در بسیاری از کشورها مصالح ساختمانی به کار رفته در بناها، دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که در طول زمان کارایی آنها به اثبات رسیده است. دوام، زیبایی، ویژگی‌های صوتی و حرارتی از جمله خصوصیات مصالح خوب است؛ اما ایرادی که به بسیاری از مصالح وارد است، مشکلات لرزه‌ای، وزن بالا و شکلپذیری پایین است. از این رو مباحث مربوط به مقاومت یک بنای مستحکم باعث ایجاد الزاماتی شد که در نشریه با عنوان ضابطه 729 به چاپ رسید. برای دانلود ضابطه 729 می‌توانید به صفحه آیین نامه‌های وال مش مراجعه کنید.
این ضابطه مرجع کاملی از طراحی دیوارهای غیر سازهای است. در این ضابطه بیان شده است که دیوارهای ساخته شده از آجر و بلوک‌های رسی، سفالی، سیمانی و AAC مهندسی شده باشند. این ضابطه استفاده از «والپست» را مجاز نمی‌داند. نحوه متصل شدن دیوار به بنای سازه و موارد مهم دیگر در ارتباط با سازه در این ضابطه بیان شده است که در صورت تمایل به مطالعه این مباحث با ادامه مطلب همراه شوید.
المان‌های بنایی در ضابطه 729
المان‌های بنایی مانند ستون از دو بخش مصالح (مانند آجر و بلوک)، ملات (مانند سیمان و آهک) و در برخی موارد که مقاومت المان مطرح باشد، از دوغاب و آرماتور تشکیل شده است. مشخصات المان‌های بنایی در همه جهات یکسان نیست. مدول گسیختگی و مقاومت برشی ازجمله این مشخصات است که خود را به خوبی در طراحی خمشی دیوار نشان می‌دهند. اما دو مشخصه مقاومت فشاری و مدول الاستیک دیوار در همه جهات یکسان است.
رفتار دیوارهای بنایی غیر مسلح
رفتار دیوارهای غیر مسلح در مواقع زلزله در دو جهت داخل و خارج از صفحه مورد بررسی قرار می‌گیرد. اما بررسی رفتار آنها به صورت مجزا باعث درک بهتر مطلب می‌شود.
رفتار خارج از صفحه در ضابطه 729
زمین لرزه اغلب باعث ریزش دیوارهای غیرمسلح در صفحه خارجی می‌شود. از طرفی باید دانست که مقاومت خمشی خارج از صفحه این دیوارها به عواملی مانند میزان فشار وارد بر دیوار، نوع ملات، چیدمان واحدهای بنایی، وجود ملات قائم، شرایط مرزی دیوار، کیورینگ دیوار، ابعاد واحد بنایی و استفاده از دوغاب بستگی دارد.
بررسی رفتار خارج از صفحه‌ای دیوارهای غیر مسلح در ضابطه 729 نشان می‌دهد که رفتار آنها شکلپذیری و مقاومت پایینی دارد اما از پینچینگ بالایی برخوردار است. اصطکاک بین مصالح و ملات باعث استهلاک انرژی در دیوار می‌شود.
رفتارهای داخل صفحه
رفتار داخل صفحه‌ای اغلب در مورد دیوارهای برشی بررسی می‌شود؛ اما مطالعه آن می‌تواند به درک بهتر مطلب کمک نماید. مطالعات گذشته نشان می‌دهد که رفتار این دیوارها، شکل‌ناپذیری، کاهش مقاومت و پینچینگ در رفتار چرخه‌ای را بروز می‌دهد.
عواملی که در رفتار این دیوارها تاثیر دارد، شامل: نوع ملات، ملات کله قائم، المان‌های محصور کننده، میزان بار محوری و نسبت ارتفاع به طول دیوار است. به طور کلی نتایج مطالعات را بیان کرده است که دیواهای غیر مسلح از مقاومت جانبی و سختی کافی برخوردار هستند و ضعف اصلی آنها، مربوط به عدم شکلپذیری مناسب آنها است.
دیوارهای بنایی مسلح در ضابطه 729
مسلح کردن دیوار یعنی قرار دادن قطعاتی مانند میلگرد بستر خرپایی یا نردبانی در جهت افقی و یا استفاده از میلگردهای آجدار به صورت عمودی، افقی و یا ترکیبی از آنها در دیوار است.
استفاده از میلگردهای بستر کاربرد بالایی دارد، اول اینکه دیگر نیازی به دوغاب نیست زیرا کاملا در ملات قرار می‌گیرد؛ دوم اینکه نیازی به داشتن شکل خاصی از واحدهای بنایی نیست؛ سوم، در واحدهای بنایی توپر نیز قابلیت استفاده دارد. اما میلگردهای معمولی در مصالح سوراخ‌دار قابل استفاده هستند یا اینکه در دیوارهای دوجداره تعبیه شده و فضای ما بین آنها با دوغاب پر شود.
استفاده از میلگردهای بستر برای تحمل تنش‌های کششی است مصالح ضعیف مناسب است. البته غالبا فرض می‌شود که کل کشش مصالح توسط میلگرد بستر تحمل می‌شود و از مقاومت کششی مصالح چشم‌پوشی می‌گردد. در ادامه ضابطه 729 به بررسی دیوارهای مسلح می‌پردازیم.
- خمش دیوار مسلح، وابستگی مقاومت دیوار به نوع ملات به کار رفته را کاهش می‌دهد.
- مسلح کردن دیوار، شکلپذیری و جذب انرژی آن را افزایش می‌دهد.
- تعداد ترک‌هایی که به دلیل تغییر شکل ناشی از حرارت و جمع شدگی ایجاد می‌شود، کاهش می‌یابد.
- در این حالت چینش واحدهای بنایی از پیوندهای ممتد و غیر ممتد مستقل است؛ هرچند استفاده از پیوند ممتد ارجحیت دارد.
رفتار خارج صفحه دیوارهای مسلح
مسلح کردن دیوار اغلب برای بهبود رفتار داخل صفحه‌ای دیوار انجام می‌شود؛ اما رفتار خارج از صفحه دیوار را نیز بهتر می‌کند. دیوارهای بنایی غیر مسلح با ایجاد ترک دچار فروریزش می‌شوند ولی دیوارهای مسلح به دلیل انسجام دیوار، دچار ریزش نمی‌گردند.
رفتار داخل صفحه دیوارهای مسلح در ضابطه 729
شکلپذیری و جذب انرژی در دیوارها با مکانیزم خرابی دیوار ارتباط دارد؛ به طوری که دیوارهای دارای خرابی خمشی نسبت به دیوارهای با خرابی برشی، رفتار بهتری را نشان می‌دهند. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که مسلح کردن دیوارها با میلگردهای بستر سبب افزایش شکلپذیری و مقاومت جانبی دیوار می‌شود.
مقاومت فشاری دیوارها در ضابطه 729
برای بررسی مقاومت فشاری دیوارها باید به استاندارد ASTM C1414 مراجعه کرد. روش دیگر آن است که مقاومت مصالح مطابق با بندهای 2-3-1 تا 2-3-3 بررسی گردد.
واحدهای رسی
برای محاسبه مقاومت فشاری دیوارهای ساخته شده از واحدهای رسی، رعایت سه شرط که در ادامه می‌آید، الزامی است:
- ضخامت ملات بستر بیشتر از 16 میلی‌متر نباشد.
- اگر از دوغاب در دیوار استفاده شود، مقاومت فشاری 28 روزه دوغاب نباید از 14 مگاپاسکال کمتر شود و از مقاومت فشاری دیوار نیز پایین‌تر نیاید.
- بلوک‌های مطابق با استانداردهای فصل پنجم استفاده شود.
محاسبه مقاومت فشاری در این حالت بر اساس جدول (2-2) در ضابطه 729 است.
واحدهای سیمانی
در صورت برقراری سه شرط زیر، محاسبه مقاومت فشاری دیوارهای سیمانی بر اساس جدول (2-3) این ضابطه قابل اندازه‌گیری است.
- ضخامت ملات بستر بیشتر از 16 میلی‌متر نباشد.
- اگر از دوغاب در ساخت دیوار استفاده می‌شود، مقاومت فشاری 28 روزه آن از 14 مگاپاسکال کمتر نشود.
- بلوک‌های مورد استفاده مطابق با استاندارد مبحث پنجم باشد.
واحدهای AAC
برقراری سه شرط زیر در محاسبه مقاومت فشاری دیوار با بلوک AAC که منطبق با جدول (2-4) این ضابطه باشد، کمک کننده است.
- ضخامت ملات بستر از 3 میلی‌متر بیشتر نباشد.
- در صورت استفاده از دوغاب، مقاومت فشاری 28 روزه دوغاب از 14 مگاپاسکال پایین‌تر نیاید.
- از بلوک‌های استاندارد مطابق با مبحث پنجم استفاده شود.
واحدهای شیشه‌ای
ساخت دیوار با بلوک شیشیه‌ای به تجربه نیاز دارد و در صورت برقراربودن شروط بند(6-3) ضابطه، محاسبه مقاومت فشاری لزومی ندارد. اما در صورت نیاز، این مقاومت بر اساس اطلاعات سازنده و یا آزمایش بر روی آن مشخص می‌شود.
مدول گسیختگی دیوارهای بنایی در ضابطه 729
با ضرب مدول مقطع موثر در مدول گسیختگی دیوار، مقاومت خمشی به دست می‌آید. در ادامه مدول گسیختگی دیوارهای بنایی با توجه به مصالح به کار رفته در آن، بررسی می‌شود.
مدول گسیختگی در واحدهای رسی
در این مصالح مدول گسیختگی به نوع ملات، نوع چینش مصالح و استفاده از دوغاب بستگی دارد. نتایج مدول گسیختگی را می‌توان در جدول (2-5) این ضابطه مشاهده کرد.
مدول گسیختگی واحدهای سیمانی و شیشه‌ای
مدول واحدهای سیمانی همانند واحدهای رسی محاسبه می‌شود. در واحدهای شیشه‌ای نیازی به محاسبه مدول گسیختگی نیست؛ زیرا ساخت این دیوارها میتنی بر تجربه است.
مدول گسیختگی واحدهای AAC
در واحدهای AAC، این مدول به صورت آنچه که در ادامه بیان می‌شود محاسبه می‌گردد.
- مدول گسیختگی در ضخامت بین 5/1 تا 3 میلیمتری ملات بستر طبق رابطه(2-1) ضابطه 729 به دست می‌آید.
- در صورتی که ضخامت ملات بستر از 5/1 میلی‌متر کمتر باشد، مقدار 55/0 مگاپاسکال به آن اختصاص داده می‌شود.
- اگر اولین لایه دیوار AAC بر ملات S باشد، این مدول در آن مقطع از 34/0 مگاپاسکال بیشتر نیست.
مدول الاستیک در ضابطه 729
در صورتی که آزمایش بر روی مصالح انجام نشود، مدول الاستیک آنها در این ضابطه تخمین زده شده است. تنها در مورد واحدهای شیشه‌ای به مدول الاستیک نیازی نیست؛ زیرا ساخت دیوار با بلوک‌های شیشه‌ای مبتنی بر تجربه است.
ضریب انبساط حرارتی
حجم دیوار با توجه به تغییرات حرارت دچار کاهش یا افزایش می‌شود. در واقع انبساط حرارتی دیوار باعث تغییر شکلی بازگشت‌پذیر می‌شود. ضریب انبساط حرارتی انواع واحدهای دیوار در این ضابطه درج شده است.
ضریب انبساط رطوبتی
در بلوک‌های رسی، انبساط رطوبتی به صورت برگشت‌ناپذیر رخ می‌دهد و ضریب آن برابر است با . ضریب انبساط حرارتی در سایر مصالح صفر است.
ضریب جمع شدگی در ضابطه 729
ضریب جمع شدگی در واحدهای رسی برابر صفر است. در مورد سایر مصالح دیوارها، ضریب جمع شدگی در این ضابطه بیان شده است.
مشخصات مقطع خالص و مقطع موثر
سطح مقطع موثر در محاسبه تنش و مقاومت اسمی دیوار کاربرد دارد. در صورتی که سطح مقطع موثر دیوار در امتداد افقی و عمودی برابر نباشند، از سطح مقطع موثر افقی در هر دو راستا استفاده می‌شود. در بلوک‌های میان تهی، سطح مقطع موثر برابر با سطح مقطع دو پوسته خارجی است.
در مواردی که دو نوع مصالح با مدول الاستیک‌های متفاوت در کنار هم قرار گیرند، از سطح مقطع معادل در محاسبه تنش استفاده می‌شود. بر اساس ضابطه 729 سطح مقطع خالص واحدهای بنایی دیوار در محاسبه سختی دیوار کاربرد دارد. سطح مقطع موثر دیوار مبتنی بر سطح مقطع پوسته مصالح است؛ در حالی که سطح مقطع خالص دیوار بر اساس سطح مقطع خالص آنها محاسبه می‌شود.
چیدمان واحدهای بنایی در ضابطه 729
بهتر است که بلوک‌ها به صورت ممتد چیده شوند، به طوری که فاصله افقی بندهای قائم در دو ردیف پشت هم با یک چهارم طول واحد بنایی برابر باشد. در صورتی که پیوند ممتد ممکن نباشد، از پیوند قائم استفاده می‌گردد. در این صورت فاصله 1200 میلیمتری از میلگرد بستر باید حفظ شود. در ضمن، نسبت آرماتور بستر از تقسیم سطح مقطع یکی از مقاطع طولی میلگرد بستر به سطح مقطع دیوار به دست می‌آید.
درزهای انبساط
جمع‌شدگی و انبساط حرارتی باعث تغییر شکل در دیوار می‌شود که ترک دیوار از نتایج آن است. برای جلوگیری از ترک دیوار از درزهای انبساطی استفاده می‌گردد. برای رعایت دستورات لرزه‌ای در دیوارهای محدود غیرسازه‌ای، بهتر است همه دیوارها به صورت مسلح ساخته شوند. دیوارهای غیرسازه‌ای به درز انبساطی نیازی ندارد و در صورت استفاده، باید تسلیحات دیوار در محل آن قطع شود.
میلگرد بستر
در بستر دیوار، المانی فولادی به نام میلگرد بستر جای گذاری می‌شود. اغلب میلگرد بستر به شکل دو تیکه مفتول ساده و یا آجدار است که با مفتولی دیگر به هم وصل می‌شوند. اگر میلگرد وسط به صورت 7 و 8، دو میلگرد دیگر را به هم وصل کند به آن میلگرد خرپایی می‌گویند؛ اما اگر عمود بر میلگردهای طولی قرار گیرد، آن را میلگرد بستر نردبانی می‌نامند. میلگردهای بستر خرپایی از میلگردهای بستر نردبانی سخت‌تر هستند.
مزایای استفاده از میلگرد بستر در ضابطه 729
بر اساس ضابطه 729 استفاده از میلگرد بستر مزایای بسیاری دارد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره خواهیم کرد.
- افزایش مقاومت برشی داخل صفحه دیوار
- افزایش مقاومت خمشی خارج از صفحه
- افزایش شکلپذیری
- عدم استفاده از دوغاب در صورت استفاده از میلگرد بستر
- اتصال دیوارهای دو لایه به هم
- و موارد دیگر که در این ضابطه آورده شده است. میلگردهای بستر همچنین مقاومت خمشی را در دیوارهای دو طرفه و دیوارهای با دهانه افقی افزایش می‌دهند.
تکیه‌گاه در دیوارهای غیر سازهای باعث خمش‌های افقی و قائم به طور همزمان می‌شود. در دیوارهای دو طرفه از روش ضریب خمشی برای محاسبه تقاضای خمشی نهایی استفاده می‌شود. البته استفاده از روش‌های خطوط شکست و تحلیل المان محدود نیز می‌توان پیروی کرد. روش ضرایب خمشی بر اساس روش خطوط تسلیم است که در آن برای ارزیابی رفتار خارج از صفحه دیوار در حالت یک پوسته و ترک خورده استفاده می‌شود. در این تکنیک فرض می‌شود که در امتداد خطوط تسلیمی روی دیوار، ترک ایجاد شده است.
در نتیجه شرایط مرزی و هندسی دیوار به ۳ یا ۴ قسمت تقسیم می‌شوند که با نوشتن روابط تعادل، لنگر ایجاد شده در لبه‌ها محاسبه می‌گردد. با دانستن لنگر، مقدار فشار خارج صفحه‌ای، مقاومت خمشی و فشار قابل تحمل در ظرفیت نهایی دیوار به دست می‌آید.
اثر بازشوها در ضابطه 729
بازشوها باعث ضعف در دیوار می‌شوند و باید در محاسبات لحاظ گردند. اگر دیوارها، بازشو داشته باشند، برای محاسبه تقاضای خمشی می‌توان دیوارها را به دو یا چند قسمت تقسیم کرد و آن را برای هر قسمت جداگانه به دست آورد. اگر باز شو به صورت دهانه افقی دیوار در نظر گرفته شود، بهتر است بازشو به صورت افقی قطع گردد.
بر اساس ضابطه 729 در صورتی که دیوار بیشتر از یک بازشو داشته باشد، بهتر است هر بازشو با خطی مجزا قطع شود و هر قسمت جداگانه مورد بررسی قرار گیرد. با برش زدن دیوار و تقسیم آن به چند پانل، باید تلاش شود که هر پانل رفتار معادل با رفتار خود دیوار را داشته باشد.
مقاومت مورد نیاز
مقاومت دیوارهای بنایی غیر سازهای با توجه به فصل ۴ در این ضابطه محاسبه می‌گردد. مقدار این مقاومت نباید از تقاضای مورد نیاز کمتر باشد. از آنجا که رفتار دیوارهای غیرسازه‌ای در ضخامت‌های 250 میلیمتری به صورت خارج از صفحه در نظر گرفته می‌شود؛ در نتیجه برای محاسبات، مقاومت خمشی این دیوارها اهمیت دارد.
سختی
سطح مقطع خالص ترک نخورده در دیوارهای غیرمسلح، سختی دیوار را نشان می‌دهد. سختی دیوارهای مسلح نیز از سطح مقطع خالص ترک خورده محاسبه می‌شود. در مواردی سختی مقطع خالص ترک خورده را برابر با نصف سختی مقطع خالص ترک نخورده در نظر می‌گیرند.
الزامات عمومی لرزه‌ای در ضابطه 729
در زمان لرزه باید تنها نیروی وارده به دیوار، نیروی ناشی از اینرسی دیوار باشد. دیوارهای غیرسازه‌ای داخلی و پیرامونی باید از دیوار باربر جانبی جدا شوند. دیوارهای غیرسازه‌ای باید در جهت افقی مسلح شوند. دیوارهایی که دهانه افقی دارند باید از میلگرد بستر و آنهایی که دهانه عمودی دارند باید از آرماتور استفاده کنند. در دیوارهای دو طرفه، استفاده از آرماتورهای عمودی یا افقی مجاز است.
الزامات اجرایی
دیوارهای غیرسازه‌ای در کنار عوامل مقاومتی به یک سری اصول بهره‌برداری نیز نیاز دارد. در ادامه به بعضی از آنها اشاره خواهیم کرد.
- جلوگیری از تغییر شکل و لرزش دیوار در جهت خارج از صفحه
- جلوگیری از نفوذ رطوبت
- جلوگیری از انتقال صوت و حرارت
- مقاومت در برابر آتش
مهار دیوار به روش وال مش و حذف میلگرد بستر
بر اساس ضابطه 729، از جمله روش‌هایی که باعث افزایش استحکام و ایمنی دیوارهای غیرسازه‌ای در برابر زلزله می‌شود، استفاده از سیستم وال مش به عنوان یک روش نوین مطرح است. اجرای وال مش بهترین جایگزین روش‌های قدیمی در اجرای وال پست ساختمان است.
در سیستم وال مش با کمک شبکه الیافی، از دیوارها در برابر نیروهای لرزه‌ای محافظت می‌شود. در این سیستم دیوارها با نوارهای الیافی و با کمک سیمان و گچ پوشیده شده و محکم می‌گردند. اجرای این سیستم در مهار نیروهای لرزه‌ای در دیوارهای غیرسازه‌ای باعث مقاومت و انسجام دیوار می‌شود. در سیستم وال مش محدودیت طولی دیوارها مطرح نیست. اما از دو لایه پلاستر، قبل و بعد از نصب مش استفاده می‌شود.
انواع مش منطبق با ضابطه 729
از دو نوع مش برای اجرای وال مش استفاده می‌شود، توری شیشه‌ایe-glass و توری فایبر گلاس ar-glass. توری شیشه‌ای در محیط‌های بدون قلیا و مورد دوم در محیط‌های قلیایی استفاده می‌گردد. در صورتی که نازک کاری روی دیوار با سیمان اجرا شود باید از الیاف مقاوم به قلیا استفاده گردد. اگر نازک کاری توسط گچ صورت گیرد، بهتر است از الیاف مناسب در محیط‌های غیرقلیایی استفاده کرد.
اجرای وال مش
سرعت اجرای وال مش نسبت به روش‌های قدیمی بسیار بیشتر است. دلیل آن نیز، عدم نیاز به نصب میلگرد بستر و جای‌گذاری وادارهای قائم و افقی است؛ در نتیجه به کار‌گیری این روش، افزایش سرعت اجرای ساختمان را در پی دارد. اصول اجرای وال مش در ۵ مرحله صورت می‌گیرد:
اجرای تیغه چینی
اولین مرحله در اجرای وال مش ستفاده از بلوک‌های آجری، سفالی، سیمانی، لیکا و غیره است.
پلاستر زیرین در وال مش
مرحله اول پلاستر با کمک ابزار لازم درسراسر دیوار انجام می‌شود تا مطابق با ضابطه 729 باشد. ضخامت پلاستر در اینجا در حدود یک سانتی‌متر است.
نصب وال مش مطابق با نقشه محاسبات
نصب توری وال مش به دو صورت نواری و سراسری قابل اجراست؛ اما مطابق با پیوست آیین نامه ۲۸۰۰ باید در دو طرف دیوار، توری وال مش به صورت متقارن نصب شود.
اجرای پلاستر بالایی
پلاستر بالایی نیز از جنس پلاستر زیرین است. به وسیله پلاستر، مش کاملا پوشانده می‌شود. در این حالت ضخامت پلاستر در حدود یک سانتی‌متر است.
نصب نبشی و ناودانی در بالا و پایین دیوار
در این مرحله از نبشی و ناودانی در مهار دیوارها و مش استفاده می‌گردد؛ البته در صورت تایید طراح وال مش، می‌توان به جای میخ، از چسب آپوکسی استفاده کرد.
قیمت
قیمت وال مش نسبت به اجرای وال پست‌های سنتی حدود 3۰ تا 6۰ درصد ارزان‌تر است. قیمت اجرای وال مش به عوامل مختلفی بستگی دارد که در ادامه بیان می‌گردد:
- نوع و مقدار مش استفاده شده
- جنس و مقدار پلاستر به کار رفته
- تعداد و ابعاد نبشی و ناودانی
- مقدار چسب آپوکسی مورد نیاز
- دستمزد گروه
جمع‌بندی
ضابطه ۷۲۹ اطلاعات مفیدی در مورد طراحی دیوارهای مقاوم در برابر زلزله ارائه می‌دهد. ویژگی المان‌های بنایی، رفتار دیوارهای غیرمسلح و یک‌سری دستورالعمل‌های اجرایی در این ضابطه گنجانده شده است. دیوارها در این ضابطه باید مسلح به میلگرد بستر باشند تا در برابر نیروهای وارده از خود مقاومت نشان دهند.
از علل ضعف دیوارها در برابر نیروی لرزه‌ها می‌توان به عدم شکلپذیری مناسب و استحکام مصالح و المان‌های موجود در دیوار اشاره کرد. بر اساس ضابطه 729 مورد دیگر که با ایمنی دیوارها ارتباط دارد، نحوه اتصال آنها به سازه است که مقاومت آنها در برابر نیروها را شکل می‌دهد.
می‌توان از روش‌های نوین مانند وال مش به جای میلگرد بستر در طراحی وال پست استفاده کرد. این روش قابلیت‌های بیشتری نسبت به روش‌های سنتی دارد. از جمله این قابلیت‌ها می‌توان به سرعت اجرا، کاهش هزینه‌ها، کاهش بار مرده وارد بر ساختمان اشاره کرد. این قابلیت‌ها سبب شد که مجریان ساختمانی به جای روش‌های قدیمی، از روش نوین وال مش برای مهار نیروهای لرزه‌ای در دیوارهای غیرسازه‌ای استفاده کنند.
