوار تعیین کننده بوده بنابراین داریم:
بنابراین حداکثر نیروی برشی قابل اعمال بر مقطع دیوار برابر است با:
ضوابط طراحی دیوار پایه ها – ضوابط طراحی دیوار پایه ها – ضوابط طراحی دیوار پایه ها – ضوابط طراحی دیوار پایه ها – ضوابط طراحی دیوار پایه ها
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.