بار ثقلی
بارهای ثقلی وارد بر دیوار شامل وزن دیوار، اتصالات آن، و اجزا و قطعاتی است که به دیوار متصل می‌شوند، مانند نما، کابینت، یا موارد مشابه. برای محاسبه بار ثقلی دیوار، باید جزئیات دیوار، وزن مخصوص مصالح مورد استفاده، و اجزایی که به دیوار متصل می‌شوند، در نظر گرفته شوند.
در صورتی که مشخص نباشد چه قطعات الحاقی قرار است به دیوار متصل شود، باید حداقل بار اضافی ۵۰ کیلوگرم بر مترمربع، علاوه بر پوشش دیوار، در محاسبات وزن لرزه‌ای دیوار لحاظ شود. به‌عنوان مثال، در دیوارهای خارجی، علاوه بر پوشش نمای خارجی و داخلی، این بار ۵۰ کیلوگرم نیز باید در نظر گرفته شود.
- تبصره: در نماهای پرده‌ای (کرتین وال)، بار نما مستقیماً به قاب منتقل می‌شود و نیازی به محاسبه اثر آن بر روی دیوار نیست.
بار زلزله
دیوارها باید در برابر نیروهای اینرسی ناشی از شتاب وارد بر دیوار و تمام ادوات متصل به آن پایدار بمانند. همچنین، دیوارها نسبت به جابجایی‌های نسبی بین طبقات ساختمان حساس هستند. برای جلوگیری از آسیب ناشی از این جابجایی‌ها، باید دیوارها به طور مناسب از قاب ساختمان و جابجایی‌های نسبی آن جدا شوند.
به همین دلیل، دیوارها باید برای تحمل نیروهای لرزه‌ای طراحی شده و با رعایت جزئیات این دستورالعمل از انتقال جابجایی‌های نسبی بین طبقات به دیوارها جلوگیری شود. دیوارهایی که بر روی اعضای طره قرار دارند، باید برای جابجایی‌های ناشی از چرخش تکیه‌گاهشان نیز طراحی شوند. در طراحی دیوارهای خارجی قرار گرفته بر روی طره‌ها، باید اثرات جابجایی‌های نسبی در راستای قائم سقف طره در طراحی دیوار و اتصالات آن مد نظر قرار گیرد.
لازم به ذکر است که دستورالعمل حاضر، نیروی افقی زلزله را تا ۵۰ درصد بیشتر از استاندارد 2800 (ویرایش چهارم) برآورد می‌کند. درصد اختلاف مذکور مربوط به زمانی است که اطلاعات دقیقی از مشخصات سازه (مانند سیستم مقاوم در برابر زلزله، ضریب رفتار و…) در دسترس نیست.
با در اختیار داشتن اطلاعات کافی و دقیق از مشخصات سازه‌ای، اختلاف بین برآورد دستورالعمل حاضر و استاندارد 2800 از مولفه افقی نیروی زلزله کاهش می‌یابد؛ با این حال، نیروی مذکور در راهنمای اخیرالانتشار همچنان بالاتر از آئین‌نامه 2800 خواهد بود.
- نیروی افقی زلزله
نیروی جانبی زلزله طبق رابطه (1-1) محاسبه شده و بر مرکز جرم جزء اثر داده می‌شود. توزیع این نیرو بین بخشهای مختلف دیوار به نسبت جرم آن‌ها است.
در این رابطه، Hf ضریب بزرگنمایی نیرو است که تابعی از ارتفاع مرکز جرم دیوار از تراز پایه بوده و مطابق رابطه (1-2) محاسبه می‌شود. در مواردی که پریود تجربی سازه ساختمانی یا سازه غیرساختمانی نگهدارنده عضو مشخص باشد، این ضریب از طریق رابطه (1-3) تخمین زده می‌شود.
در این روابط، تعاریف زیر به کار می‌روند:
- A : نسبت شتاب مبنای طرح که مطابق استاندارد 2800 تعیین می‌شود.
- S : پارامتر لرزه‌ای، که بر اساس نوع زمین و میزان خطر لرزه‌خیزی منطقه، طبق استاندارد 2800 محاسبه می‌شود.
- Ip : ضریب اهمیت جزء، بر اساس استاندارد 2800.
- Wp : وزن دیوار به همراه ملحقات متصل به آن در زمان بهره‌برداری.
- z : ارتفاع محل اتصال دیوار نسبت به تراز پایه. برای دیوارهای داخلی و خارجی، ارتفاع مرکز جرم و برای دیوارهای طره، ارتفاع تراز پایین‌تر دیوار منظور می‌شود. برای دیوارهایی که در تراز پایه یا زیر آن قرار دارند، z=0 بوده و نیازی نیست که بیشتر از h در نظر گرفته شوند.
- h : ارتفاع متوسط بام ساختمان از تراز پایه.
- Rm : ضریب کاهش ناشی از شکل‌پذیری. این ضریب در تراز پایه برابر 1 است. اگر سیستم مقاوم در برابر بار جانبی مشخص نباشد یا در استاندارد 2800 تعریف نشده باشد، مقدار آن 1.3 در نظر گرفته می‌شود. اگر سازه در راستاهای مختلف ترکیبی از چند سیستم مقاوم در برابر زلزله داشته باشد، سیستمی که کمترین مقدار Rm را دارد، ملاک قرار می‌گیرد.
- Ta : زمان تناوب تجربی سازه نگهدارنده جزء غیر سازه‌ای، که مطابق استاندارد 2800 محاسبه می‌شود. در صورت وجود ترکیبی از چندین سیستم باربر جانبی، کمترین پریود باید مد نظر قرار گیرد.
- R : ضریب رفتار سازه، طبق استاندارد 2800.
- Ω0 : ضریب مقاومت افزون، طبق استاندارد 2800.
- CAR : ضریب تشدید که بسته به قرارگیری دیوار در تراز پایه یا بالاتر از آن تعیین می‌شود.
- Rpo : ضریب مقاومت عضو.
ضریب تشدید و ضریب مقاومت عضو از جدول 1 استخراج می‌شوند.
باید توجه داشت که مقدار Fp حاصل از رابطه (1-1) در هیچ حالتی نباید کمتر از رابطه (1-5) باشد و لزومی هم ندارد که از رابطه (1-6) بیشتر در نظر گرفته شود.
نیروی جانبی زلزله طبق در روش تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی طبق رابطه (1-7) محاسبه می شود.
که در آن ai، حداکثر شتاب در تراز “i” بوده که جزء غیر سازه‌ای در آن واقع است. این مقدار از تحلیل سازه به روش تحلیل تاریخچه زماني غیرخطي تحت حداقل 7 شبتابنگاشت بدست ميآید. در صورتي که طراحي سازه نگهدارنده به روش تحلیل تاریخچه زماني غیرخطي مطابق استاندارد 2800 صورت گیرد، کل مجموعه شتابنگاشتهای استفاده شده در تحلیل سازه باید در تعیین ai استفاده شود.
مقدار ai متوسط بیشینه شتابهای بدست آمده در مرکز جرم سازه در تراز i میباشد. ضابطه حداقل و حداکثر مقدار FP مطابق روابط (1-5) و (1-6) میباشد.
- نیروی قائم زلزله
مؤلفه قائم نیروی زلزله طبق رابطه (1-8) محاسبه می‌شود.
این مؤلفه باید همزمان با نیروی جانبی به جزء اعمال شود و در ترکیبات بارگذاری مختلف مورد استفاده قرار گیرد. لازم به ذکر است که رابطه فوق در استاندارد 2800 با ضریب 0.2 بیان شده و بنابراین، دستورالعمل حاضر مؤلفه قائم زلزله را ۲۰۰ درصد بیشتر از استاندارد 2800 (ویرایش چهارم) برآورد می‌کند.
- باید توجه داشت که هرگاه مقدار بار غیرلرزه‌ای (مانند بار باد یا ضربه) بر روی دیوار از Fp تجاوز کند، آن بار مبنای طراحی قرار خواهد گرفت. با این حال، جزئیات اجرایی و محدودیت‌های تعیین‌شده بر اساس طراحی لرزه‌ای باید رعایت شود.
- برای جلوگیری از خرابی دیوار تحت تأثیر جابجایی‌های نسبی ناشی از زلزله، باید دیوار با استفاده از جزئیات ارائه‌شده در این دستورالعمل از ستون‌ها و زیر سقف جداسازی شود.
بار باد
دیوارها به عنوان اجزای در معرض باد، باید به صورت مستقل برای اثرات ناشی از باد طراحی و اجرا شوند. این اثر باید با توجه به میانگین سرعت باد در منطقه، ارتفاع، شکل هندسی ساختمان‌ها، و میزان پوشش و گرفتگی که موانع مجاور برای آن‌ها ایجاد می‌کنند، محاسبه شود.
برای تعیین اثر باد فرض می‌شود که باد به صورت افقی و در هر یک از امتدادها و به طور غیرهمزمان به سطح خارجی ساختمان اثر می‌کند. این اثر به‌صورت برآیند فشار یا مکش خارجی و داخلی است. همچنین، این اثر با بار زلزله جمع نمی‌شود و تمامی اجزای دیوار باید برای اثر باد طراحی شوند.
بسته به نوع نما، طراحی دیوار برای بار باد متفاوت است. در نماهای چسبانده شده یا مهار شده به دیوار، دیوار باید برای اثر توأم بار باد داخلی و خارجی در حالت فشار یا کشش طراحی شود. اما در نماهای پرده‌ای غیرشفاف که در پشت آن دیوار اجرا می‌شود، فشار یا مکش خارجی ناشی از باد به طور مستقیم توسط نما و سازه آن تحمل شده و به تیرهای ساختمان منتقل می‌شود. در این حالت، دیوار فقط تحت اثر فشار یا مکش داخلی قرار می‌گیرد.
- روش استاتیکی
در روش استاتیکی فشار یا مکش تحت اثر باد بر دیوار خارجی از رابطه (1-9) حاصل می‌شود.
که در آنP، فشار (به سمت رو به سطح) یا مکش (به سمت خارج از سطح) به صورت استاتیکی در جهت عمود بر سطح و بر حسب نیوتن بر متر مربع میباشد. این بار از جمع جبری فشارها یا مکشهای داخلي و خارجي ساختمان طبق مبحث ششم مقررات ملي بدست ميآید و V سرعت مبنای باد (طبق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان) بر حسب کیلومتر بر ساعت میباشد.
Iw، Ce، Ct، Cd، Cp، Cg، Cpi و Cgi، به ترتیب ضریب اهمیت بار باد (مبحث ششم مقررات ملی)، ضریب اثر تغییر سرعت (بند 6-10-6 مبحث ششم مقررات ملی)، ضریب پستی و بلندی زمین (بند 6-10-7 مبحث ششم)، ضریب همراستایی (بند 6-10-12 مبحث ششم مقررات ملی)، ضریب اثر فشار یا مکش وارد بر پوششها و نما و اجزای بام که مطابق بند 6-10-8 (C*P) یا 6-10-9 مبحث ششم مقررات ملی حاصل می‌شود، ضریب اثر تند باد برای سطوح خارجی وارد بر اجزای اجزاء پوشش نما یا بام (بند 6-10-8 یا 6-10-9 مبحث ششم مقررات ملی)، ضریب اثر بازشو (بند 6-10-11 مبحث ششم مقررات ملی) و ضریب اثر تند باد برای سطوح داخلی (بند 6-10-8 مبحث ششم مقررات ملی) میباشد.
- در ساختمانهای بلند با ارتفاع بیش از 60 متر یا 4 برابر عرض مؤثر آن‌ها و نیز در ساختمانهای نرم که زمان تناوب ارتعاشات طبیعی آن بزرگتر از 5/1 ثانیه باشد، روش استاتیکی کافی نبوده و باید یکی از دو روش دینامیکی یا تجربی مطابق ضوابط مبحث ششم مقررات ملی بکار گرفته شود.
- در نماهای پرده‌ای غیر شفاف، بار باد خارجی (فشار یا مکش) توسط نما و اجزای آن تحمل شده و به اسکلت سازه‌ای انتقال ميیابد و به دیوار ساختمان فقط نیروی ناشي از فشار یا مکش داخلي وارد ميشود.
- معیار پذیرش در برابر نیروهای ناشی از باد
- مقاومت: دیوار و تمام اجزا و ملحقات آن باید توانایي تحمل در برابر نیروهای ناشي از بار باد را داشته باشند. تنشهای خمشي ایجاد شده در دیوار باید با ظرفیت تنش خمشي مقایسه شود. همچنین تنشهای برشي، فشاری و کششي ایجاد شده در اتصالات دیوار به سازه نیز باید از نظر ظرفیت تنش قابل تحمل در اتصالات کنترل شود.
- تغییر شکل: تغییر مکانهای ناشي از بار باد در دیوار مسلح شده با مش الیاف باید در محدوده معیني باشد. محدودیت‌های تغییر شکل شامل اعمال بار باد به صورت مکش و فشار ميباشد. حد مجاز تغییر شکل ناشی از بار باد در دیوارهای مسلح شده با مش الیاف، L/120 میباشد.L ، فاصله بین تکیهگاههای جدار بیروني است. برای ارزیابي این مسئله ميتوان از مدلسازی اجزای محدود، محاسبات بر پایه مکانیک مهندسي و یا از آزمونهای آزمایشگاهي استفاده نمود.
- روش آزمون و تعییت ظرفیت دیوار
جهت تعیین ظرفیت دیوار ميتوان از آزمون آزمایشگاهي استفاده نمود. آزمون باید تحت اثر افزایشي تدریجي سربار قرار گیرد تا اینکه یا خرابي رخ دهد یا بار سربار به مقداری برسد که محدودیت تغییر مکان (L/120) در آن رخ دهد. در مواردی که معیارهای تغییر مکان، مبنا قرار نگیرد، بارگذاری تا خرابي ادامه داده ميشود. در این حالت مقدار مجاز نیروی قابل اعمال به قطعه برابر کمترین دو مقدار نیرو در تغییر مکان مجاز یا نیروی خرابی در نظر گرفته می‌شود.
- بار ضربه
یکي از الزامات در طراحي دیوار، تحمل آن در مقابل ضربات در طول دوره بهره‌برداری است. این ضربات ميتواند شامل ضربات ناشي از برخورد افراد یا سایر اجسام باشد. بنابر رویکرد استانداردها به طور معمول جدار خارجي و دیوارهای داخلي ساختمان مورد ارزیابي در مقابل ضربه قرار ميگیرد. البته میزان انرژی ضربه برای دیوار خارجي و داخلي متفاوت است. این جدار ميتواند شامل دیوار خارجي و نمای چسبیده به آن بوده یا شامل نما و سازه مجزای نگهدارنده نما که به آن متصل است باشد (در نمای پرده‌ای). از آنجا که معیارهای پذیرش، مبتني بر امکان ادامه بهره‌برداری ایمن از قطعات است لذا این آزمونها برای دیوارها الزامي است. بدین منظور دو راهکار وجود دارد؛
- مدلسازی اجزای محدود دیوار با جزییات و اتصالات آن و انجام تحلیل عملکرد دیوار تحت اثر بار دینامیکي ضربه.
- در صورت عدم انجام تحلیل دیوار در برابر بارهای ضربهای، انجام آزمایش بر روی نمونه دیوار ساخته شده از جنس مورد نظر براساس ضوابط این دستورالعمل.
روش عمومي انجام آزمونهای ضربه براساس استاندارد ملي ایران شماره 11272 با عنوان “اجزای قائم ساختمان – آزمون مقاومت در برابر ضربه – اجسام ضربهای و روشهای عمومي آزمون” ميباشد.
آزمونهای ضربه شامل جسم ضربه زنندهای است که مانند آونگ روی سطح نمونه قائم دیوار که در یک قاب جاسازی شده است، سقوط ميکند. در هنگام برگشت، جسم ضربه زننده عقب نگهداشته ميشود و اصابت مجدد صورت نميگیرد. برای دیوار دو نوع آزمون شامل ضربه اجسام سخت و ضربه اجسام نرم بزرگ باید انجام شود.
نتایج آزمایشات متعدد انجام شده بر روی دیوارهای مسلح شده با مش الیاف نشان ميدهد که در صورتیکه دیوار داخلي یا خارجي برای بار باد و زلزله طراحي شده باشد با توجه به رفتار شکل پذیر دیوارهای مصالح بنایي مسلح شده با مش الیاف این دیوارها پاسخگوی بار ناشي از ضربه ميباشند و نیاز به طراحي مجدد دیوار برای ضربه نميباشد.
- نحوه اعمال بارها و ترکیبات بارگذاری
در طراحی اتصالات و مهارهای دیوار باید نکات زیر مد نظر قرار گیرد؛
- اتصالات باید قابلیت تحمل نیروی برشي ناشي از بارهای جانبي را داشته باشند.
- دیوار باید قابلیت تحمل نیروی خمشي خارج از صفحه وارده بر آن را داشته باشد.
- نیروی زلزله باید در جهت افقي به مرکز جرم دیوار وارد شود و با نیروهای بهره‌برداری وارد به آن ترکیب شود.
- اصولا طراحی بر اساس روش ضرایب بار و مقاومت (LRFD) است. چنانچه طراحی اجزاء بر اساس روش تنش (ASD) مجاز صورت گرفته باشد، نیروهای زلزله حاصل از روابط (1-1) تا (1-8) با 4/1 برابر ظرفیت بهدست آمده از روش تنش مجاز مقایسه می‌شوند.
- ترکیبات بار
که در آن Wp، وزن دیوار، پوشش دیوار و اجزای متصل به آن شامل نما، کمد، کابینت و … میباشد، Fp و FpV به ترتیب مولفههای افقی و قائم زلزله، W بار باد و Ak بار ناشی از انفجار بر اساس مبحث 21 مقررات ملی است. برای کنترل طراحی اتصالات دیوار به سازه، باید از زلزله تشدید یافته مطابق رابطه (1-11) استفاده نمود.
که در آن Ωop، ضریب اضافه مقاومت دیوار است که در جدول 1 ارائه شده است. همچنین برای کنترل اتصالات دیوار برای بار باد، این بار در عدد 5/1 ضرب می‌شود.
