دستورالعمل طراحی سازه ای و الزامات و ضوابط عملکردی و اجرائی نمای خارجی ساختمان : ضابطه شماره 714 | 2-12- دیوارهای خارجی

دیوارهای خارجی را می توان با ایجاد درز پیوسته  بین آنها و سازه محیطی ، غیر پیوسته کرد . براي این دیوارها باید اتصالاتی در نظر گرفت که قابلیت حرکت داخل صفحه و مهار خارج از صفحه را به دیوار بدهند. فواصل جداسازی دیوارها از قاب باید تو سط مواد تراکم پذیر مناسب از قبیل پشم سنگ ضد رطوبت پر شود. توصیه می شود برای جلوگیری از ترک خوردگی در نازک کاری از یک لایه شبکه الیاف یا رابیتس  بر روی مواد تراکم پذیر استفاده شود. در بیمارستان ها برای جلوگیری از ایجاد ترك خوردگی در نازک کاری، در گوشــه های دیوار در هنگام زلزله لازم اســت از اتصــالات کشــویی سرتاسری در کناره ها و تراز سقف استفاده شود . 

1-2-12- محدودیت ابعاد هندسی 

طول آزاد دیوارها در پلان نباید از 4 متر و ارتفاع آزاد آن نباید از 3/5 متر بیشتر در نظر گرفته شود. در دیوارهای با طول بیشــتر از 4 متر باید از عضــو قائم با مقطع فولادی یا بتنی به عنوان تکیه گاه، جهت مهار خارج از صــفحه دیوار (وادار) استفاده نمود. در دیوارهای با ارتفاع بیش از 3/5 متر باید با استفاده از عضو افقی با مقطع فولادی یا بتنی (تیرک) ارتفاع آزاد را کاهش داد. جزییات وادارها و تیرک ها در این فصــل ارائه شــده اســت. در دیوارهای پانلی کارخانه ای و دیوارهای مسلح شده به شبکه  الیاف، ارتفاع دیوار می‌تواند تا حدی که برای برش و خمش عمود بر صفحه طراحی شده، افزایش داده شود. در این دیوارها احتیاجی به استفاده از وادار نیست. باید توجه شود که مقطع والپست ها، تسلیح بین آن ها و میزان تسلیح انجام شده با مش الیاف باید طبق ضوابط ارائه شده در این فصل و با محاسبه تعیین شود. 

2-2-12- طراحی دیوارها 

دیوارها باید براي بارهای اینرسی ایجاد شده در آنها، در جهت عمود بر صفحه طراحی شوند. دیوار تحت تاثیر بار محوری ناشی از وزن آن و بسته به شرایط تکیه گاهی آن، تحت اثر برش و خمش خارج از صفحه عمودی یا افقی و یا هر دو قرار می‌گیرد. این دیوارها باید طبق ضـوابط این فصـل طراحی شـده و میزان تسـلیح آنها تعیین شـود. شـرایط مرزی تحت نیروهای عمود بر صفحه باید به صورت مفصلی یا آزاد با توجه به جزییات و نحوه اجرای مهارها در نظر گرفته شود. 

1-2-2-12- دیوارهای پانلی 

دیوارهای پانلی کارخانه ای که به صورت نوارهای قائم در طول دیوار نصب می شوند مجاز به استفاده در ساختمان ها به عنوان دیوار خارجی، می‌باشــند. در این حالت دیوار به صــورت یک دال یک طرفه عمل می کند. دیوار باید با اســتفاده از نبشی یا المان مشابه در جهت خارج از صفحه، در تراز سقف و کف مهار شود. در این حالت باید اتصال پانل دیوار در تراز سقف با نبشی به صورت کشویی بوده و دیوار اجازه جابجایی داخل صفحه را دا شته باشد. در این نوع دیوارها نیازی به اجرای وادار نمی‌باشد. 

در صورتی که ارتفاع دیوار به اندازه ای باشد که پانل، قابلیت تحمل بار  خمشی وارد بر آن را نداشته باشد، باید از تیرک در تراز میانی استفاده نمود. تیرک مورد استفاده به صورت نشیمن به ستون ها متصل می‌شود. دیوارهای پانلی مورد استفاده در صنعت ساختمان باید دارای گواهی نامه فنی از مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی باشند. ا ستفاده از دیوارهای پانلی در بیمارستان ها توصیه می‌شود. 

2-2-2-12- دیوارهای بلوکی  

در دیوارهای بلوکی، دیوار مشابه با یک پوسته و دال دو طرفه طراحی می شود. در این حالت جداسازی در جهت داخل صفحه و مهار در جهت خارج از صفحه می تواند توسط نبشی های فولادی و یا بست های U شکل متصل به دال سازه اي در تراز سقف و نبشی یا بست های U شکل متصل به ستون ها در دو انتهاي (طرفین) دیوار و یا وادارهای میانی انجام شـود. نبشـی های فولادی می‌توانند منقطع یا پیوسـته باشـند و باید برای نیروی خارج از صـفحه طراحی شـوند. در این دیوارها باید از المان مسلح کننده میلگرد بستر مورب یا نردبانی برای دیوارهای دارای ملات ماسه سیمان و از بست های فولادی منقطع یا پیوسته برای دیوارهای دارای ملات بســـتر نازک و یا محصـولات جدید مانند مش الیاف، جهت یکپارچه سازی و حفظ پیوستگی دیوار استفاده نمود . 

در دیوارهای ساخته شده از قاب فولادی سبک سردنورد (LSF) باید توجه شود که تیرک پانل سرد نورد نباید به سقف متصل شود. در این حالت می توان از تیرک تغییر شکل دهنده (دو تیرک قرار گرفته در درون هم که به صورت کشویی امکان جابجایی دارند و تیرک بالا به سقف متصل بوده و تیرک پایین به قاب سرد نورد متصل است) استفاده نمود  (شکل12-1).

برای جزییات بیشتر در مورد این دیوارها می‌توان به نشریه 612 سازمان برنامه و بودجه مراجعه کرد. 

3-2-2-12- طراحی  میلگرد بستر یا بست برای مهار خمشی خارج از صفحه دیوار بنایی در راستای افقی  

طراحی دیوارهای بنائی برای تحمل خمش خارج از صفحه ناشی  از بارهای جانبی، همانند تمامی اعضای سازه ای و غیر سازه ای، به هر دو عامل تقاضا  و ظرفیت وابسته  است . ازآنجا که مقدار ظرفیت (مقاومت) یک دیوار بنایی ارتباط مستقیم با مقدار سختی  آن دارد و سختی ، عامل تعیین کننده الگوی توزیع بارهای وارد بر دیوار است ، تغییر در مقدار ظرفیت دیوار به تغییر در تقاضای وارد به دیوار منجر خواهد شد . به این ترتیب، طراحی این دیوارها فرآیندی تکراری را شامل می‌شود. 

مراحل طراحی میلگرد بستر به شرح زیر می‌باشد: 

1-3-2-2-12- برآورد مقاومت دیوار 

با در نظر گرفتن مشخصات  اولیه برای مصالح  و مقادیر حداقلی برای مقدار میلگرد بستر ، مقاومت دیوارهای بنایی در راستای غیرمسلح و مسلح باید تعیین شود. 

الف - مشخصات مصالح مصرفی 

مقاومت فشاری دیوارهای بنائی (fm)  براساس نتایج حاصل از آزمون های مصالح، تعیین می‌شود.   

مدول گسیختگی دیوارهای بنائی (fr) براي دیوارهای آجری و بلوک سیمانی و سفالی، از جدول (12-1) استخراج شده و برای دیوارهای بنائی AAC از رابطه (12-1) تعیین می‌شود. در این رابطه، واحد fr و fm براساس MPa می‌باشد. 

f 'm−AAC: مقاومت فشاري بلوک AAC با توجه به مشخصات ارائه شده توسط شرکت سازنده و یا انجام آزمایش فشاری بر روی بلوک 

ب - مقاومت خمشی اسمی دیوار بنائی در راستای قائم ( راستای غیر مسلح) :

مقاومت خمشی اسمی دیوارهاي بنائی در راستای قائم (شامل دیوارهای با بلوک رسی، سیمانی و AAC)، با استفاده از رابطه زیر به دست می‌آید: 

که در آن، Mn مقاومت خمشی اسمی دیوار (fr ،(N.mm مدول گسیختگی دیوار (MPa) بر اساس قسمت (ب) این بند، Ig ممان اینرسی مقطع مؤثر ترک نخورده دیوار در جهت خارج از صفحه (mm⁴) و C فاصله مرکز سطح مقطع مؤثر دیوار تا دورترین تار کششی (mm) است. براي محاسبه Ig در واحدهای آجری و AAC توپر از رابطه Ig=bh³/12 استفاده می‌شود که در آن، b=1000mm و h برابر با ضخامت دیوار منظور می‌شود. بدیهی است که در این شرایط، C=0.5h خواهد بود. 

برای دیوارهای ساخته شده از بلوک های توخالی، می‌توان رابطه (12-4) برای تعیین مقاومت خمشی اسمی در واحد طول دیوار را به صورت زیر تقریب زد: 

که در آن، h ضخامت دیوار و ts ضخامت پوسته واحدهای بنایی (هر دو برحسب mm) است. 

ج - مقاومت خمشی اسمی دیوار بنائی مسلح: 

حداقل سطح مقطع قطعه مسلح کننده 0/0003 سطح مقطع موثر دیوار در برش خارج از صفحه می‌باشد و حداکثر فاصله قائم قطعات مسلح کننده در ارتفاع دیوار یک متر است. برای دیوارهای بنایی مسلح، مقدار لنگر خمشی اسمی خارج از صفحه با در نظر گرفتن فرضیات نمایش داده شده در شکل زیر و از رابطه (12-5) به دست می آید. لازم به اشاره است با توجه به اینکه جداسازی دیوار از تمامی جداره های پیرامونی انجام شده است، از اثر حضور بارهای محوری در تعیین مقاومت خمشی صرف نظر می‌شود. 

در این روابط، As سطح مقطع فولاد تحت کشش (میلگردهای بستر واقع در یک رج) (Fy ،(mm² مقاومت تسلیم فولاد تحت کشش MPa و B فاصله میلگردهای بستر از یکدیگر در ارتفاع دیوار (mm) می‌باشد. براي دیوارهاي با واحد بنائی توپر، d=0.5h و برای دیوارهای بنائی با واحد بنائی توخالی، d فاصله دورترین تار فشاری تا میانه ضخامت پوسته کششی بلوک توخالی است. مقادیر α و β بر اساس شکل (12-2) و( 12-3) تعیین می‌شوند.

د - مقاومت خمشی طراحی 

مقاومت خمشی طراحی دیوارهای بنائی در راستای قائم (غیر مسلح) با ضرب مقاومت اسمی در ضریب کاهش مقاومت ϕ به دست خواهد آمد. 

(7-12)                          Md=φMn

مقدار این ضریب برای راستای قائم (غیرمسلح) برابر با 0/6 و برای راستای مسلح به میلگرد بستر برابر با 0/9 تعیین می‌شود. 

2-3-2-2-12- تقاضای وارد بر دیوار بنایی 

بارهای خارج از صفحه وارد بر دیوار بنایی، براساس ترکیب بارهای مشخص شده در فصل سوم تعیین میشود (ωu). نسبت مقاومت خمشی اسمی دیوار در راستای قائم (غیرمسلح) به مقاومت خمشی اسمی دیوار در راستاي افقی (مسلح) تعیین می‌شود. 

براساس مقدار نسبت h/l و همچنین، وضعیت اتصالات پیرامونی دیوار، ضریبی به نام α2 تعیین می‌شود. با توجه امکان اتصال یا عدم اتصال به سقف با توجه به ضوابط این فصل، در روش تسلیح با میلگرد یا تسمه در راستای افقی و الزام عدم آزاد بودن لبه دیوار، یکی از دو وضعیت چهار طرف مفصل و یا سه طرف مفصل و یک طرف آزاد (در صورت عدم اجراي نبشی مهار دیوار در تراز سقف) در این روش تسلیح امکان پذیر است که جداول متناظر آن در جداول 12-2 و 12-3 مشخص شده است. در این جدول، h ارتفاع دیوار و l طول دیوار است. 

مقدار تقاضای خمشی وارد بر دیوار در دو راستای قائم و افقی با استفاده از روابط زیر تعیین می‌شود: 

در این روابط، Mu2 تقاضاي خمشی افقی و Mu1 تقاضای خمشی قائم است. در هر دو جهت افقی و قائم باید رابطه Md>Mu برقرار باشد. 

4-2-2-12- طراحی والپست 

والپست دو وظیفه اساسی دارد. محدود کردن طول آزاد دیوار و انتقال بارهای توزیع شده در راستای افقی به تیرها. در صورت یکه نیروی وارده به دیوار از مقاومت خمشی آن در راستای قائم بیشتر باشد یک راهکار، توزیع عکس العمل دیوار در دو جهت افقی و قائم می باشد. بدین منظور با اجرای والپست طول آزاد دیوار را محدود می کنند تا قسمتی از بارهای عمود بر صفحه وارده به دیوار در راستای افقی توزیع شوند. باید توجه داشت که در رفتار پوسته ای اگر نسبت یک بعد به میزان قابل توجهی بزرگتر از بعد دیگر شود رفتار به سمت رفتار استوانه سوق پیدا میکند و عملاً اجرای والپست تاثیر مورد نظر را نخواهد داشت. (سهم راستای افقی در صورتی که فاصله والپست ها بیش از دو برابر ارتفاع دیوار باشد تقریباً نزدیک به صفر می شود) بنابراین حداکثر فاصله والپست ها به 4 متر محدود شده است. باید توجه کرد که مقاومت دیوار جداسازی شده غیر مسلح در راستای افقی ناچیز است. بنابراین اجرای والپست باید همراه با تسلیح دیوار باشد چون در غیر اینصورت با اجرای والپست تقاضای خمشی افقی در دیوار بیشتر از ظرفیت آن شده و اجرای والپست بدون تسلیح دیوار باعث خرابی دیوار در نیروی کمتری می‌شود . 

والپست باید برای بار خمشی گسترده خارج از صفحه وارده بر آن با توجه به سهم بارگیر راستای افقی در بند 12-2-2-3 به صورت یک تیر دو سر مفصل طراحی شود. این سهم وابسته به میزان تسلیح دیوار در راستای افقی است. توجه شود که با توجه به فرض صرف نظر کردن از مقاومت افقی در دیوار فاقد تسلیح، طراحی و اجرای والپست بلا موضوع است. در صورت طراحی والپست با جزییات ارائه شده در این فصل لازم نیست که اثر نیروی محوری در نظر گرفته شود. اما در صورتی که برای والپست کاملاً مهار شده از ضوابط این فصل استفاده نشود (والپست به سقف جوش شود یا به هر طریق دیگر تحت اثر خیز سقف به آن نیرو اعمال شود) توجه شود که والپست باید تحت اثر ترکیب نیروی محوری ناشی از خیز سقف و لنگر عمود بر صفحه ناشی از بار باد یا زلزله به صورت تیر - ستون طراحی شود. توجه شود که اجرای هر نوع والپست در مجاورت ستون ممنوع می‌باشد. 

5-2-2-12- طراحی دیوار تقویت شده با بتن مسلح شده با الیاف 

در حالت تسلیح دیوار با ملات مسلح شده با مش الیاف در راستای قائم با توجه به افزایش ظرفیت خمشی در راستای قائم نیازی به توزیع بار عمود بر صــفحه در دو راســتا نمی باشــد و همچنین نیازی به اجرای والپست یا مهار دیوار در مجاورت ستون ها با بست یا نبشی  نیست . در این حالت رفتار دیوار به صورت خمش یک جهته ا ست . ظرفیت خمشی دیوار با فرض اینکه ک شش توسط الیاف و فشار توسط بلوک تحمل می شود به صورت محافظه کارانه از رابطه زیر قابل محاسبه است . توجه شود در این محاسبات مقاومت الیاف پس از انجام آزمون مقاومت قلیایی استاندارد باید در محاسبات لحاظ شود. توجه شود که به علت رفت و برگشتی بودن بار باد و زلزله، تسلیح دیوار با ملات مسلح شده با مش الیاف باید در دو سمت دیوار انجام شود . توجه شود که مش الیاف مورد استفاده باید حتماً  به صورت دو جهته باشد. در این حالت مش راستای عمود باعث انتقال بار از طریق ملات به الیاف و عملکرد مناسب الیاف در ملات نازک می شود. 

که در آن :

Md مقاومت خمشی یک متر طول دیوار برحسب N.m/m 

γ : نسبت پوشش سطح دیوار با مش الیاف به کل سطح دیوار است. 

ftf:  متوسط مقاومت کششی منهای انحراف معیار، پنجاه میلی مترعرض مش الیاف برای 6 نمونه مش الیاف پس از 28 روز قرارگیری در محلول قلیایی طبق استاندارد مربوطه  بر حسب N  می‌باشد. 

 tw: ضخامت بلوک بر حسب  m می‌باشد و 

 ϕ ضریب کاهش مقاومت است که برابر با 0/9 می‌باشد. 

مقدار تقاضای خمشی وارد بر دیوار در راستای قائم Mu با استفاده از روابط زیر تعیین می‌شود: 

که در آن ωu بارهای خارج از صفحه  وارد بر دیوار بنایی، براساس ترکیب بارهای مشخص شده در فصل سوم  است و h ارتفاع آزاد دیوار می‌باشـد. همچنین اجرای بتن مسـلح شـده با مش الیاف بر مودهای خرابی مقاومت داخل صـفحه دیوار تاثیر میگذارد.