ضریب اضافه مقاومت (Ω0)

ضریب اضافه مقاومت چیست؟

تحقیقات در مورد ضریب اضافه مقاومت ، به آسیب ندیدن برخی ساختمان ها تحت زلزله برمی گردد؛ مشاهده­ ی ساختمان­ هایی که در زلزله­ های گذشته دچار آسیب بسیار جزئی شده بودند، این سوال را در ذهن محققین ایجاد کرد که چه عامل کمکی­ ای وجود داشته که آن ­ها دچار خرابی و آسیب کامل نشده اند. عطش یافتن پاسخ این سوال زمانی شعله­ ور شد که پژوهشگران متوجه شدند برخی از زلزله­ های گذشته از زلزله ­ای که سازه برای آن طراحی شده بود، بزرگتر بوده اند!

محققین در پی یافتن عامل کمک­ کننده به افزایش مقاومت جانبی سازه متوجه شدند، رویکرد آیین­ نامه­ ها در ساده­ سازی محاسبات و ارائه­ ی فرضیاتی درجهت اطیمنان و سهولت محاسبات ساختمان از یک طرف، و از طرف دیگر ضوابطی که ترسیم نقشه ­های سازه­ ای برای کاهش هزینه­ های کارگاهی و جلوگیری از اشتباهات اکیپ اجرایی در نظر گرفته می ­شود، سبب شده ­اند که مقاومت اعضای اجرا شده بیشتر از مقاومت در نظر گرفته شده برای آن­ها در روند طراحی باشد.

ضریب اضافه مقاومت

ضریب اضافه مقاومت

بعبارت دیگر، سازه ­ی واقعی با قرارگرفتن تحت نیروی زلزله، ظرفیت بیشتری را در مقایسه با ظرفیت در نظر گرفته شده در طراحی(Vs) از خود نشان داده است. این موضوع همان مفهوم اضافه­ مقاومت سازه در هنگام زلزله بود.

عوامل ایجاد اضافه مقاومت :

تعدادی از عواملی که پژوهشگران به صورت قطعی و احتمالی در اضافه مقاومت سازه تاثیرگذارند می­ دانند، عبارتند از:

  1. مقاومت اسمی فولاد مصرفی در ساختمان (چه به صورت میلگرد و چه به صورت پروفیل­) که در محاسبات و نرم افزار ایتبس وارد می­ شود، معمولاً کمتر از مقدار مقاومت واقعی آن­ هاست.
  2. وارد شدن اجزای سازه، به ناحیه غیر خطی در زلزله و امکان رسیدن به ناحیه ی سختی کرنش؛ می تواند سبب ایجاد اضافه مقاومت در سازه گردد.
  3. مهندسین طراح در ترسیم نقشه­ های سازه­ ای برای سهولت اجرایی و کاهش اشتباهات کارگاهی، اقدام به تیپ­ بندی اجزای سازه (تیر و ستون و…) می­ کنند که این اقدام به اضافه مقاومت ناخواسته ­ای که بیشتر از نیاز طراحی است، منجر می­ شود.
  4. در طراحی ­های روتین، اجزای غیرسازه ­ای نظیر دیوارهای پیرامونی (میانقاب­)، دیوارهای جداکننده (پارتیشن)، آسانسور، راه پله و… معمولاً در طراحی دیده نمی ­شود در حالی که این اجزای غیرسازه ­ای در برخی مواقع سختی قابل ملاحظه­ ای داشته و مقاومت جانبی سازه را تا حدی افزایش می­ دهد.
  5. تاثیر عناصر سازه ­ای در مقاومت جانبی سازه لحاظ نمی­ شوند؛ به عنوان مثال کمک دال بتن آرمه سقف­ ها و افزایش مقاومت ستون­ ها در حالت دورپیچ به افزایش ظرفیت سازه در زلزله و تاثیر کاهش مقاومت اعضا در اثر ترک خوردگی که منجر به کاهش ظرفیت باربری سازه می­ گردد.
  6. فرضیات ساده ­کننده ­ی آیین­ نامه­ ها گاهاً با واقعیت اجرایی پروژه ­ها مقداری فاصله دارد و معمولاً در جهت تامین حاشیه امن مورد نظر آیین­ نامه ­ها هستند. برای مثال اتصال مهاربندها به ورق گاست که به صورت مفصلی مدلسازی می­ شود، در واقعیت به علت نوع و ماهیت اتصالات آن مقداری گیرداری وجود خواهد داشت.

در نهایت باید به این نکته توجه داشت که هر اندازه سازه اضافه مقاومت بیشتری تحت بار زلزله داشته باشد، می­ توان ضریب رفتار بزرگتری را برای آن در نظر گرفت که منجر به کاهش نیروی زلزله ­ی طراحی می­ شود. در واقع با وجود این اضافه مقاومت­ ها می­ توان از عملکرد بهتر سازه تحت زلزله اطمینان بیشتری حاصل کرد.

کاربرد اضافه مقاومت در طراحی

آیین­ نامه ­های جدید لرزه ­ای برای طراحی اعضای خاص و حساس (که بعداً اشاره خواهد شد) از تاثیر اضافه­ مقاومت در افزایش ضریب رفتار صرف­ نظر کرده و رویکرد محافظه­ کارانه ­ای را در پیش­ می ­گیرند. تا به نوعی ضعف های موجود در عدم شناخت رفتار واقعی این المان ها جبران شده، و از ایمنی و عملکردشان اطمینانِ خاطر پیدا کنند.

این آیین ­نامه­ ها سعی در طراحی المان ­های خاص، تحت زلزله­ ای قوی ­تر، نسبت به زلزله ­ی طرح دارند؛ زلزله­ ی قوی ­تر که به عنوان «زلزله­ ی تشدیدیافته» معرفی می­ شود، با کاهش ضریب رفتار سازه و افزایش نیروی زلزله ­ی وارده، بحرانی ­ترین حالت ممکن را برای طراحی این المان­ ها در نظر می ­گیرند تا رفتار مناسب آن­ ها در حین زلزله مشاهده شود؛ به گونه ای که مثلا، ایجاد مفاصل پلاستیک در ستون های باربر جانبی، در مراحلِ آخر فروپاشی سازه و بعد از ایجاد مفصل درتمام تیرهای قاب خمشی رخ دهد.

کنترل ضابطه ی تیر ضعیف-ستون قوی نیز، به نوعی در همین راستا و بمنظور به تعویق انداختن ایجاد مفاصل، در ستون هاست.

نحوه اعمال ضریب اضافه مقاومت در آیین­ نامه

ویرایش چهارم استاندارد 2800 نیز برای لحاظ­ کردن این موضوع، با ضرب ضریب اضافه­ مقاومت (Ω0) در نیروی زلزله­ های افقی که از تحلیل خطی (استاتیکی یا دینامیکی) بدست می آیند، تشدیدنیرو در  آن­ها را لحاظ می­ کند.

توجه شود که زلزله­ ی وارده به سازه شامل زلزله­ ی افقی (Eh) و زلزله­ ی قائم (Ev) است که ضریب تشدید زلزله صرفاً به زلزله­ ی­ افقی اعمال می ­شود ( Eh *Ω0).

مقدار ضریب اضافه­ مقاومت (Ω0) براساس نوع سیستم سازه ­ای برای هر راستا طبق ستون سوم جدول 3-4 صفحه­ ی 34 استاندارد 2800 انتخاب می ­گردد.

مقدار ضریب اضافه­ مقاومت (Ω0) براساس نوع سیستم سازه ­ای

جدول ضریب رفتار در استاندارد 2800

پرسش- المان­ های خاصی که نیاز به طراحی براساس زلزله تشدید یافته دارند، کدامند؟

پلانی که دارای نامنظمی خارج از صفحه و یا نامنظمی قطع سیستم باربرجانبی باشد و دیواربرشی و مهاربند یا ستون تا روی فونداسیون ادامه پیدا نکرده باشد؛ ستون­ ها، تیرها، کف­ هایی که انتقال بار جانبی را بر عهده می گیرند، «اعضای خاص» تلقی می­ گردند.

این اجزا بایستی برای زلزله تشدید یافته (اعمال ضریب اضافه­ مقاومت ) طراحی شوند تا از عملکرد مناسب آن­ ها در حین زلزله اطمینان­ خاطر داشته باشیم.

نامنظمی خارج از صفحه و نامنظمی قطع سیستم باربرجانبی

نامنظمی خارج از صفحه و نامنظمی قطع سیستم باربرجانبی

علاوه بر اعضای خاص، طبق آیین­ نامه بارگذاری لرزه­ ای 2800 و مبحث نهم و دهم مقررات ملی ساختمان، موارد زیر نیز، باید برای زلزله­ ی تشدید­یافته طراحی گردند:

  1. ستون­ هایی که بارجانبی زلزله را تحمل می­ کنند(نظیر ستون­ های قاب خمشی و …).
  2. کف­ ستون­ ها (Base Plate)، وصله ستون­ ها و وصله ­ی تیرها در اسکلت فولادی
  3. ستون­ هایی که در محل قطعِ ارتفاعی مهاربند یا دیوار برشی قرار دارند.
  4. المان­ های جمع ­کننده (Collector) در دیافراگم کف

اعمال ضرایب اضافه مقاومت (Ω0) در نرم ­افزار ETABS

برای اعمال این ضریب، بعد از مشخص شدن مقدار آن­ طبق بندهای آیین­ نامه­ ای مربوط (که پیش­ تر در همین یادداشت به آن­ها پرداختیم)، از مسیر زیر در نرم ­افزار ETABS برای وارد کردن آن­ اقدام می­ کنیم:

ویرایش آیین نامه طراحی

ویرایش آیین نامه طراحی

 

بعد انتخاب گزینه View/Revise Preferences… پنجره­ ای مطابق شکل زیر ظاهر خواهد شد که بندهای شماره 6، 9 و 10 به ترتیب مربوط به ضرایب نامعینی(ρ)، اضافه مقاومت (Ω0) و بزرگنمایی تغییر مکان (Cd) می­ باشد که با انتخاب هر گزینه می­ توان مقدار پیش فرض نرم افزار را بر حسب نیاز تغییر داد.

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

نتیجه گیری:

  1. ضریب اضافه مقاومت (Ω0) و ضریب نامعینی(ρ) در واقع ضرایب افزایشی(جریمه ­ای) آیین­ نامه برای سازه­ هایی هستند که احتمال وقوع رفتار پیش ­بینی نشده در آن­ ها تحت زلزله، زیاد است.
  2. اعمال این ضرایب در محاسبات سبب افزایش نیروی زلزله وارده و کاهش ضریب رفتار سازه شده و سعی در قوی­ تر، طراحی کردن اجزا سازه دارد به نحوی که احتمال انهدام ناخواسته و پیش ­بینی نشده­ ی المان­ های آن به حداقل برسد.
  3. مهندسین طراح با اِشراف بر فلسفه این ضرایب و مواردی که نیاز به اعمال آن­ ها در پروژه دارد، بایستی از ابتدای شروع طراحی تلاش نمایند این ضرایب جریمه ­ای وارد محاسبات نگردد تا از تحمیل هزینه­ های اضافی برای کارفرما جلوگیری کرده و مهرتاییدی بر اقتصادی­ بودن طرح خود بفشارد.
0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *