مقاله تحلیلی:‌ ديوار فونداسیون بتنی تحت بارهای جانبی خاک

ازجمله سازه های چالش‌برانگیز برای مهندسان سازه می‌توان به دیوارهای فونداسیون در ساختمان های مسکونی اشاره کرد که درنتیجه فشار جانبی خاک دچار شکست شده اند. در بسیاری از موارد، دیوارها در ابتدا با آرماتور گذاری عمودی با فولاد افقی تقویت می شوند که نشان می دهد مقاومت جانبی بالای دیوار توسط سیستم قاب‌بندی کف تأمین می شود.

آیین‌نامه بین‌المللی ساختمان های مسکونی (IRC)، دیوارهای دارای تکیه‌گاه جانبی در بالا را متمایز از دیوارهای فاقد این نوع تکیه‌گاه می‌داند. در بخش R404.1.2.2، به الزامات مربوط به آرماتورهای افقی و عمودی در بالا و پایین دیوارهای بتنی اشاره شده است. بخش R404.1.2.2 به دیوارهایی فاقد تکیه‌گاه در بالا اشاره دارد و در بخش R404.1.3 ذکر شده که دیوارها باید مطابق با اصول مهندسی پذیرفته‌شده طراحی شوند. متعاقبا، این پرسش مطرح می شود که چه چیزی تکیه‌گاه جانبی را در بالای دیوار تأمین می‌کند؟

هدف از این مقاله طرح کلی روش های طراحی مناسب دیوارهای بتنی فونداسیون است که در معرض فشار جانبی خاک قرار دارند. این مقاله شامل گراف ها و نمودارهایی برای کمک به طراحی سیستم های سازه ای با و بدون تکیه‌گاه جانبی در بالا است.

ساختمان های مسکونی متعارف دارای یک صفحه کف دوجداره چوبی است که به بالای پی پیچ شده است. درجایی که تیر کف به‌موازات دیوار (بدون بلوک گذاری پیوسته بین تیرها) قرار دارد، هیچ تکیه‌گاه جانبی در بالای دیوار وجود ندارد. برای تیر عمود بر دیوار، نیروهای جانبی در بالای دیوار باید ابتدا از روی دیوار تا صفحه کف از طریق انکر بولت ها، از صفحه کف به تیر کف از طریق صفحه زیر دیوارها به تیرهای کف و سپس به دیافراگم کف منتقل شوند.

در شکل 1، یک دیوار زیرزمین که در بالا دارای تکیه‌گاه است، نشان داده شده است و مطابق شکل ۲، تحلیل می شود. صرف‌نظر از نوع سازه مورداستفاده در بالای دیوار، روش ارائه‌شده در بالای همه دیوار اعمال خواهد شد. طراحی باید به‌گونه‌ای باشد که امکان انتقال فشار جانبی دیوار به دیافراگم کف وجود داشته باشد.

درحالی‌که راه حل های متعددی برای صفحات مستطیل شکل در معرض فشار هیدرواستاتیک معادل وجود دارند

 Timoshenko et.al.) و انجمن سیمان پورتلند (ST 63، اما نویسندگان این مقاله دریافته اند که می توان با یک برنامه المان محدود نتایج لازم برای تعیین عکس‌العمل در بالای پی و ممانهای خمشی حاصل را تعیین کرد.

مقایسه ای از نتایج روش FEM و موارد مندرج در سند انجمن سیمان پورتلند (PCA) برای تأیید مدل کامپیوتری FEM انجام شد. برای ارزیابی اثرات المان هاي مختلف، سه اندازه در نظر گرفته شد: ۱۲x ۱۲ اینچ، 6 X ۶ اینچ و ۳ X ۳ اینچ. صفحه مورد نظر ۱۶ فوت طول، ۸ فوت ارتفاع و ۸ اینچ ضخامت دارد و در بالا آزاد، در پی مفصلي و در سر عمودی ثابت است. ممان حاصل در جدول ۱ نشان داده شده است.

در مقایسه با نتایج PCA، استفاده از یک المان ۶ در ۶ اینچ، حدود ۵ تا ۷ درصد تفاوت ايجاد مي كند. توصیه می شود که یک المان ۶ در 6 اینچی براي تعيين نتايج درست استفاده شود.

نمودارهايي برای شرایط مرزی مختلف براساس اندازه المان ۶ در 6 اينچي برای تسهیل طراحی دیوارها تحت‌فشار جانبی خاک ایجاد شدند. شکل ۳ عکس‌العمل بالای دیوار برای ارزيابي كافي بودن اتصال آن در انتقال عکس‌العمل به دیافراگم كف را نشان مي دهد.

برای دیوارهایی که در آن‌ها نسبت طول افقی دهانه به ارتفاع دیوار دو یا بیشتر است، می‌توان عکس‌العمل افقی بالای دیوار را مشابه تير ساده تعيين كرد. نسبت عرض به ارتفاع کمتر از دو را می توان با استفاده از شکل ۳ تحليل کرد. با نسبت‌های ابعادی بزرگ‌تر از سه، ممان های خمشی عمودی با درنظر گرفتن دیوار به عنوان تير ساده از بالا تا پایین تعیین مي شوند. براي نسبت کمتر از سه، می‌توان از شکل ۳ برای تعیین ممان خمشي عمودی استفاده کرد.

اگر جزئیات بالای دیوار را نتوان از نظر اقتصادی در موازنه با نیروهای واکنش پذیر طراحی کرد، ديوار را بايد به عنوان صفحه يك سر آزاد در بالا در نظر گرفت. شکل ۴ صفحه‌ای آزاد در بالا و با تکیه‌گاه ساده بتکیه‌گاه ساده در سه طرف ديگر را نشان مي دهد. شکل ۵ و ۶ یک صفحه را نشان می دهد که در پای ديوار دارای تکیه‌گاه ساده و در بالا آزاد و در جهات عمودي گيردار است.

 شكل 5. صفحه ساده در پاي ديوار با سر آزاد در بالا و گيردار در اطراف

باید در نظر داشت که پي هاي متداول شامل یک صفحه تخت منفرد نیستند، بلکه از چندین صفحه که یک فرم جعبه اي را شکل می دهند، تشکیل شده اند. درنتیجه، شرایط در سر عمودی نمی تواند به صورت مفصلي يا کاملاً گ باشد.

 اگر طول دیوارها در تكيه گاه ها برابر و عمود بر دیوار باشد، در صورتي كه فشار دیوار از هر طرف برابر باشد، تكيه گاه ها می-توانند ثابت باشند.

با این حال، در برخی موارد، طراح ممکن است براي محاسبه ممان های خمشی افقی و عمودي وسط دهانه ديوار، سر عمودي را ساده انتخاب کند. جدول ۲ تأثير تكيه گاه گيردار و ساده برای ابعاد مختلف دیوار را نشان مي دهد. در اين حالت، فشار معادل سيال (EFP)، 40 پوند در فوت مكعب (pcf) در نظر گرفته‌شده است. با توجه به نتايج، برای نسبت ابعادي تقریبی ۴ و بیشتر، با مقايسه انتهاي گيردار و ساده، تفاوت در ممان خمشی حاصل تقریبا برابر با ۱۰ درصد یا کمتر است.

دیوار فونداسیون: درجایی که سطح زمین بسیار پایین‌تر از سطح سازه باشد از دیوار فونداسیون که یک دیوار صلب متصل به شالوده است،‌استفاده می‌شود. این دیوار عملکردی مشابه دیوار حائل دارد و در بعضی موارد تکیه‌گاه اصلی سازه محسوب می‌شود.

 منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.