دیوار میانقاب
معرفی دیوار میانقاب
دیوارها یا جداکننده ها، که به عنوان پرکننده ها درون قاب های فلزی و یا بتنی به کار می روند، اجزای سازه ای هستند که به وفور در ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. معمولا در تحلیل های دینامیکی از وجود پرکننده ها صرف نظر می شود. قرارگیری پرکننده در دهانه یک قاب نوعی زیر سازه تشکیل می دهد که به آن میانقاب می گویند. هرگاه داخل قاب بتنی یا فولادی با یک پانل آجری یا بتنی پر شود، سیستم قاب و میانقاب به وجود می آید.
اثر میان قاب ها در رفتار لرزه ای قاب های ساختمانی :
معمولاً به علت چشم پوشی کردن از اثر سخت کنندگی میان قاب ها، که گاهی اوقات سختی قاب ها را تا ۲۰ برابر افزایش می دهند، خسارات زیادی به قاب های مرکب وارد می شود.
زیرا این افزایش سختی باعث کاهش پریود قاب مرکب نسبت به قاب خالی می شود و باعث جذب نیروی زلزله بیشتری می گردد و میانقاب ها را تحت تأثیر تنش های بالایی قرار می دهد که این افزایش تنش منجر به شکست های جزئی و یا کلی میانقاب ها می شود.
در اثر شکست کلی میانقاب ها ، نیروی بالایی که قبلاً توسط قاب مرکب تحمل شده بود در اثر حذف میان قاب ها به طور ناگهانی به اعضای لاغر قاب ( تیر و ستون ها ) اعمال می گردد و چون هرگز برای چنین نیرویی تحلیل و طراحی نشده اند بشدت آسیب دیده و پایداری قاب را به مخاطره می اندازند.
اثرات منفی میانقاب ها:
- میان قاب ها به علت وزن زیاد ، مقاومت و سختی بالایی که دارند موجب افزایش نیروی زلزله وارد بر ساختمان می گردند.
- توزیع نامتقارن دیوارها در پلان منجر به جابجایی مرکز سختی و تولید یک لنگر پیچشی مخرب در ساختمان می شود که در طراحی دیده نشده است.
- اندرکنش قاب و میانقاب می تواند موجب شکست های برشی ترد در ستون های بتن مسلح گردد.
- میانقاب ها می توانند با سخت تر کردن طبقات بالا در سازه، باعث ایجاد طبقه اول نرم شوند که از نظر عملکرد لرزه ای بسیار نامطلوب است.
اما با وجود مطالب فوق ، بسیاری بر این اعتقادند که میان قاب ها تأثیر مثبتی بر سختی و مقاومت نهایی سازه دارند.
با نگاهی به زلزله های گذشته در کشورمان مشاهده می شود در خیلی از موارد دیوارهای آجری قاب ها ، بهبود قابل توجهی در عملکرد سازه در هنگام زمین لرزه داشته اند که بیشتر این موارد در ساختمان هایی دیده می شود که به فرم سنتی اجرا شده و فاقد یک سیستم باربر لرزه ای منسجم می باشند .
به عنوان نمونه می توان به عملکرد مثبت و مؤثر میانقاب ها در زلزله ۱۳۶۹ منجیل اشاره کرد .
اکثر سازه های این منطقه دارای اتصالات مفصلی تیر به ستون بودند و فقط میانقاب ها، نقش باربری جانبی را ایفا کرده اند، ضمن اینکه بسیاری از این سازه ها که متوسط یا کوتاه بودند بدون فرو ریزش زلزله را پشت سر گذاشته اند که این فقط به دلیل وجود میان قاب ها بوده است ، هرچند که میان قاب ها دچار ترک خوردگی و خرابی شده اند.
توزیع تنش در میان قاب
تنش های صفحه ای ایجاد شده در داخل میان قاب در اثر اعمال نیروی جانبی به قاب ، بدین صورت است که تنش کششی حداکثر در راستای قطر کششی در مرکز میانقاب و تنش فشاری حداکثر در راستای قطر فشاری و در کنج قاب اتفاق می افتد. متوسط تنش کششی روی قطر کششی بسیار کمتر از متوسط تنش فشاری روی قطر فشاری است ، در نتیجه افزایش طول قطر کششی از کاهش طول قطر فشاری بسیار کمتر است.
مقدم و استفورد اسمیت در تحقیقات خود به این نتیجه رسیده اند که هرچه قاب نسبت به میان قاب سخت تر باشد ، قاب در طول بیشتری به میانقاب تکیه می کند و در نتیجه افزایش طول تماس بین آن ها ، نیروهای اندرکنشی در سطح وسیع تری توزیع می شوند و تنش وارد بر میانقاب در گوشه ها کمتر می گردد ؛ و این در حالی است که تنش های مرکز میان قاب مستقل از سختی قاب بوده و فقط وابسته به نسبت ابعادی میان قاب است.
اندرکنش بین قاب و میانقاب در قاب های مرکب
مجموعه قاب و میان قاب تحت اثر بارهای جانبی کم بصورت یک سیستم یکپارچه عمل می کنند و با افزایش مقدار نیروی جانبی، قاب پیرامونی در انتهای قطر کششی از میان قاب جدا شده و در انتهای قطر فشاری به میان قاب تکیه می کند
اگرچه غالباً رفتار قاب به صورت خمشی و رفتار دیوار به صورت برشی است اما اندرکنش قاب و میان قاب مکانیزم مقاومت را تغییر می دهد . به بیانی دیگر میان قاب از حرکت آزاد قاب جلوگیری می کند و در اثر این اندرکنش انتقال نیرو از روش انتقال خمشی در قاب خالی به انتقال خرپایی در قاب مرکب تبدیل می گردد. انتقال نیرو به روش خرپایی باعث افزایش نیروهای محوری و کاهش لنگرهای خمشی و نیروهای برشی در ستون های قاب می گردد.
انواع مودهای گسیختگی در قاب های مرکب
ترک مرزی
این مود یکی از مشخصه های اصلی قاب های مرکب است و معمولاً در مراحل اولیه اتفاق می افتد. این مود باعث تغییر شکل هندسی قاب می شود به طرزیکه یک قطر آن کوتاه تر و یک قطر آن بلندتر می گردد. نیرو در قطر فشاری افزایش می یابد تا گسیختگی صورت گیرد.
مود خردشدگی گوشه
در این حالت حداقل یکی از گوشه های تحت فشار میان قاب خرد می شود . این مود به شدت تحت تأثیر سختی نسبی قاب و میانقاب قرار دارد . قاب های نسبتاً قوی تنش های فشاری زیادی را در مرکز میان قاب متمرکز می کنند که باعث ایجاد مود گسیختگی ترک قطری می شود ، در حالیکه در قاب های ضعیف تنش های گوشه فقط در ناحیه کوچکی پخش می شوند و باعث ایجاد مود گسیختگی خردشدگی گوشه می گردند. بر اساس نتایج تحلیل اجزاء محدود ردینگتون، نسبت ابعادی میانقاب (h/l) هیچ تأثیری در مود گسیختگی خردشدگی گوشه ندارد مگر در حالت میانقاب خیلی بلند که تنش های گوشه خیلی زیاد هستند.
مود شکست برشی لغزشی
در این حالت شکست برشی لغزشی در بین درزهای افقی مصالح بنایی میان قاب ایجاد می شود و معمولاً در قاب های قوی با ملات ضعیف در بین درزها ،اتفاق می افتد. این مود معمولاً برای نسبت ابعادی میانقاب (h/l) بالاتر اتفاق می افتد.
مود ترک قطری یا کشش قطری
در این حالت یک ترک قطری در امتداد قطر فشاری از یک گوشه به گوشه دیگر شکل می گیرد. در میان قاب هایی که ملات بسیار قوی دارند و ملات مانع عبور ترک از میان درزهای افقی و قائم می گردد ، شکست قطری از نوع کششی است ؛ در حالیکه در میان قاب های با ملات معمولی ترک قطری از آجرها عبور نمی کند بلکه از میان بندهای افقی و قائم ملات می گذرد و شکست از نوع برشی می باشد.
این مود تحت تأثیر مقاومت کششی میان قاب و نسبت ابعادی میان قاب (h/l) می باشد . نتایج حاصل از تحلیل ها و اندازه گیری ها نشان دهنده بیشترین تنش کششی در مرکز میانقاب می باشد.همچنین نتایج تحلیلی ردینگتون و بنیامین و ویلیامز نشان می دهد که با افزایش نسبت ابعادی میان قاب (h/l) ظرفیت باربری نهایی کاهش می یابد. این مود را نباید به عنوان یک مود گسیختگی درنظر گرفت زیرا میان قاب پس از ایجاد این ترک هنوز قادر به تحمل بارهای بیشتری است.
مود شکست فشاری قطری
در این حالت میان قاب در ناحیه مرکزی خود خرد می شود که معمولاً در قاب های مرکب دارای میانقاب های لاغر در اثر کمانش خارج از صفحه آن ها اتفاق می افتد ؛ البته این مود بندرت اتفاق می افتد زیرا کمانش خارج از صفحه میانقاب مستلزم نسبت لاغری بالایی است که با توجه به ابعاد پانل ها و ضخامت بالای آن ها ، این نسبت ارضاء نمی شود.
مود گسیختگی قاب
در این حالت در ستون ها یا اتصالات تیر به ستون مفاصل خمیری ایجاد می شود . این مود معمولاً در قاب های ضعیف یا قاب های دارای اتصالات ضعیف با اعضای قوی و میان قاب نسبتاً قوی اتفاق می افتد.این مود فقط در قاب های مرکب بتنی ایجاد می شود.
مود پرتاب خارج از صفحه میان قاب
دو مؤلفه طولی ( در صفحه میان قاب ) و عرضی ( عمود بر میان قاب ) به طور همزمان در هنگام زلزله به میان قاب وارد می شوند . در اثر خردشدگی، قابلیت کنش قوسی میان قاب که مهمترین عامل حفظ ایستایی میانقاب در برابر نیروهای عرضی است، بشدت کاهش می یابد.
بین حالت های شکست میانقاب تحت نیروهای صفحه ای و عرضی، اندرکنشی وجود دارد ، بنابراین باید جابجایی قاب مرکب محدود شود تا مقاومت عرضی لازم برای ایستادگی در برابر زلزله تأمین گردد. در غیراین صورت میانقاب از قاب به بیرون پرتاب می شود و مقاومت و سختی سازه شدیداً دچار تغییر می شود و ایستایی لرزه ای آن به خطر می افتد .
شکست برشی در ستون
این حالت در نتیجه ترکیب نیروهای برشی (که میان قاب به قاب وارد می کند) و نیروی کششی (حاصل از عملکرد قاب) در ستون نزدیک گوشه فشاری قاب ایجاد می شود. این پدیده بیشتر در ستون های بتنی که اغلب برای بار فشاری طراحی می شوند مشاهده می شود ودر قاب های فولادی به علت مقاومت کششی بالا رخ نمی دهد.
شکست ستون کوتاه :
در برخی ساختمان ها به دلیل محدودیت های معماری مانند وجود بازشو ، دیوارهای ضخیمی که بین ستون ها را پر کرده اند ارتفاع کمتری از ارتفاع طبقه دارند . سختی زیاد این دیوارها باعث می شود تا محل نقطه بحرانی برش ستون تغییر کند و از آن جایی که هیچ تمهید خاصی مانند کاهش فاصله خاموت ها در این نقطه اندیشیده نشده است ، ستون ها در این نقاط آسیب پذیر می باشند .
گسستن اتصالات فولادی :
در اکثر اتصالات رایج ساختمان های فولادی برای اتصال تیر به ستون از دو نبشی فوقانی و تحتانی استفاده می شود که عموماً برای انتقال بارهای ثقلی جوش های A را جوش اصلی و جوش های B را جوش فرعی (خال جوش ) اجرا می کنند ، اما در هنگام زلزله نیروهای بزرگی در میان قاب ایجاد می شود که مؤلفه رو به بالای بزرگی خواهد داشت و در بسیاری موارد می تواند بر نیروی وزن وارد بر اتصال غلبه کرده و نبشی را بگسلد.
اجرای تیغه جداساز بوسیله کناف
دیوارهای جداساز کناف، بوسیله قابهای فولادی سبک از جنس ورقهای گالوانیزه ساخته می شود و توسط صفحات گچی روکش دار بوسیله پیچ، دو طرف آن پوشانده می شود.
اتصال قابهای فلزی به اعضای سازه ای ساختمان، توسط تفنگهای میخکوب و یا پیچ های سرمته صورت می گیرد.
این نوع دیوار به جهت امکان عبور دادن تاسیسات مکانیکال و الکتریکال از میان آن و همچنین وزن پایین و سرعت اجرای بالا، برای ساختمانهای شهری بسیار مناسب می باشد.
اجرای ۳D Wall (پنل سبک سه بعدی)
این نوع مصالح جدا کننده فضا، از دولایه شبکه فولادی ساخته شده که دو طرف یک لایه فوم پلی استایرن قرار گرفته است.
جهت اجرای ۳D پانل، مانند تمامی مصالح جداساز ابتدا مسیر قرارگیری آنها را مشخص نموده سپس پنلها را در جای خود قرارداده و بوسیله میلگردهای مشخص شده در نقشه های اجرایی، آنها را به زمین و سقف و جداره های سازه ای اطراف متصل می نمایند.
در صورت نیاز به استفاده از پروفیلهای عمودی و افقی، آنها را نیز در محلهای مشخص قرارداده و طبق نقشه های اجرایی، جوشکاریهای مورد نیاز آنها نیز انجام خواهد شد.
پس از اطمینان از تکمیل اتصالات پنلها، ملات ماسه سیمان را که بصورت کاملا خمیری تهیه شده است، بوسیله پمپ های باد روی پنلها پاشیده می شود تا روی مش های فولادی پوشانده شود و دیوارهای ایجاد شده، بصورت کاملا مسلح درجای خود قرار گیرد. پس از پاشیده شدن ملات ماسه سیمان و پیش از خشک شدن، بوسیله شمشه، روی آن را کاملا صاف می نماییم تا سطحی مسطح جهت اجرای لایه نهایی فراهم نماییم.