آسیب ندیدن برخی از سازه ها تحت زلزله های بزرگتر از زلزله طرح منجر به تحقیقات گسترده ای در رابطه با اضافه مقاومت سازه شد اما ضریب اضافه مقاومت چیست؟ آیا تیپ بندی اجزای سازه منجر به اضافه مقاومت سازه خواهد شد؟
در این مقاله کاربردی به بررسی مفهومی ضریب اضافه مقاومت سازه می پردازیم و سپس اعمال ضریب اضافه مقاومت در ایتبس را به صورت مرحله به مرحله آموزش خواهیم داد.
با مطالعه این مقاله چه می آموزیم؟
ضریب اضافه مقاومت چیست؟
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 اطمینان 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
به عبارت دیگر، سازه ی واقعی با قرار گرفتن 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
عواملی که پژوهشگران به صورت قطعی و احتمالی در اضافه مقاومت سازه تاثیر گذار می دانند، عبارتند از:
- 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.
- 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.
- 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.
- در طراحی های روتین، اجزای غیرسازه ای نظیر دیوارهای پیرامونی (میان قاب)، 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.
- 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.
- 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 ضریب اضافه مقاومت در طراحی سازه
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 تشدید یافته» 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 فرو پاشی سازه و بعد از ایجاد مفصل در تمام تیرهای قاب خمشی رخ دهد.
کنترل ضابطه ی تیر ضعیف – ستون قوی نیز، به نوعی در همین راستا و برای به تعویق انداختن ایجاد مفاصل، در ستون هاست.
محاسبه ضریب اضافه مقاومت سازه
ویرایش چهارم استاندارد 2800 نیز برای لحاظ کردن این موضوع، با ضرب ضریب اضافه مقاومت (Ω0) در نیروی زلزله های افقی که از تحلیل استاتیکی خطی یا تحلیل خطی دینامیکی بدست می آیند، تشدید نیرو 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) بر اساس نوع سیستم سازه ای برای هر راستا طبق ستون سوم جدول 3-4 صفحه ی 34 استاندارد 2800 انتخاب می گردد.
المان های خاصی که نیاز به طراحی بر اساس زلزله تشدید یافته دارند، کدامند؟
پلانی که دارای نامنظمی خارج از صفحه و یا نامنظمی قطع سیستم باربر جانبی باشد و دیوار برشی 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
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 تشدید یافته طراحی گردند:
- ستون هایی که بارجانبی زلزله را تحمل می کنند (نظیر ستون های قاب خمشی و …).
- کف ستون ها (Base Plate)، وصله ستون ها و وصله ی تیرها در اسکلت فولادی
- ستون هایی که در محل قطعِ ارتفاعی مهاربند یا دیوار برشی قرار دارند.
- المان های جمع کننده (Collector) در دیافراگم کف
اعمال ضریب اضافه مقاومت در ایتبس
برای اعمال این ضریب، بعد از مشخص شدن مقدار آن طبق بندهای آیین نامه ای مربوط (که پیش تر در همین یاد داشت به آنها پرداختیم)، از مسیر زیر در ETABS برای وارد کردن آن اقدام می کنیم:
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.
نتیجه گیری
- 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.
- 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.
- 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 مهر تاییدی بر اقتصادی بودن طرح خود بفشارد.
منابع
مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن
- 6
- 7
- 8
- بررسی مفهومی ضریب اضافه مقاومت (Ω0) به همراه اعمال آن در ایتبس
- 10
- 11
- 12
- 3+
مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!
- ارسال سوال برای تولید محتوا
مرسی از توضیحاتتون ، مهندس جان من شنیدم اگر از هر راستای سازه نوع سیستم مقاوم جانبی متفاوت باشد باید یک فایل omega ایجاد بشه که خودش یه سری مراحل داره . درسته این موضوع ؟
مثلا سازه ای که از یه راستا قاب خمشی است و از راستای دیگر قاب ساختمانی با مهار بند !
پاسخ دهید
سلام وق تون بخیر مهندس عزیز ؛ درصورتیکه سازه در دو جهت سیستم متفاوت داشته باشد، لازم است در دو فایل جداگانه اثر امگا برای هرکدام از سیستمها در نظر گرفته بشود. پوش نتایج طراحی دو فایل، طراحی نهایی خواهند بود.
پاسخ دهید
سلام
خیلی خوب میشد اگه مثال کاربردی هم توی ساختمان بتنی و هم فلزی میزدین.
بعنوان مثال رایج ترین اعضایی که شامل کنترل اضافه مقاومت میشن،تیر و ستونهایی هستن که در بهارخواب جابجایی دارند.
ممنون میشم از نحوه کنترل کامل این اعضا یک مثال کاربردی کامل بگین
پاسخ دهید
سلام مهندس عزیز
با تشکر از پیشنهاد شما این مورد را در آپدیت های بعدی مقاله لحاظ میکنیم.
پاسخ دهید
با سلام و خسته نباشید.
بهتر هست این نکته مهم هم ذکر شود که:
اعمال ضریب اضافه مقاومت (Ω۰) و ضریب نامعینی(ρ) با استفاده از پنجره View/Revise Preferences تنها در صورتی صحیح می باشد که ما از ترکیب بارهای خودکار نرم افزار استفاده کنیم. اگر ترکیب بارها دستی به نرم افزار داده شده، این ضرایب نیز باید دستی به ترکیب بار هامون اعمال شود.
پاسخ دهید
سلام مهندس جان
بله صحبت شما کاملا درسته
خیلی ممنون که نکات ارزشمندتون رو در اختیار ما بقی دوستان هم قرار میدید.
پاسخ دهید
درود بر شما ❤️
پاسخ دهید
خیلی ممنون جناب مهندس
پاسخ دهید
خیلی خوب بود ممنون
پاسخ دهید
ممنون جناب مهندس از لطف شما
پاسخ دهید
خیلی ممنون بابت اطلاعات رایگانی که در اختیار ما مهندسین قرار میدید. خیلی استفاده کردم
پاسخ دهید
با تشکر فراوان از مطالب مفیدی که قرار داده اید
پاسخ دهید