صفحه اصلی  »  مقالات  »  استاندارد 2800  »  ضریب اضافه مقاومت (Ω0) : بررسی مفهوم و نحوه محاسبه به همراه آموزش اعمال در ایتبس

ضریب اضافه مقاومت (Ω0) : بررسی مفهوم و نحوه محاسبه به همراه آموزش اعمال در ایتبس

تحقیقات در مورد ضریب اضافه مقاومت سازه ، 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!

در این مقاله ضمن توضیح ضریب اضافه مقاومت (Ω0 ) به نحوه محاسبه و کاربرد آن مطابق تفسیر آیین­ نامه 2800 پرداخته می­ شود. همچنین در نهایت با نحوه اعمال این ضریب در نرم ­افزار Etabs آشنا خواهیم شد.

با خواندن این مقاله چه چیزهایی را یاد خواهم گرفت؟

  1. ضریب اضافه مقاومت چیست؟
  2. عوامل ایجاد اضافه مقاومت
  3. کاربرد اضافه مقاومت در طراحی
  4. محاسبه ضریب اضافه مقاومت سازه مطابق استاندارد 2800
  5. اعمال ضریب اضافه مقاومت در ایتبس
  6. نتیجه گیری در قالب 3 نکته

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 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

 

به عبارت 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 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 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 محاسبه ضریب اضافه مقاومت

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، 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) براساس نوع سیستم سازه ­ای برای هر راستا طبق ستون سوم جدول 3-4 صفحه­ ی 34 استاندارد 2800 انتخاب می ­گردد.

 

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 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 یادداشت به آن­ها پرداختیم)، از مسیر زیر در نرم ­افزار ETABS برای وارد کردن آن­ اقدام می­ کنیم:

 

ضریب اضافه مقاومت در ایتبس

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 ایتبس

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.
تولید کنندگان آموزش
ارسال نظرات
نظرات کاربران
  1. سینا

    با تشکر فراوان از مطالب مفیدی که قرار داده اید

    پاسخ دهید

کمتر از 5 دقیقه تا شرکت در آزمون  فاصله دارید!
برای شرکت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این ده نکته فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این پکیج فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link