دیوار محوطه از جمله عناصر غیرسازه ای می باشند. این عناصر به ویژه پس از زلزله سال 1396 ازگله به شکل ویژه ای مورد بررسی قرار گرفتند. این مقاله برگرفته از دستورالعمل طراحی و اجرای دیوارها ی بنایی محوطه می باشد که توسط معاونت مسکن و ساختمان – دفتر مقررات ملی و کنترل ساختمان تهیه شده است.
دستورالعمل حاضر به طراحی دیوارهای بنایی محوطه با رویکرد محاسباتی و غیرتجویزی اختصاص دارد. دیوار محوطه را می توان از بلوکهای سیمانی توخالی یا آجر فشاری یا آجر فشاری سوراخدار ساخت.
همچنین دیوار را می توان به صورت غیرمسلح یا مسلح با میلگرد بستر یا کامپوزیت شبکه الیاف اجرا نمود. اگرچه بارگذاری اصلی دیوارهای بنایی در این دستورالعمل بار باد و زلزله درنظر گرفته شده است، اما با توجه به اینکه براساس این دستورالعمل، طراح قادر خواهد بود مقاومت خارج از صفحه دیوار را محاسبه کند؛ طراحی دیوار محوطه برای سایر بارهای تصادفی از جمله ضربه ناشی از برخورد، انفجار، سیل و سایر بارهای خارج از صفحه نیز ممکن خواهد بود.
همچنین در این دستورالعمل تمرکز بر روی دیوارهای بنایی محوطه واقع بر خاکهای غیرمساله دار بوده و طراحی دیوارهای محوطه ساخته شده از بتن مسلح، پانلهای سه بعدی یا قطعات پیش ساخته و نیز دیوارهای محوطه بر روی خاکهای مساله دار یا در مجاورت شیروانیهای با شیب تند و مستعد ناپایداری خارج از اهداف این دستورالعمل می باشد .
اجزای دیوار محوطه
پانل بنایی
پانل بنایی در دیوار محوطه، قسمت اصلی دیوار است که نقش اصلی جداسازی محوطه از محیط اطراف را برعهده دارد. ارتفاع قسمت بنایی به کاربری محوطه جداسازی شده بستگی دارد و عمدتاً بین 2 تا 3 متر از سطح زمین می باشد. در این دستورالعمل واحدهای بنایی استفاده شده در پانل بنایی صرفاً از نوع بلوکهای سیمانی توخالی یا آجر فشاری با سوراخ یا بدون سوراخ است.
چون دولبه قائم پانل بنایی به کلافهای قائم و لبه تحتانی آن به شالوده متصل است، از این رو شرایط مرزی پانل بنایی به نحوی است که در سه لبه خود تکی هگاه دارد و لبه فوقانی آن آزاد است. در لبه فوقانی اگرچه کلاف افقی وجود دارد، امامقطع کلاف افقی کوچک و طول آن نسبتاً زیاد است.
بنابراین فرض می شود که کلاف افقی نقش تکیه گاهی برای دیوار ایفا نمی کند. پس لازم است در محاسبه ظرفیت خارج از صفحه پانل بنایی، لبه فوقانی آن آزاد فرض شود. همچنین در جهت اطمینان فرض می شود که سه لبه دیگر دارای تکیه گاه مفصلی هستند.
شکل ذیل الگوی ترکهای پانل بنایی در آستانه فروریزش را نشان می دهد. برای تقویت ظرفیت خارج از صفحه پانل بنایی، می توان از رو شهای مختلف برای تسلیح آن استفاده نمود. بر اساس این دستورالعمل، تسلیح پانل بنایی را می توان با استفاده از میلگرد بستر یا با استفاده از کامپوزیت شبکه الیاف انجام داد. بدیهی است نحوه چیدمان تسلیحات دیوار باید به نحوی باشد که تسلیحات از ترکهای ایجاد شده در دیوار عبور کنند.
در خصوص پانلهای بنایی دیوار محوطه، هم تسلیحات به صورت افقی و هم تسلیحات به صورت قائم، این معیار را برآورده میکنند. به طور کلی دو روش تسلیح داخلی و تسلیح خارجی برای پانل بنایی قابل تعریف است. در تسلیح داخلی، تسلیحات در داخل ضخامت دیوار قرار داده می شوند.
تذکر 1
در روش تسلیح پانل بنایی به صورت خارجی، لازم است در هر دو وجه دیوار کامپوزیت شبکه الیاف اجرا شود. علت این امر ماهیت رفت و برگشتی فشار خارج از صفحه ناشی از زلزله و باد می باشد.
تذکر 2
در مواردی که امکان دسترسی به یکی از دو وجه خارجی دیوار نباشد، می توان از تسلیح داخلی استفاده از میلگرد بستر یا کامپوزیت شبکه الیاف در بند بستر برای مسلح نمودن دیوار استفاده نمود.
تذکر 3
در روش تسلیح داخلی، تسلیحات هم زمان با ساخت پانل بنایی اجرا می شوند، اما در روش تسلیح خارجی، تسلیحات پس از اتمام ساخت پانل بنایی اجرا می شوند.
تذکر 4
در روش تسلیح پانل بنایی با استفاده از کامپوزیت شبکه الیاف چه به صورت داخلی و چه به صورت خارجی، لازم است از ملات مختص کامپوزیت شبکه الیاف استفاده شود و نباید از ملات معمولی استفاده نمود. ملات مختص کامپوزیت شبکه الیاف همان ملاتی است که در آزمایشهای کششی کامپوزیت شبکه الیاف، استفاده می شود.
تذکر 5
ظرفیت کششی کامپوزیت شبکه الیاف و نیز تنش تسلیم میلگرد بستر باید توسط تولیدکنندگان این تسلیحات و بر اساس آزمایشهای تعیین شده در فصل 5 این دستورالعمل ارائه شود. در تسلیح دیوارهای بنایی محوطه، تنها استفاده از محصولاتی مجاز است که بر روی نمونه های مشابه آنها، آزمایشهای کششی و دوام مطابق با الزامات ارائه شده در بند 5-10 از فصل 5 انجام شده باشد.
تذکر 6
استفاده از میلگرد ساده یا آجدار در بندهای بستر دیوار منجر به مسلح شدن دیوار نمی شود، چون پیوستگی کامل مابین میلگردهای مستقیم (غیرشبکه ای) با ملات بند بستر ایجاد نخواهد شد . در صورت استفاده از میلگرد مستقیم، لازم است واحدهای بنایی دارای حفرههای ممتد افقی یا قائم در طول یا ارتفاع دیوار بوده و حفرهای که میلگرد مستقیم در آن قرار می گیرد با دوغاب پر شود.
کلاف قائم
کلافهای قائم برای کاهش طول آزاد قسمت بنایی دیوار محوطه استفاده می شوند. به عبارت دیگر، کلافهای قائم نقش تکیه گاه برای قسمت بنایی دیوار را دارند. بنابراین کلافهای قائم نه تنها باید از مقاومت کافی، بلکه لازم است از صلبیت کافی نیز برخوردار باشند. در این دستورالعمل تاکید بر روی کلافهای قائم بتن مسلح است، امّا استفاده از کلافهای فولادی یا کلافهای بنایی مسلح نیز در صورتی که دارای مقاومت و صلبیت کافی با شند بلامانع است.
کلاف افقی
کلاف افقی صرفاً برای بهبود انسجام و یکپارچگی بلوکهای رج فوقانی دیوار استفاده می شود و نقش تکیه گاهی برای لبه فوقانی دیوار ندارد .
شالوده
شالوده برای توزیع یکنواخت نیروها بر خاک و نیز فراهم نمودن پاشنه کافی برای افزایش پایداری در برابر واژگونی دیوار استفاده می شود.
مدهای شکست دیوار
آستانه فروریزش خارج از صفحه پانل بنایی
در این مد شکست، نیرو ی خارج از صفحه وارد بر دیوار فراتر از ظرفیت خارج از صفحه دیوار است و منجر به بروز ناپایداری در قسمت بنایی دیوار می شود. از جمله عواملی که ظرفیت خارج از صفحه پانل بنایی دیوار را ارتقا می دهند، عبارتند از:
– تسلیح دیوار با استفاده از میلگرد بستر یا کامپوزیت شبکه الیاف
– استفاده از ملات با چسبندگی زیاد
– افزایش ضخامت دیوار و کاهش فواصل کلافهای قائم (کاهش طول آزاد پانل بنایی).
علاوه بر موارد فوق، در صورتیکه از بلوکهای ته خالی در ساخت دیوار استفاده شده باشد، تزریق دوغاب داخل حفره های ممتد نیز به نحو مناسبی منجر به ارتقای ظرفیت خارج از صفحه پانل بنایی میگردد. با توجه به اینکه پانل بنایی دیوار محوطه دارای رفتاری دو طرفه در امتداد خارج از صفحه است، رفتار خارج از صفحه پانل بنایی از درجه نامعینی و قابلیت اطمینان مناسبی برخوردار میباشد.
به عبارت دیگر، پانل بنایی قادر است از چندین مسیر نیروی خارج از صفحه وارده بر خود را به کلافهای قائم و شالوده منتقل کند. بر این اساس، در این دستورالعمل روند طراحی دیوار محوطه به نحوی تنظیم شده است که آستانه فروریزش خارج از صفحه پانل بنایی به عنوان مد گسیختگی قالب بوده و تا حد امکان از وقوع سایر مدهای گسیختگی جلوگیری شود.
ناپایداری واژگونی
در این مد شکست، دیوار محوطه همانند یک جسم صلب حول پاشنه خود دوران کرده، واژگون می شود. عامل مقاوم موثر در برابر این مد شکست لنگر مقاوم ناشی از نیروی ثقلی و فشار غیرفعال خاک است. از این رو با افزایش وزن دیوار (فقط در برابر باد)، افزایش عمق شالوده و افزایش پهنای شالوده، ظرفیت دیوار در برابر این مد شکست افزایش می یابد. دیوار محوطه فاقد مسیرهای متعدد برای انتقال لنگر واژگونی است و این مد شکست از درجه نامعینی و قابلیت اطمینان کافی برخوردار نمی باشد. بر این اساس، نحوه تنظیم الزامات در این دستورالعمل به نحوی است که تا حد امکان این مد شکست رخ ندهد.
ناپایداری کلاف قائم
در این مد شکست ، کلاف قائم دارای ظرفیت خمشی کافی نیست و در پای دیوار مفصل پلاستیک با دوران بیش از حد ایجاد می شود. برای افزایش ظرفیت دیوار در برابر این مد شکست لازم است ظرفیت خمشی مقطع کلاف قائم افزایش یابد.
کلاف قائم دیوار محوطه فاقد مسیرهای متعدد برای انتقال لنگر خمشی است و این مد شکست از درجه نامعینی و قابلیت اطمینان کافی برخوردار نمی باشد. بر این اساس، نحوه تنظیم الزامات در این دستورالعمل به نحوی است که تا حد امکان این مد شکست رخ ندهد.
محاسبه نیروی وارد بر دیوار محوطه
در این دستورالعمل نیروهای وارد بر دیوارهای محوطه به سه دسته نیروه ای ناشی از زلزله، نیروهای ناشی از باد و نیروهای تصادفی تقسیم شده است. حداکثر نیروی خارج از صفحه وارد بر واحد سطح دیوار که از سه عامل فوق بدست می آید تحت عنوان نیروی طراحی در واحد سطح دیوار (Pu) درنظر گرفته می شود و ملاک طراحی دیوار خواهد بود.
تذکر: تحت هیچ شرایطی نیروی خارج از صفحه وارد بر واحد سطح دیوار محوطه نباید کمتر از ۱ کیلوپاسکال درنظر گرفته شود.
نیروی ناشی از زلزله
در صورتی که ارتعاش دیوار محوطه در جهت خارج از صفحه، مشابه یک سیستم یک درجه آزادی درنظر گرفته شده و در جهت اطمینان تمام جرم دیوار برابر با جرم موثر مد اصلی ارتعاش درنظر گرفته شود، نیروی لرزهای خارج از صفحه وارده بر واحد سطح دیوار مطابق رابطه ذیل قابل تخمین است:
𝑃𝑒𝑞=𝑊𝑤*𝑆𝑎*𝐼𝑒/𝑅
که در آن Ww وزن واحد یک مترمربع از سطح دیوار، Sa مقدار شتاب طیفی در مد ارتعاش خارج از صفحه دیوار، Ie ضریب اهمیت لرزهای دیوار و R ضریب رفتار دیوار می باشد که در برگیرنده اضافه مقاومت و شکل پذیری خارج از صفحه دیوار است.
در اغلکب دیوارهای محوطه مدنظر این دستورالعمل، زمان تناوب ارتعاش خارج از صفحه دیوار در محدوده شتاب ثابت طیف طرح قرار دارد از این رو مقدار شتاب طیفی را می توان برابر با A(1+S) درنظر گرفت. همچنین ضریب رفتار خارج از صفحه دیوارهای بنایی محوطه را می توان مشابه دیوارهای پیرامونی ساختمان برابر 2.5 درنظر گرفت.
این عدد با نتایج آزمایشها و شبیه سازی های انجام شده نیز انطباق مناسبی دارد. بنابراین نیروی لرزهای وارد بر واحد سطح دیوار را میتوان معادل فشاری با توزیع یکنواخت در امتداد خارج از صفحه دیوار مطابق رابطه ذیل درنظر گرفت:
𝑃𝑒𝑞 = 0.4*𝐴(۱ + 𝑆)*𝐼𝑒*𝑊𝑤
در رابطه فوق A نسبت شتاب مبنای زلزله طرح، پارامتر S مربوط به نوع خاک و خطرپذیری لرزهای منطقه مطابق استاندارد 2800 ایران می باشد.
تذکر 1: لازم است ضریب اهمیت لرزهای دیوار محوطه معادل ضریب اهمیت لرزهای مهمترین ساختمان مجاور دیوار محوطه درنظر گرفته شود. ضروری است در تعیین ضریب اهمیت، میزان اهمیت راههای دسترسی در اطراف دیوار محوطه نیز مدنظر قرار گیرد.
برای دیوارهای محوطه در مجاورت بزرگراهها و خیابانهای اصلی پر تردد، ضریب اهمیت لرزهای دیوار نباید کمتر از 1.4 درنظر گرفته شود. درصورتیکه محوطه فاقد ساختمان باشد، می توان ضریب اهمیت لرزه ای را برابر ۱ درنظر گرفت.
تذکر 2: در محاسبه وزن واحد سطح دیوار (Ww) لازم است وزن ناشی از نما، سیمانکاری، حفاظ، نرده ها و تابلوهای نصب شده بر روی دیوار لحاظ گردد.
تذکر 3: در صورتی که برای ساختگاه مورد نظر طیف شتاب (اعم از طیف استاندارد یا طیف ویژه ساختگاه) موجود باشد، می توان به جای عبارت A(1+s) در رابطه فوق، از مقدار حداکثر طیف شتاب استفاده نمود به شرطی که اولاً اثرات ساختگاهی و نوع خاک در طیف شتاب لحاظ شده باشد و دوماً طیف شتاب متناظر با زلزل های با دوره بازگشت حداقل 475 سال باشد.
تذکر 4:
طراح می تواند به جای رابطه فوق از روابط دقیق تری که در برگیرنده مشخصات دینامیکی خارج از صفحه دیوار باشد، استفاده کند. دراینصورت نیروی زلزله نباید کمتر از ۸۰ % مقدار به دست آمده از رابطه بالا درنظر گرفته شود.
تذکر 5:
وجود تسلیحات در دیوار، منجر به بهبود شکل پذیری خارج از صفحه دیوار می شود. از طرفی ضریب کاهش مقاومت در دیوارهای غیر مسلح کمتر از دیوارهای مسلح است، بنابراین دیوارهای غیرمسلح دارای اضافه مقاومت بزرگتری نسبت به دیوارهای مسلح هستند.
از آنجا که ضریب رفتار خارج از صفحه دیوار (R) تابعی از شکل پذیری و اضافه مقاومت است، از این رو به منظور تسهیل در روند طراحی در این دستورالعمل، ضریب رفتار برای دیوارهای محوطه مسلح و غیرمسلح یکسان و برابر با 2.5 درنظر گرفته شده است .
