در سال‌های اخیر چالش‌های زیادی در طراحی سازه‌ها خصوصا طراحی در برابر بارهای ناشی از زلزله ایجاد شده است. روشهای طراحی در اکثر آیین نامه‌های فعلی مبنی بر معیار نیرو یا مقاومت می‌باشد، یعنی فرض بر این است که المان‌های سازه‌ای اعم از تیر، ستون، بادبند و غیره، همه کنترل شونده توسط نیرو هستند، این در حالی است که مدلهای رفتاری و معیارهای شکست اعضای سازه‌ای اکثرا بر حسب تغییر مکان یا کرنش تعریف شده‌اند.
در محدوده الاستیک خطی، بین نیرو- تغییر مکان (یا تنش و کرنش) یک رابطه خطی وجود دارد و می‌توان به راحتی معیار نیرو یا مقاومت را بکار برد، اما وقتی اعضا وارد محدوده غیرخطی شوند دیگر رابطه ثابتی بین نیرو- تغییر مکان (یا تنش- کرنش) وجود نخواهد داشت و در نتیجه معیار نیرو یا مقاومت نمی‌تواند رفتار شکست اعضا را نشان دهد. بنابراین روشهای طراحی بر مبنای مقاومت و نیرو تنها برای زلزله‌های کوچک که انتظار می‌رود سازه در محدوده خطی بماند مناسب می‌باشد ولی برای زلزله‌های شدید که سازه دچار تغییر شکلهای غیر ارتجاعی می‌شود و ملزم به رفتار شکل پذیر است، این روشها چندان مناسب نمی‌باشند. که به دنبال آن رویکرد آیین نامه‌های جدید ATC [1] ، FEMA و غیره، به جای استفاده از تحلیل خطی و طراحی با معیار مقاومت، به تحلیل غیر خطی و طراحی با معیار رفتار و شکل پذیری سوق پیدا کرد. استفاده از معیار رفتار به این مفهوم است که در یک ساختمان علاوه بر مقدار مقاومت، نحوه توزیع مقاومت در اجزای سازه‌ای نیز مهم است. این شیوه طراحی براساس رفتار سازه ای، طراحی براساس عملکرد نامیده
می شود.
تحلیل‌های غیرخطی بر دو نوع تحلیل غیرخطی استاتیکی و غیرخطی دینامیکی((تاریخچه زمانی)) است. تحلیل غیرخطی دینامیکی که اغلب به عنوان دقیق ترین روش در بررسی رفتار سازه‌های در حین زلزله از آن یاد می‌شود، به علت پرهزینه و وقت گیر بودن و همچنین پیچیدگی در فرضیات حاکم که عدم رعایت آنها در نهایت باعث کاهش چشم گیر دقت خواهد شد، نمی‌تواند مناسب برای مسایل کاربردی و مهندسی باشد. در این میان ایده تحلیل غیرخطی استاتیکی Pushover مطرح شده است که ضمن اینکه مشکلات و پیچیدگی‌های روش غیر خطی دینامیکی را ندارد، می‌تواند با تقریب قابل قبولی رفتار سازه را در ناحیه غیرارتجاعی مورد ارزیابی قرار دهد. روش تحلیل استاتیکی غیرخطی در عرض سی سال گذشته توسط افراد زیادی ارائه و گسترش داده شده و نهایتا با پذیرش در جوامع علمی از جمله جامعه مهندسان عمران آمریکا (ASCE) [16]، به عنوان روشی در جهت ارزیابی نیاز و ظرفیت لرزه‌ای تشریح شده است.
در روشهای سنتی و مرسوم طراحی، نیروی برش پارامتر اصلی طراحی سازه است و طراح با مقایسه نیاز نیروی برش پایه ناشی از زلزله و ظرفیت برش پایه سازه را طراحی می‌کند. طراحی سازه بر اساس نیرو در دامنه رفتار الاستیک که روش مرسوم طراحی سازه‌ها در برابر زلزله است، نمی‌تواند به تنهایی مبنای مناسبی برای تعیین عملکرد سازه‌ها تحت زلزله که اساس روش طراحی بر اساس عملکرد است باشد، بنابراین پارامتر مناسب برای مقایسه نیاز زلزله و ظرفیت سازه در محدوده رفتار خطی می‌تواند تغییر شکل سازه باشد. در حال حاضر عملی ترین و مرسوم ترین روش ارزیابی عملکرد سازه تحت زلزله استفاده از آنالیز استاتیکی غیرخطی برای تعیین رابطه بار- تغییر مکان جانبی سازه است [5].
در این روش، بار جانبی ناشی از زلزله، به طور استاتیکی و به تدریج به صورت فزاینده به سازه اعمال
می شود تا آنجا که تغییر مکان در یک نقطه ی خاص (نقطه ی کنترل) تحت اثر بار جانبی به مقدار مشخصی (تغییر مکان هدف) برسد یا پی
ش از آن، سازه ناپایدار شود. در تحلیل استاتیکی غیرخطی، مرکز جرم بام
(نه خرپشته) به عنوان نقطه ی کنترل انتخاب می‌شود. این روش مشابه روش تحلیل استاتیکی خطی است با این تفاوت که رفتار غیرخطی تمام اعضا و اجزای سازه در تحلیل وارد می‌شود و همچنین اثر زلزله به جای اعمال بار مشخص، بر حسب تغییر مکان برآورد می‌شود. به طور کلی در این روش، استفاده از مدلهای
سه بعدی به مدلهای دو بعدی ترجیح داده می‌شود. اما به دلیل وجود محدودیتهای نرم افزاری، برای
سازه‌های منظم استفاده از مدلهای دو بعدی نیز مجاز است. تحلیل استاتیکی غیرخطی می‌تواند به یکی از دو روش زیر انجام شود:
1- روش تحلیل استاتیکی غیرخطی کامل: در این روش کلیه ی اعضای اصلی و غیر اصلی در مدل سازه در نظر گرفته می‌شوند. منحنی تلاش- تغییر شکل اعضا باید تا حد امکان نزدیک به واقعیت درنظر گرفته شده و به خصوص شامل ناحیه ی زوال سختی و مقاومت باشد.
2- روش تحلیل استاتیکی غیرخطی ساده شده: در این روش فقط اعضای اصلی مدل می‌شوند و منحنی تلاش- تغییر شکل اعضا به صورت دوخطی درنظر گرفته می‌شود. در هنگام ارزیابی، چنان چه تعداد کمی از اعضای فوق جوابگو نباشند، می‌توان آنها را به عنوان اعضای غیراصلی منظور و از مدل حذف نمود و تحلیل را بدون حضور آنها تکرار کرد [6].
ساختمانهای فولادی که بر اساس آیین نامه‌های گذشته طراحی و ساخته شده‌اند غالباً در هنگام وقوع زلزله رفتارهای نامناسبی از قبیل مقاومت جانبی ناکافی، توانایی ناچیز اتلاف انرژی، کاهش سریع مقاومت و مکانیزم‌های نادرست تشکیل مفصل پلاستیک از خود نشان می‌دهند. این رفتارهای نامناسب می‌تواند به دلیل جزئیات ناکافی جوش و جوشکاری که منجر به تغییر مکانهای شدید و در نهایت تخریب ساختمان می‌گردد، شود. از طرف دیگر، مشاهدات صورت گرفته از زلزله‌های گذشته نشان می‌دهد که عملکرد ساختمانهای فولادی که تنها بر اساس بارهای ثقلی طراحی شده‌اند بدلیل شکل پذیری محدود و ظرفیت ناکافی تحمل بار جانبی در برابر زلزله ضعیف بوده است. اینگونه ساختمانها دارای مقاومت کم در برابر نیروهای جانبی که منجر به تغییر شکلهای غیر الاستیک زیاد می‌شوند می‌گردد و رفتارشان اصل “تیر ضعیف- ستون قوی” را ارضا
نمی کند که منجر به ایجاد طبقه یا ستون نرم طی زمین لرزه می‌گردد [7]. این گونه رفتارها و صدمات ناشی از آنها تحت زمین لرزه‌ها باعث گردیده تا مهندسین به فکر اصلاح و بهبود و ضوابط آیین نامه‌ای بمنظور دستیابی به سازه‌های ایمن تر باشند [8].
اتلاف انرژی و سلسله مراتب شکست دو فاکتور مهم در ارزیابی عملکرد لرزه‌ای در ساختمانهای فولادی می‌باشد. ایستایی یک قاب می‌تواند توسط توانایی آن در ماندن در یک سطح الاستیک مقاومت در بین پاسخ غیر الاستیک توضیح داده شود. در بسیاری از ساختمانها که بر اساس آیین نامه‌های قدیم طراحی
شده‌اند مفصلهای پلاستیک در نزدیکی اتصالات و در بر ستون تشکیل می‌گردد که می‌تواند منجر به ناپایداری کلی در سازه‌ها گردد. به همین دلیل، در بسیاری از آیین نامه‌ها پیشنهاد شده است که اصل ستون قوی- تیر ضعیف به منظور انتقال مفاصل پلاستیک از بر ستونها مدنظر قرار گیرد. طی دهه‌های اخیر، تحقیقات گوناگونی با هدف انتقال مفاصل پلاستیک به داخل تیر و بهبود عملکرد لرزه‌ای ساختمانهای فولادی صورت پذیرفته است. اما بیشتر این روشها، مانند افزودن المان به سازه و یا بهبود جزییات جوش وجوشکاری تیرها، تنها
می تواند برای ساختمانهای در حال احداث استفاده شوند [9].
1-2 – کارهای انجام شده
در بیشتر کشورها، روش طراحی لرزه‌ای در حال تغییر است. علیرغم اینکه در روشهای طراحی متداول، هدفهای آیین نامه‌ها، حفظ ایستایی سازه در برابر زلزله‌های شدید و به حداقل رساندن تلفات جانبی و کنترل زیان در برابر زلزله‌های خفیف و متوسط بیان می‌شود، ولی هیچ اهرم کنترلی برای رسیدن به این هدفها مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. در روش طراحی براساس عملکرد، سعی شده است برای نیل به هدفهای از پیش تعیین شده، روشهای کنترلی ارایه شود.
طراحی براساس عملکرد یک فلسفه طراحی کلی است که در آن معیارهای طراحی بر حسب دستیابی به هدفهای عملکردی در برابر خطرات لرزه‌ای بیان می‌گردد. در این روش، سطوح خطر و زیانهای قابل قبول متناظر با آنها به روشنی مشخص می‌گردد و عملکردهای سازه‌ای سازه با محدود نمودن سختی، مقاومت و شکل پذیری کنترل می‌شود [10].
روش طراحی براساس عملکرد، روشی است نو که در آن خسارت سازه‌ها در برابر سطوح متفاوت خطر (زلزله) به طور شفاف مورد ارزیابی قرار می‌گیرد و عملکردهای سازه‌ای و غیرسازه‌ای سازه‌ها با
محدود کردن مقاومت، سختی و شکل پذیری اعضا کنترل می‌شود. برای نیل به این هدفها، یک تحلیل غیرخطی روی مدل سازه‌ای ضروری است. برای انجام این تحلیل، مشخصات اولیه سازه (مقاومت و سختی اولیه) مورد نیاز است. نخستین بار، موضوع طراحی براساس عملکرد در سال 1995 توسط SEAOC در گزارشی تحت عنوان vision 2000 مطرح گردید و در سال 1996 توسط ATC در گزارشی تحت عنوان ATC40 توسعه داده شد و هدفهای عملکردی با جزئیات بیشتری معرفی شود [11]. به موازات گزارش ATC40 ، گزارش FEMA273 نیز با همان هدفهای، جنبه‌های دیگری از روش طراحی براساس عملکرد را ارائه نمود که در آن سطوح خطر زلزله و سطح خسارت قابل قبول و به وضوح تشریح شود [12].
فایفر (Fajfar) در سال 2000 عنوان کرد که در روش طراحی براساس عملکرد می‌توان از ضریب رفتار استفاده کرد [13]. ضریب رفتار مورد استفاده در این حالت صرفا مربوط به سیستمهای یک درجه آزادی است که برای بررسی عملکرد سیستمهای چند درجه آزادی بطور مستقیم قابل کاربرد نیست و تمهیدات دیگری را طلب می‌کند. فایفر استفاده از ضریب رفتار را در طراحی بر اساس عملکرد برای سازه‌های دارای دوران در سال 2004 توسعه داد [14]. میراندا (Miranda) در سال 2000 استفاده از ضریب رفتار را برای سیستمهای چند درجه آزادی پیشنهاد کرد ولی روش استفاده از آن را منوط به انجام مطالعات تکمیل کرد [15]. در روش طراحی بر اساس عملکرد با توجه به رفتار غیر ارتجاعی سازه‌ها در برابر زلزله شدید، برای تعیین نیازهای یک سازه، انجام تحلیل غیرخطی روی مدل سازه‌ای ضروری است. برای انجام این تحلیل، مشخصات اولیه سازه (مقاومت و سختی اولیه) مورد نیاز است.
هرچه مقادیر اولیه به مقدارهای نهایی نزدیکتر باشد، مراحل انجام تحلیل و طراحی سازه، ساده تر و سریعتر خواهد بود. هرچند می‌توان برای این منظور از مقاومت و سختی حاصل از طراحی سازه بر اساس
آئین نامه‌های رایج استفاده کرد اما با توجه به عدم وجود اطلاعات لازم برای طراحی سازه‌ها در برابر
زلزله‌های ضعیف و متوسط و همچنین نبود اطلاعات کافی برای نیل به هدفهای طراحی در برابر زلزله‌های شدید، مقدارهای بالا دارای دقت کافی نخواهند بود [10].
1-3- ضرورت انجام تحقیق
با ارائه ویرایش چهارم آیین نامه زلزله ایران در ماههای اخیر و اعمال تغییرات بسیار در آن تحقیقی در مورد عملکرد ساختمانهای طراحی شده با این ویرایش انجام نپذیرفته و این نیاز مشاهده می‌شود که عملکرد ساختمانهای طراحی شده با دو ویرایش جدید و قدیم ارزیابی و مقایسه شود.
فرم در حال بارگذاری ...
