نحوه تمایز سیستم قاب_ساختمانی و سیستم دیوار_باربر

در بند 1-8 آیین_نامه_2800 ، سیستمهای سازه ای مختلفی تعریف شده است. دو مورد از این سیستمها شامل سیستم قاب ساختمانی و سیستم دیوارهای باربر میباشند. در هر دو حالت، این سیستم ها میتوانند شامل دیوارهای برشی بتنی نیز باشند. ضریب رفتار سیستم قاب ساختمانی و دیوار برشی بتنی نسبت به همین حالت در سیستم دیوار باربر در آیین نامه 2800 بالاتر در نظر گرفته شده است. حال سوال اینجاست که تفاوت این دو سیستم در چیست و مرز آنها برای تشخیص مهندس طراح کجاست؟
در آیین نامه 2800 در تعریف سیستم دیوار باربر اشاره شده است که بارهای قائم ، عمدتاً ( و نه همه ) توسط دیوارهای باربر تحمل گردد. در تعریف سیستم قاب ساختمانی نیز ذکر شده است که بارهای قائم عمدتاً ( و نه همه ) توسط قاب فضایی تحمل شود. نکته ابهام آمیز اینجاست که در هر دو حالت لازم نیست که تمام بار ثقلی فقط توسط قاب یا دیوار تحمل شود. پس مرز این دو حالت کجاست و منظور از عمده بار ثقلی چه درصدی از کل بار است؟
به طور منطقی و به عنوان یک حداقل میتوان به صورت بدیهی قبول کرد که منظور از عمده بار ، لااقل نیمی از بار ثقلی است؛ پس حالتی که کمتر از نیمی از بار ثقلی سازه به قاب فضایی منتقل میشود، نمیتواند به عنوان سیستم قاب ساختمانی در نظر گرفته شود و این سیستم تبعاً در جهت اطمینان باید سیستم دیوار باربر لحاظ گردد. اما آیا اگر قاب فضایی نیمی از بار ثقلی را تحمل کند شامل تعریف تحمل عمده بار ثقلی میگردد؟ این موضوع در آیین نامه 2800 مبهم رها شده است.
مطابق مرجع Recommended Lateral Force Requirements and Commentary ( 1999 seventh edition ) و بخش C407.1.1 آن برای اینکه تشخیص دهیم که کدام سیستم دیوار باربر و کدام سیستم قاب ساختمانی است میتوان به این روش عمل کرد :
-بخشهایی از دیوارها را که مشابه تیر و یا ستون آرماتوربندی نشده اند ، بدون حذف وزن آنها ، از باربری ثقلی سازه حذف میکنیم.
– پس از حذف مقاومت دیوارها، اگر سازه باقیمانده بتواند بارهای ثقلی را تحمل نماید، میتوان سیستم را قاب فضایی تعریف کرد و در غیر اینصورت سیستم به صورت دیوار باربر خواهد بود.
برای اینکه بتوانیم با رعایت شرط مرجع بالا، سیستم را قاب ساختمانی فرض نماییم کافیست که در انتهای دیوارها از المانهای مرزی و در تراز طبقات در داخل دیوار از المان تیر با رعایت ضوابط آرماتوربندی به ترتیب ستون و تیر استفاده نماییم. در این حالت طبعاً المانهای مرزی و تیرهای تراز طبقات در دیوار برشی نیاز به حذف برای کنترل شرط فوق ندارند و در صورت اینکه این المانها بعد از حذف مقاومت دیوارها توان تحمل بارهای ثقلی را داشته باشند، شرایط مورد نظر در بالا را تامین مینمایند و در نتیجه سازه میتواند از نوع سیستم قاب ساختمانی در نظر گرفته شود. لازم به ذکر است که مطابق مرجع فوق نیازی نیست که المانهای تیر و ستون جدا از دیوار باشند و پیوستگی بین این المانها و دیوار منعی برای کنترل ضابطه فوق ایجاد نمینماید.
علاوه بر مرجع فوق در راهنمای بارگذاری لرزه ای آیین نامه ASCE7-10 ) Guide to the Seismic Load Provisions of ASCE 7-10 ) برای این موضوع مرز 50 درصد تعریف شده است؛ به این معنی که بین دیوارها و اجزای قاب، هر کدام میزان بار ثقلی بیشتری را تحمل نمایند، همان سیستم به عنوان سیستم باربر جانبی انتخاب میشود. به بیان دیگر برای آنکه سیستم از نوع قاب ساختمانی باشد، باید حداقل 50 درصد بارهای ثقلی توسط المانهای قاب تحمل شود. در این مرجع دیوارهایی به عنوان دیوار باربر بتنی تعریف شده اند که غیر از وزن خود لااقل بار ثقلی خطی به میزان 200 پوند بر فوت ( در حدود 300 کیلوگرم بر متر طول ) به آنها اعمال گردد.
به عنوان نتیجه گیری میتوان بیان کرد که برای اینکه سیستم سازه ای به جای دیوار باربر از نوع قاب ساختمانی و دیوار برشی فرض شود، مهندس طراح با قضاوت مهندسی باید یکی از دو روش اشاره شده در بالا را در پیش بگیرد. در روش اول با تعبیه المانهای مرزی و تیرهایی در داخل دیوار در تراز طبقات ( برای حالتی که بار ثقلی مستقیماً از سقف به دیوار منتقل میشود) بارهای ثقلی را از طریق این المانها منتقل نماید و یا مطابق با روش دوم میزان دیوارهای در نظر گرفته شده در سازه را به حدی تقلیل دهد که کل بارهای ثقلی منتقل شده به دیوارها از نصف کل بارهای ثقلی سازه تجاوز ننماید.