سختی و مقاومت دیوارهای مصالح بنایی

در این مقاله به طور جامع و کامل به تبیین و تحلیل سختی و مقاومت دیوارهای مصالح بنایی پرداخته شده است. همچنین، در انتهای مقاله، یک مثال کاربردی برای محاسبه سختی و مقاومت دیوارهای مصالح بنایی ارائه شده است.

1-انواع دیوار به لحاظ محاسباتی

مطابق دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود دیوارهای بنایی غیر مسلح که در درون صفحه خود تحت نیروی جانبی قرار دارند به دو نوع دیوار تقسیم می‌شوند:

نوع اول: دیوارهای برشی طره‌ای که تکیه‌گاه آن‌ها در برابر چرخش ثابت است که زین پس دیوار نامیده می‌شوند.

نوع دوم: پایه‌های بین بازشوهای درها و پنجره‌ها که در بالا و پایین در برابر چرخش ثابت هستند که زین پس پایه نامیده می‌شوند. 

مطابق بند 7-5-1-1 دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمانها، سختی داخل صفحه دیوارهای موجود در روش‌های خطی باید بر اساس روش‌های مقاومت مصالح و ضوابط این بند، با در نظر گرفتن تغییر شکل‌های خمشی و برشی تعیین شود. برای محاسبه سختی از مدول الاستیسیته Em ، مجموعه دیوار مصالح بنایی شامل واحد بنایی و ملات به صورت همگن در نظر گرفته می‌شود. سختی جانبی درون صفحه دیوار یکپارچه طره‌ای با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

متناظرا سختی جانبی درون صفحه‌ای پایه‌های بین بازشوها که در بالا و پایین در برابر چرخش بسته‌اند، با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

جهت مشاهده مثال محاسباتی سختی دیوارهای مصالح بنایی به انتهای مقاله مراجعه کنید.

2-مقاومت جانبی مورد انتظار دیوارها

مقاومت جانبی مورد انتظار QCE، برای پایه ها و دیوارهای مصالح بنایی موجود برابر کمترین مقاومت جانبی بر اساس مقاومت مورد انتظار حاصل از دو مود شکست برشی لغزشی و حرکت گهواره ای به ترتیب با استفاده از روابط زیر تعیین می‌گردد.

2-الف- مقاومت برشی لغزشی

مقاومت برشی لغزشی دیوارهای مصالح بنایی یکی از جنبه‌های مهم در طراحی و ارزیابی عملکرد دیوارهای بنایی در برابر بارهای جانبی، به ویژه در مواقعی مانند زلزله یا باد است. این مقاومت توانایی دیوار در مقابله با نیروهای برشی است که می‌تواند منجر به لغزش یا شکست دیوار شود. طراحی دیوارهای بنایی باید به گونه‌ای باشد که مقاومت کافی در برابر این نوع نیروها ایجاد کند تا از بروز خرابی و آسیب به ساختمان جلوگیری شود. در این مقاله، به بررسی عواملی که بر مقاومت برشی لغزشی دیوارهای مصالح بنایی تأثیر می‌گذارند، روش‌های محاسبه این مقاومت و روش‌های تقویت آن خواهیم پرداخت.

عوامل مؤثر در مقاومت برشی لغزشی دیوارهای مصالح بنایی

1. نوع و ویژگی‌های مصالح بنایی: مصالح مختلف بنایی، نظیر آجر، بلوک‌های سیمانی، و سنگ، خواص مکانیکی متفاوتی دارند که این خواص تأثیر مستقیمی بر مقاومت برشی دیوارها دارند. به طور خاص، ویژگی‌های کششی و فشاری مصالح، و نحوه چسبندگی بین آنها در برابر نیروهای برشی مؤثر است. برای مثال:

   • آجر: دارای مقاومت فشاری بالاست، ولی مقاومت کششی و برشی نسبت به سایر مصالح کمتر است.
   • بلوک‌های سیمانی: دارای استحکام بالاتر و دوام بیشتری در برابر نیروهای برشی هستند.
   • سنگ: مقاوم در برابر فشار است، اما در برابر نیروهای کششی و برشی ضعیف‌تر از آجر و بلوک‌های سیمانی عمل می‌کند.

2. ضخامت دیوار: یکی از مهم‌ترین عوامل در مقاومت برشی لغزشی دیوار، ضخامت آن است. دیوارهای ضخیم‌تر معمولاً مقاومت بیشتری در برابر برش دارند، زیرا نیروهای برشی به سطح مقطع بیشتری توزیع می‌شود و این باعث می‌شود تنش‌های برشی کمتری بر روی هر واحد سطح اعمال شود. به عبارت دیگر، هرچه ضخامت دیوار بیشتر باشد، ظرفیت تحمل برش دیوار نیز بیشتر خواهد بود.

3. اتصالات و پیوندها: نحوه اتصال دیوار به فونداسیون و سایر بخش‌های سازه تأثیر زیادی در مقاومت برشی دیوار دارد. اتصالات ضعیف یا نادرست می‌تواند موجب کاهش توانایی دیوار در تحمل نیروهای برشی و در نهایت باعث لغزش و شکست دیوار شود. دیوارهایی که به درستی به فونداسیون و دیگر اجزای ساختمان متصل شده‌اند، توانایی بیشتری در تحمل بارهای جانبی خواهند داشت.

4. نوع بارگذاری و شرایط جانبی: بارهای جانبی به ویژه در هنگام وقوع زلزله یا باد، اثر زیادی بر مقاومت برشی دیوار دارند. این بارها ممکن است به صورت یکپارچه یا متغیر بر دیوار وارد شوند. در بارگذاری‌های غیر یکنواخت، ممکن است تنش‌های برشی بیشتری در نواحی خاص از دیوار ایجاد شود که می‌تواند منجر به خرابی شود. برای دیوارهایی که تحت بارگذاری شدید قرار می‌گیرند، افزایش ضخامت یا استفاده از تقویت‌کننده‌ها پیشنهاد می‌شود.

5. مقدار و توزیع تنش‌های برشی: تنش‌های برشی ناشی از نیروهای خارجی، به ویژه بارهای جانبی، به صورت توزیع شده بر سطح دیوار ایجاد می‌شوند. در صورتی که این تنش‌ها به طور یکنواخت در دیوار توزیع نشوند، ممکن است در نواحی خاصی از دیوار، تنش‌های بیش از حدی ایجاد شود که باعث شکست یا لغزش می‌شود. بنابراین، طراحی دقیق و توزیع یکنواخت بار در سطح دیوار بسیار مهم است.

6. استفاده از تقویت‌کننده‌ها: در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی، برای افزایش مقاومت برشی دیوارهای بنایی، از میلگردها، شبکه‌های فولادی یا مواد تقویت‌کننده استفاده می‌شود. این تقویت‌کننده‌ها می‌توانند مقاومت برشی دیوار را به طور چشمگیری افزایش دهند، به ویژه در دیوارهایی که تحت بارگذاری شدید قرار دارند. این میلگردها و شبکه‌ها توانایی تحمل تنش‌های برشی بیشتر را فراهم می‌آورند و احتمال شکست دیوار را کاهش می‌دهند.

روش‌های محاسبه مقاومت برشی لغزشی دیوارهای مصالح بنایی

مقاومت برشی لغزشی دیوارهای بنایی به طور عمومی با استفاده از روابط مکانیکی محاسبه می‌شود. این محاسبات می‌تواند به صورت تقریبی یا دقیق انجام شود، به‌ویژه در شرایط خاص که تقویت‌کننده‌های فولادی استفاده می‌شود.

یک فرمول عمومی برای محاسبه مقاومت برشی لغزشی به شرح زیر است:

که در آن:

A_n : سطح مقطع خالص ملات

v_me : مقاومت مورد انتظار برشی لغزشی مصالح

V_bjs : مقاومت برشی مورد انتظار دیوار یا پایه

این فرمول برای دیوارهای غیر تقویت‌شده مناسب است، اما در مواردی که تقویت‌کننده‌هایی مانند میلگردها به دیوار اضافه می‌شود، باید ضریب‌های خاصی برای تأثیر آنها در نظر گرفته شود.

برای دیوارهای تقویت‌شده، از روابط پیچیده‌تر و محاسبات دقیق‌تری استفاده می‌شود که ممکن است شامل مدل‌های رفتاری مصالح در حالت کششی و فشاری نیز باشد. همچنین باید اثرات بارهای جانبی مانند زلزله یا باد را در محاسبات لحاظ کرد. 

این موارد خرابی عمدتاً در محل برخورد با مودهای خرابی دیگر اتفاق می افتد. این نوع خرابی سبب خردشدگی کمی در دیوار و مصالح آن می شود و ظرفیت جابجایی آن را محدود نمی کند، بنابراین استهلاک انرژی بوجود آمده در اثر نیروی زلزله به وسیله تئوری اصطکاک کولمب در دیوار ادامه خواهد یافت. این مود خرابی جزء خرابی های نسبتاً شکل پذیر است.

2-ب- مقاومت گهواره‌ای (خمشی)

مقاومت گهواره‌ای در واقع به مقاومت دیوار در برابر لنگرها و خمش‌هایی که ممکن است در اثر بارهای جانبی ایجاد شوند، اشاره دارد. زمانی که دیوار به دلیل نیروی جانبی (مثلاً در اثر زلزله یا باد) تحت فشار قرار می‌گیرد، ممکن است تغییر شکل خمشی پیدا کند که این تغییر شکل در صورت عدم وجود مقاومت کافی، می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی، شکست، یا آسیب جدی به سازه شود. در شکل زیر نحوه حرکت گهواره ای (رفت و برگشتی) در دیوار مصالح بنایی به نمایش درآمده است.

شکل1- نحوه حرکت گهواره ای در دیوار مصالح بنایی

شکل2-خرد شدگی پای دیوارتحت حرکت گهواره ای

در دیوارهای بنایی، مقاومت گهواره‌ای یا خمشی بستگی به چند عامل کلیدی دارد که در زیر به آن‌ها پرداخته می‌شود:

عوامل مؤثر در مقاومت گهواره‌ای دیوارهای مصالح بنایی

1. ضخامت دیوار: یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار در مقاومت خمشی دیوارهای بنایی، ضخامت دیوار است. هرچه ضخامت دیوار بیشتر باشد، ظرفیت آن برای تحمل لنگرهای خمشی نیز افزایش می‌یابد. دیوارهای نازک‌تر تحت تاثیر نیروهای جانبی ممکن است دچار تغییر شکل‌های بزرگتری شوند که خطر شکست را افزایش می‌دهد.

2. نوع و کیفیت مصالح: کیفیت و نوع مصالح بنایی به‌طور مستقیم بر مقاومت گهواره‌ای دیوار تأثیر می‌گذارند. برای مثال:

   • آجر: آجرهای با مقاومت فشاری بالا قادر به تحمل بارهای بیشتر در حالت خمشی هستند، اما این مصالح کشش کمتری دارند.
   • بلوک‌های سیمانی: بلوک‌های سیمانی نیز معمولاً مقاومت خوبی در برابر فشار و خم شدن دارند، ولی برای بارهای زیاد به تقویت‌های اضافی نیاز دارند.
   • سنگ: مصالح سنگی به دلیل مقاومت فشاری بالا، معمولاً در برابر نیروهای خمشی مقاوم هستند.

3. ارتفاع دیوار: در دیوارهای بلند، لنگرهای خمشی به دلیل ارتفاع زیاد، افزایش می‌یابند. در چنین دیوارهایی ممکن است نیاز به تقویت‌های اضافی از قبیل میلگردها یا شبکه‌های فولادی باشد تا از شکست خمشی جلوگیری شود.

4. توزیع بار: نحوه توزیع بارهای جانبی بر روی دیوار نیز تأثیر زیادی در مقاومت خمشی دیوار دارد. بارهای یکنواخت و متوازن معمولاً مقاومت بیشتری را ایجاد می‌کنند، اما بارهای غیر یکنواخت می‌توانند تنش‌های بیشتری را در نواحی خاصی از دیوار ایجاد کنند که باعث شکست می‌شود.

5. نوع اتصالات و پیوندها: نحوه اتصال دیوار به دیگر اجزای ساختمان مانند فونداسیون و سقف می‌تواند بر مقاومت خمشی آن تأثیرگذار باشد. اتصالات ضعیف یا عدم اتصال مناسب می‌تواند باعث کاهش عملکرد خمشی دیوار و در نتیجه ایجاد خطراتی برای ساختمان شود.

6. تقویت‌کننده‌ها: در دیوارهای بنایی بلند و تحت بارگذاری شدید، برای افزایش مقاومت خمشی معمولاً از تقویت‌کننده‌ها مانند میلگردهای فولادی یا شبکه‌های فولادی استفاده می‌شود. این تقویت‌کننده‌ها می‌توانند توانایی دیوار برای تحمل لنگرهای خمشی را به طور قابل توجهی افزایش دهند.

نحوه محاسبه مقاومت گهواره‌ای دیوارهای بنایی

برای محاسبه مقاومت گهواره‌ای یا خمشی دیوارهای بنایی، از روابط مکانیکی استفاده می‌شود که در آن‌ها تنش‌ها و لنگرهای خمشی به دقت محاسبه می‌گردد. یکی از فرمول‌های استاندارد برای محاسبه لنگر خمشی در دیوارها به شرح زیر است:

h_eff : ارتفاع موثر دیوار

L: طول دیوار یا پایه

P_E : نیروی محوری فشاری مورد انتظار وارد بر دیوار یا پایه ناشی از بارهای ثقلی ضریبدار

a : ضریبی برابر 5/0 برای اعضای طره ای و برابر 1 برای اعضای دوسر گیردار

V_r : مقاومت دیوار یا پایه در مقابل حرکت گهواره ای

این فرمول یک رابطه عمومی است که به‌طور ساده محاسبات خمشی را انجام می‌دهد. در عمل، با توجه به ویژگی‌های خاص دیوار (مانند نوع بارگذاری و ویژگی‌های مصالح) ممکن است فرمول‌ها پیچیده‌تر شوند.

در هنگام زلزله و اعمال بارهای رفت و برگشتی آن، دیوار متناوب بر روی پنجه و پاشنه خود خم شده و شروع به واژگون شدن می کند. اما چون نیروی زلزله طبیعتی آنی دارد این واژگونی چند لحظه بیشتر بطول نمی انجامد و خیلی زود جهت نیروها عوض می شود و در جهت مقابل به حرکت در می آید. این حرکت های خمشی را حرکت گهواره­ای گویند. این مود خرابی جزء خرابی های نسبتا شکل پذیر است.

3-کرانه پایین مقاومت جانبی

3-الف- مود شکست قطری

 مود شکست قطری در دیوارهای مصالح بنایی یکی از انواع مهم شکست‌هایی است که ممکن است در اثر بارگذاری‌های جانبی، به ویژه در زلزله‌ها، رخ دهد. این نوع شکست معمولاً به دلیل نیروی برشی و کششی که در دیوارهای بنایی ایجاد می‌شود، در نواحی خاصی از دیوار به شکل ترک‌های قطری خود را نشان می‌دهد. در این مقاله به بررسی ویژگی‌های مقاومت مود شکست قطری در دیوارهای مصالح بنایی و عواملی که بر آن تأثیر دارند، پرداخته می‌شود.

این شکست معمولاً به‌طور عمده در دیوارهای باربر (که وظیفه تحمل بارهای عمودی و جانبی را دارند) مشاهده می‌شود. به ویژه در دیوارهای نازک یا در جاهایی که از مصالح ضعیف‌تر استفاده شده باشد، این نوع شکست بیشتر رخ می‌دهد.

ترک‌های قطری به‌طور معمول از یک گوشه دیوار شروع می‌شوند و به طرف دیگر دیوار گسترش پیدا می‌کنند. این شکست به دلیل ترکیب نیروهای کششی و برشی است که در اثر بارهای جانبی وارد شده به دیوار ایجاد می‌شود. این نوع شکست می‌تواند به طور مستقیم بر عملکرد سازه تأثیر منفی بگذارد و خطراتی برای استحکام کلی ساختمان به وجود آورد.

عوامل مؤثر در مقاومت مود شکست قطری دیوارهای بنایی

1. نوع مصالح و کیفیت آنها:

   • آجر: آجرهای با کیفیت پایین و مقاوم به کشش کم‌تر، معمولاً بیشتر تحت تأثیر شکست‌های قطری قرار می‌گیرند.
   • بلوک‌های سیمانی: در مقایسه با آجر، بلوک‌های سیمانی به‌طور معمول مقاومت بیشتری در برابر شکست‌های قطری دارند.
   • سیمان و ملات: کیفیت ملات و سیمان استفاده شده در اتصالات مصالح بنایی نیز تأثیر زیادی در مقاومت دیوارها دارد. ملات‌های ضعیف یا ترک‌خورده می‌توانند باعث ایجاد ترک‌های قطری شوند.

2. ضخامت دیوار: دیوارهای نازک‌تر بیشتر در معرض شکست‌های قطری قرار دارند زیرا قادر به توزیع نیروهای برشی به‌طور مؤثر نیستند و این نیروها باعث ایجاد ترک‌های قطری می‌شود. دیوارهای ضخیم‌تر دارای ظرفیت بالاتری برای مقاومت در برابر این نوع شکست هستند.

3. ارتفاع دیوار: دیوارهای بلندتر نسبت به دیوارهای کوتاه‌تر بیشتر تحت تأثیر بارهای جانبی (مانند زلزله) قرار می‌گیرند و در نتیجه در برابر شکست‌های قطری آسیب‌پذیرتر هستند. با افزایش ارتفاع دیوار، نیروهای برشی و کششی بیشتری ایجاد می‌شود که می‌تواند منجر به شکست قطری شود.

4. نوع بارگذاری و شدت آن: بارهای جانبی، به‌ویژه بارهای ناشی از زلزله، می‌توانند به شدت باعث ایجاد شکست‌های قطری در دیوارهای بنایی شوند. این نوع شکست به ویژه در دیوارهایی که تحت بارگذاری‌های رفت و برگشتی یا بارهای متغیر قرار دارند، بیشتر دیده می‌شود.

5. اتصالات و پیوندها: نحوه اتصال دیوار به دیگر بخش‌های سازه مانند فونداسیون و سقف تأثیر زیادی در مقاومت دیوار در برابر شکست‌های قطری دارد. اتصالات ضعیف یا عدم پیوند مناسب بین دیوار و فونداسیون می‌تواند باعث افزایش احتمال بروز شکست قطری شود.

6. وجود ترک‌های قبلی و آسیب‌ها: در صورتی که دیوار از قبل ترک‌های کوچک یا آسیب‌هایی داشته باشد، این ترک‌ها می‌توانند به نقاط بحرانی برای شکست قطری تبدیل شوند. بنابراین، تعمیرات و نگهداری مناسب از دیوارهای بنایی اهمیت زیادی دارد.

مکانیسم ایجاد شکست قطری در دیوارهای بنایی

در دیوارهای بنایی، شکست قطری معمولاً زمانی رخ می‌دهد که نیروی برشی وارد بر دیوار موجب ایجاد تنش‌های کششی در نقاطی از دیوار شود. این تنش‌های کششی در کنار نیروهای فشاری که بر دیوار اعمال می‌شوند، می‌توانند منجر به ایجاد ترک‌هایی در جهت قطری شوند. در برخی شرایط، این ترک‌ها می‌توانند به اندازه‌ای گسترده شوند که باعث شکست کامل دیوار شود.

فرآیند ایجاد ترک‌های قطری به‌طور معمول به این صورت است:

• ابتدا، نیروی جانبی (مثلاً زلزله یا باد) به دیوار وارد می‌شود.
• این نیرو باعث ایجاد تنش‌های برشی و کششی در دیوار می‌شود.
• در نقاطی که مقاومت کششی دیوار ضعیف‌تر است (مانند اطراف درزها، گوشه‌ها یا نقاط اتصالات)، ترک‌های کششی شروع به شکل‌گیری می‌کنند.
• این ترک‌ها در نهایت به صورت قطری گسترش یافته و در برخی مواقع، به شکست کلی دیوار منجر می‌شوند.

کرانه پایین مقاومت جانبی Q_CL، دیوارهای مصالح بنایی موجود برابر کمترین مقاومت جانبی بر اساس تنش کششی قطری و تنش فشاری پنجه دیوار به ترتیب با استفاده از روابط زیر تعیین می‌گردد.

روش‌های تقویت و جلوگیری از شکست قطری در دیوارهای بنایی

برای جلوگیری از شکست قطری یا کاهش احتمال بروز آن، می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد:

1. استفاده از تقویت‌کننده‌های فولادی: استفاده از میلگردها یا شبکه‌های فولادی در داخل دیوارهای بنایی می‌تواند به توزیع یکنواخت‌تر نیروهای برشی کمک کند و از بروز ترک‌های قطری جلوگیری نماید. این میلگردها معمولاً به‌صورت افقی و عمودی در دیوار تعبیه می‌شوند.

2. افزایش ضخامت دیوار: یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای افزایش مقاومت دیوار در برابر شکست قطری، افزایش ضخامت دیوار است. دیوارهای ضخیم‌تر قادر به تحمل نیروهای بیشتری هستند و احتمال ایجاد ترک‌های قطری در آن‌ها کمتر است.

3. استفاده از مواد با مقاومت بالاتر: استفاده از مصالح با مقاومت کششی و فشاری بالاتر (مانند بلوک‌های سیمانی با کیفیت و ملات‌های مقاوم) می‌تواند به افزایش مقاومت دیوار در برابر شکست‌های قطری کمک کند.

4. اتصالات و پیوندهای صحیح: اطمینان از اتصال صحیح دیوار به دیگر اجزای سازه، مانند فونداسیون و سقف، می‌تواند از بروز شکست‌های قطری جلوگیری کند. اتصالات مناسب باعث توزیع یکنواخت بارها و جلوگیری از ایجاد نقاط بحرانی در دیوار می‌شود.

5. استفاده از ورق‌های تقویتی: در برخی موارد، استفاده از ورق‌های فولادی یا کامپوزیتی برای تقویت دیوار می‌تواند کمک کند تا دیوار مقاومت بیشتری در برابر نیروهای جانبی پیدا کند و ترک‌های قطری را مهار کند.

محاسبه مقاومت در برابر شکست قطری

مقاومت دیوارهای بنایی در برابر شکست قطری بستگی به ویژگی‌های مصالح، ضخامت دیوار، نوع بارگذاری و کیفیت اتصالات دارد. برای محاسبه مقاومت دیوار در برابر شکست قطری، از تحلیل‌های برشی و کششی استفاده می‌شود که در آن‌ها نیروهای جانبی اعمال‌شده و ویژگی‌های مصالح به دقت بررسی می‌شود. در بسیاری از موارد، به‌ویژه در طراحی‌های پیچیده، از نرم‌افزارهای مهندسی برای تحلیل دقیق‌تر رفتار دیوارها استفاده می‌شود.

که در آن:

f_a: تنش فشاری محوری ناشی از بارهای ثقلی در پایین دیوار

: کران پایین مقاومت کششی قطری مصالح بنایی

A_n : سطح مقطع خالص ملات

h_eff : ارتفاع موثر دیوار

L : طول دیوار یا پایه

V_dt: کران پایین مقاومت برشی بر اساس تنش کششی قطری دیوار یا پایه

 در رابطه بالا استفاده از مقاومت برشی لغزشی مصالح، V_me، بجای مقاومت کششی قطری، ، مجاز می‌باشد

بار جانبی در صفحه دیوار، تنش فشاری بالایی را در امتداد قطری آن بوجود می‌آورد. عمود بر تنش و کرنش فشاری، کرنش کششی وجود دارد. هنگامی که کرنش کششی از کرنش ترک خوردگی مصالح دیوار بیشتر شود ترک خوردگی قطری اتفاق می‌افتد این نوع شکست در مرکز دیوار رایج بوده و موازی قطر فشاری امتداد می یابد تا در راستای قطری به گوشه های دیوار می‌رسد.

3-ب- مود خرابی فشاری پنجه دیوار

مود خرابی فشاری پنجه دیوار یکی از انواع خرابی‌هایی است که در دیوارهای مصالح بنایی ممکن است در اثر بارهای فشاری زیاد به‌ویژه در قسمت‌هایی از دیوار که به فونداسیون یا پایه‌های سازه متصل هستند، رخ دهد. این نوع خرابی معمولاً در نواحی تحت بارهای فشاری شدید مانند پای دیوارها یا مناطقی که تغییرات فشاری ناگهانی ایجاد می‌شود، دیده می‌شود. این خرابی می‌تواند منجر به شکستن مصالح، کاهش ظرفیت باربری دیوار و آسیب به ساختار کلی ساختمان شود.

 در این نوع خرابی، قسمت‌های نزدیک به پای دیوار (که اصطلاحاً به آن “پنجه دیوار” می‌گویند) بیشتر در معرض بارهای فشاری شدید هستند.

این نوع خرابی به‌طور معمول در دیوارهایی که بارهای عمودی یا فشاری زیادی به آن‌ها وارد می‌شود، مشاهده می‌شود. بارهای فشاری می‌توانند به صورت یکنواخت یا غیر یکنواخت بر دیوار وارد شوند که در نتیجه، تنش‌های فشاری بالا در مناطقی از دیوار ایجاد می‌شود و این تنش‌ها منجر به خرابی فشاری در پنجه دیوار می‌شود.

عوامل مؤثر در ایجاد مود خرابی فشاری پنجه دیوار

1. نوع و کیفیت مصالح بنایی:

   • آجر: آجرهای با مقاومت فشاری بالا، معمولاً ظرفیت خوبی برای تحمل بارهای فشاری دارند. اما آجرهای ضعیف‌تر ممکن است در نواحی پنجه دیوار تحت بارهای فشاری زیاد، دچار شکست شوند.
   • بلوک‌های سیمانی: بلوک‌های سیمانی به‌طور معمول دارای مقاومت فشاری بالاتری نسبت به آجرها هستند و بنابراین مقاومت بیشتری در برابر خرابی فشاری پنجه دیوار دارند.
   • سیمان و ملات: کیفیت ملات به‌ویژه ملات‌های ضعیف می‌تواند به خرابی دیوار در نواحی فشاری کمک کند.

2. ابعاد دیوار: دیوارهایی که عرض کمی دارند یا ضخامت آن‌ها کم است، معمولاً ظرفیت کمتری برای تحمل بارهای فشاری دارند. این بارها می‌توانند باعث ایجاد فشار زیاد در نواحی پنجه دیوار شده و در نتیجه خرابی فشاری ایجاد کنند.

3. نوع بارگذاری: بارهای عمودی و فشاری از جمله بارهای مرده، زنده، یا نیروهای ناشی از تغییرات ساختاری می‌توانند باعث فشار زیاد در نواحی پنجه دیوار شوند. این بارها باید به‌درستی توزیع شوند تا از ایجاد فشارهای زیاد در یک نقطه خاص جلوگیری شود.

4. طول و ارتفاع دیوار: دیوارهای بلند و بلندتر تحت تأثیر نیروهای فشاری بیشتری قرار می‌گیرند. در صورتی که دیوار طول زیادی داشته باشد، ممکن است توزیع بارها به‌طور یکنواخت انجام نشود و بارهای فشاری بیشتری بر پنجه دیوار وارد آید.

5. اتصالات و پیوندها: نحوه اتصال دیوار به فونداسیون یا سایر اجزای سازه‌ای نقش مهمی در مقاومت در برابر خرابی فشاری دارد. اتصالات ضعیف می‌تواند موجب ایجاد تنش‌های بیشتر در نواحی پنجه دیوار شود و در نهایت منجر به شکست فشاری گردد.

مکانیسم خرابی فشاری پنجه دیوار

در دیوارهای بنایی، مکانیسم خرابی فشاری پنجه دیوار به‌طور معمول زمانی رخ می‌دهد که بارهای فشاری به‌طور متمرکز به پنجه دیوار وارد می‌شود. این بارها می‌توانند به دلایل مختلف مانند بارهای زیاد از یک نقطه خاص، تغییرات در پی یا فونداسیون، یا ضعف در مصالح باعث ایجاد تنش‌های فشاری زیادی شوند. این تنش‌ها در ناحیه پنجه دیوار به حدی می‌رسند که مصالح نمی‌توانند آن‌ها را تحمل کنند و در نتیجه، ترک‌های فشاری شروع به شکل‌گیری می‌کنند.

فرآیند ایجاد خرابی فشاری در پنجه دیوار به‌طور معمول به این صورت است:

1. بارگذاری فشاری: بارهای فشاری از اجزای بالایی یا از نیروهای اعمالی بر روی دیوار وارد می‌شوند.
2. توزیع بار: اگر بار به‌طور یکنواخت توزیع نشود، نیروها ممکن است متمرکز شده و در نواحی خاصی از دیوار (به‌ویژه پنجه دیوار) تنش‌های فشاری زیادی ایجاد کنند.
3. ایجاد ترک‌های فشاری: در نهایت، این تنش‌های فشاری باعث شروع ترک‌ها و شکست در ناحیه پنجه دیوار می‌شوند.
4. پیشرفت ترک‌ها و شکست: ترک‌ها به‌طور تدریجی گسترش می‌یابند و باعث می‌شوند که ظرفیت باربری دیوار کاهش یابد و در نهایت دیوار دچار شکست شود.

f_a: تنش فشاری محوری ناشی از بارهای ثقلی در پایین دیوار

: کران پایین مقاومت فشاری مصالح

 h_eff: ارتفاع موثر دیوار

L : طول دیوار یا پایه

P_L: کران پایین نیروی محوری فشاری ناشی از بارهای ثقلی

a: ضریبی برابر 0.5 برای اعضای طرهای و برابر ۱ برای اعضای دوسر گیردار

در رابطه بالا L/h_eff را نباید از ۶۷/. کمتر در نظر گرفته شود.

V_tc : کران پایین مقاومت برشی بر اساس تنش فشاری پنجه دیوار یا پایه

این گونه خرابی در اثر تنش های فشاری بالا در کنج های فشاری دیوار ناشی از حرکت رفت و برگشتی دیوار هنگام زلزله رخ میدهد. ضربه های حاصل از این حرکت موجب خرد شدن پنجه و پاشنه دیوار شده از طول موثر دیوار می کاهد و دیوار در برابر ضربه های بعدی ضعیف تر می گردد. هنگامی که جابجایی داخل طبقه افزایش می یابد خردشدگی گوشه امتداد یافته تا اینکه مصالح دیوار (واحدهای بنایی) در گوشه های آن، به بیرون پرت می­شوند.

3-ج- کرانه پایین مقاومت فشاری قائم

کرانه پایین مقاومت فشاری قائم پایه ها و دیوارهای مصالح بنایی موجود ، باید به کرانه پایین تنش فشاری مصالح بنایی مطابق رابطه زیر محدود شود:

که، کرانه پایین مقاومت فشاری مصالح می‌باشد.

تصویر زیر این نوع خرابی را در سازه های با مصالح بنایی به نمایش درآورده است.

شکل3-خرد شدن پای دیوار نشی از بار محوری درون صفحه

در تصویر زیر نمونه محاسبه سختی و مقاومت یک دیوار مصالح بنایی به نمایش درآمده است.

گروه آموزشی جعبه ابزار سازه با بیش از ده سال تجربه در زمینه مقاوم‌سازی ساختمان‌های مصالح بنایی، یکی از پیشگامان این حوزه است. اگر در پروژه خود به طراحی مقاوم‌سازی نیاز دارید، حتماً با گروه جعبه ابزار سازه تماس بگیرید. از جمله پروژه‌های موفق این گروه در زمینه مقاوم‌سازی می‌توان به پروژه‌های زیر اشاره کرد:

• مقاوم‌سازی بانک ملی ایران، شعبه مشهد
• مقاوم‌سازی بانک ملی، شعبه ساوه
• مقاوم‌سازی بانک ملی، شعبه قم
• مقاوم‌سازی ساختمان‌های مسکونی خاوران
• مقاوم‌سازی مجموعه ساختمان‌های پتروشیمی خلیج فارس