در دنیای مهندسی سازه و ساختمان‌سازی، استحکام و ایمنی ساختمان‌ها همیشه از اولویت‌های اصلی بوده است. وقتی صحبت از مقاومت در برابر نیروهای جانبی، مانند زلزله یا باد شدید، به میان می‌آید، یکی از عناصر کلیدی که مهندسان به آن تکیه می‌کنند، دیوار برشی است. اما “دیوار برشی چیست” و چرا تا این حد در طراحی و ساخت ساختمان‌ها اهمیت دارد؟ آیا تنها یک نوع دیوار برشی وجود دارد یا می‌توان انواع مختلفی از آن را بر اساس نیاز و شرایط ساخت معرفی کرد؟ امروز در فولادسل، به بررسی دقیق این عضو حیاتی سازه‌ای، انواع مختلف آن، کاربردهای متنوع و نحوه اجرای صحیح آن می‌پردازیم تا به شما کمک کنیم درک بهتری از نقش دیوار برشی در مقاوم‌سازی ساختمان‌ها به دست آورید. آماده‌اید تا با ما سفری به دنیای پیچیده و جذاب مهندسی سازه داشته باشید؟
دیوار برشی چیست؟
دیوار برشی (shear wall) یک نوع دیوار مقاومتی است که به‌منظور مدیریت و کنترل بارهای جانبی ایجاد شده توسط نیروهای خارجی مانند بادهای شدید و زلزله‌ها در ساختمان‌ها استفاده می‌شود. این دیوارها به‌طور عمده در بخش‌های خارجی ساختمان اجرا می‌شوند تا تاثیرات ناشی از این نیروها را به شکل چشمگیری کاهش دهند.
دیوارهای برشی به‌طور معمول به‌طور مستقیم به فونداسیون ساختمان متصل می‌شوند تا بارهای جانبی را به زمین منتقل کنند و از این طریق استحکام و پایداری ساختمان را تضمین کنند. این اتصال مستقیم به فونداسیون برای مواقعی که بارهای جانبی نسبتا کم و قابل کنترل هستند، مناسب است و موجب افزایش قدرت سازه در برابر نیروهای جانبی می‌شود.
با این حال، در شرایطی که بارهای جانبی دینامیکی و قابل توجه وجود دارد، ممکن است نیاز به طراحی و اجرای متفاوتی باشد. در این موارد، دیوارهای برشی می‌توانند به ستون‌های ساختمان متصل شوند تا بارهای جانبی را بهتر توزیع کرده و از تاثیرات نامطلوب آن‌ها جلوگیری کنند. این روش اتصال به ستون‌ها در مواردی که اثرات دینامیکی قابل توجهی وجود دارد، به حفظ تعادل و پایداری سازه کمک می‌کند و از تغییر شکل‌های زیاد در ساختمان جلوگیری می‌نماید.
در مجموع، دیوار برشی یکی از اجزای کلیدی در طراحی سازه‌های مقاوم در برابر نیروهای جانبی است و نقش مهمی در افزایش ایمنی و استحکام ساختمان‌ها دارد.
معرفی انواع دیوار برشی
این دیوارها با ارائه سختی و استحکام مناسب، نقش مهمی در بهبود پایداری سازه ایفا می‌کنند. انواع مختلف دیوارهای برشی براساس شکل ساختمان و مصالح، ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. انتخاب نوع مناسب دیوار برشی به عوامل متعددی از جمله نوع بارهای وارده و شرایط محیطی بستگی دارد. در ادامه به معرفی انواع دیوارهای برشی می‌پردازیم.
دیوار برشی براساس شکل ساختمان
دیواربرشی‌های مورد استفاده به شکل ساختمان نیز بستگی دارد. بسته به شکل و فرم ساختمان نوع دیواربرشی متفاوت خواهد بود. در ادامه دیواربرشی‌های مختلف بر این اساس را معرفی خواهیم کرد.
دیوار برشی مونولیتیک
دیوار برشی مونولیتیک یکی از انواع دیوارهای برشی است که به خودی خود شامل دسته‌بندی‌های مختلفی می‌شود و هر کدام تحت شرایط خاصی کاربرد دارند. این نوع دیوار به عنوان ساده‌ترین مدل در این دسته شناخته می‌شود و به سه گروه اصلی کوتاه، اسکوات و طره‌ای تقسیم می‌شود.
دیوار برشی جفت
دیوار برشی جفت دیواری است که از اتصال پایه‌های دیوار برشی به‌وسیله تیرها و دال‌های متصل به یکدیگر ساخته می‌شود. این دیوارها به هم وصل شده‌اند اما هر یک جداگانه عمل می‌کنند.
دیوار برشی تخت و کانالی
دیوارهای برشی به طور کلی در دسته‌های لبه‌دار، کانالی، صفحه‌ای و تخت تقسیم می‌شوند. این دیوارهای بتن مسلح به شکل گسترده‌ای در ساختمان‌های مسکونی به کار می‌روند و می‌توانند به‌صورت افقی یا عمودی نصب شوند. ضخامت این دیوارها بسته به پارامترهای مختلفی مثل نیازهای عایق حرارتی، سن سازه، تعداد طبقات و شرایط دیگر تغییر می‌کند.
دیوار برشی مسطح و غیر مسطح
اصولا دیواربرشی‌ها به شکل صاف و مسطح ساخته می‌شوند ولی برخی اوقات بسته به شرایط و نیاز طراحان، از دیواربرشی‌های غیر مسطح استفاده می‌کنند. در اصل به جای اجرای یک دیوار برشی مسطح مستطیلی یا میله‌ای از یک طرح غیر مسطح c شکل یا L شکل بهره می‌برند.
دیوار برشی کوپله
یکی از انواع دیوارهای برشی، دیوار برشی کوپله است که به‌طور معمول در بسیاری از ساختمان‌های اداری مشاهده می‌شود. اگر نیاز به یک الگوی منظم از بازشوها برای نصب پنجره‌ها و درها باشد، دیوار برشی کوپله بهترین گزینه است. در این نوع دیوارها، تیرها به هم متصل می‌شوند و به‌طور دقیق‌تر می‌توان گفت که به‌صورت کوپله شده‌اند.
دیوار برشی بر اساس مصالح ساختمانی
باتوجه به جنس اسکلت ساختمان و مصالح به‌کار رفته در آن‌ها، دیوار برشی‌های مختلفی اجرا می‌شوند که در ادامه انواع آن‌ها را بر اساس مصالح ساختمانی بررسی می‌کنیم.
دیوار برشی مصالح بنایی
دیوار برشی مصالح بنایی که به آن‌ها بلوک بتنی هم می‌گویند، با مصالح تو خالی مثل آجر و بلوک اجرا می‌شوند. به معنای دیگر، این دیوارها با استفاده از بلوک‌های بتنی پیش‌ساخته و سبک اجرا می‌شوند و میلگردها، هم راستای آن‌ها اعمال می‌شود. مسلح‌سازی این دیوارها برای بالا رفتن مقاومت بلوک‌های بتنی، در برابر بارهای لرزه‌ای صورت می‌گیرد.
دیوار برشی فولادی
دیوار برشی فولادی در کل از ورق‌های فولادی، ستون‌ها و تیرهای افقی ساخته می‌شود. نحوه عملکرد این دیوارها شبیه به شاه‌تیرها است و در این سیستم، ورق‌های فولادی به عنوان جان شاه‌تیرها و ستون‌ها به عنوان بال عمل می‌کنند.
از دیوار برشی فولادی اغلب در ساختمان‌های مرتفع و با اسکلت فلزی استفاده می‌شود. از مزایای دیوار برشی فولادی می‌توان به هزینه نسبتا پایین، اجرای سریع و راحت، وزن کمتر به نسبت دیوارهای برشی بتنی و همچنین شکل‌پذیری بالا اشاره کرد.
دیوار برشی بتن مسلح (بتن آرمه)
دیوار برشی بتن مسلح یا بتن آرمه به شکل گسترده‌ای در ساختمان‌های مسکونی اجرا می‌شوند. این دیوارها هم به‌صورت افقی و هم عمودی به‌کار می‌روند. ضخامت دیوارهای برشی بتن مسلح به عواملی مثل نیازهای عایق حرارتی، سن بنا، تعداد طبقات و… بستگی دارد.
درکل دو نوع دیوار برشی بتنی مسلح وجود دارد:
- دیوار برشی درجا:
در این نوع دیوار، برای حفظ یکنواختی و پیوستگی میلگردها، آن‌ها به قاب محیطی قلاب می‌شوند. - دیوار برشی پیش‌ساخته:
در این دیوارها، یکنواختی و پیوستگی از طریق استفاده از اجزای ذوزنقه‌ای در لبه‌های پانل‌ها یا اتصال پانل‌ها به قاب با میخ‌های فولادی تأمین می‌شود. طراحی و شکل دیوارها، به‌ویژه با ایجاد بال در آن‌ها، به افزایش پایداری و شکل‌پذیری سازه کمک می‌کند.
دیوار برشی مرکب (ورق فولادی+ بتن مسلح)
یکی دیگر از انواع این عناصر، دیوار برشی مرکب است که با استفاده از یک ورق فولادی و یک لایه بتن که با اتصالات خاصی به ورق وصل شده‌اند، ساخته می‌شود. این اتصالات عموما میلگردهای برشی یا بولت هستند. پس در این نوع دیوارهای برشی قیمت ورق گالوانیزه بسیار اهمیت دارد.
دیوار برشی چوبی سه لایه
دیوار برشی چوبی سه لایه بیشتر در اسکلت‌های چوبی به‌کار می‌رود اما استفاده از آن در هر منطقه جغرافیایی توصیه نمی‌شود چرا که در برابر رطوبت و آب، مقاومت کمی دارد. برای بالا بردن مقاومت این سازه، می‌توان از تخته سه لا استفاده کرد که ضخامت آن‌ها در کمترین حالت باید حدود 40 سانتی‌متر باشد.
دیوار برشی لایه میانی
نسخه پیشرفته دیوار برشی چوبی سه لایه، دیوار برشی لایه میانی است که در آن یک ورق تخته سه لایه اضافی در مرکز دیوار قرار می‌گیرد و برای بالا بردن استحکام، یک جفت ناودانی در دو سمت لایه میانی اجرا می‌شود. در این نوع دیوار برشی،گل میخ‌‌ها لایه میانی را به ورق‌های سه لایه بیرونی وصل می‌کنند.
مراحل اجرای دیوار برشی بتنی
طبق یک استاندارد کلی، بهترین مکان برای دیوار برشی در مرکز ساختمان است، ولی متاسفانه اجرای این دیوارها در این محل تقریبا غیرممکن است و به همین خاطر، دیوار برشی‌ها عمدتا در گوشه و انتهای سازه اجرا می‌شود.
در کل مراحل اجرای دیوار برشی در ساختمان‌های اسکلت بتنی در سه بخش آرماتوربندی، قالب‌بندی و بتن‌ریزی خلاصه می‌شود که در ادامه هر یک را به‌صورت جداگانه برایتان شرح می‌دهیم.
آرماتوربندی
دیوار برشی‌ها دارای میلگردهای عمودی و افقی هستند. میلگردهای عمودی مورد نظر برای دیوار برشی را باید هنگام اجرای آرماتوربندی فونداسیون در جایی که از قبل تعیین شده، گذاشت. برای جلوگیری از تغییر شکل میلگردهای عمودی، در فاصله‌های مشخصی از میلگردهای افقی استفاده می‌کنند. در هزینه‌های نهایی این مرحله قیمت میلگرد آجدار موثر است که می‌توانید قیمت را از منابع معتبری چون فولادسل چک کنید.
قالب بندی
پس از تمام شدن آرماتوربندی باید اقدام به اجرای قالب‌بندی نمود. یکی از اساسی‌ترین نکاتی که باید هنگام قالب‌بندی رعایت کرد، محل قرارگیری میلگردها در قالب است، باید طوری باشد که بتن به‌راحتی از میان آن‌ها حرکت کند. بعد از اینکه از قرارگیری صحیح میلگردها در فضای بین قالب‌ها اطمینان حاصل کردید، نیاز است که صفحات قالب را به‌وسیله پین و گوه به هم و به آرماتورها وصل کنید.
بتن ریزی
بعد از انجام دو مرحله پیشین و چک کردن اتصالات قالب‌ها، باید اقدام به بتن‌ریزی در فضای میان قالب‌ها نمود. در این مرحله همزمان با بتن‌ریزی، باید از دستگاه‌های ویبراتور استفاده نمود تا بتن بین میلگردهای افقی و عمودی قرار گیرد.
مزایا و معایب دیوار برشی
دیوار برشی یکی از عناصر سازه‌ای مهم در ساختمان‌ها، به‌ویژه در مناطق زلزله‌خیز، محسوب می‌شود. این دیوارها برای افزایش مقاومت ساختمان‌ها در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد استفاده می‌شوند. در زیر به مزایا و معایب دیوار برشی اشاره می‌کنیم:
مزایای دیوار برشی
- مقاومت بالا در برابر نیروهای جانبی:
دیوارهای برشی به دلیل استحکام بالای خود، توانایی مقاومت در برابر نیروهای جانبی مثل زلزله و باد را دارند و به این ترتیب از تخریب ساختمان در برابر این نیروها جلوگیری می‌کنند. - کاهش تغییر شکل‌های افقی:
این دیوارها باعث کاهش جابجایی‌های جانبی (دریفت) در ساختمان می‌شوند که این امر به پایداری بیشتر سازه کمک می‌کند. - افزایش سختی سازه:
وجود دیوارهای برشی باعث افزایش سختی ساختمان می‌شود که این موضوع می‌تواند به کاهش نوسانات ناشی از زلزله کمک کند. - پشتیبانی از بارهای ثقلی:
علاوه بر مقاومت در برابر نیروهای جانبی، دیوارهای برشی می‌توانند بارهای ثقلی را نیز تحمل کنند. - پایداری در برابر فروپاشی:
دیوارهای برشی با کاهش احتمال فروپاشی ناشی از نیروهای زلزله، به ایمنی بیشتر ساختمان کمک می‌کنند.
معایب دیوار برشی
- محدودیت‌های معماری:
وجود دیوارهای برشی در طراحی ساختمان ممکن است باعث محدودیت در پلان معماری و محل قرارگیری پنجره‌ها و درها شود، زیرا دیوارهای برشی باید به صورت پیوسته و بدون شکستگی در طول طبقات ادامه داشته باشند. - افزایش وزن سازه:
دیوارهای برشی به دلیل مواد سازه‌ای سنگین خود، باعث افزایش وزن کلی ساختمان می‌شوند که این موضوع ممکن است نیاز به طراحی فونداسیون قوی‌تر و بزرگ‌تر داشته باشد. - هزینه بالاتر ساخت:
ساخت دیوارهای برشی به دلیل نیاز به مواد بیشتر و نیروی کار ماهر، ممکن است هزینه بیشتری نسبت به سیستم‌های سازه‌ای دیگر داشته باشد. - پاسخ پیچشی نامطلوب:
در صورتی که دیوارهای برشی به صورت غیریکسان در پلان ساختمان توزیع شوند، ممکن است باعث ایجاد پیچش نامطلوب در سازه شوند که این امر می‌تواند به آسیب‌های سازه‌ای منجر شود.
در نتیجه، انتخاب استفاده از دیوارهای برشی باید با توجه به نیازهای سازه‌ای و محدودیت‌های معماری ساختمان انجام شود.
جمع‌بندی دیوار برشی
در نهایت امروز دیوار برشی یکی از مهم‌ترین اجزای سازه‌ای در ساختمان‌ها است که برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد استفاده می‌شود. این دیوارها نیروهای افقی را به فونداسیون منتقل کرده و مانع جابه‌جایی و تغییر شکل بیش از حد سازه می‌شوند.