Ściana usztywniająca - Shear wall

Typowa drewniana ściana usztywniająca składa się z usztywnionych paneli w linii ściany, skonstruowanych przy użyciu strukturalnego poszycia ze sklejki, specjalnych gwoździ na krawędziach i konstrukcji nośnej.

W budownictwie naziemnym , A ściany ścinanie pionowy element systemu, który jest wytrzymały na IN- płaszczyzny sił poprzecznych, zwykle wiatr i sejsmiczne obciążenia. W wielu jurysdykcjach projektowanie ścian usztywniających reguluje Międzynarodowy Kodeks Budowlany i Międzynarodowy Kodeks Mieszkaniowy .

Ściana usztywniająca opiera się obciążeniom równoległym do płaszczyzny ściany. Kolektory znane również jako hamulcowych elementów, przenieść membrany ścinanie ścian poprzecznych i innych pionowych elementów układu oporowego siły sejsmiczne. Ściany usztywniające to zazwyczaj lekkie lub usztywnione drewniane ściany z panelami usztywniającymi, ściany z betonu zbrojonego, zbrojone ściany murowane lub płyty stalowe.

Sklejka jest konwencjonalnym materiałem stosowanym w drewnianych (drewnianych) ścianach usztywniających, ale wraz z postępem w technologii i nowoczesnymi metodami budowy, inne prefabrykowane opcje umożliwiły wstrzykiwanie zespołów ścinanych w wąskie ściany, które spadają po obu stronach otworu. Blacha stalowa i stalowe panele usztywniające zamiast sklejki konstrukcyjnej w ścianach usztywniających zapewniają większą odporność na wstrząsy sejsmiczne.

Rozważania dotyczące projektowania strukturalnego

Mechanizmy ładowania i awarii

Rysunek 1 Mechanizmy zniszczenia ścian usztywniających. (a) zginanie, (b) ścinanie poziome, (c) ścinanie pionowe, (d) wyboczenie.

Ściana usztywniająca jest sztywniejsza na swojej osi głównej niż na drugiej osi. Jest uważany za konstrukcję pierwotną, która zapewnia stosunkowo sztywną odporność na siły pionowe i poziome działające w jego płaszczyźnie. W tych połączonych warunkach obciążenia ściana ścinana wytwarza kompatybilne odkształcenia osiowe, ścinające, skręcające i zginające, co skutkuje skomplikowanym rozkładem naprężeń wewnętrznych. W ten sposób obciążenia są przenoszone pionowo na fundament budynku. Dlatego istnieją cztery krytyczne mechanizmy awarii; jak pokazano na rysunku 1. Czynniki determinujące mechanizm zniszczenia obejmują geometrię, obciążenie, właściwości materiału, utwierdzenie i konstrukcję.

Współczynnik smukłości

Współczynnik smukłości ściany jest definiowany jako funkcja efektywnej wysokości podzielonej przez efektywną grubość lub promień bezwładności przekroju ściany. Jest to silnie związane z granicą smukłości, czyli odcięciem między elementami klasyfikowanymi jako „smukłe” lub „krępe”. Smukłe ściany są podatne na wyboczenie, w tym wyboczenie Eulera w płaszczyźnie z powodu ściskania osiowego, wyboczenie Eulera w płaszczyźnie z powodu ściskania osiowego oraz wyboczenie skrętne spowodowane momentem zginającym. W procesie projektowania inżynierowie budowlani muszą wziąć pod uwagę wszystkie te tryby awarii, aby zapewnić, że projekt ściany jest bezpieczny w różnych możliwych warunkach obciążenia.

Efekt sprzężenia ścian ścinanych

W rzeczywistych systemach konstrukcyjnych ściany usztywniające mogą funkcjonować jako system połączony zamiast ścian izolowanych w zależności od ich rozmieszczenia i połączeń. Dwa sąsiednie panele ścienne można uznać za połączone, gdy interfejs przenosi ścinanie wzdłużne, aby wytrzymać tryb odkształcenia. Naprężenie to powstaje zawsze, gdy w przekroju występuje zginające lub usztywnione naprężenie wypaczające, a jego wielkość zależy od sztywności elementu łączącego. W zależności od tej sztywności, osiągi połączonego przekroju będą mieścić się pomiędzy osiągami idealnie jednolitego elementu o podobnym przekroju w rzucie brutto a łączną wydajnością niezależnych części składowych. Inną zaletą połączenia jest to, że zwiększa ogólną sztywność zginania nieproporcjonalnie do sztywności na ścinanie, co skutkuje mniejszym odkształceniem ścinania.

Aranżacja w budynkach o różnych funkcjach

Usytuowanie ścianki usztywniającej znacząco wpływa na funkcję budynku, taką jak wentylacja naturalna i doświetlenie światłem dziennym. Wymagania eksploatacyjne różnią się dla budynków o różnych funkcjach.

Budynki hotelowe i wieloosobowe

Rysunek 2 Połączona ściana usztywniająca działająca jako system przegród.

Budynki hotelowe czy wieloosobowe wymagają wielu przegród, umożliwiających wstawienie ścian usztywniających. W tych konstrukcjach preferowana jest tradycyjna konstrukcja komórkowa (rys. 2) i stosowany jest regularny układ ścian z poprzecznymi ścianami poprzecznymi między pomieszczeniami i podłużnymi ścianami grzbietowymi flankującymi centralny korytarz.

Nieruchomości komercyjne

Rysunek 3 Struktura rdzenia ścinanego.

Struktura ścian usztywniających pośrodku dużego budynku — często obejmująca szyb windy lub klatkę schodową — tworzy rdzeń usztywniający . W wielokondygnacyjnych budynkach komercyjnych ściany usztywniające tworzą co najmniej jeden rdzeń (rysunek 3). Z punktu widzenia usług budowlanych, ścinany rdzeń mieści usługi komunalne, w tym schody, windy, toalety i piony usługowe. Wymagania użytkowe budynku wymagają odpowiedniego rozmieszczenia rdzenia ścinanego. Z konstrukcyjnego punktu widzenia rdzeń ścinany mógłby wzmocnić odporność budynku na obciążenia boczne, tj. obciążenie wiatrem i obciążenie sejsmiczne oraz znacznie zwiększyć bezpieczeństwo budynku.

Metody budowy – beton

Rysunek 4 Ściana usztywniająca żelbetowa ze zbrojeniem poziomym i pionowym.

Betonowe ściany usztywniające są wzmacniane zarówno zbrojeniem poziomym, jak i pionowym (rysunek 4). Współczynnik zbrojenia jest definiowany jako stosunek powierzchni betonu brutto dla przekroju prostopadłego do zbrojenia. Kodeksy postępowania budowlanego definiują maksymalne i minimalne ilości zbrojenia, a także detalowanie prętów stalowych. Powszechne metody budowy ścian żelbetowych na miejscu obejmują tradycyjne dźwigi szalunkowe, formę ślizgową, formę skokową i formę tunelową.

Metoda wind żaluzjowych

Tradycyjną metodę dźwigów szalunkowych należy stosować, gdy łączna liczba ścian jest niewielka lub układ jest nieregularny. W tej metodzie ściany tworzy się jednopiętrowo wraz z kolumnami. Chociaż jest powolna, ta technika może zapewnić najwyższą jakość wykończenia lub teksturę.

Metoda formy poślizgowej

Formowanie ślizgowe to metoda układania betonu, w której ruchoma forma jest używana do tworzenia ciągłego wytłoczenia ściany. Ta metoda jest bardzo wydajna w przypadku dobrze dopasowanych konstrukcji, takich jak systemy ścian kołnierzowych i rdzeniowych. Można uzyskać bardzo dokładną grubość ścianki, ale powierzchnia jest szorstka ze względu na ścieranie formy na ścianach.

Metoda przeskoku formularza

Formowanie skokowe, znane również jako formowanie wspinaczkowe, to metoda konstrukcji, w której ściany są odlewane w dyskretnych windach. Jest to proces stop-start, w którym na każdym poziomie windy powstają spoiny dzienne. Podobnie jak formowanie ślizgowe, formowanie przeskokowe jest efektywne tylko w przypadku konstrukcji z powtarzalnym układem ścian. Ponadto jest wygodny do dodawania połączeń i wytłoczeń na poziomie podłogi ze względu na dyskretne cechy. Niemniej jednak włączenie stawów dziennych daje większe szanse na defekty i niedoskonałości.

Metoda formy tunelowej

Konstrukcja form tunelowych wykorzystuje system szalunków do odlewania płyt i ścian w ramach jednej operacji odlewania. Nadaje się do konstrukcji komórkowych z regularną powtarzalnością zarówno elementów poziomych, jak i pionowych. Zaletą tej metody jest to, że konstrukcja może przebiegać jednocześnie w pionie i poziomie, zwiększając w ten sposób integralność i stabilność konstrukcji.

Nieplanarne ściany usztywniające

Ze względu na wymagania funkcjonalne projektant może wybrać przekroje nieplanarne, takie jak C,L, w przeciwieństwie do przekrojów planarnych, takich jak prostokątne/prętowe dzwony. Przekroje nieplanarne wymagają analizy 3D i stanowią obszar badawczy.

Techniki modelowania

Techniki modelowania były stopniowo aktualizowane w ciągu ostatnich dwóch dekad, przechodząc od statycznego liniowego do nieliniowego dynamicznego, umożliwiając bardziej realistyczną reprezentację globalnego zachowania i różnych trybów awarii . Różne techniki modelowania ścian ścinanych obejmują modele makro, takie jak zmodyfikowane elementy belkowo-słupowe, do modeli mikro, takich jak modele elementów skończonych 3D. Odpowiednia technika modelowania powinna:

  • Być w stanie przewidzieć nieelastyczną odpowiedź
  • Uwzględnienie ważnych cech materiałów
  • Symuluj funkcję behawioralną: łączenie okrążenia i poślizg pręta
  • Reprezentuj migrację osi neutralnej
  • Usztywnienie naciągu
  • Interakcja zginania i ścinania

Z biegiem czasu opracowano różne modele, w tym modele makro, modele elementów liniowych pionowych, modele elementów skończonych i modele wielowarstwowe. Ostatnio popularne stały się elementy belkowo-słupowe o przekroju włóknowym, ponieważ mogą one prawidłowo modelować większość globalnych trybów reakcji i uszkodzeń, unikając przy tym wyrafinowania związanego z modelami elementów skończonych.

Metody analizy

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne


Ikona skrótu

Ten artykuł na temat inżynierii lądowej jest skrótem . Możesz pomóc Wikipedii, rozwijając ją .
Ikona skrótu

Ten artykuł związany z inżynierią jest skrótem . Możesz pomóc Wikipedii, rozwijając ją .
Ikona skrótu

Ten artykuł dotyczący architektury jest skrótem . Możesz pomóc Wikipedii, rozwijając ją .