Введение

Стена, предназначенная для восприятия поперечной нагрузки.
В строительной механике, сдвиговая стена – это двухмерный вертикальный элемент конструкции, предназначенный для сопротивления плоским поперечным силам, обычно ветровым и сейсмическим нагрузкам. Сдвиговая стена воспринимает нагрузки, параллельные плоскости стены. Коллекторы, также известные как связующие элементы, передают сдвиг перекрытия на сдвиговые стены и другие вертикальные элементы системы сопротивления сейсмическим воздействиям. Сдвиговые стены обычно представляют собой легковесные каркасные или брусковые деревянные стены с тонкими обшивками, воспринимающими сдвиг, или железобетонные стены, стены из армированной кладки или стальные панели. Фанера является традиционным материалом, используемым в деревянных сдвиговых стенах, но благодаря развитию технологий и современных методов строительства появились и другие сборные решения, позволяющие использовать сдвиговые узлы в узких стенах по обе стороны от проемов. Листовая сталь и стальные панели, используемые вместо конструкционной фанеры в сдвиговых стенах, показали более высокую сейсмостойкость.

Механизмы нагрузки и отказов

Стена сдвига более жесткая по своей главной оси, чем по другой. Она рассматривается как основной несущий элемент, обеспечивающий относительно жесткое сопротивление вертикальным и горизонтальным силам, действующим в ее плоскости. Под воздействием такой комбинированной нагрузки в стене сдвига возникают согласованные осевые, сдвиговые, крутильные и изгибные деформации, что приводит к сложному распределению внутренних напряжений. Таким образом, нагрузки передаются вертикально на фундамент здания. Существует четыре основных механизма разрушения, показанных на рисунке 1. Факторы, определяющие механизм разрушения, включают геометрию, нагрузки, свойства материала, ограничения и способ возведения. Стены сдвига также могут быть выполнены с использованием легких стальных диагональных связей, прикрепленных к собирающим элементам и анкерным точкам.

Коэффициент сладости

Отношение стройности стены определяется как функция, представляющая собой отношение эффективной высоты к эффективной толщине или радиусу инерции сечения стены. Оно тесно связано с пределом стройности, который является границей между элементами, классифицируемыми как "стройные" или "массивные". Стройные стены подвержены видам неустойчивости, включая устойчивость Эйлера в плоскости при осевом сжатии, устойчивость Эйлера вне плоскости при осевом сжатии и боковую крутильную устойчивость при изгибающем моменте. В процессе проектирования инженеры-конструкторы должны учитывать все эти виды неустойчивости, чтобы обеспечить безопасность конструкции стены при различных возможных условиях нагружения.

Крепление сдвижных стен

В реальных конструктивных системах сдвиговые стены могут функционировать как объединенная система, а не как изолированные стены, в зависимости от их расположения и соединений. Две соседние стенные панели можно считать объединенными, когда их интерфейс передает продольный сдвиг для сопротивления деформации. Это напряжение возникает всякий раз, когда сечение испытывает изгибающее напряжение или напряжение от сдерживаемой деформации, и его величина зависит от жесткости объединяющего элемента. В зависимости от этой жесткости, характеристики объединенного сечения будут лежать между характеристиками идеального однородного элемента с аналогичным общим поперечным сечением и суммарными характеристиками независимых компонентов. Дополнительным преимуществом объединения является то, что оно увеличивает общую изгибную жесткость непропорционально жесткости на сдвиг, что приводит к уменьшению деформации сдвига.

Размещение в зданиях с различными функциями

Расположение сдвиговой стены существенно влияет на функциональное назначение здания, например, на эффективность естественной вентиляции и освещения. Эксплуатационные требования различаются в зависимости от назначения здания.

Отель и общежития

В гостиничных или общежитиях требуется большое количество перегородок, позволяющих устанавливать железобетонные ядра жесткости. В таких зданиях предпочтительна традиционная клеточная структура (рисунок 2), с регулярной планировкой стен, включающей поперечные несущие стены между комнатами и продольные стены-опоры, расположенные по обе стороны от центрального коридора.

Коммерческие здания

Структура из сдвиговых стен в центре большого здания, часто окружающая шахту лифта или лестничную клетку, формирует сдвиговое ядро. В многоэтажных коммерческих зданиях сдвиговые стены образуют как минимум одно ядро (рисунок 3). С точки зрения инженерных систем здания, сдвиговое ядро вмещает в себя общедомовые коммуникации, включая лестницы, лифты, туалеты и стояки инженерных сетей. Требования к эксплуатационной надежности здания обуславливают необходимость правильной организации сдвигового ядра. С конструктивной точки зрения, сдвиговое ядро усиливает сопротивление здания горизонтальным нагрузкам, то есть ветровой и сейсмической нагрузкам, и значительно повышает безопасность здания.

Методы строительства бетон

Бетонные сдвиговые стены армируются как горизонтальной, так и вертикальной арматурой (рис. 4). Коэффициент армирования определяется как отношение площади сечения бетона к площади сечения, перпендикулярного направлению армирования. Строительные нормы и правила устанавливают максимальное и минимальное количество арматуры, а также требования к деталям расположения стальных стержней. Распространенные методы строительства монолитных железобетонных стен включают традиционную опалубку по этажам, скользящую опалубку, опалубку передвижных секций и туннельную опалубку.

Метод закрытых лифтов

Традиционный метод строительства с использованием опалубки по этажам следует использовать при небольшом общем количестве стен или их неправильной планировке. При этом методе стены и колонны формируются одновременно на одном этаже за раз. Хотя этот метод и медленный, он может обеспечить высокое качество отделки или текстуры поверхности.

Метод сдвига формы

Слипообразование – это метод укладки бетона, при котором для создания непрерывной стенной конструкции используется перемещающаяся опалубка. Этот метод очень эффективен для определенных типов сооружений, таких как стены с выступом и ядра. Можно добиться высокой точности толщины стен, однако поверхность получается шероховатой из-за трения опалубки о стены.

Метод формы скачки

Формирование прыжками, также известное как восходящее формирование, — это метод строительства, при котором стены возводятся отдельными этапами (ярусами). Это прерывистый процесс, с образованием холодных швов на каждом уровне этапа. Как и при скользящем формировании, формирование прыжками эффективно только для конструкций с повторяющимся расположением стен. Кроме того, дискретный характер метода удобен для устройства соединений и выступов на уровне перекрытий. Однако наличие холодных швов повышает риск возникновения дефектов и неровностей.

Метод туннельной формы

В туннельном строительстве используется система опалубки для одновременного бетонирования плит и стен. Она подходит для ячеистых конструкций с регулярным повторением горизонтальных и вертикальных элементов. Преимущество этого метода заключается в возможности одновременного вертикального и горизонтального возведения конструкций, что повышает прочность и устойчивость сооружения.

Неплоские сдвижные стенки

В связи с функциональными требованиями конструктор может выбирать непланарные сечения, такие как C-образные и L-образные, в отличие от планарных сечений, таких как прямоугольные или в форме колокольчика. Непланарные сечения требуют 3D-анализа и являются областью научных исследований.