مقایسه ضوابط طراحی دیوارهای برشی فولادی باتوجه به شرایط لرزه خیزی ایران

جواد روغنی کاشانی

چکیده

دیوار برشی فولادی، یکی از جدیدترین سیستم های باربر جانبی است. این سیستم شامل صفحات جان قائمی بوده که به تیرها و ستون های پیرامون خود متّصل می شوند و در یک یا چند دهانه در کلّ ارتفاع سازه نصب می گردند. دیوارهای برشی فولادی انواع مختلفی دارند که رایج ترین نوع آنها، دیوارهای تقویت نشده با صفحه های جان نازک هستند. این سیستم نسبت به سایر سیستم های باربر جانبی، مزایایی ازقبیل سختی اوّلیه ی زیاد، ساخت و نصب آسان، سیستم سازه ای متراکم، کاهش با مرده، صرفه جویی اقتصادی و شکل پذیری بالا را دارا می باشد. تاکنون تحقیقات و آزمایشات متعددی در سراسر دنیا و ایران روی سیستم دیوار برشی فولادی صورت گرفته و چندین مدل از قبیل مدل نواری برای تحلیل این سیستم ارائه شده است که کم و بیش رفتار دیوار برشی فولادی را پیش بینی می نمایند. امّا هیچ یک از این تحقیقات منجر به ارائه روند کاملی از مراحل طرّاحی دیوار نشده و به همین علّت این سیستم چندان مورد استقبال مهندسین قرار نگرفته است. در چند سال اخیر در آیین نامه ی فولاد آمریکا و متعاقب آن در راهنمای طراحی شماره ی 20 از این آیین نامه، روش مشخص و جدیدی برای طراحی سیستم دیوار برشی فولادی ارائه شده است. لذا در بخشی از این تحقیق، به طرّاحی کامل دیوار برشی فولادی برای ساختمان های چندطبقه در مناطق با لرزه خیزی شدید پرداخته شده است. پس از معرّفی روش های تحلیل موجود، برای تحلیل دیوار بجای مدل نواری از روش جدیدی با نام "مدل غشاء ارتوتروپیک" استفاده می شود که در راهنمای طراحی شماره ی 20 aisc نیز به آن اشاره شده است. در آیین نامه های فولاد آمریکا و کانادا، ضوابطی برای طرّاحی دیوارهای برشی فولادی ارائه شده است. امّا به علّت جدید بودن این سیستم، هنوز ضوابط این آیین نامه ها بطور جدّی ارزیابی نشده و با واقعیّت مقایسه نشده اند. لذا در این تحقیق پس از طرّاحی دیوار برای ساختمان های مختلف، خود ضوابط طرّاحی نیز مورد ارزیابی قرار گرفته و کیفیت آنها بررسی می گردد. در طول تحقیق مشخص می شود که تمام روابط طراحی دیوار برشی فولادی، به زاویه ی تشکیل میدان کششی (?) وابسته هستند. بنابراین زاویه ای که بعنوان راستای تشکیل میدان کششی از سوی آیین نامه ارائه می گردد و برای طرّاحی اجزاء دیوار مورد استفاده قرار می گیرد، باید تا حدّ امکان به واقعیّت نزدیک باشد. لذا در این تحقیق با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود abaqus به تحلیل عددی غیرخطی دیوارهای برشی فولادی و مقایسه ی زاویه ی تشکیل میدان کششی بدست آمده از آیین نامه و روش طرّاحی، با زاویه ی بدست آمده از این تحلیل پرداخته می شود. هدف دیگر این تحقیق، مشخص شدن پتانسیل های موجود در آیین نامه ی فولاد ایران، برای طراحی دیوارهای برشی فولادی است. لذا، درطول تحقیق به ضوابط آیین نامه های ایران نیز اشاره شده و به لحاظ مطابقت، با ضوابط موجود مقایسه می شوند. از این طریق، کمبودهای موجود در آیین نامه ی فولاد ایران، برای تهیه ی یک دستورالعمل طراحی براساس این آیین نامه و نیز اضافه شدن ضوابط طراحی دیوارهای برشی فولادی به آن، مشخص می گردد. البته با توجه به ویرایشی که در سال 1387 در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران صورت گرفت و با اضافه شدن ضوابط طرح لرزه ای و روش lrfd به این آیین نامه، بستر این کار نسبتا فراهم است.

اساتید راهنما و مشاور

اردشیر دیلمی