دیوار برشی فولادی کوپله یک سیستم کارآمد برای مقابله با نیروهای جانبی به ویژه در مناطق با لرزه خیزی بالا می باشد. این سیستم در واقع از دو پایه دیوار که هر کدام از آن ها یک دیوار برشی فولادی ویژه می باشند و در تراز طبقات به وسیله ی تیرهای همبند به یکدیگر متصلند، تشکیل شده است. در این مقاله دو پارامتر ضریب یکپارچگی که شاخصی برای میزان اندرکنش بین دو پایه دیوار است و مقاومت پلاستیک دیوار برشی فولادی کوپله مورد بررسی قرار گرفته اند. 12 مدل دیوار برشی فولادی کوپله انتخاب شده است که پارامترهای متغیراتی طول و مشخصات هندسی تیرهمبند و ارتفاع دیوار برشی فولادی کوپله می باشد. این مدلها با استفاده از روش های عددی و آنالیز استاتیکی غیرخطی مورد مطالعه قرار گرفته اند. به منظور اعتبارسنجی نتایج حاصله از مدل عددی اعتبارسنجی شده ی Borrello & Fahnstock استفاده شده است. نتایج حاصل از مطالعات عددی نشان می دهد که تغییر طول تیرهای همبند با سختی یکسان تاثیر چشمگیری در میزان ضریب یکپارچگی دارد. علاوه بر این افزایش سختی تیرهای همبند نیز باعث افزایش ضریب یکپارچگی و هم چنین افزایش میزان برش پایه دیوار برشی فولادی کوپله می شود.

امروزه یکی از جدیدترین زمینه مطالعات در حوزه مهندسی سازه و زلزله، دستیابی به سیستم های سازه ای است که پس از وقوع زلزله به سرعت به وضعیت پیش از زلزله و خدمت رسانی بازگردد. دیوار برشی فولادی نازک در قاب بتن آرمه با داشتن قابلیت تعویض به عنوان عضو فدا شونده و یا فیوز، هنگام زلزله از سیستم باربر جانبی محافظت می نماید. در این مقاله با در نظر گرفتن رفتار دوگانه ناشی از اندرکنش بین قاب و دیوار، یک روش طرح پلاستیک مبتنی بر عملکرد در قاب خمشی بتن آرمه ویژه با دیوار برشی فولادی نازک ارایه شده است. این روش طراحی، روشی غیرتکراری، ساده و قابل برنامه نویسی بوده که توسط آن سازه تحت سطوح عملکرد هدف های مختلف، با دقت مناسب طراحی می شود. سطوح عملکرد هدف در این مقاله رفتار الاستیک در زلزله بهره برداری برای قابلیت استفاده بی وقفه، رفتار غیر الاستیک ورق و الاستیک قاب خمشی در زلزله سطح طراحی برای بازسازی سریع و رفتار غیر الاستیک کل سازه در زلزله حداکثر برای جلوگیری از فروریختگی است. برای این منظور، سه سازه کوتاه، متوسط و بلندمرتبه (6، 12 و 18 طبقه)، در ناحیه با لرزه خیزی بالا با این روش طرح شده و آنالیز دینامیکی غیرخطی، روی این سازه ها با استفاده از مدل نواری در نرم افزار OpenSees انجام شده است. نتایج با مقادیر آیین نامه ASCE7-10 و مقادیر پیشنهادی دیگر محققان مقایسه و تطبیق مناسبی مشاهده شد. بر اساس نتایج تحلیل مشخص شد، سازه های طرح شده در سه سطح خطر فرض شده، به سطوح عملکرد هدف رسیده اند.

در سال های اخیر از سیستم دیوار برشی فولادی به دلیل مزایای رفتاری مناسب همچون سختی و مقاومت بالا، اقتصادی بودن و قابلیت جذب انرژی زیاد در سازه های بلند استفاده شده است. به دلایل معماری استفاده از دهانه های بزرگ معمول می باشد و لذا چنانچه در این دهانه ها نیاز به استفاده از دیوار برشی فولادی باشد، معمولاً از نوع کوپله (مزدوج) آن استفاده می شود. دیوار برشی فولادی کوپله از دو دیوار برشی فولادی تشکیل شده است که توسط تیر پیوند فولادی در تراز هر طبقه به یکدیگر متصل شده اند. در این مقاله قاب های 3، 10و 15 طبقه دیوار برشی فولادی کوپله دارای اتصال صلب با سه طول مختلف تیر پیوند 25/1، 5/2 و 75/3 متر و تیر های پیوند دارای مدول مقطع پلاستیک 100 درصد نسبت به تیر پانل بااستفاده از سه زوج شتاب نگاشت تحت تحلیل دینامیکی غیر خطی بااستفاده از نرم افزار ABAQUS قرار گرفته و عملکرد دیوار ها و تیر پیوند در برش پایه، دریفت، پریود سازه و درجه ی کوپلگی(DC) مورد ارزیابی واقع شده است. نتایج نشان می دهد که در سیستم دیوار برشی فولادی کوپله با کاهش طول تیر پیوند، برش پایه افزایش و دریفت و پریود اصلی سازه کاهش می یابد. همچنین تغییرات طول تیر پیوند اثرات متفاوتی در پارامتر درجه ی کوپلگی دارد.

در چند دهه اخیر، ایده استفاده از دیوار برشی فولادی نازک، به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در طراحی و تقویت ساختمان ها، مورد توجه پژوهشگران و طراحان قرار گرفته است. در این تحقیق تلاش شده است ضریب رفتار (R)، ضریب اضافه مقاومت و ضریب تشدید کننده جابجایی در قاب خمشی بتن آرمه ویژه با دیوار برشی فولادی نازک و استفاده از روش طرح پلاستیک مبتنی بر عملکرد، مورد بررسی قرار گیرد. بدین منظور قاب هایی با سیستم دیوار برشی فولادی با تعداد طبقات مختلف، در نظر گرفته شده اند و آنالیز استاتیکی غیرخطی، روی این قاب ها با استفاده از مدل نواری در نرم افزار OpenSees انجام شده است. نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایش تجربی مقایسه گردیدند و تطبیق قابل قبولی مشاهده گردید. در نهایت مقادیر ضریب رفتار (R)، ضریب اضافه مقاومت و ضریب تشدیدکننده جابجایی برای سیستم قاب خمشی بتن آرمه با دیوار برشی فولادی نازک بر اساس روش یوانگ محاسبه گردیده و به ترتیب برابر 9. 37، 2. 21 و 11. 06 برای روش طراحی در حالت حدی پیشنهاد شده است. همچنین استفاده از دیوار برشی فولادی در قاب خمشی بتن آرمه نشان از افزایش مقاومت، شکل پذیری، سختی الاستیک و نهایتا افزایش ضریب رفتار سازه را دارد.

از مهمترین عوامل نیاز به مقاوم سازی دیوار برشی کوپله کافی نبودن تاب برشی تیر همبند در دیوار برشی کوپله می باشد. برای مقاوم سازی روش های مختلفی وجود دارد که، به علت خصوصیات منحصر به فرد کامپوزیت های FRP، استفاده از آن ها برای بهسازی اعضای بتن آرمه، تبدیل به یکی از متداول ترین روش ها شده است. با توجه به این که قیمت مصالح FRP یکی از عوامل محدودکننده استفاده از آن در بهسازی سازه ها محسوب می شود در این مطالعه با استفاده از روش های عددی و نتایج آزمایشگاهی به کمک نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS، 5 نمونه از آرایش های مختلف FRP که موجب کاهش مصرف FRP در بهسازی لرزه ای دیوار برشی کوپله می شود، معرفی گردید. نتایج بدست آمده از این 5 نمونه با نمونه مبنا که بدون پوشش FRP می باشد و نمونه که همپوشانی کامل FRP دارد، مقایسه گردید و نمونه که به صورت ضرب دری می باشد، به عنوان بهترین نمونه انتخاب گردید که این امر سبب کاهش هزینه های بهسازی تیر همبند در دیوار برشی کوپله می گردد.

مقاله حاضر، ابتدا به خلاصه ای از رفتار دیوارهای برشی فولادی پرداخته، آنگاه به بررسی موردی رفتار، آنالیز و طراحی یک پانل یک و چهار طبقه در مراحل الاستیک و پلاستیک، در دو حالت با وجود سخت کننده و بدون آن، با استفاده از نرم افزار المان محدود ANSYS می پردازد. به این نتیجه می رسیم که جذب انرژی این سیستم و جابجایی جانبی آن در محیط پلاستیک بیشتر شده، صفحه فولادی وارد محیط غیر خطی گشته ولی قاب فولادی در محدوده خطی باقی می ماند. همچنین جابجایی جانبی سیستم دیوار برشی فولادی تقویت شده نسبت به سیستم صفحه ای نازک، به دلیل عدم امکان کمانش آن، کمتر بوده و جابجایی جانبی در تراز تیرهای طبقات، در سیستم دیوار برشی فولادی چهار طبقه در حالت پلاستیک بیشتر گشته و سطح بیشتری از پانل صفحه ای فولادی در این مرحله وارد فاز غیر خطی گشته، در حالی که پانل هنوز به باربری خود می تواند ادامه دهد.

برای تحمل بارهای جانبی در ساختمان ها، مخصوصا ساختمان های بلند از دیوار برشی استفاده می شود. دیوارهای برشی انواع مختلفی دارند، از جمله دیوار برشی فولادی که قاب و دیوار، فولادی می باشند، دیوارهای برشی بتنی که قاب و دیوار کلا بتنی است و دیوارهای برشی مرکب که قاب و دیوار، فولادی و برای جلوگیری از کمانش ورق از یک لایه بتنی استفاده می شود. ولی اتفاق می افتد که سازه شامل یک قاب فولادی و دیوار برشی بتنی باشد. در این حالت نحوه اتصال دیوار برشی بتنی به المان های مرزی فولادی بسیار حایز اهمیت می باشد. در این مقاله دیوار برشی از نوع بتنی و اتصال آن به قاب فولادی مورد مطالعه و بررسی قرار خواهد گرفت. برای این منظور ابتدا یک سازه 10 طبقه با سیستم قاب خمشی فولادی همراه با دیوار برشی بتنی در نرم افزار Etabs مدل گردید، تا ابعاد تیر، ستون، دیوار و میزان آرماتورهای طولی و عرضی دیوار برشی بتنی مشخص گردد. سپس یک دیوار از طبقه اول با المان های مرزی انتخاب شده تا در نرم افزار Abaqus در 4 نوع مختلف قرار گیری المان مرزی و نحوه اتصال قاب فولادی به دیوار بتنی مدل سازی شود و از نظر مقاومت و نوع خرابی دیوار تحت بارگذاری پوش آور و هیسترسیز مقایسه گردند. مدل های ساخته شده از این قرارند: الف-ستون مدفون در دیوار برشی بتنی ب-ستون نیمه مدفون در دیوار برشی بتنی ج-ستون مدفون در دیوار برشی بتنی با اتصال جوش آرماتورهای عرضی دیوار برشی به بال ستون. د-ستون مدفون در دیوار برشی بتنی با اتصال بولت آرماتورهای عرضی دیوار برشی در بال ستون. از نتایج تحلیل مدل های ساخته شده در نرم افزار آباکوس، می توان نتیجه گرفت؛ مدل دیوار برشی با ستون مدفون و اتصال بولت آرماتورهای عرضی، مقاومت بیشتر نسبت به سایر حالات اتصال از خود نشان داده که دلیل این امر را می توان، در اتصال قوی بولت، که باعث مشارکت بیشتر المان مرزی فولادی در تحمل بار لرزه ای می شود، دانست. همچنین مدل با ستون نیمه مدفون، مقاومت کمتری نسبت به سایر حالات اتصال از خود نشان داده که عدم محصور شدگی در ناحیه المان مرزی و مشارکت کمتر المان فولادی در این حالت را می توان علت این امر دانست. همچنین مقاومت بیشینه و جابجایی مدل ها در تحلیل هیسترسیز نسبت به تحلیل پوش آور کمتر بوده، چون در تحلیل هیسترسیز بار وارده به صورت رفت و برگشتی به مدل وارد شده که باعث کاهش مقاومت و جابجایی نسبت به تحلیل پوش آور شده است.