سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی
سیستم های قالب صلب خالص برای ساختمان های مرتفع تر از 30طبقه عملی نمی باشد.در چنین مواردی یکی از انواع دیوار برشی نیز در قاب به کار برده می شود تا بارهای جانبی را مقاومت کند. دیوارهای برشی یا بتنی می باشند و یا از مهار بندی فولادی مشبک (خرپایی) تشکیل می گردند. این دیوارها ممکن است هسته های داخلی، بسته مانندهسته های دور محوطه های آسانسورها و پله ها، یا دیوارهای موازی در داخل ساختمان، و یا خرپاهای نمایی قائم باشند. شکل های گوناگون نقشه های افقی،راه حل های مختلف ممکن را برای طرح های افقی نشان می دهند. سیستم های هسته ای در ارتباط با فرم ساختمان از نقطه نظرهای زیر طبقه بندی شون

محل و موقعیت هسته ها

هسته های نمایی خارجی

هسته های داخلی :هسته هایی نمایی،هسته ها در داخل ساختمان

هسته های خارجی از مرکز

تعداد هسته ها

هسته های منفرد

هسته های شکافته

هسته های چندتایی

شکل هسته ها

کل های بسته: مربعی،مستطیلی، دایره ای و مثلثی.

شکل های باز شکل، I شکل و ناودانی شکل.

شکل هایی که از فرم ساخمان الهام می گیرند.

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی بر اساس رفتارشان تحت بارگذاری جانبی دسته بندی می شوند که ممکن است یک از سه نوع زیر باشند.

-1 سیستم های مرکب از قاب مفصلی و دیوار برشی: در این سیستم چون اتصالشان تیرهای قاب به ستون ها مفصلی می باشد، قاب فقط می تواند بارهای وزن را تحمل کند. دیوار برشی تمام بارهای جانبی را مقاومت می کند.

-2سیستم های مرکب از قاب مفصلی،قاب ویراندیل و دیوار برشی: نیروهای جانبی به وسیله دیوار برشی و قاب صلب(یعنی قاب ویراندیل) مشترکاً مقاومت می گردند.قاب های داخلی و قاب های نمایی طولی فقط بارهای وزن را تحمل می کنند.

-3 سیستم های مرکب از قاب صلب و دیوار برشی: به کار بردن فقط دیوارهای برشی به منظور جذب بارهای جانبی برای ارتفاعات بیش از 500 فوت غیر عملی می باشد.برای اینکه هسته ها به اندازه کافی قوی باشند باید ابعاد آنها خیلی بزرگ انتخاب شود که در این صورت دیگر برای دستگاه های حمل و نقل قائم و توزیع انرژی مناسب نخواهند بود.

به علاوه تغییر شکل آنها ممکن است چنان زیاد باشد که در دیوارهای جدا کننده و پنجره ها ترک ایجاد کند و یا حتی در ساکنین ساختمان واکنش های روانی ناگوار به وجود آورد.با به کار بردن قاب صلب که برای مقاومت نیروهای جانبی با دیوار برشی سهیم می شود بر صلبیت جانبی ساختمان به مقدار زیادی افزوده می گردد.تغییر شکل کل سیستم های متشکل از دیوار برشی و قاب صلب که روی یکدیگر اثر متقابل دارند با جمع کردن حالت های تغییر شکل جداگانه دیوار و قاب بدست می آید.

*تغییر شکل حالت برش قاب صلب: توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در پای ساختمان در جایی که بیشترین برش اثر می کند حداکثر می باشد.

*تغییر شکل حالت خمش دیوار برشی: دیوار برشی ممکن است یک دیوار بتنی توپر یا یک خر پای فولادی قائم باشد.این دیوار برشی ممکن است یک هسته داخلی،دیوار های داخلی،دیوار های داخلی موازی و یا یک دیوار نمایی باشد. دیوار برشی مانند یک تیر طره ای قائم عمل می کند و مانند آن خم می شود. توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در بالای ساختمان حداکثر می باشد و این دلالت بر این قسمت ساختمان دیوار برشی در ایجاد سختی کمترین سهم را دارد.

*تاثیر متقابل قاب و هسته برشی: برای یافتن اثر متقابل قاب و دیوار برشی تغییر شکل های دو حالت فوق را با هم جمع می کنیم که یک منحنی s کشیده حاصل می شود. به علت خصوصیات تغییر شکلی مختلف دیوار برشی و قاب، دیواربرشی به وسیله قاب در قسمت بالای ساختمان به عقب کشیده می شود و در قسمت پایین ساختمان به جلو رانده می شود. از این رو برش ناشی از باد (یا زلزله) در قسمت بالای ساختمان اساساً به وسیله قاب و در قسمت پایین ساختمان اساسا به وسیله دیوار برشی گرفته می شود.

------------------

سیستم های مرکب از دیوار برشی و قاب توأم با خرپا های کمر بندی صلب



قاب مهار بندی شده (یعنی ساختمان مرکب از قاب ودیوار برشی) برای ساختمان های تقریبا بیش از 40 طبقه پر بازده و موثر نمی باشد زیرا برای اینکه مهار بندی به قدر کافی سخت و قوی باشد مقادیر زیادی مصالح لازم می گردد. باز ده یا کار آیی سازه ساختمان را ممکن است با استفاده ازخرپاهای کمر بندی افقی که قاب را به هسته می بندند تا حدود 30در صد افزایش داد. خرپاها به هسته بطور صلب متصل می باشند و به ستون های خارجی بطور ساده اتصال دارند. هنگامی که هسته برشی سعی بر خم شدن دارد، خرپاهای کمر بندی مانند بازو های اهرم عمل می نمایند و در ستون های پیرامونی مستقیماً تنش های محوری ایجاد می کنند. این ستون ها به نوبه خود در مقابل تغییر شکل هسته مقاومت می نمایند، به عبارت دیگر در هسته کاملا برش های افقی ایجاد می شود و خرپا های کمر بندی برش قائم را از هسته به قاب نما انتقال می دهند. بنابراین با به کار بردن این خرپاهای کمربندی ساختمان بطور یکپارچه و خیلی شبیه به یک لوله ی طره شده عمل می کند. ساختمان می تواند یک یا چند خرپای کمربندی داشته باشد. هر چقدر که خرپاهای بیشتری به کار برده شود رفتار یک پارچه هسته و ستون های نما بهتر تأمین می گردد. این خرپاها را می توان در داخل ساختمان در محل هایی قرار داد که مهار بندی مورب (قطری) مانعی در وظیفه ساختمان ایجاد نکند (برای مثال در طبقات مکانیکی) . قاعده سازه ای استفاده از خرپاهای کمر بندی در بالا و وسط ساختمان به نظر می رسد که برای ساختمان های تا حدود 60 طبقه اقتصادی باشد. خرپاهای کمر بندی را می توان یا با اتصالات مفصلی و یا با اتصالات صلب به ستون های پیرامونی متصل کرد. اگر خرپاها به ستون ها بطور پیوسته متصل باشند، تمام سیستم بصورت واحد عمل می کند و در نتیجه فقط درصد کمی از ظرفیت تحمل لنگر هسته مورد استفاده قرار می گیرد زیرا دیوارهای هسته نسبتاً نزدیک تار خنثی مقطع ساختمان قرار دارند. این نکته در دیاگرام تنش سیستم صلب در آن توزیع تنش ها پیوسته می باشد مشاهده می گردد. ازطرف دیگر بازوهای ارتجاعی که از هسته طره شده و به ستون های پیرامونی مفصل می گردند ظرفیت تحمل لنگر هسته را به نحو بهتری قابل استفاده می سازند و از ستون های خارجی نیز مانند سیستم صلب استفاده می شود. با این حال چون اتصالات مفصلی فقط برش را انتقال می دهند و هیچ لنگر خمشی در ستون ها ایجاد نمی کنند ظرفیت بار محوری ستون ها افزایش می یابد. موقعی که قاب به هسته سازه مفصل شده باشد، هسته مانند یک تیر طره ای عمل می نماید و بالای آن به آزادی دوران می کند.در این حالت قاب دوران خیلی کمی را تحمل می نماید. اما اگر قاب بوسیله یک خرپای کمربندی به هسته بسته شده باشد هرگونه دورانی در بالای سیستم جلوگیری می شود زیرا ستون های پیرامونی با ایجاد نیروهای قائم (نیروهای محوری در ستون ها) خرپای کمر بندی را مهار می کنند. گیرداری جزیی که در بالای سیستم ایجاد می شود در منحنی لنگر منعکس گردیده است. این سیستم دیگر مانند یک تیر طره ای خالص عمل نمی کند زیرا هم در بالا و هم در پایین گیردار می باشد. منحنی تغییر شکل حاصله به صورت بک s کشید با لنگر خمشی برابر صفر در نقطه عطف می باشد. با افزودن خرپاهای کمر بندی اضافی در طبقات میانی ساختمان مقاومت و سختی سیستم افزایش بیشتری پیدا می کند. در هر طبقه خر پا دار از دوران سیستم ممانعت به عمل می آید. گیرداری ایجاد شده در این طبقات منحنی لنگررا به عقب می کشد.در اثر انتقال بیشتر نیروهای جانبی به نیروهای محوری، لنگر خمشی در پای ساختمان به مقدار زیادتری کاهش می یابد و از نوسان (یا تغییر شکل) جانبی ساختمان به مقدار بیشتری کاسته می شود