دیوار برشی فولادی، سیستم مقاوم باربر جانبی جدید و مناسبی برای مقابله با نیروهای جانبی باد و زلزله است.

دیوار برشی فولادی را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد

۱) سیستم دیوار برشی فولادی منفرد که در آن، دیوار برشی تنها سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی است.

۲) سیستم دیوار برشی فولادی دو گانه که در آن، دیوار برشی فولادی موازی با قاب‌های خمشی یا در داخل قاب‌های خمشی قرار داده شده و هر دو با هم در برابر بارهای جانبی مقاومت می‌کنند.هر پانل دیوار برشی فولادی شامل دیوار ورق فولادی (به ارتفاع طبقه و به عرض دهانه)، ستون‌های مرزی و تیرهای افقی کف می‌باشد. دیوار ورق فولادی و ستون‌های مرزی با هم، همانند یک تیر ورق طره‌ای عمل می‌کنند که ستون‌ها نقش بال‌های تیر ورق و دیوار ورق فولادی نقش جان آن را دارد. تیرهای کف نیز تقریبا همانند سخت‌کننده‌های عرضی درتیر ورق عمل می‌کنند.

قاب فولادی محیطی هرورق ممکن است دارای اتصال تیر به ستون بصورت ساده (مفصلی) و یا ممان‌گیر (گیردار) باشد. علاوه بر این، ورق ممکن است توسط پیچ و یاجوش به قاب محیطی متصل گردد و چون مشکل تمرکز تنش وجود ندارد، نیازی به کنترل دقیق جوش در این دیوارها نمی‌باشد. این مجموعه باید در دو یا چند دهانه‌ی موازی و در کل ارتفاع ساختمان مورد استفاده قرار گیرد تا تشکیل دیوار طره‌ای سختی را دهد. دیوار برشی ورق فولادی مناسب برای سازه‌های جدید بوده و وسیله ساده‌ای برای بهسازی سازه‌های فولادی و بتنی موجود می‌باشد.

مزیت‌های دیوار برشی فولادی

1. اگر سیستم به درستی طراحی و ساخته شده باشد، بسیار انعطاف‌پذیر است و قابلیت اتلاف انرژی بالایی دارد. در نتیجه دیوارهای برشی فولادی می‌توانند در مقابله با بارهای جانبی، سیستم‌های مفید و اقتصادی‌ باشند.
2. سیستم دیوار برشی فولادی سختی درونی نسبتاً بالایی دارد، بنابراین در به حداقل رساندن جابجایی نسبی مؤثر خواهد بود.
3. در مقایسه با دیوارهای برشی بتن مسلح، دیوار برشی فولادی بسیار سبک‌تر است، از این رو به دلیل وزن کم سازه، بار زلزله‌ی کمتری به آن وارد خواهد شد.
4. با استفاده از جوش کارخانه‌ای و دیوارهای برشی فولادی با پیچ کارخانه‌ای، می‌توان فرآیند نصب را سریع‌تر کرده و هزینه ساخت را کاهش داد. بازرسی کارگاهی و کنترل کیفیت، منجر به مفیدتر شدن این سیستم‌ها می‌شود.
5. به دلیل ضخامت کمتر دیوارهای برشی ورق فولادی در مقایسه با دیوارهای برشی بتن مسلح از لحاظ دید معماری، دیوار برشی فولادی فضای کمتری را نسبت به دیوارهای برشی بتن مسلح معادل اشغال می‌کند. در ساختمان‌های بلند اگر از دیوار برشی بتن مسلح استفاده شود، دیوار در طبقات پایین‌تر خیلی ضخیم بوده و مساحت بیشتری از پلان طبقه را اشغال می‌کند.
6. در مقایسه با دیوارهای برشی بتن مسلح، دیوارهای برشی فولادی زمانی که در بازسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود مورد استفاده قرار می‌گیرند، به دلیل حذف قالب بندی، از لحاظ ساخت و ساز سریع‌تر و آسان‌تر هستند.
7. این سیستم‌ها در مناطق سردسیر که ساخت و ساز بتنی ممکن است در دمای خیلی پایین به صرفه اقتصادی نباشد، بسیار مؤثر و عملی خواهد بود.
8. یک مقایسه‌ی اقتصادی نشان می‌دهد که استفاده از این سیستم در ساختمان‌های بلند به جای قاب خمشی فولادی، سبب حدود ۵۰ درصد صرفه‌جویی در مصرف فولاد می‌شود.
9. این سیستم در مقایسه با سیستم مهاربندی از مزایایی همچون عدم شکست اتصالات به دلیل تعدیل و توزیع تنش‌ها (در مقایسه با تمرکز تنش در محل اتصال مهاربند با تیر و ستون)، کاهش نیروی زلزله‌ی وارد بر ساختمان به دلیل خصوصیات شکل‌پذیری بالاتر و امکان تعویض ورق پس ازوقوع زلزله، برخوردار است.

دیوارهای برشی سخت شده

 دیوارهایی هستند که در آن‌ها، کمانش‌های ورق با به کارگیری سخت‌کننده‌های افقی و عمودی، کنترل شده و مقاومت کمانشی ورق افزایش می‌یابد. مقاومت برشی این دیوارها برابرمقاومت جاری شدن آن‌ها در برش می‌باشد.

دیوارهای برشی سخت نشده

دیوارهایی هستند که در آن‌ها هیچ گونه سخت‌کننده‌ای به کار گرفته نمی‌شود. با توجه به اینکه کنترل کمانش الاستیک ورق از طریق افزایش ضخامت اقتصادی نمی‌باشد، معمولاً رفتار پس کمانشی ورق، عامل تعیین کننده مقاومت آن‌ها می‌باشد. مقاومت برشی این دیوارها، برابرمقاومت کمانش برشی آن‌ها می‌باشد.در انتخاب میان نوع سخت‌ شده و سخت نشده عواملی مانند: کارایی لرزه‌ای، مسائل و خواست‌های معماری و کاربری، اقتصاد طرح، سهولت ساخت و حمل و نصب باید در نظر گرفته شود. هریک از انواع دیوارهای برشی فولادی از مزایا و معایبی برخوردار می‌باشند. برای مثال: عملیات نصب و حمل دیوارهای برشی سخت نشده به دلیل سختی برون صفحه‌ای اندک ورق، با مشکل همراه است. در این دیوارها به دلیل کمانش ورق در محدوده‌ی ارتجاعی و سپس استفاده از ظرفیت پس کمانشی ورق، تنش برشی حد نهایی کاهش می‌یابد و برای جبران این مورد، برای یک نیروی برشی مساوی، دیوار برشی سخت نشده از ضخامت بیشتری نسبت به دیوار برشی سخت شده برخوردار است. همچنین دیوارهای برشی سخت نشده در حین باربری دچار کمانش برون صفحه‌ای می‌شوند که می‌تواند منجر به بروز اشکالاتی در بهره‌برداری از سازه گردد، هر چند که نشان داده شده است که کمانش حتماً منجر به محدود شدن رفتار مفید و مناسب در پانل‌های برشی سخت نشده نمی‌شود، چون در این نوع پانل‌ها، مقاومت قابل ملاحظه‌ای پس از کمانش وجود دارد.تقویت دیوار به منظور جلوگیری و کاهش کمانش برون صفحه‌ای آن صورت می‌گیرد که خود موجب افزایش قابل ملاحظه‌ای در جذب انرژی ناشی از بارهای سیکلی می‌شود. با توجه به اینکه مقاومت حد کمانش در ورق ها بسیار کمتر از مقاومت پس کمانش آن‌ها می‌باشد، استفاده از ظرفیت پس از کمانش ورق ها مورد توجه محققین قرار گرفته است. باید توجه داشت که کمانش صفحه به معنای انهدام و خرابی سازه نیست و اگر ورق به اندازه کافی تکیه‌گاه جانبی داشته باشد، نیروهای پس کمانش آن چندین برابر نیروهای حد کمانش تئوریکی‌اش می‌شود.در نقطه‌ی کمانش دیوار برشی فولادی سخت نشده، مکانیسم مقاوم بارگذاری از برش صفحه‌ای به میدان کششی قطری تبدیل می شود. در پانل‌های نازک،کمانش در اثر بارهای کم رخ داده و مقاومت پانل از طریق عمل میدان کششی تأمین می گردد. این میدان کششی، توانایی تحمل بار را تا حد تسلیم فولاد دارد.در دیوار برشی فولادی، بال‌ها که ستون‌های ساختمان هستند، مقاومت خمشی قابل ملاحظه‌ای دارند. این مورد در تضاد با مقدار معمول تیر ورق است، چون بال تیرورق مقاومت خمشی کمی دارد. نادیده گرفتن این موضوع در دیوار برشی فولادی، سبب در نظر نگرفتن بخش قابل ملاحظه‌ای از ظرفیت موجود می‌شود.استفاده از دیوار برشی سخت شده یا با ضخامت زیاد، به دلیل مقاومت پس کمانش بالای آن‌ها، ضمن افزایش بار، سبب می‌شود که ابتدا کمانش ستون‌ها رخ دهد. در نتیجه انهدام سازه قبل از انهدام دیوار برشی صورت می‌گیرد. در مقابل، قبل از جاری شدن ورق در دیوارهای برشی سخت شده، کمانشی رخ نمی دهد، بنابراین، این نوع دیوارها از نظر بهره‌برداری مناسب‌تر می‌باشند. ولی برای ساخت دیوارهای برشی سخت شده به دلیل وجود سخت‌کننده‌های متعدد و جزئیات اجرایی بیشتر، باید وقت و هزینه‌ی زیادی صرف گردد. همچنین در پی وجود جوشکاری‌ها و برشکاری‌های بیشتر، بازرسی و نظارت بیشتری را نیز لازم دارد.

روش‌های تحلیلی سیستم دیوارهای برشی فولادی

1. روش نواری
2. روش PFI
3. روش M-PFI
4. روش المان محدود

۱- روش نواری

رفتار دیوار برشی فولادی بر مبنای عمل میدان کششی، نخستین بار توسط Kulak، Thorburn وMontogomery  در سال ۱۹۸۳ پیشنهاد شد. این محققان برای مدل کردن ورق فولادی به منظور آنالیز، پیشنهاد جایگزینی یک سری میله‌های مورب را به جای میدان کششی ورق پرکننده، ارائه دادند. در این روش، فرض می‌شود که میله‌ها دارای اتصال مفصلی در دو انتهای خود و در محل اتصال به تیر یا ستون بوده و فقط قادر به تحمل نیروهای کششی می‌باشند و تنش‌های کششی اصلی، در همان جهت در پانل قرار می‌گیرند. تعداد میله‌های مورد نیاز برای مدل کردن مطلوب، بستگی به هندسه‌ی پانل دارد. با این حال، استفاده از حداقل ۱۰ میله توسط محققین پیشنهاد شده است.

۲- روش PFI

یرای از میان بردن محدودیت‌های روش نواری، صبوری و رابرتز یک روش کلی برای تحلیل و آنالیز دیوارهای برشی فولادی در حالت‌های مختلف با سخت‌کننده، بدون سخت‌کننده، با بازشو و بدون بازشو و ورق نازک و ضخیم ارائه دادند.در این مدل ابتدا رفتار ورق فولادی و قاب محیطی به صورت جداگانه مورد مطالعه قرار گرفته و سپس با استفاده از اصل جمع آثار قوا، رفتار پانل و اندرکنش ورق با قاب مورد بررسی قرار می‌گیرد.این مدل ارائه شده به نام مدل اندرکنش ورق و قاب (Plate-Frame Interaction)PFI خوانده می‌شود. مزیت این روش آن است که می‌تواند بسیاری از پارامترهای طراحی مانند رابطه بار-تغییرمکان برشی، مقاومت و سختی را با لحاظ کردن اندرکنش قاب و ورق فولادی در نظر بگیرد و اثر آن‌ها را روی ظرفیت کلی دیوار مورد بررسی قرار دهد. از طرف دیگر قابل استفاده در ورق‌های با و یا بدون سخت‌کننده و همچنین با بازشو و یا بدون آن است.

۳- روش  M-PFI

Kharraziو همکاران یک مدل تئوری که اندرکنش ورق قاب اصلاح شده(M-PFI)  نامیده می‌شود را جهت آنالیز برشی و خمشی دیوارهای با ورق فولادی شکل پذیر در سال ۲۰۰۵ پیشنهاد نمودند که با در نظر گرفتن اثر لنگرهای واژگونی روی پاسخ SSW  روش PFI را اصلاح نمود. این مدل رفتار دیوارهای برشی فولادی را به سه بخش تقسیم می کند: کمانش الاستیک، پس کمانش و تسلیم. نخست آنالیز برشی که رفتار ورق و قاب را بصورت جداگانه تحلیل می‌کند و سپس روابط نیروی برشی در مقابل تغییر مکان پانل که با جمع رفتار برشی هر یک بدست می آید، انجام شده و سپس آنالیز خمشی با فرض اینکه ورق و قاب بصورت واحد عمل می کنند، صورت می گیرد. اندرکنش بین رفتار برشی و خمشی، به طور کامل رفتار سیستم SSW را تشریح می‌کند.۴- روش تحلیل و طراحی بر اساس نرم افزارهای المان محدوددر این روش با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند  ANSYSو  SAP 2000و به کمک قابلیت‌های هر برنامه، مدلسازی پانل دیوار برشی فولادی انجام شده، سپس مدل با توجه به نوع تحلیل آن آنالیز می‌گردد.