وادار قائم وال پست چیست؟ + یک مثال طراحی

پس از زلزله شدیدی که در کرمانشاه در سال 96 رخ داد و بررسی ساختمان های آسیب دیده، مشخص گردید که بیشتر خرابی ها از ناحیه دیوارها بوده است و با وجود علمکرد صحیح تیر و ستون ها ساختمان ها از این ناحیه دچار مشکل گردیده بودند.
پس از آن ساخت بناهایی مقاوم و مستحکم، خصوصاً در برابر زلزله و سایر حوادث طبیعی، دغدغه بسیاری از کارشناسان و متخصصان حوزه ساخت و ساز شد. لذا این اتفاق سبب شد که در پی آن مهندسین و مدیران دستگاه های مربوطه دست به کار شوند و پیوست ششم استاندارد 2800 را ارائه بدهند. در این استاندارد به طور کامل با جزئیات لازم به موضوع وال پست پرداخته شد.
طبق این آیین نامه، استثنایی برای هیچ ساختمان اسکلت فولادی و بتنی جهت عدم اجرای وال پست داده نشده است. پس ضروری است که در ساختمان ها با هر تعداد طبقه سیستم وال پست جهت تامین مقاومت مورد نیاز دیوار های غیر سازه ای اجرا گردد.

تفاوت دیتیل های اجرایی ارائه شده در پیوست ششم با سیستم قبلی در چیست ؟

در دیتیل های مرسوم اجرای وال پست از نبشی سرتاسری کنار ستون و متصل به زیر تیر برای مهار دیوار در برابر نیروهای جانبی لرزه ای استفاده می شد. این دیتیل ها بخاطر سختی که ایجاد می کردند سبب جذب نیروی بیشتر شده و خطر تخریب و آسیب را بالاتر می برند. در واقع در این روش اجرا وادارها به نقاط حساس سازه ای متصل می شوند که باعث ایجاد آسیب در اعضای سازه ای می گردند. به عنوان مثال وقتی وادارهای کنار ستون با فاصله کمی ( حدود 5 سانتی متر) از ستون به زیر تیر متصل می شود. در واقع اتصال وادار به تیر در ناحیه حفاظت شده تیر انجام شده است و این موضوع به صراحت در در مباحث آیین نامه ای لرزه ای منع شده است. چراکه در این ناحیه نباید هیچ گونه اتصالی به تیر صورت گیرد. ( به طور تقریبی طول ناحیه حافظت شده از بَر ستون، حدود دو برابر ارتفاع تیر می باشد.)
به همین خاطر پیوست ششم استاندارد 2800، باتوجه به نوع دیوارها توصیه های زیر را ارائه داده است؛
دیوار های خارجی : دیوارهایی که بین دو ستون در یک قاب خمشی و یا بین دیوار برشی و ستون قرار می گیرند.این دیوارها بایستی به نحوی مناسب در سه سمت قاب جداسازی شده و در برابر نیروهای خارج ار صفحه نیز مهار گردند.
دیوار داخلی : دیوارهایی که داخل پلان و در تقاطع با دیوارهای اصلی هستند.
دیوار خارجی بایستی به اندازه حداکثر تغییرمکان نسبی طبقه یا یک صدم ارتفاع طبقه (کف تا کف طبقه) یا 3 سانتی متر، هرکدام بیشتر بود،ازستون یا دیوار برشی اطراف دهانه فاصله داشته باشند.

لزوم استفاده از وادار میانی چیست؟

مطابق پیوست ششم استاندارد 2800 المان های موجود در اطراف قاب ها را قطعات اتصال نامیده و وال پست های میانی را ( در صورت نیاز) وادار می نامیم.
طبق پ6-1-4-2-2- در دیوار های غیر سازه ای در فواصل بیت ستون ها برای مهار خارج از صفحه دیوار بسته به نوع و طول دیوار، ممکن است نیاز به وادار باشد. برای انتقال بار به وادار استفاده از اتصالات جوشی یا پیچی نظایر آن ها به وادار مجاز است ولی نباید از مقاومت اصطکاکی ناشی از بارهای ثقلی استفاده شود. دیوار با توجه به بارهای وارده و شرایط لبه های آن در بالا (زیر سقف) و دو لبه قائ دو طرف دیوار و شرایط مرزی زیر ( روی کف) کنترل شود و بر این اساس حداقل طول دیوار که نیاز به مهار با استفاده از وادار دارد محاسبه شود.
فواصل وادار ها را می توان براساس محاسبه ظرفیت خمشی پانل دیوار با فرض شرایط تکیه گاهی لبه ها و اعمال بار وارد بر دیوار تعیین کرد. به طوری که یکی از موارد مهم استفاده از وال پست، حفظ و پایداری دیوار در برابر نیروهای عممود بر صفحه است. وادارهای میانی به دو صورت افقی و عمودی می باشد.
– در دیوارهای خارجی و داخلی اگر طول دیوار بیشتر از 4 متر باشد، باید از وادار میانی عمودی استفاده کرد.
– همچنین اگر ارتفاع دیوار از 3.5 متر بیشتر شود بایستی حتما از یک وادار میانی افقی در طول دیوار تعبیه شود.
نکته : اتصال وادار میانی عمودی به زیر تیر باید به گونه ای باشد که آزادی حرکت جانبی را در داخل صفحه دیوار تامین نماید. به همین دلیل در دیوارهای خارجی به هیچ عنوان نباید وادار عمودی به نبشی ها و یا ناودانی های متصل به زیر تیر جوش شود. اصطلاحاّ در دیوارهای خارجی بایستی اتصال بصورت کشویی باشد.
درصورتی که طول دیوار (داخلی یا خارجی) بیش از 4 متر باشد می بایست وادار میانی عمودی طراحی و اجرا شود.
در زیر نحوه طراحی وادار عمودی در قالبی مثالی حل شده آورده شده است؛

مثال حل شده برای طراحی وادارهای میانی

مثال: مطلوب است طراحی وادار میانی برای برش مقطع در دیوار به طول 12 متر و ارتفاع 3 متر با استفاده از بلوک های سفالی اجرا می گردد. ( مطابق شکل زیر)

فرضیات مسئله:
دیوار واقع در طبقه ششم از یک ساختمان 12 طبقه مسکونی واقع در تهران بوده و نوع خاک تیپ 2 میباشد. (ارتفاع طبقات را 3.5 می گیریم)
وزن بلوک سفالی با ملات ماسه سیمان 850 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

حل :
ابتدا وزن هر متر مربع دیوار با آجر مجوف سفالی به ضخامت 15 سانتی متر را حساب کرده و سپس باتوجه به سطح بارگیر وادار میانی، بار خطی گسترده روی دیوار را بدست می آوریم.

در طراحی مورد نظر نیاز با توجه به طول دیوار که 12 متر است نیاز به طراحی دو وادار داریم که طراحی مشابه دارند، به همین دلیل تنها روند محاسبه یکی از آن ها را قرار می دهیم.
حال با توجه به رابطه 4-1 استاندارد 2800 که در خصوص محاسبه نیروی جانبی زلزله به اجزای غیرسازه ای می باشد مقدار نیروی وارده ناشی از زلزله را محاسبه می کنیم.

Vpu نیروی جانبی وارده در هر دو راستای داخل و خارج صفحه به دیوار می باشد.
تذکر: در جدول 4-1 استاندارد 2800 ضرایب جزء معماری برای دیوار های خارجی غیرسازه ای به ترتیب ap=1 و Rpu=2.5 می باشد.
توجه شود در رابطه فوق Z ارتفاع مرکز جرم دیوار طبقه ششم است. همچنین ضریب اهمیت جزء برای دیوار پیرامونی به دلیل لزوم حفظ پایداری آن پس از زلزله 1.4 می باشد.
حال وادار میانی را به صورت تیری دو سر مفصل به طول 3 متر تحت بار گسترده خطی 528 کیلوگرم بر متر در نظر گرفته و مقطع مورد نظر آن را تحت خمش و برش طراحی می کنیم.

طراحی خمشی : 

مقطعی را باید در نظر گرفت که اساس مقطع پلاستیک آن از مقدار محاسباتی بیشتر باشد. (لازم به ذکر است که ابعاد مقطع انتخابی بایستی باتوجه به محدودیت های قرارگیری بلوک داخل مقطع بوده و همچنین اندازه بال کافی جهت مهار خارج از صفحه بلوک ها نیز دارا باشد) به همین دلیل مقطع تیر ورق شکل زیر را برای دیوار در نظر می گیریم. (امکان قرارگیری بلوک 15 سانتی داخل مقطع)

نکته مهم : طراحی ما براساس Zx مقطع انجام می شود چراکه همانگونه که در شکل مشاهده گردید در راستای داخل صفحه دیوار اتصال فوقانی وادار به صورت کشویی بوده و مقطع در راستای داخل صفحه در برابر جابجایی مقید نشده است پس به صورت تئوری لنگر را تحمل نمی کند (نیازی به اساس مقطع Zy نیست)
طراحی برشی مقطع :
مقاومت برشی اسمی Vn بر اساس حالت های حدی تسلیم تنش و کمانش برشی طبق بند 10-2-6-2-1 به صورت زیر محاصبه می شود:

برای تمام مقاطع بجز مقاطع لوله ای از رابطه زیر استفاده می شود؛

حذف وادارهای قائم در سیستم وال مش

همانطور که در مثال بالا توضیح داده شد شما روند تنها طراحی برش برای وادار عمودی را فرا گرفتید. طراحی و اجرای وال پست کمی پیچیده و زمان بر است و نیاز به افراد متخصص در این زمینه دارد، به همین دلیل به بهبود این روش مسلح سازی دیوارهای غیرسازه ای پرداخته شده است و متد دیگری ارائه گشته است که روند اجرای بسیار ساده داشته و پیچیدگی های این روش را نیز ندارد. وال مش پیشنهادی است که برای طراحی دیوار های غیر سازه ای مطرح است ، در این روش که کلا وادارها حذف شده اند با استفاده از سیستم FRCM برای طراحی دیوار ها وال مش اجرا می گردد.

ویژگی های برتر سیستم وال مش چیست؟

در واقع وال مش شامل استفاده از پارچه تقویت شده انعطاف پذیر است که پارچه را می توان برش داد و شکل داد تا متناسب با نیازهای خاص، یک ساختار منحصر بفرد به خود بگیرد. از ویژگی های این سیستم به موارد زیر می توان اشاره کرد ؛

• سبک وزن

در مقایسه با وال پست سنتی، وال مش دیوارهای غیرسازه‌ایی ساختمان را بدون افزایش وزن سازه، مهار می‌ کنند .

      انعطاف پذیر
با انعطاف پذیری بیشتر نسبت به وال پست‌های فلزی سخت، دیوارهایی با شکل پذیری بهتر با کمک وال مش، ارائه می ‌شود.

• ماندگاری بالا

وال مش‌ها فرسوده نمی‌شوند و در برابر عوامل محیطی مخرب، بی‌اثرند. این در حالی است که وال پست سنتی با مشکلات فرسایش نیز مواجه خواهد شد.

• مقرون به صرفه

با استفاده از وال مش، هزینه تقویت دیوارهای جداکننده پیرامونی و داخلی، نسبت به استفاده از وال پست‌های فلزی، به طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت.

• نصب آسان و سریع

نصب و اجرای وال مش نیازی به نیروی کار متخصص و ابزار پیچیده ندارد، بنابراین آسان‌ تر و سریع ‌تر انجام می‌ شود.

• ساختاری ساده

در وال مش‌ ها، وادارهای فلزی و میلگردهای بستر به طور کامل حذف شده است. پس از ساختاری ساده‌ تر اما با مقاومت بیشتر، بهره می ‌برند.

آیا اجرای وال مش به جای وال پست در دیوارها مورد تایید آیین نامه است؟

هر چند جزئیات مربوط به طراحی و اجرای وال مش بسیار کمتر از وال پست‌های فلزی می باشد، اما هنوز هم قوانین و اصول خاصی برای طراحی و نصب این نوع وال پست جدید وجود دارد که حتماً باید در نظر گرفته شوند.

•  آیین‌نامه نشریه ضابطه شماره ۸۱۹ مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی: راهنمای طراحی سازه‌ای و جزئیات اجرایی دیوارهای غیرسازه‌ای: اصول مرتبط با طراحی وال مش‌ها و اجرای آن‌ها، مبحثی است که در این آیین نامه مورد بررسی قرار می‌گیرد. در بخش 3-2-7 آیین نامه 819، درباره مسلح کردن دیوار به مش الیاف توضیحات کاملی ارائه می گردد.
• پیوست ششم آیین نامه 2800: طراحی لرزه ای و اجرای اجزاء غیر سازه‌ای معماری: یکی دیگر از منابع مهم مورد استفاده برای طراحی وال مش‌ها به شکلی اصولی، پیوست ششم آیین نامه 2800 است. در بخش پ6-1-4-2-11 این آیین نامه، روش‌های نوین مهار دیوار بیان گردیده‌اند که اولین روش معرفی شده، “مسلح کردن دیوار با شبکه الیاف” می باشد.
• آیین نامه ACI 549: آیین نامه ACI 549 یکی دیگر از مرجع‌های مورد نیاز برای طراحی وال مش محسوب می شود. در این آیین نامه جزئیات و ضوابط مرتبط با مقاوم سازی با کامپوزیت FRCM، مورد بحث قرار گرفته شده است.
• نشریه 714 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور: «دستورالعمل طراحی سازه ای و الزامات و ضوابط عملکردی و اجرایی نمای خارجی ساختمان ها»  نشریه 714 به بیان جزئیات و اصول مربوط به ساخت بنا، با در نظر گرفتن بارهای لرزه‌ای، اختصاص دارد. در بخش‌های مختلف این نشریه ضوابط مربوط به بکارگیری مش الیاف برای مقاوم سازی نما، اشاره می‌شود.

همانطور که ملاحظه می شود سیستم وال مش سیستمی مورد تایید سازمان مسکن و مطابق آیین نامه هاست که علاوه بر روش اجرا و ویژگی های برتر، این روش دارای هزینه های مقرون بصرفه تر از وال پست نیز می باشد که آن را گزینه ای برتر در طراحی دیوارهای مقاوم مطرح کرده است. برای کسب اطلاعات بیشتر با مشاوران شرکت وال مش تماس بگیرید.