تعریف دیوار برشی:

دیواری که از قطعات برشی ساخته شده و وظیفه آن مقاومت در برابر نیروهای جانبی از جمله نیروی زلزله و باد در سازه می باشد و با ایجاد سختی جانبی در سازه و  تغییر شکل‌های خود باعث استهلاک انرژی می شود را دیوار برشی می گویند. دیوار برشی نوعی از سیستم سازه ای است که بارهای جانبی در یک صفحه و در طول بعد قائم دیوار اعمال می‌شوند.

انواع دیوار برشی :

1. دیوار برشی بتنی
2. دیوار برشی فولادی
3. دیوار برشی فولادی مرکب
4. دیوار برشی مصالح بنایی‌

که از بین دیوارهای نام برده شده قصد داریم به بررسی دیوار برشی فولادی بپردازیم.

تعریفی از دیوار برشی فولادی :

سیستم دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در دهه های اخیر به سرعت در دنیا به ویژه در کشورهای زلزله خیزی مانند ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفته است.

و از این سیستم برای ساخت و مقاوم‌سازی ساختمان‌های مهمی چون ساختمان مرکز درمانی در چارلستون و ساختمان کتابخانه ایالتی اورگان در آمریکا می توان اشاره کرد.

دیوار برشی فولادی از ورق فولادی که توسط  تیرها و ستون‌ها احاطه شده ‌است ساخته می شود.

در ورق فولادی در صورت نیاز می توان بازشو با شکل ها و ابعاد و اندازه های گوناگون ایجاد نمود.

دیوار برشی فولادی شبیه تیرورق طره‌ای عمل می کند و اجزای تشکیل دهنده آن به شرح زیر است:

• صفحه ورق جان دیوار (web plate)
• المان های مرزی قائم یا ستون ها (Vertical Boundary Elements)
• المان­های مرزی افقی یا تیرها  (Horizontal Boundary Elements)
• سخت‌کننده‌های افقی و قائم (Vertical and Horizontal Stiffeners)

در این سیستم اتصال بین تیرها و ستون ها می تواند صلب یا ساده باشد و در دیوار برشی فولادی ستون ها به دلیل قوی بودن می توانند نقش خوبی را در باربری ایفا کنند.

برای جلوگیری از کمانش ورق فولادی به ویژه در ناحیه ی الاستیک، می توان ورق فولادی را به کمک سخت کننده های عمودی و افقی تقویت نمود. تقویت ورق باعث جلوگیری از کمانش تحت اثر بارهای سرویس شده و همچنین باعث بهبود رفتار و عملکرد ورق بخصوص در محیط پلاستیک نیز میگردد.

انواع دیوار برشی فولادی :

1- دیوار برشی فلزی تقویت ‌شده با سخت‌کننده (Steel Plate Shear Wall With Stiffeners) :

در این نوع دیوارها سخت کننده‌ها ظرفیت کمانشی ورق جان دیوار برشی را افزایش می‌دهد.

2- دیوار برشی فولادی بدون سخت‌کننده (Steel Plate Shear Wall Without Stiffeners) :

در این نوع دیوارها ورق جان مقاومت فشاری کمی دارد در نتیجه کمانش بر اثر بارهای کوچک به وجود می‌آید. از طرفی بارهای جانبی توسط مقاومت کششی قطری به وجود آمده در جان دیوار تحمل می‌شود.

3- دیوارهای برشی فولادی موجدار (corrugated steel plate shear walls ) :

در دیوار برشی فولادی موجدار به علت وجود خم های متعدد در ورق و تبدیل نیروی درون صفحه ای به نیروهای برون صفحه ای و برعکس ورق های صاف تشکیل دهنده ورق موجدار یکدیگر را مقید نموده و در واقع نقش سخت کننده ها را ایفا می نمایند. بنابراین دیوار برشی فولادی موجدار را از نظر عملکرد سازهای می توان جزء دیوارهای برشی سخت شده محسوب نمود. دیوارهای برشی فولادی موجدار می توانند مزایای هر دو نوع دیوار برشی سخت شده و سخت نشده را دارا باشند.

4- دیوار برشی فو‌لادی کوپله (Couple steel shear wall) :

دیوار برشی فولادی کوپله یک سیستم کارآمد برای مقابله با نیروهای جانبی به ویژه در مناطق با لرزه‌ خیزی بالا می‌باشد. این سیستم در واقع از دو پایه دیوار که هر کدام از آن‌ها یک دیوار برشی فولادی ویژه می‌باشند و در تراز طبقات به وسیله‌ی تیرهای همبند به یکدیگر متصل هستند تشکیل شده است.

دیوار های برشی فولادی از نظر اجرایی، پیچیدگی خاصی ندارند و دارای سیستم ساده هستند و مهندسین و کارگران فنی با دانش فنی موجود و بدون نیاز به کسب مهارت جدید می توانند آن را اجرا نمایند. دقت و مهارت انجام کار در حد متعارف در اجرای سازه های فولادی است.

اعضای اسکلت فلزی در محل کارخانه تولید می شود و اتصال المان ها با روق های فولادی صورت پیچی و یا جوشی انجام می شود. پس از حمل به کارگاه توسط جرثقیل اسکلت فلزی و ورق‌های فولادی در محل خود قرار نصب شده و اتصال دائم و کامل ورق‌ها به المان‌های اطراف تامین می‌شود.

مزایای دیوار برشی فولادی نسبت به دیوار برشی بتنی :

• کاهش حجم جوشکاری
• کاهش هزینه مصالح فولادی
• کوچک بودن بعد جوش اتصال ورق فولادی
• جایگزین کردن اتصالات پیچی به ­جای اتصالات جوشی
• اشغال کمتر فضای معماری نسبت به سایر سیستم ‌های باربر جانبی
• سیستمی مناسب و کم هزینه جهت مقاوم سازی بناهای قدیمی و آسیب دیده
• امکان تعبیه بازشو به شرط استفاده از سخت کننده ها در اطراف آن به صورت دلخواه
• وزن کم در مقایسه با دیوار برشی بتنی و اعمال نیروهای کمتر به ستون ها و فونداسیون
• نصب سریع و هزینه پایین اجرا و کنترل کیفیت و در نتیجه  کارایی و استفاده بیشتر این سیستم
• افزایش ضریب رفتار وشکل ‌پذیری و قابلیت جذب انرژی بیشتر نسبت به سایر سیستم‌های باربر جانبی
• استفاده از اتصالات مفصلی با جوش گوشه در همه اتصالات قاب بجز اتصال اعضای احاطه کننده ورق فولادی
• دارای سختی اولیه نسبتأ بالا و موثر بودن در محدود کردن تغییر مکان های نسبی بویژه در ساختمان های بلند

4 روش تحلیل دیوار برشی فلزی :

• روش مدل نواری
• روش غیرخطی
• روش اجزا محدود
• روش غشا ارتوتروپیک

از میان 4 روش نام برده شده روش مدل نواری توسط آیین ‌نامه AISC341 راهنمای شماره 20 آیین نامه به دلیل قابل فهم بودن و عدم نیاز به نرم افزارهای پیشرفته تحلیل ارائه‌ شده است.

جزئيات اجرایی :

در شکل زیر که ورق فولادی بوسیله یک تیغه فولادی به تیرها و ستون های اطراف متصل شده است. اتصال ورق به تیغه بوسیله جوش و یا پیچ و مهره انجام می شود.

ضخامت تیغه فولادی tf بیش از ضخامت ورق فولادی tw باشد که توصیه می شود Tf < 1.2 tw  باشد.

عرض تیغه فولادی e باید به فواصل مورد نیاز برای e1 و e2 که در شکل نشان داده شده اند، طوری انتخاب شوند که اثر جوش ها روی هم باعث تضعیف اتصال نگردد. در صورت استفاده از پیچ برای اتصال ورق فولادی به تیغه این فواصل را محاسبات مربوط به این نوع اتصال با توجه به نیروهای وارده تعیین می نمایند.