تاکنون مطالعات نظری و آزمایشگاهی فراوانی در خصوص رفتار دیوار برشی فولادی انجام شده است که این تحقیقات موید تامین همزمان سختی، مقاومت و
شکل پذیری در دیوارهای برشی فولادی است. دیوار برشی فولادی از یک ورق نازک فولادی تشکیل شده که به تیر و ستون پیرامونی خود متصل می‌گردد. این سیستم شامل دو نوع بدون سخت کننده و با سخت کننده می باشد که در نوع اول اجازه کمانش به ورق فولادی داده شده و صرفا از عملکرد ورق در کشش استفاده می شود و در نوع دوم با استفاده از سخت کننده های طولی و عرضی از کمانش ورق جلوگیری می شود. اگرچه در حال حاضر هر دو نوع سیستم دیوار برشی فولادی با سخت کننده و بدون
سخت کننده در دنیا مورد مطالعه قرار گرفته است، اما با توجه به حجم زیاد جوشکاری در سیستم دارای سخت کننده که منجر به صرف هزینه و زمان زیاد می‌شود، نوع بدون سخت کننده این سیستم از مقبولیت بیشتری برخوردار است. این مزیت در سیستم های بدون سخت‌کننده باعث شده که
آیین نامه های کانادا و امریکا صرفا به ارائه ضوابط در مورد دیوارهای بدون سخت کننده اکتفا کنند و دیوارهای دارای سخت کننده را از مباحث مطروحه خارج کنند.
2- معرفی اجزای دیوار برشی فولادی
شکل (1) اجزای تشکیل دهنده سیستم دیوار برشی فولادی را نمایش می‌دهد. در سیستم دیوار برشی فولادی بدون سخت‌کننده، ورق نازک فولادی وظیفه ورود به مرحله غیرالاستیک و استهلاک انرژی را دارد. اعمال نیرو به سیستم باعث ایجاد میدان کششی قطری در ورق می‌شود که این نیروهای کششی در ادامه مسیر انتقال نیرو به تیرها و ستون‌های مرزی وارد می‌شوند. بر اساس ضوابط لرزه‌ای آیین نامه های طراحی، باید از ورود ستون‌های مرزی به مرحله غیرالاستیک جلوگیری کرد. بنابراین در این سیستم سازه‌ای نیز همچون سیستم مهاربندی، مقاطع ستون‌ها قابل توجه و بزرگ خواهند شد و سهم عمده هزینه سازه را به خود اختصاص می‌دهند. تیرهای مرزی که از بالا و پایین تحت کشش موجود در ورق قرار می‌گیرند باید برای نیروهای مذکور و نیروهای اعمالی از ستون‌های مرزی به آن‌ها طراحی شوند. بر اساس ضوابط آیین‌نامه‌ها، تیرهای مرزی مجاز به ورود به محدوده غیرالاستیک در حد
کنترل شده هستند.
برای اتصال ورق به تیر و ستون مرزی می‌توان از جوش و یا پیچ استفاده کرد. با توجه به اینکه متاسفانه هنوز توجه لازم به کیفیت جوش -چه در مرحله انتخاب جوشکار و چه در مرحله نظارت حرفه‌ای بر کیفیت جوش- در اغلب پروژه‌ها دیده نمی‌شود، استفاده از روش اتصال پیچی می‌تواند گزینه مناسب و مطمئنی تلقی گردد. شکل (1) نمونه‌ای از اتصال پیچی ورق به تیر و ستون مرزی را نشان داده است.
3- مبانی تئوری
در دیوارهای برشی فولادی بدون سخت کننده، اجازه کمانش به ورق نازک فولادی داده می‌شود و از ظرفیت ورق در فشار صرف نظر می‌شود. در آنالیز دیوار برشی فولادی دو نکته مهم وجود دارد. نکته اول به نحوه مدل سازی سیستم برای حذف عملکرد ورق در فشار مربوط می‌شود و نکته دوم به نحوه تعیین نیروی داخلی در اعضا مرتبط است. از آنجا که در این سیستم، ورق فولادی نازک است به راحتی در برابر فشار کمانش می‌کند که این موضوع امری پذیرفته شده در فرایند طراحی است؛ منتها با توجه به کمانش ورق باید آن را از باربری سیستم خارج و از مقاومت ورق در فشار صرف نظر کرد. برای حذف ظرفیت عملکرد ورق در فشار باید در فرآیند تحلیل از روش‌های تحلیل غیرخطی استفاده شود که تفاوت رفتار مصالح در کشش و فشار قابل احتساب باشد.
در حال حاضر دو روش برای تحلیل دیوارهای برشی فولادی مطرح است که یکی استفاده از المان‌های Shell غیرهمسانگرد است تا این المان قادر به تمایز رفتار مصالح در راستاهای مختلف باشد و دیگری استفاده از مدل نواری آیین‌نامه کانادا است. در هر صورت تحلیل‌های خطی قادر به اعمال این دو نوع مدل سازی نیستند و استفاده از تحلیل غیرخطی اجتناب ناپذیر است.
نکته دیگری که در بحث آنالیز دیوارهای برشی فولادی مطرح است نحوه تعیین نیروهای داخلی اعضا است. از آنجا که بر اساس ضوابط آیین نامه و روش طراحی ظرفیتی، اعضای مرزی دیوار برشی فولادی باید به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند نیروهای حاصل از تسلیم ورق‌ها را بدون خروج از محدوده الاستیک تحمل کنند، محاسبه نیروهای داخلی اعضای مرزی با استفاده از نتایج تحلیل برنامه‌ای همچون ETABS قابل قبول نیست؛ چرا که در این برنامه نیروهای داخلی که مبنای طراحی قرار می‌گیرند از تحلیل سازه تحت بارهای خارجی محاسبه می‌شوند و امکان محاسبه نیروهای داخلی بر اساس فرض تسلیم تمامی ورق‌ها در تمام طبقات مقدور نمی‌شود. به همین دلیل در این سیستم سازه‌ای نمی‌توان به سراغ تحلیل سازه در محیطی همچون ETABS رفته و بر مبنای نتایج نیروهای داخلی به طراحی سازه پرداخت. بلکه مقادیر نیروهای داخلی اعضا باید به صورت دستی و برای هر عضو به صورت جداگانه و خارج از کل سازه و بر پایه اصول روش طرح ظرفیت محاسبه گردد و مبنای طراحی قرار بگیرد که این موضوع امری زمان‌بر است.
شکل (2) دیاگرام جسم آزاد دو ستون مرزی مجاور دیوار برشی را همراه با نیروهای اعمالی به آن که باید بر اساس روش طرح ظرفیت محاسبه گردند نمایش می‌دهد.
