صفحه اصلی  »  طراحی عملکردی و بهسازی  »  بررسی روش های تحلیل سازه در طراحی عملکردی و چالش‌های مدلسازی آن

بررسی روش های تحلیل سازه در طراحی عملکردی و چالش‌های مدلسازی آن

همانطور که می دانید در طراحی عملکردی سازه ها، طراح با قطعیت بیشتری می­تواند درمورد عملکرد سازه اظهارنظر کند اما از چه روش هایی برای تحلیل سازه در طراحی عملکردی می توانیم استفاده کنیم؟ آیا کاربرد تحلیل استاتیکی خطی تنها در ارزیابی عملکرد و مقاومسازی و بهسازی سازه های موجود است؟

در این مقاله ابتدا در رابطه با مهمترین بخش طراحی و کنترل عملکرد یک سازه که همان مدلسازی و تحلیل آن می باشد صحبت خواهیم کرد و سپس چالش­ های مدل‌سازی در روند طراحی و تحلیل عملکردی را بررسی خواهیم کرد.

 

در این مقاله جامع چه می آموزیم؟

1. انواع روش های تحلیل سازه در طراحی عملکردی

در نشریه 360 و همچنین ASCE41-17، چهار روش اصلی برای تحلیل سازه­ ها در طراحی عملکردی ارائه ‌شده است. این روش­ ها عبارت‌اند از:

  1. روش تحلیل استاتیکی خطی (Linear Static Procedure)
  2. روش تحلیل دینامیکی خطی (Linear Dynamic Procedure)
  3. روش تحلیل استاتیکی غیرخطی (Nonlinear Static Procedure)
  4. روش تحلیل دینامیکی غیرخطی (Nonlinear Dynamic Procedure)

همچنین در آیین­ نامه ASCE41-17 روش دیگری نیز معرفی شده است که این روش مبتنی بر آزمایش است و مناسب حالاتی است که طراحی و کنترل عملکردی سازه موردنظر در قالب چهار روش ذکرشده در این بخش نگنجد (به‌ عنوان ‌مثال سازه دارای سیستم سازه­ ای باشد که در آیین ­نامه درمورد آن چیزی ذکر نشده است)، درنتیجه معیار­های پذیرش و رفتار مصالح در آزمایشگاه مشخص‌شده و پس از تأیید یک گروه از کارشناسان متخصص قابل‌استفاده خواهد بود. در ادامه این مقاله به معرفی مختصری از هر یک از این روش­ ها، بررسی مزایا و معایب آن‌ها، موارد استفاده هر یک از این روش­ ها و بیان روند گام‌به‌گام انجام آن‌ها خواهیم پرداخت.

 

روش های تحلیل سازه در طراحی عملکردی

شکل 1- روش­ های تحلیل سازه ­ها در طراحی عملکردی در نشریه 360

 

روش ­های تحلیل سازه­ ها در استاندارد ASCE41-17

شکل 2- روش ­های تحلیل سازه­ ها در استاندارد ASCE41-17

 

1. 1 روش تحلیل استاتیکی خطی در طراحی عملکردی(Linear Static Procedure)

اولین روشی که در این مقاله مورد بررسی قرار می­گیرد روش استاتیکی خطی است. این روش از نظر مبنا با روش استاتیکی خطی ذکرشده در استاندارد 2800 شباهت­ هایی دارد، اما روند آن با طراحی تجویزی ذکرشده در این استاندارد کاملاً متفاوت است.

فرضیات اساسی در این روش عبارت‌اند از:

  1. رفتار مصالح خطی است.
  2. بار­های ناشی از زلزله به ‌صورت استاتیکی اعمال می­ شود.
  3. کل نیروی جانبی وارد برسازه برابر با ضریبی از وزن ساختمان است.

مقدار برش پایه در این روش چنان انتخاب ‌شده است که حداکثر تغییر شکل سازه با آنچه در زلزله سطح خطر موردنظر پیش­‌بینی می ­شود، مطابقت داشته باشد. چنانچه تحت اثر بار وارد شده، سازه به ‌طور خطی رفتار کند، نیرو­های به‌دست‌آمده برای اعضای سازه نیز نزدیک به مقادیر پیش‌بینی‌شده هنگام زلزله خواهد بود؛ ولی اگر سازه رفتار غیرخطی داشته باشد؛ نیرو­های محاسبه‌شده از این طریق بیش از مقادیر حد جاری شدن مصالح خواهند شد. به همین جهت هنگام بررسی معیار­های پذیرش، نتایج حاصل از تحلیل خطی برای سازه­ هایی که هنگام زلزله رفتار غیرخطی دارند، اصلاح می­ شود. پاسخ سازه در زلزله سطح خطر مورد نظر (مثلاً شتاب متناظر با زلزله‌ای که احتمال فراگذشت شتاب آن 10% در 50 سال باشد) که از تحلیل به دست آمده، در ضرایبی ضرب می­شود تا حداکثر تغییر شکل سازه با آنچه در زلزله پیش­بینی می ­شود، مطابقت داشته باشد. به همین علت نیرو­های داخلی در سازه ­های شکل ­پذیر که در هنگام زلزله رفتار غیر­خطی خواهند داشت بزرگ‌تر از نیرو­های قابل­ تحمل در سازه برآورد می­ شوند؛ و در نتیجه هنگام بررسی معیار­های پذیرش، نتایج حاصل از تحلیل خطی برای سازه ­هایی که هنگام زلزله رفتار خطی دارند، اصلاح می­شود. با توجه به توضیحات فوق درمی­ یابیم که در روش­ تحلیل استاتیکی خطی که در نشریه 360 آمده است، در روند تحلیل تکرار مراحل تحلیل (iteration) انجام داده و پاسخ‌ها را اصلاح می‌کنیم اما در روشی که در آیین‌نامه 2800 مطرح شده سازه تنها یک‌بار بررسی می‌شد.

یک تفاوت روش استاتیکی خطی برای طراحی عملکردی با روش استاتیکی خطی طراحی تجویزی، عدم نیاز به استفاده از ضریب رفتار (R) در فرایند طراحی و کنترل سازه است؛ بنابراین مقدار برش پایه و درنتیجه نیروهای داخلی اعضا مقادیر بزرگی خواهند داشت. در مقابل، ظرفیت مقاومتی اجزای سازه با استفاده از ضریبی به نام m نسبت به مقادیر پیشنهادی آیین‌نامه افزایش می‌یابند؛ بنابراین عملاً سازه دست بالا نخواهد بود. ضریب m برای هر عضو سازه‌ای و هر نوع کنش (برش، خمش و نیروی محوری) متفاوت بوده و عدد ثابتی نیست.

یک مشکل اساسی در روش‌های طراحی تجویزی مبتنی بر R این است که تمام کنش‌های سازه با یک ضریب ثابت R در تمام طبقات صرف‌نظر از نوع جز سازه‌ای، محل قرارگیری آن و نوع رفتار آن کاهش داده می‌شود که اساساً منطقی نیست؛ بنابراین در روش استاتیکی خطی عملکردی، این ضعف بسیار بزرگ از روش‌های تجویزی برطرف شده است. در ابتدا می­خواهیم توضیح دهیم که در چه مواقعی و در چه ساختمان­ هایی می­توان از این روش استفاده کرد.

1. 1. 1 کاربرد روش استاتیکی خطی

نکته‌ی بسیار مهم در رابطه با روش استاتیکی خطی این است که در طراحی‌های عملکردی فقط برای ارزیابی عملکرد و بهسازی سازه ­های موجود کاربرد دارد و استفاده از این روش برای طراحی سازه­ های جدید مجاز نمی­ باشد. مطابق ضوابط ویرایش چهارم استاندارد 2800، برای طراحی سازه‌های جدید به روش‌های غیر عملکردی (روش تجویزی)، استفاده از روش استاتیکی خطی مجاز است؛ اما درصورتی‌که بخواهیم طراحی عملکردی انجام دهیم باید حتماً روش استاتیکی یا دینامیکی به‌صورت غیرخطی انجام شود. همچنین اگر بخواهیم از این روش در ساختمان ­هایی که در آن‌ها از سیستم ­های جداساز لرزه ­ای یا جاذب انرژی استفاده شده است استفاده کنیم، باید محدودیت ­های بیشتری را منظور کنیم.

1. 1. 2 شرایط استفاده از روش استاتیکی خطی در تحلیل‌های عملکردی

مطابق با بخش 1.1.3.7 و 2.1.3.7 استاندارد ASCE41-17 و همچنین بخش 3-3-1-1 نشریه 360، استفاده از روش تحلیل استاتیکی خطی هنگامی مجاز است که ساختمان دارای شرایط زیر از نظر ارتفاع و نظم سازه ­ای باشد. این شرایط عبارت‌اند از:

 

کاربرد تحلیل استاتیکی خطی در طراحی عملکردی

 

  1. زمان تناوب اصلی ساختمان کوچک‌تر از Ts3.5 باشد و تعداد طبقات ساختمان از 20 تجاوز نکند. Ts زمان تناوب مشترک بین دو ناحیه شتاب ثابت و سرعت ثابت در طیف بازتاب طرح است و مقدار بر اساس استاندارد 2800 ایران به دست می­ آید.
  2. تغییر ابعاد پلان در طبقات در طبقات متوالی به‌استثنای خرپشته، کمتر از 40% باشد.

 

طراحی عملکردی چیست

شکل 3- شکل متناظر با بند 2 بخش 2.1.1

 

  1. حداکثر تغییر مکان جانبی نسبی در هر طبقه و در هر راستا کمتر از 1.5 برابر تغییر مکان متوسط نسبی آن باشد. به‌عبارت‌دیگر مقدار Ratio در پنجره
    “Diaphragm Max/Avg Drifts” در نرم ­افزار ایتبس باید از 1.5 کمتر باشد.

 

بررسی شرایط استفاده از تحلیل استاتیکی خطی

شکل 4- شکل متناظر با بند 3 بخش 2.1.1

 

  1. متوسط تغییر مکان جانبی نسبی در هر طبقه، به‌استثنای خرپشته، کمتر از 1.5 برابر همین مقدار در طبقه بالا یا پایین آن باشد.
  2. سازه دارای سیستم باربر جانبی متعامد باشد.
  3. بزرگ‌ترین نسبت نیرو به ظرفیت (DCR) برای هر تلاش تغییر­شکل ­کنترل تحت اثر ترکیبات بار معرفی‌شده در نشریه (نظیر نیروی محوری، لنگر خمشی و نیروی برشی بدون لحاظ اثرات اندرکنشی) در هر عضو اصلی از 2 کمتر باشد.

در این بخش بیان کردن تفاوت­ های اعضای اصلی و غیر اصلی خالی از لطف نیست. در یک دسته­ بندی عمومی اجزای موجود در یک ساختمان به اجزای سازه ­ای و غیر سازه‌ای تقسیم می­ شوند. اجزای سازه ­ای که در سختی جانبی و یا توزیع نیرو­ها در سازه مؤثرند و یا در اثر تغییر مکان جانبی سازه تحت تأثیر نیرو قرار می­گیرند، خود به دو گروه اصلی و غیر اصلی تقسیم می­شوند.

در آیین ­نامه­ های مختلف تعابیر گوناگون از المان ­ها و مؤلفه‌های اصلی و غیر اصلی ارائه شده است که تا حد زیادی مشابه به هم می ­باشند و صرفاً اندکی در جزئیات تفاوت دارند. تعبیر ASCE41-17 که یکی از به‌روزترین مراجع در زمینه بهسازی، مقاوم‌سازی و طراحی عملکردی می ­باشد در مورد ارزیابی اعضای سازه­‌ای و غیرسازه‌­ای در طراحی عملکردی به شرح زیر توضیح داده است:

اعضای اصلی:

اجزایی که آگاهانه توسط طراح برای تحمل بارهای جانبی زلزله و تغییر شکل‌های ناشی از آن در نظر گرفته می‌شوند.

اعضای غیر اصلی:

اجزایی که بنا به هر دلیلی ازجمله عدم اعتماد به ظرفیت باربری و تغییر شکلی آن‌ها توسط طراح به‌عنوان اجزای اصلی باربر لرزه‌ای لحاظ نشده، اما به دلیل اتصال به سیستم سازه‌ای ساختمان، باید توانایی تحمل تغببرشکل های سازه را حین زلزله سطح موردنظر داشته باشند.

در صورت عدم برقراری شرط 6، لازم است شروط 7، 8 و 9 به‌طور هم‌زمان برآورده شود.

  1. قطع سیستم باربر جانبی در صفحه و خارج از صفحه وجود نداشته باشد (یا به‌عبارت‌دیگر در پلان و در ارتفاع)

استثنا: در داخل صفحه می­توان به‌اندازه یک چشمه انقطاع در سیستم باربر جانبی داشت مشروط بر اینکه انتقال نیروی افقی به‌طور ایمن توسط یک عضو انتقال­دهنده بار افقی تأمین گردد.

 

اعضای اصلی و غیر اصلی

شکل 5- الف) نمونه از قطع در سیستم جانبی در صفحه (ارتفاع) ب) نمونه از قطع در سیستم جانبی خارج از صفحه (پلان)

 

  1. ساختمان ازنظر پیچش یکی از شرایط زیر را دارا باشد:

الف- نسبت نیرو به ظرفیت برای تلاش­ های بحرانی در اثر پیچش در هر عضو از طبقه بیش از 1.5 برابر همان نسبت در عضو واقع‌ شده در سمت مقابل آن نسبت به مرکز پیچش باشد.

ب- ساختمان با حداکثر ارتفاع 30 متر یا 8 طبقه از تراز پایه، حداکثر تغییر مکان جانبی نسبی در هر طبقه و در هر راستا کمتر از 1.2 برابر تغییر مکان متوسط نسبی آن طبقه باشد.

  1. ساختمان ازنظر مقاومت طبقات یکی از شرایط زیر را دارا باشد:

الف- مقدار شاخص متوسط وزنی برشی طبقه برای هر طبقه بیش از 25/1 این شاخص در یک طبقه بالاتر یا پایین­تر آن نباشد. برای ساختمان­های با دیافراگم نرم شاخص متوسط وزنی برشی طبقه برای هر محور قاب باید جداگانه بررسی شود.

فرمول کاربردی در طراحی عملکردی

 

 

 

Vi = نیرو­های محاسبه‌شده در عضو i که در باربری جانبی طبقه موردنظر مشارکت دارد و از تحلیل ارتجاعی تحت ترکیب بار­های لرزه­ای به دست می­آید.

DCRi = نسبت نیرو به ظرفیت برای تلاش بحرانی در عضو i تحت ترکیب بار­های لرزه­ای.

n = تعداد کل اعضای طبقه موردنظر

ب- در ساختمان­ های با حداکثر ارتفاع 30 متر یا 8 طبقه از تراز پایه، مقاومت جانبی هیچ طبقه ­ای کمتر از 80% مقاومت جانبی طبقه روی خود نباشد. مقاومت هر طبقه برابر با مجموع مقاومت جانبی کلیه اجزای مقاومی است که برش طبقه را در جهت موردنظر تحمل می­کند.

1. 1. 3 مزایا و معایب استفاده از تحلیل استاتیکی خطی

معایب:

  1. این روش برای ساختمان­ های جدید قابل‌استفاده نیست.
  2. محدودیت­های استفاده از این روش زیاد است و ساختمان ­های کمی در واقعیت پیدا می ­شوند که بتوان از این روش برای تحلیل عملکردی آن‌ها استفاده کرد.
  3. اثر مود­های بالاتر (همانند مود­­های پیچشی) سازه در آن قابل‌بررسی نیست (به همین دلیل ضوابط سخت‌گیرانه‌ای باید کنترل شوند تا مطمئن شویم اثر مودهای بالاتر در پاسخ‌های تأثیرگذار نمی‌باشد).
  4. اثرات حوزه نزدیک یا ضربه در آن قابل‌بررسی نیست.
  5. مقدار تقریب در این روش زیاد است به‌طوری‌که ممکن است عضوی با استفاده از این روش جوابگوی تقاضای وارده نباشد اما در روش ­های دیگر تحلیل به‌راحتی جوابگو باشد، به‌عبارت‌دیگر می‌توان گفت که طراحی در این روش اندکی دست بالا می‌باشد.
  6. تقاضای غیرخطی زیاد در این روش قابل‌مشاهده نیست.

مزایا:

  • استفاده از این روش ساده بوده و پیچیدگی کمتری را نسبت به دیگر روش ­های معرفی‌شده در آیین­ نامه دارد.
  • با وجود اینکه نمی­توان از این روش برای طراحی سازه ­های جدید استفاده کرد، انجام تحلیل استاتیکی خطی روی سازه دید خوبی را نسبت به عملکرد سازه به ما می­دهد و می­توان از اطلاعاتی که از این تحلیل به دست می­ آید در مدل‌سازی و بررسی سازه به روش­ های دیگر تحلیل عملکردی استفاده کرد.

1. 1. 4 روند گام‌به‌گام انجام تحلیل استاتیکی خطی جهت ارزیابی عملکرد سازه ­ها

روند انجام تحلیل استاتیکی خطی جهت ارزیابی عملکرد سازه ­ها در 9 گام قابل انجام است. این گام ­ها عبارت‌اند از:

  1. تصمیم ­گیری در خصوص سطح عملکرد موردنیاز
  2. تصمیم ­گیری در مورد نوع مدل­سازی
  3. تصمیم­ گیری در مورد مدل­سازی اتصالات و چشمه اتصال
  4. آثار پیچش
  5. اندرکنش سازه و خاک
  6. تعیین و تفکیک اعضای سازه به اعضای اصلی و غیر اصلی
  7. مدل­سازی الاستیک ساختمان در نرم ­افزار
  8. کنترل شروط استفاده از تحلیل خطی (تعریف ترکیبات بار و محاسبه DCR های تغییر­شکل­ کنترل برای تمام اعضا)
  9. ادامه ارزیابی مطابق ضوابط دستور­العمل

1. 2 روش تحلیل دینامیکی خطی در طراحی عملکردی (Linear Dynamic Procedure)

در این روش، تحلیل دینامیکی با فرض رفتار خطی سازه و با استفاده از حداکثر پاسخ کلیه مدهای نوسانی سازه که در بازتاب کل سازه اثر قابل‌توجهی دارند، انجام می‌گیرد. حداکثر پاسخ در هر مد با توجه به زمان تناوب آن مد از طیف طرح استاندارد یا طیف طرح ویژه ساختگاه به دست می‌آید. سپس پاسخ کلی سازه از ترکیب آماری پاسخ‌های حداکثر هر مد تخمین زده می‌شود. درواقع می‌توان گفت روش تحلیل استاتیکی معادل نوع خاصی از روش طیفی است که تنها مد اولِ سازه را بررسی می­کند و از مشارکت مدهای دیگر صرف‌نظر می­شود.

این روش بسیار مشابه روش تحلیل دینامیکی طیفی در طراحی سازه‌های جدید مطابق آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای ازجمله استاندارد 2800 بوده، با این تفاوت مهم که طیف پاسخ از طریق ضریب R (ضریب رفتار) کاهش داده نمی‌شود و نیروهای بزرگی در سازه ایجاد خواهد شد. بااین‌وجود، ظرفیت اعضای سازه‌ای چندین برابر ظرفیت مقاومتی آن‌ها لحاظ می‌شود؛ بنابراین عملاً سازه دست بالا نخواهد شد.

به تحلیل دینامیکی طیفی، تحلیل طیفی آنالیز مودال هم گفته می‌شود. این روش درواقع یک روش استاتیکی می‌باشد، با این تفاوت که تأثیر مودهای بالاتر هم در پاسخ نهایی سازه مدنظر قرار می‌گیرد؛ ازاین‌رو به این روش، شبه دینامیکی هم گفته می‌شود.

1. 2. 1 شرایط استفاده از روش تحلیل دینامیکی خطی

موارد کاربرد تحلیل دینامیکی خطی همانند تحلیل استاتیکی خطی است. در بخش 2.1.1 این مقاله شروط استفاده از تحلیل استاتیکی خطی بیان شد؛ بنابراین، اگر شروط 1 تا 5 تأمین نشد، می­توان از روش دینامیکی خطی استفاده نمود؛ اما در هر شرایطی برای استفاده از روش استاتیکی خطی یا دینامیکی خطی (به‌ طور کلی روش‌های خطی) الزاماً باید شرط 6 یا به ‌طور هم‌زمان شروط 7، 8 و 9 تأمین شود.

1. 2. 2 مزایا و معایب استفاده از تحلیل دینامیکی خطی

مزایا و معایب این روش همانند روش استاتیکی خطی می­باشد اما این تحلیل نسبت به روش استاتیکی خطی نتایج واقع‌بینانه‌تری را ارائه می­کند. این تفاوت ازآنجا ناشی می ­شود که در تحلیل استاتیکی خطی تنها مود اول سازه در نظر گرفته می­شود اما در تحلیل دینامیکی خطی اثرات مود­های بالاتر نیز در نظر گرفته می­شود که باعث افزایش دقت این تحلیل می­شود. علاوه بر این در تحلیل دینامیکی طیفی، از جرم و سختی سازه برای محاسبه دوره تناوب و توزیع نیرو­ها در سازه استفاده می­شود، درحالی‌که در روش استاتیکی خطی از معادلات تجربی برای محاسبه دوره تناوب و فرمولی که تنها به وزن و ارتفاع سازه وابسته است برای توزیع نیرو­ها استفاده می­شود. درصورتی‌که برای تحلیل سازه­ا از روش استاتیکی خطی استفاده کردیم و عضو یا اعضایی از آن سازه جوابگوی تلاش ­های وارده نبود، می­توان سازه را به روش دینامیکی خطی هم تحلیل کرده و معمولاً در این حالت مشاهده می­ شود که تلاش اعضا کاهش قابل‌توجهی خواهند داشت.

1. 2. 3 روند گام‌به‌گام انجام تحلیل دینامیکی خطی

روند انجام تحلیل دینامیکی خطی جهت ارزیابی عملکرد سازه­ ها در 8 گام قابل انجام است. این گام­ ها عبارت‌اند از:

  1. تشکیل ماتریس جرم (M) و سختی (K)
  2. حل معادله اساسی  0=|k-wm| و به دست آوردن زمان تناوب (T) برای مٌدهای مختلف
  3. به دست آوردن شکل­های مؤدی سازه (φ)
  4. محاسبه ضریب بازتاب (β) و ضریب زلزله (c) برای هر مود
  5. محاسبه وزن مؤثر لرزه­ای هر مورد (w)
  6. به دست آوردن برش پایه در هر مود (v)
  7. توزیع برش پایه در ارتفاع ساختمان و به دست آوردن نیرو­ها و جابجایی طبقات در هر مود ( Δ،F)
  8. ترکیب نتایج مود­ها

1. 3 روش تحلیل استاتیکی غیرخطی در طراحی عملکردی (Nonlinear Static Procedure)

تحلیل استاتیکی غیرخطی یا pushover یکی از پرکاربردترین روش­ های تحلیل در طراحی عملکردی می­ باشد. در این روش سازه تحت بارگذاری ثقلی و یک الگوی بار جانبی قرار می ­گیرد که این بار جانبی با رفتار الاستیک و غیر الاستیک اعضا، به صورت پله‌ای افزایش می­ یابد تا به یک حد نهایی برسد. همان‌طور که در شکل 6 مشاهده می ­شود، اعضا تا حد تسلیم (نقطه 2) رفتاری الاستیک دارند و پس‌ از آن وارد محدوده تغییرشکل­ های غیر­خطی می ­شوند. برخلاف دیگر تحلیل ­ها، در تحلیل پوش آور به‌جای اعمال نیروی ثابت، در هر مرحله‌ی بارگذاری یک جابجاییِ ثابت به سازه وارد می­ شود تا سازه به جابجایی موردنظر برسد، این جابجایی در آیین ­نامه به‌عنوان «جابجایی هدف» تعریف‌ شده است و معمولاً این جابجایی در مرکز ثقل بام (نقطه کنترل) بررسی می­ شود. تغییر مکان هدف در واقع حداکثر جابجایی تخمینی نقطه کنترل سازه تحت اثر زلزله‌ای با شدتی معادل سطح زلزله مفروض در طراحی عملکردی است. مزیت اصلی این روش این است که منحنی ظرفیت کل سازه را به ما ارائه می­کند. منحنی ظرفیت درواقع منحنی برش پایه کل در مقابل جابجایی نقطه کنترل ساختمان است. درنتیجه با داشتن این منحنی، می­توان رفتار سازه را از مقادیر کم جابجایی جانبی و حالت ارتجاعی گرفته تا مقادیر زیاد جابجایی (در حد تغییر مکان هدف و حتی فراتر از آن) و حالت غیر ارتجاعی موردبررسی قرار داد. لازمه به دست آوردن چنین منحنی‌ای از رفتار سازه، تعریف و اختصاص مفاصل رفتار غیرخطی اجزا از طریق تعریف و اختصاص مفاصل پلاستیک به آن‌ها است و ظرفیت و معیار پذیرش این مفاصل بر اساس آیین ­نامه تعیین می­شود. این مفاصل بر اساس رابطه ­ی نیرو-تغییرشکل قطعات که به‌صورت روابطی غیرخطی بیان می­شود، مدل­سازی می­شود.

 

بررسی منحنی ظرفیت

شکل 6- نواحی مختلف منحنی ظرفیت یکی از المان‌های سازه

 

1. 3. 1 انواع روش ­های تحلیل استاتیکی غیرخطی

تحلیل پوش آور انواع مختلفی دارد اما در رایج­ ترین نوع آن‌که در آیین­ نامه­ ها نیز این روش به‌عنوان روش مجاز تحلیل و طراحی عملکردی معرفی‌شده است، توزیع نیرو و جابجایی هدف در سازه با مود اول سازه کنترل می ­شود و شکل مؤدی سازه پس از تسلیم سازه تغییری نخواهد داشت. به این نوع از تحلیل، تحلیل پوش آور مونوتونیک گفته می­شود. می­دانیم که در واقعیت چنین فرضی صحیح نیست و پس از تسلیم سازه و بروز رفتار غیرخطی در اعضای آن شکل مؤدی تغییر می­کند. بدین منظور نوع دیگری از تحلیل پوش آور وجود دارد که تحلیل پوش آور سیکلیک نام دارد و پس از هر بار تحلیل، شکل مؤدی سازه بر اساس غیرخطی شدن اعضای سازه تغییر می­کند. البته همان‌طور که گفتیم این روش هنوز وارد آیین­ نامه ­ها نشده است و کاربرد آن بیشتر در فضای آکادمیک می ­باشد. درنتیجه استفاده از تحلیل پوش آور مونوتونیک برای ساختمان ­های کوتاه و میان مرتبه مناسب است.

 

منحنی ظرفیت سازه در تحلیل استاتیکی غیرخطی

شکل 7- مقایسه منحنی ظرفیت سازه در تحلیل ­های پوش آور مونوتونیک و سیکلیک

 

منحنی ظرفیت سازه پس از تحلیل پوش آور

شکل 8- نمونه ­ای از منحنی ظرفیت نهایی یک سازه پس از تحلیل پوش آور مونوتونیک در نرم ­افزار ایتبس

 

1. 3. 2 انواع مدل‌سازی در تحلیل پوش آور

در تحلیل پوش آور مدل‌سازی به دو صورت قابل انجام است. روش کامل و روش ساده ‌شده. در روش کامل، اعضای اصلی و غیر اصلی سیستم باربر جانبی در مدل‌سازی وارد می­ شوند، اما در روش ساده‌شده تنها اعضای اصلی مدل می­شوند. ازآنجایی‌که دقت مدل‌سازی در روش ساده‌شده کمتر است، معیار­های پذیرش سخت‌گیرانه‌تری نسبت به زمانی که مدل‌سازی به روش کامل انجام گرفته است، در آیین­ نامه برای سازه در نظر گرفته شده است.

 

مدلسازی در تحلیل پوش اور

1. 3. 3 محاسبه سختی و مقاومت در روش­ های غیر­خطی

برای روش استاتیکی غیرخطی، می­توان از رابطه ­ی کلی نیرو-تغییر­شکل که در شکل 9 نشان داده ‌شده است یا منحنی­ های دیگری که از مدارک معتبر آزمایشگاهی به‌دست ‌آمده باشند، استفاده کرد. تمامی پارامتر­های نشان داده‌شده در شکل 9 نظیر Qy (مقاومت مورد انتظار عضو) و یا پارامتر­های c,b,a در آیین ­نامه تعریف‌شده‌اند.

 

بررسی منحنی نیرو و تغییر شکل برای تحلیل در طراحی عملکردی

شکل 9- محنی نیرو-تغییرشکل کلی برای اعضا و اجزا

1. 3. 4 چه زمان می­توان از تحلیل استاتیکی غیرخطی استفاده کرد؟

هنگامی‌که استفاده از روش­ های خطی مجاز نباشد، می­توان از این تحلیل استفاده کرد. ازاین‌رو، هیچ محدودیتی از نظر ارتفاع و نظم سازه ­ای برای ساختمان ­هایی که می­خواهند با این روش تحلیل شوند وجود ندارد؛ برخلاف روش­ های خطی، این روش را می­ توان هم برای سازه­ های جدید و هم برای سازه­ های موجود استفاده کرد؛ اما در آیین ­نامه دو شرط ذکرشده است که پس از انجام تحلیل پوش آور اگر این دو شرط برقرار نباشد، امکان استفاده از این تحلیل وجود ندارد و باید از تحلیل ­های غیرخطی دینامیکی استفاده کرد. این شروط عبارت‌اند از:

  • نسبت مقاومت Ru از Rmax کمتر باشد. نسبت Ru بیانگر ضعف مقاومتی سازه و Rmax ظرفیت کاهش نیروی زلزله به دلیل شکل­ پذیری می­باشد. همان‌طور که پیش­تر نیز در این بخش ذکر کردیم، در تحلیل پوش آوری که در آیین ­نامه ذکرشده است، سازه در مود اول خود کنترل می­ شود و اگر مقدار تغییر شکل‌های­ غیرخطی سازه زیاد باشد، مود اول سازه تغییر زیادی می­کند. ازاین‌رو آیین ­نامه این محدوده را گذاشته است تا در سازه­ هایی که تغییر شکل غیرخطی زیادی دارند از این روش استفاده نشود. درصورتی‌که این شرط برقرار نباشد فقط می­توان از تحلیل دینامیکی غیرخطی برای انجام تحلیل و طراحی عملکردی استفاده کرد.
  • تأثیر مود­های بالاتر قابل‌ملاحظه نباشد: برای تعیین این موضوع ضروری است سازه دو بار با استفاده از روش دینامیکی طیفی تحلیل شود. در مرتبه اول تنها مود اول سازه در نظر گرفته شود و در مرتبه دوم تمام مود­های نوسانی که مجموع جرم مؤثر آن‌ها حداقل 90% جرم کل سازه است باید در نظر گرفته شود. درصورتی‌که نتایج تحلیل دوم نشان دهد نیروی برشی در یک طبقه­ ی بیش از 30% از نیروی برشی حاصل از تحلیل اول بیشتر است، این امر به معنی قابل‌ملاحظه بودن اثرات مود­های بالای سازه است.

اگر شرط 2 برقرار نباشد، باید از تحلیل دینامیکی خطی نیز برای تکمیل روش استاتیکی خطی استفاده گردد. در این حالت معیار پذیرش باید برای هر دو روش بررسی گردد با این تفاوت که برای پذیرش اعضا با رفتار تغییرشکل­کنترل، درروش تحلیل دینامیکی خطی می­توان 33% تخفیف قائل شد.

1. 3. 5 مزایا و معایب روش استاتیکی غیرخطی

مزایا:

  1. نسبت به روش تحلیل­ های خطی بسیار دقیق­تر می ­باشد.
  2. این تحلیل منحنی ظرفیت کل سازه را به ما ارائه می ­کند درنتیجه می­­توان دید کلی نسبت به عملکرد سازه داشت.
  3. نسبت به تحلیل دینامیکی غیرخطی، سرعت تحلیل بسیار بالاتری دارد به‌طوری‌که انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی برای سازه ­های بلند با کامپیوتر­های معمول قابل انجام نیست.

معایب:

  1. در این تحلیل تنها مود اول سازه بررسی می­شود.
  2. اثر ضربه در این تحلیل قابل‌بررسی نیست.
  3. تغییر شکل­ های غیرخطی بزرگ در این تحلیل قابل‌بررسی نیست.
  4. همگرایی مدل پس از مدل‌سازی و تحلیل در نرم­افزار در برخی از شرایط دشوار است. به‌عنوان‌مثال این موضوع در سازه­ هایی که دارای دیوار برشی یا مهاربند می­ باشند و یا در سازه ­های بتنی نسبت به سازه­ های فولادی، قابل‌توجه می­ باشد. منظور از مشکل همگرایی این است که نرم ­افزار نمی­ تواند منحنی پوش‌آور سازه را همانند منحنی­ ای که در شکل 8 نشان داده شده است به دست آورد. این مشکل بدین معنی است که نرم ­افزار نتوانسته است سازه را به‌اندازه‌ای پوش کند که تغییرات غیرخطی در آن به وجود آید. ممکن است مشکل به خاطر این باشد که تغییرات غیرخطی سازه بسیار زیاد است (یکی از شروطی که برای استفاده از تحلیل پوش آور در بخش 4.3.1 ذکر شد) یا اینکه مشکلاتی در مفاصل پلاستیک تعریف شده وجود دارد. مثلاً یکی از مشکلات نرم­ افزار ایتبس در این تحلیل این است که اگر مفصلی وارد مرحله زوال شود (یعنی نقطه C در شکل 9 را رد کند)، نرم‌افزار نمی­تواند خط بین نقطه C و D را درست رسم کند.

1. 3. 6 روند گام‌به‌گام انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی

انجام تحلیل پوش آور مونوتونیک در 12 گام قابل انجام است:

  1. تصمیم ­گیری در خصوص سطح عملکرد موردنیاز
  2. تعیین و تفکیک اعضای سازه به اصلی و غیر اصلی
  3. تعیین نقطه کنترل و محاسبه تغییر مکان هدف
  4. تعیین روش تحلیل پوش آور
  5. کنترل شروط استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی
  6. تعیین اعضای تغییرشکل‌کنترل و نیرو کنترل
  7. تعریف مفاصل پلاستیک برای اعضای تغییرشکل‌کنترل و مفاصل نیرویی برای اعضای نیرو کنترل
  8. شناخت محل مفاصل پلاستیک و اختصاص آن‌ها به مدل سازه
  9. تعریف ترکیب بار­های ثقلی و تعریف الگوی بار جانبی برای پوش سازه
  10. تنظیم پارامتر­های تحلیل سازه
  11. کنترل مجوز استفاده از تحلیل استاتیکی غیر­خطی
  12. بررسی معیار­های پذیرش اعضا به تفکیک برای اعضای تغییرشکل‌کنترل و نیرو کنترل در تغییر مکان هدف

برای آشنایی با مراحل گام‌به‌گام تحلیل پوش آور می­ توانید دوره غیر حضوری تحلیل پوش اور سازه های فولادی را تهیه کنید.

1. 4 روش تحلیل دینامیکی غیرخطی (Nonlinear Dynamic Procedure)

این تحلیل که تحلیل تاریخچه زمانی نیز نام دارد دقیق‌ترین و درعین‌حال پیچیده‌ترین روش تحلیل و طراحی عملکردی است و هنگامی‌که شروط ذکرشده در بخش 3.3.1 برقرار نباشد باید از این روش استفاده کرد. در این روش، پاسخ سازه و اجزای آن به‌صورت گام‌به‌گام در تمامی مراحل اعمال شتاب پایه زلزله محاسبه می‌شود؛ بنابراین اساساً این روش تحت اثر یک شتاب‌نگاشت مشخص قابل انجام بوده و یک تحلیل گام‌به‌گام است. طبعاً با افزایش مدت‌زمان رکورد شتاب اعمالی یا کاهش گام‌های زمانی تحلیل در این روش، حجم عملیات محاسباتی آن نیز بسیار افزایش می­یابد درنتیجه این روش پیچیده بوده و نیاز به تجربه بالا در تفسیر نتایج دارد. پس استفاده از این تحلیل برای سازه­ های خاص یا پروژه ­های تحقیقاتی و آزمایشگاهی توجیه دارد. ازاین‌رو نتایج حاصل از این تحلیل پس از تأیید یک گروه از کارشناسان متخصص در طراحی سازه­ ها قابل‌استفاده است.

در این روش، پاسخ سازه با درنظرگرفتن رفتار غیرخطی مصالح و رفتار غیرخطی هندسی سازه محاسبه می ­شود.

تفاوت اساسی مدل‌سازی سازه در این روش با روش استاتیکی غیرخطی این است که در روش دینامیکی غیرخطی باید رابطه نیرو-تغییرمکان (یا لنگر-دوران) غیرخطی تمامی اعضا در نواحی محتمل پلاستیک به‌صورت رفت و برگشتی در مدل لحاظ شود. به چنین مدلی اصطلاحاً مدل رفتاری چرخه‌ای (هیسترتیک) اطلاق می‌شود. این مدل‌ها از قبل بر اساس نتایج آزمایش‌های رفت و برگشتی بر روی نمونه‌های آزمایشگاهی به دست آمده و برای استفاده در مدل‌سازی غیرخطی کالیبره شده‌اند. این تحلیل نیازمند دانش و تجربه زیادی است.

در این روش با توجه به آن‌که ماتریس سختی و میرایی در طول زمان می­تواند تغییر کند، پاسخ مدل تحت شتاب زلزله به روش­ های عددی برای گام ­های زمانی مختلف محاسبه می­شود. تغییر شکل ­ها و نیرو­های داخلی حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی باید با معیار­های پذیرش ذکرشده در آیین ­نامه موردبررسی قرار گیرد.

 

روند تحلیلی تاریخچه زمانی غیر خطی

شکل 10- روند تحلیل تاریخچه زمانی

 

1. 4. 1 چالش­ های انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی

یکی از چالش‌ها در تحلیل تاریخچه زمانی انتخاب شتاب­ نگاشت است. شتاب­نگاشت باید تا آنجا که ممکن است مناسب منطقه ­ای باشد که سازه در آنجا واقع ‌شده است؛ اما در بسیاری از حالات شتاب­ نگاشتی که مختص همان منطقه طرح باشد وجود ندارد و طراح مجبور به استفاده از شتاب‌نگاشت‌های مربوط به زلزله‌های رخ‌داده قبلی در مناطقی با شرایط زمین‌شناسی، تکتونیک و ژئوتکنیکی مشابه با محل احداث سازه در دست بررسی و یا استفاده از شتاب‌نگاشت‌های مصنوعی است. اینجاست که تأیید این شتاب­نگاشت­ ها توسط گروهی از کارشناسان ضروری به نظر می­رسد چون ممکن است طراح شتاب­ نگاشت­ هایی را انتخاب کند که مناسب سازه موردنظر نباشد و روند طراحی آن سازه با خطا همراه باشد. بر اساس نشریه 360 تحلیل سازه در هر امتداد باید حداقل برای سه شتاب­نگاشت انجام شود. پاسخ سازه باید برای زوج شتاب­ نگاشت­ ها محاسبه شود. چنانچه کمتر از 7 زوج شتاب‌نگاشت در نظر گرفته شود پاسخ سازه باید برابر مقدار حداکثر پاسخ­ ها فرض شود. چنانچه 7 زوج شتاب­ نگاشت یا بیشتر در نظر گرفته شود پاسخ سازه می ­تواند برابر متوسط مقدار پاسخ سازه ­ها انتخاب شود.

یکی از مهم‌ترین مباحث در تحلیل‌های تاریخچه زمانی، موضوع مقیاس رکوردها است که معمولاً از طریق مقیاس طیف پاسخ میانگین آن‌ها با طیف زلزله طرح انجام می‌شود. در کارهای تحقیقاتی، می‌توان شتاب‌نگاشت‌ها را بدون مقیاس آن‌ها (عیناً به‌صورت رکورد شده یا As Recorded) نیز مورد استفاده قرار داد که به این تحلیل، اصطلاحاً تحلیل ابری (Cloud Analysis) گفته می‌شود.

تحلیل تاریخچه زمانی در ETABS انجام می شود که این بحث خارج از حوصله این مقاله است.

2. چالش­ های مدل‌سازی در طراحی عملکردی

بدون شک مدل‌سازی یکی از اصلی‌ترین بخش‌های انجام هر یک از تحلیل­ های ذکرشده در روند طراحی و کنترل عملکردی می­ باشد. درواقع اگر مدل شما درست نباشد، نتایج به‌دست‌آمده اعتباری نخواهد داشت. در این بخش می­خواهیم درمورد مواردی صحبت کنیم که در روند مدل‌سازی سازه نیاز به دقت بیشتری دارند.

2. 1 استفاده از مدل دو­بعدی به جای سه­ بعدی

با پیشرفت نرم ­افزار­های حوزه مهندسی عمران، انجام تحلیل ­های ذکرشده آسان ­تر از گذشته شده است. اولین گام در انجام هر تحلیلی چه در طراحی تجویزی و چه در طراحی عملکردی مدل‌سازی سازه می ­باشد. مدل‌سازی یکی از مهم­ترین بخش­ های تحلیل و طراحی سازه می ­باشد و اشتباه در آن می­تواند نتایج را به‌کلی دگرگون کرده و پیامدهای جبران‌ناپذیری به همراه داشته باشد.

در بخش اول گفتیم که استفاده از روش ­های غیرخطی دشواری­ هایی را در پی دارد. مثلاً گفتیم که از ضعف­ های تحلیل پوش­ آور همگرا نشدن منحنی ظرفیت سازه است و یا در تحلیل تاریخچه زمانی حجم عملیات بسیار بالا می­باشد که این امر استفاده از این تحلیل را با استفاده از کامپیوتر­های معمولی برای طیف وسیعی از سازه ­ها غیرممکن می­سازد. این چالش­ ها در تحلیل ­های خطی با دشواری ­های کمتری روبه‌رو است و تنها نکته­ ای که باید برای تحلیل­ های خطی مدنظر قرار دهیم، در نظر گرفتن اثر هم‌زمانی مؤلفه ­های زلزله است.

پس هرچقدر مدل ما ساده‌تر باشد، خطا­های نرم ­افزاری و زمان تحلیل ما کمتر خواهد بود. یکی از راهکار­ها برای ساده­ سازیِ مدل، استفاده از مدل دوبعدی سازه به‌جای مدل سه‌بعدی آن است. این کار تأثیر به سزایی در کاهش حجم عملیات محاسبات در تحلیل­ های غیرخطی و به‌خصوص غیرخطی دینامیکی دارد و همچنین در آن نیازی به در نظر گرفتن هم‌زمانِ مؤلفه‌های زلزله نیست، زیرا در این روش نیروی زلزله تنها در یک راستا به سازه اعمال می‌شود. در این بخش می­خواهیم توضیح دهیم که در چه مواردی می­توان از مدل‌ دوبعدی بجای مدل سه‌بعدی استفاده کرد. مطابق بند 3-2-2 نشریه 360 در دو حالت می­توان از مدل­سازی دو­بعدی بجای سه­ بعدی استفاده کرد:

  1. سازه­ دارای دیافراگم صلب باشد و اثرات پیچش در سازه لحاظ شده باشد.
  2. سازه­ دارای دیافراگم نرم باشد که اثر تغییر شکل دیافراگم برحسب سختی آن باید در آن در نظر گرفته شود.

درنتیجه در سازه ­های با دیافراگم نیمه صلب حتماً باید از مدل­سازی سه‌بعدی استفاده کرد.

 

مدلسازی در طراحی عملکردی

 

مطابق فصل 8 نشریه 360 دیافراگم­ ها ازنظر صلبیت به‌صورت زیر تعریف می­شوند.

  1. اگر حداکثر تغییر شکل دیافراگم بزرگ‌تر از 2 برابر متوسط تغییر مکان جانبی نسبی آن طبقه باشد، آن دیافراگم نرم محسوب می­شود.
  2. اگر حداکثر تغییر شکل دیافراگم کمتر از نصف متوسط تغییر مکان جانبی نسبی آن طبقه باشد، آن دیافراگم صلب محسوب می­شود.
  3. اگر دیافراگمی نه صلب و نرم باشد، آن دیافراگم نیمه صلب محسوب می­شود.

 

تاثیر انواع دیاگرام در سازه

شکل 11- معرفی انواع دیافراگم

 

 

همچنین اثرات پیچش در سازه ­های سه ­بعدی باید با استفاده از ضریبی در سازه ­های دوبعدی اعمال شود. این ضریب که ضریب تغییر مکان یا  نام دارد، اگر از 1.5 بیشتر باشد، حتماً باید از مدل‌سازی سه ­بعدی برای تحلیل سازه استفاده کرد. لازم به ذکر است که ضریب  دقیقاً برابر با ضریب  در استاندارد 2800 است.

در صورت استفاده از مدل دوبعدی مطابق نشریه 360، ضریب تغییر مکان در مدل دوبعدی به‌صورت زیر اعمال می­شود:

  1. در تحلیل­ های خطی، باید مقادیر نیرو­ها و تغییر شکل ­ها در حداکثر مقدار ضرب شوند.
  2. در تحلیل غیرخطی استاتیکی، تغییر مکان‌های هدف باید در حداکثر مقدار ضرب شوند.
  3. در تحلیل غیرخطی دینامیکی، دامنه شتاب‌نگاشت‌های زلزله هدف باید در حداکثر مقدار ضرب شوند.

2. 2 مدل‌سازی خاک و در نظر اندرکنش خاک و سازه

اثر اندرکنش خاک و سازه را می­توان در نرم­افزار ایتبس تعریف کرد. این کار ممکن است زمان­بر باشد و چالش­هایی را در روند طراحی و کنترل به وجود آورد. در نظر گرفتن اثرات اندرکنشی خاک و سازه همواره لازم نیست. بر اساس نشریه 360، در مواردی که افزایش زمان تناوب ساختمان به دلیل اندرکنش خاک سبب افزایش شتاب­های طیفی سازه شود (مثلاً سازه­های واقع بر روی خاک نرم و یا نزدیک به گسل) اثر اندرکنش خاک و سازه باید مدنظر قرار گیرد. در سایر موارد درنظر­گرفتن این اثر اجباری نیست.

درنتیجه مطابق نشریه 360، در اکثر سازه ­های معمول نیازی به در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه نیست. در مواردی که مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه اجباری است، می­توان از روش ­های ذکرشده از این بند برای مدل‌سازی در نرم­ افزار استفاده کرد.

 

بررسی اندرکنش خاک و سازه

 

بستر نرم سازه هنگام زلزله باعث افزایش دوره تناوب سازه می­شود. این افزایش موجب افزایش تقاضای شکل­ پذیری سازه می­شود و ممکن است تغییر­ شکل­ های دائمی را در سازه بیشتر کند. پس در این حالت اندرکنش خاک و سازه اهمیت قابل‌توجهی خواهد داشت. به‌عنوان‌مثال کشور مکزیک را در نظر بگیرید.

 

تاثیر مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای در زلزله ها

شکل 12- نمونه ­ای از سازه ­های تخریب‌شده در زلزله مکزیکوسیتی در سال 1985

 

در این بخش نمونه­ ای از تفاوت ­های تغییر شکل جانبی، تغییر مکان جانبی نسبی طبقات، برش پایه و لنگر اعضای یک ساختمان 10 طبقه در شرایطی که روی خاک صلب، سخت و نرم واقع شده باشد در قالب چهار نمودار آورده شده است.

 

بررسی تغییر شکل سازه باتوجه به نوع خاک

شکل 13- مقایسه تغییر شکل جانبی ساختمان ­ها با تکیه­ گاه گیردار و انعطاف‌پذیر برای خاک‌ها با شرایط مختلف

 

ارزیابی انواع خاک برای بررسی دریفت طبقات

شکل 14-مقایسه تغییر مکان جانبی نسبی طبقات ساختمان­ ها با تکیه ­گاه گیردار و انعطاف‌پذیر برای خاک‌ها با شرایط مختلف

 

 

آزمایش برش پایه انواع سازه برای خاک ها با شرایط متفاوت

شکل 15-مقایسه برش پایه ساختمان­ ها با تکیه ­گاه گیردار و انعطاف‌پذیر برای خاک‌ها با شرایط مختلف

 

 

بررسی لنگر انواع سازه برای خاک ها با شرایط متفاوت

شکل 16-مقایسه لنگر ستون ­های ساختمان ­ها با تکیه ­گاه گیردار و انعطاف‌پذیر برای خاک‌ها با شرایط مختلف

2. 3 مدل­سازی میانقاب ­ها در طراحی و تحلیل عملکردی سازه ­ها

پس زلزله ­های اخیر رخ‌داده در کشورمان، نقش میانقاب ­ها در عملکرد لرزه ­ای ساختمان را کاملاً آشکار کرده است. درنتیجه در نظر گرفتن اثرات میانقاب ­ها یکی از مهم­ترین بخش­ های مدل‌سازی یک ساختمان در طراحی و تحلیل عملکردی آن است. اگر جداگرهای میانقابی مانعی برای حرکت قاب‌ها ایجاد نکنند، نیازی به در نظر گرفتن آن‌ها در مدل نیست، اما اگر این‌طور نباشد میانقاب ­ها تأثیر زیادی بر عملکرد لرزه ­ای سازه دارند و حتماً باید مدل شوند. مطابق فصل 8 نشریه 360، میانقاب ­ها در سازه می­توانند به‌صورت دستک ­های فشاری مدل شوند.

لازم به ذکر است که با توجه به پیوست ششم آیین‌نامه‌ی 2800 که در اواسط سال 98 منتشرشده، جدا کردن میانقاب از قاب سازه در سازه‌های بلندتر از چهار طبقه و همچنین سازه‌های با اهمیت زیاد و بسیار زیاد الزامی می‌باشد، درنتیجه توصیه می‌شود همواره طراحی را با فرض عدم مزاحمت میانقاب برای قاب انجام دهیم و در زمان اجرا هم از اجرای میانقاب غیر پیوسته اطمینان حاصل کنیم.

 

تاثیر میانقاب در زلزله های اخیر

شکل 17-جایگزینی میانقاب با دستک فشاری معادل

 

3.نتیجه‌گیری

با به‌روزرسانی آیین­ نامه، روند طراحی سازه ­ها بیشتر به سمت روش­ های طراحی عملکردی سوق پیدا می­کند، درنتیجه آشنایی با روش ­های طراحی عملکردی بیش‌ازپیش اهمیت می ­یابد. برای انجام تحلیل ­های عملکردی می­توان همانند طراحی تجویزی از تحلیل ­های استاتیکی و دینامیکی خطی (اما در قالبی متفاوت) و یا از تحلیل­ های غیر­خطی استفاده کرد.

روش ­های خطی مناسب ارزیابی و بهسازی لرزه­ ای سازه­ های موجود می ­باشند و برای طراحی سازه­ های جدید نمی­توان از آن‌ها استفاده کرد. به علت تقریب بالای روش­ های خطی، نتایج به‌دست‌آمده از آن عموماً دست بالا می­ باشد. در صورتی‌ که استفاده از تحلیل­ های خطی امکان­پذیر نباشد، می­توان از تحلیل ­های استاتیکی یا دینامیکی غیرخطی استفاده کرد. البته انجام یک تحلیل خطی پیش از انجام تحلیل ­های غیر­خطی دید خوبی را نسبت به عملکرد سازه به طراح می­دهد.

تحلیل ­های غیرخطی از دقت بسیار بالاتری نسبت به روش­ های ­خطی برخوردار هستند، اما با افزایش دقت، طبعاً حجم محاسبات و پیچیدگی آن‌ها نیز افزایش می­ یابد. این موضوع برای تحلیل دینامیکی غیرخطی مشهود­تر است به ‌طوری‌ که امکان تحلیل بسیاری از سازه­ ها با کامپیوترهای معمولی به روش دینامیکی غیرخطی وجود ندارد.

یکی از پیش‌نیازهای انجام هر تحلیلی مدل‌سازی صحیح سازه می­ باشد. با توجه با حجم بالای محاسبات در تحلیل ­های غیرخطی، هر چه مدل ما ساده‌تر باشد، با چالش­ های کمتری روبه‌رو خواهیم بود. در بعضی از مواقع می ­توان از مدل ­های دو­بعدی بجای مدل ­های سه ­بعدی استفاده کرد و با این کار حجم محاسبات و پیچیدگی­ های آن کاهش چشم­گیری خواهد داشت. علاوه بر این، هنگامی‌که افزایش زمان تناوب ساختمان سبب افزایش شتاب طیفی نشود (حالت مرسوم در طراحی)، می­توان از اندرکنش بین سازه و خاک صرفه نظر کرد اما درصورتی‌که در نمودار طیف افزایش زمان تناوب سبب افزایش شتاب طیفی شود، مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه الزامی است.

منابع

  1. دستور­العمل بهسازی لرزه­ ای ساختمان­های موجود (نشریه 360)- ویرایش 1392
  2. آیین نامه‌ی ASCE41 ویرایش سال 2017 آمریکا
  3. راهنمای نرم افزار ایتبس 2017 –ETABS2017Documentation
  4. آیین نامه‌ی ASCE7 ویرایش سال 2016 آمریکا
  5. Priyanka RJ, Anand N, Justin DS. Studies on Soil Structure Interaction of Multi Storeyed Buildings with Rigid and Flexible Foundation. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2012 Dec;2(12):111-8.

 

خرید لينک هاي دانلود

دانلود رایگان اعضای ویژه

دانلود رایگان این آموزش و ده ها آموزش تخصصی دیگر به ازای پرداخت فقط 29 هزار تومان (+ اطلاعات بیشتر)

خرید با اعتبار سایت به ازای پرداخت فقط 2 هزار تومان

دانلود و ذخیره فقط همین آموزش ( + عضو شوید و یا وارد شوید !)

دانلود سریع و بدون نیاز به عضویت به ازای پرداخت فقط 2 هزار تومان

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 18,596 نفر

تفاوت اصلی خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه ها نوآورانه و بروز بودن آن است ، ما تنها تازه ترین های آموزشی ، تخفیف ها و جشنواره ها و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیل تان ارسال می کنیم

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی متنفریم ، خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
با ارسال اولین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
؟ شهرزاد صادقی | مشاور شما :

پاسخ سوالات متداول غیر علمی خود را با کلیک روی علامت سوال بدون اتلاف زمان پیدا کنید.

فقط کافیست ایمیلتان را وارد کنید

در کمتر از 5 ثانیه اطلاعاتتان را وارد کنید و 3 ایبوک طراحی سازه بتنی در ایتبس را به همراه هدیه ویژه آن در ایمیلتان دریافت کنید
برایم ایمیل شود
نگران نباشید ایمیل های مزاحم نمی فرستیم
close-link