Skjuvvägg - Shear wall
I byggteknik , en skjuvning vägg är en vertikal del av ett system som är utformat för att motstå in- plana sidokrafter, typiskt vind och seismiska laster. I många jurisdiktioner reglerar International Building Code och International Residential Code utformningen av skjuvväggar.
En skjuvvägg motstår belastningar parallellt med väggplanet. Samlare, även kända som dragelement , överför membranskjuvning till skjuvväggar och andra vertikala element i det seismiska kraftmotståndssystemet. Skjuvning väggar är typiskt ljus inramat och stagade trä väggar med skjuv paneler, armerad betong väggar, armerade murade väggar eller stålplattor.
Plywood är det konventionella materialet som används i skjuvväggar av trä (timmer), men med framsteg inom teknik och moderna byggmetoder har andra prefabricerade alternativ gjort det möjligt att injicera skjuvaggregat i smala väggar som faller på vardera sidan om en öppning. Plåtstål och stålbaksatta skjuvpaneler i stället för strukturell plywood i skjuvväggar har visat sig ge starkare seismisk beständighet.
Hänsyn till strukturell design
Last- och felmekanismer
En skjuvvägg är styvare i sin huvudaxel än i den andra axeln. Det betraktas som en primär struktur som ger relativt styvt motstånd mot vertikala och horisontella krafter som verkar i dess plan. Under detta kombinerade belastningsförhållande utvecklar en skjuvvägg kompatibla axiella, skjuv-, torsions- och böjstammar, vilket resulterar i en komplicerad inre spänningsfördelning. På detta sätt överförs laster vertikalt till byggnadens fundament. Därför finns det fyra kritiska felmekanismer; som visas i figur 1. De faktorer som bestämmer felmekanismen inkluderar geometri, belastning, materialegenskaper, fasthållning och konstruktion.
Slankhet förhållande
Slankhetens förhållande mellan en vägg definieras som en funktion av den effektiva höjden dividerad med antingen den effektiva tjockleken eller radien för väggavsnittets gyration. Det är starkt relaterat till den smala gränsen som är avgränsningen mellan element som klassas som "smal" eller "tät". Smala väggar är sårbara för böjningsfellägen, inklusive Eulers böjning i planet på grund av axiell kompression, Eulers böjning utanför planet på grund av axiell kompression och lateral torsionsböjning på grund av böjmoment. I designprocessen måste konstruktörerna överväga alla dessa fellägen för att säkerställa att väggkonstruktionen är säker under olika typer av möjliga lastförhållanden.
Kopplingseffekt av skjuvväggar
I verkliga strukturella system kan skjuvväggarna fungera som ett kopplat system istället för isolerade väggar beroende på deras arrangemang och anslutningar. Två angränsande väggpaneler kan anses vara kopplade när gränssnittet överför längsgående skjuvning för att motstå deformationsläget. Denna spänning uppstår när en sektion upplever en böjning eller begränsad vridspänning och dess storlek är beroende av kopplingselementets styvhet. Beroende på denna styvhet kommer prestandan hos en kopplad sektion att falla mellan den för ett idealiskt enhetligt element med liknande bruttoplan och den kombinerade prestandan hos de oberoende komponentdelarna. En annan fördel med koppling är att den förbättrar den totala böjstyvheten proportionellt mot skjuvstyvheten, vilket resulterar i mindre skjuvdeformation.
Arrangemang i byggnader med olika funktioner
Placeringen av en skjuvvägg påverkar byggnadsfunktionen avsevärt, såsom naturlig ventilation och dagsljusprestanda. Prestandakraven varierar för byggnader med olika funktioner.
Hotell och sovsalar
Hotell- eller sovsalar kräver många skiljeväggar, vilket möjliggör införande av skjuvväggar. I dessa strukturer föredras traditionell cellulär konstruktion (figur 2) och ett vanligt väggarrangemang med tvärgående tvärväggar mellan rum och längsgående ryggradsväggar som flankerar en central korridor används.
Kommersiella byggnader
En struktur av skjuvväggar i mitten av en stor byggnad - ofta omslutande en hissaxel eller trapphus - bildar en skjuvkärna . I kommersiella byggnader med flera våningar bildar skjuvväggar minst en kärna (Figur 3). Från ett perspektiv för byggtjänster rymmer skjuvkärnan kommunala tjänster inklusive trappor, hissar, toaletter och servicesteg. För att bygga underhållskrav krävs en korrekt placering av en skjuvkärna. Ur strukturell synvinkel kan en skjuvkärna stärka byggnadens motståndskraft mot sidobelastningar, dvs. vindbelastning och seismisk belastning, och avsevärt öka byggnadssäkerheten.
Konstruktionsmetoder - betong
Betongskjuvningsväggar är förstärkta med både horisontell och vertikal armering (Figur 4). Ett armeringsförhållande definieras som förhållandet mellan bruttobetongarean för en sektion som är ortogonal och armeringen. Konstruktionsföreskrifter definierar maximala och minimala mängder armering samt detaljering av stålstänger. Vanliga konstruktionsmetoder för in situ-armerade betongväggar inkluderar traditionella luckor, glidform, hoppform och tunnelform.
Shuttered lifts-metod
Den traditionella luckan med hissar ska användas när det totala antalet väggar är litet eller arrangemanget är oregelbundet. I denna metod bildas väggar en berättelse åt gången tillsammans med pelarna. Även om det är långsamt kan denna teknik ge en förstklassig finishkvalitet eller struktur.
Slipform-metod
Slipformning är en metod för betongplacering varigenom en rörlig form används för att skapa en kontinuerlig väggsträngsprutning. Denna metod är mycket effektiv för väl lämpade strukturer, såsom fläns- och kärnväggssystem. En mycket exakt väggtjocklek kan uppnås men ytan är grov på grund av formens nötning på väggarna.
Hoppformmetod
Hoppformning, även känd som klättringsformning, är en konstruktionsmetod där väggarna gjuts i diskreta hissar. Det är en stopp-start-process med dagfogar bildade vid varje lyftnivå. På samma sätt som glidformning är hoppformning endast effektiv för strukturer med upprepning av väggarrangemang. Dessutom är det bekvämt att lägga till anslutningar och extruderingar på golvnivån på grund av de diskreta funktionerna. Icke desto mindre lämnar införandet av dagfogar större chanser för defekter och brister.
Tunnelformmetod
Tunnelformkonstruktion använder ett formsystem för att gjuta plattor och väggar som en enda gjutoperation. Den är lämplig för cellulära strukturer med regelbunden upprepning av både horisontella och vertikala delar. Fördelen med denna metod är att konstruktionen kan utvecklas vertikalt och horisontellt samtidigt och därigenom öka konstruktionens integritet och stabilitet.
Icke-plana skjuvväggar
På grund av funktionella krav kan designern välja icke-plana sektioner som C, L i motsats till de plana sektionerna som rektangulära / stångklocka sektioner. Icke-plana sektioner kräver 3D-analys och är ett forskningsområde.
Modelleringstekniker
Modelleringstekniker har successivt uppdaterats under de senaste två decennierna och har gått från linjär statisk till icke-linjär dynamik, vilket möjliggör en mer realistisk representation av globalt beteende och olika fellägen . Olika modelleringstekniker skjuvväggar sträcker sig från makromodeller såsom modifierade strålkolonnelement till mikromodeller som 3D-modeller med ändliga element. En lämplig modelleringsteknik bör:
- Kunna förutsäga det oelastiska svaret
- Innehåller viktiga materialegenskaper
- Simulera beteendefunktion: Varvskarv och Bar Slip
- Representera migrationen av den neutrala axeln
- Spänningsförstyvning
- Interaktion mellan böj- och skjuvåtgärder
Olika modeller har utvecklats över tiden, inklusive makromodeller, vertikala linjemodellmodeller, modeller med ändliga element och flerskiktsmodeller. På senare tid har strålkolonnelement med fiberavsnitt blivit populära, eftersom de kan modellera de flesta av de globala svars- och fellägena ordentligt, samtidigt som man undviker sofistikeringar associerade med ändliga elementmodeller.
Analysmetoder
- Ändlig elementmetod
- Strängpanelmodell
Se även
Referenser
externa länkar
- Reitherman, Robert (2012). Jordbävningar och ingenjörer: En internationell historia . Reston, VA: ASCE Press. ISBN 9780784410714. Arkiverad från originalet den 26 juli 2012.
 |
Den här artikeln om ett civilingenjörsämne är en stub . Du kan hjälpa Wikipedia genom att utöka det . |
 |
Denna arkitekturrelaterade artikel är en stub . Du kan hjälpa Wikipedia genom att utöka det . |