این بخش به الزامات عمومی تحلیل و طراحی برای تأمین پایداری کل سازه و تمامی اجزای آن می پردازد. مقررات این بخش تحت عناوین زیر ارائه میگردد:
• ۱-۱-۲-۱۰ الزامات عمومی
• ۲-۱-۲-۱۰ آثار مرتبه دوم P-δ و P-Δ
• ۳-۱-۲-۱۰ روش های تحلیل و طراحی برای تأمین پایداری
• ۴-۱-۲-۱۰ روش های تحلیل مرتبه دوم
• ۵-۱-۲-۱۰ الزامات تحلیل و طراحی
• ۶-۱-۲-۱۰ جدول خلاصه شده از روش های تحلیل و طراحی
۱-۱-۲-۱۰ الزامات عمومی
تأمین پایداری کل سازه و تمامی اجزای آن از الزامات تحلیل و طراحی است. مطابق الزامات این بخش پایداری کل سازه و تمامی اجزای آن در صورتی تأمین میشود که آثار ذکر شده در زیر به نحو مؤثری در تحلیل و طراحی آنها لحاظ شده باشند.
(۱) تغییر شکل های محوری خمشی و برشی اعضای سازه و تغییر شکل های سایر اجزاء نظیر اتصالات که در جابجایی سازه مؤثرند.
(۲) آثار مرتبه دوم (شامل آثار P-δ و P-Δ)
(۳) نواقص هندسی (شامل کجی و ناشاقولی )
(۴) کاهش سختی اعضا ناشی از رفتار غیر الاستیک و اثر تنشهای پسماند
(۵) عدم قطعیت در برآورد سختی و مقاومت
روش تحلیل مورد استفاده باید تمامی آثار فوق را لحاظ نماید به منظور حصول اطمینان از این اهداف استفاده از دو روش تحلیل مستقیم و طول مؤثر در طراحی برای تأمین پایداری سازه های فولادی و مختلط مجاز است.
۲-۱-۲-۱۰ آثار مرتبه دوم P-δ و P-Δ
مطابق بند ۱۰-۲-۱-۱، در اعضای فولادی مقاومت های مورد نیاز که از تحلیل سازه به دست می آیند. باید شامل آثار مرتبه دوم باشند. این آثار شامل موارد زیر است:
الف) آثار مرتبه دوم P-δ : آثار P-δ به آثار اضافی ناشی از بارها گفته میشود که به علت وجود تغییر شکل در فاصله دو انتهای هر یک از اعضا به وجود می آید.
ب) آثار مرتبه دوم P-Δ : آثار P-Δ به آثار اضافی بارها به علت تغییر مکان جانبی نسبی کل سیستم سازه ای مربوط میشود و سبب ایجاد نیروهای اضافی داخلی در اعضا می شوند که به علت برون محوری ناشی از تغییر مکان جانبی یک انتهای عضو نسبت به انتهای دیگر آن به وجود می آیند. تغییر مکان جانبی نسبی دو انتهای عضو ممکن است به علت بارهای قائم یا بارهای جانبی یا ترکیبی از آنها باشد.
۳-۱-۲-۱۰ روش های تحلیل و طراحی برای تأمین پایداری
الف) روش تحلیل مستقیم
در روش تحلیل مستقیم تمامی آثار ذکر شده در بخش ۱۰-۲-۱-۱ به صورت مستقیم در تحلیل سازه لحاظ میگردند. در این روش مقاومت های مورد نیاز بر اساس الزامات و محدودیت های بخش ۱-۵-۱-۲-۱۰ و مقاومت های موجود اعضا مطابق با بخش های ۱۰-۲-۲ تا ۱۰-۲-۹ تعیین میش وند. استفاده از این روش برای تمامی سازه های فولادی و مختلط مجاز است.
ب) روش طول مؤثر
استفاده از روش سنتی طول مؤثر به عنوان روش دیگر طراحی مطابق با الزامات و محدودیت های بند ۲-۵-۱-۲-۱۰ مجاز است. در این روش نیز مقاومت های موجود اعضا مطابق با بخشهای ۱۰-۲-۲ تا ۱۰-۲-۹ تعیین میشوند.
۴-۱-۲-۱۰ روش های تحلیل مرتبه دوم
در این مبحث استفاده از روش های تحلیلی زیر به عنوان روش های تحلیل مرتبه دوم مجاز دانسته شده است.
الف) تحلیل الاستیک مرتبه دوم تحلیل الاستیک مرتبه دوم به تحلیل هایی گفته میشود که در آنها روش تحلیل سیستم سازه ای الاستیک بوده لیکن در حین انجام تحلیل آثار مرتبه دوم (شامل آثار P-δ و P-Δ) در آن لحاظ میگردد.
ب) تحلیل مرتبه دوم از طریق تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته در این مبحث استفاده از روش تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته به عنوان یک روش تحلیل مرتبه دوم مجاز دانسته شده است. الزامات این نوع روش تحلیل مرتبه دوم در پیوست ۳ این مبحث ارائه شده است.
تبصره ۱ : در طراحی به روش LRFD تحلیل مرتبه دوم باید تحت اثر ترکیبات بارگذاری متناظر با این روش طراحی (شامل بار جانبی فرضی مطابق بند۱۰-۲-۱-۵-۱-۱) صورت گیرد. در طراحی به روش ASD تحلیل مرتبه دوم باید ابتدا تحت اثر ۱.۶ برابر ترکیبات بارگذاری متناظر با این روش (شامل بار جانبی فرضی مطابق بند ۱۰-۲-۱-۵-۱-۱) صورت گرفته و سپس کلیه نتایج حاصله بر عدد ۱.۶ تقسیم شوند تا مقاومت های مورد نیاز به دست آیند.
تبصره ۲ : در روش تحلیل الاستیک مرتبه دوم (ذکر شده در بند ۱۰-۲-۱-۴- الف)، با ارضاء محدودیت های زیر میتوان از آثار P-δ صرف نظر نمود مشروط بر اینکه لنگرهای خمشی به دست آمده از روش های تحلیلی مذکور در اعضای تحت اثر توام نیروی محوری فشاری و لنگر خمشی با ضریب B۱ (مطابق پیوست ۳) تشدید شده باشند:
(۱) بارهای ثقلی عمدتاً توسط ستونها دیوارها یا قابهای قائم تحمل شوند.
(۲) نسبت تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه دوم به تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه اول یا به طور تقریبی مقدار ضریب B۲ در تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته در تمام طبقات و در راستای مورد نظر کوچکتر یا مساوی ۱.۷ باشد.
(۳) حداکثر یک سوم بارهای ثقلی کل سازه توسط ستونهای قابهای خمشی تحمل گردد.
۵-۱-۲-۱۰ الزامات تحلیل و طراحی
برای طراحی به منظور تأمین پایداری سازه باید آثار ذکر شده در بند ۱۰-۲-۱-۱ لحاظ شده باشند. روش های تحلیل مستقیم و طول مؤثر با رعایت محدودیت ها و الزامات ذکر شده در بندهای ۱-۵-۱-۲-۱۰ و ۱۰-۲-۱-۵-۲ به عنوان روش های تحلیل و طراحی قابل قبول هستند.
۱-۵-۱-۲-۱۰ محدودیت ها و الزامات روش تحلیل مستقیم
برای تعیین مقاومت های مورد نیاز اعضا و طراحی آنها و تحلیل و طراحی به روش تحلیل مستقیم باید محدودیت ها و الزامات زیر تأمین شوند:
الف - محدودیت ها
در تحلیل و طراحی به روش تحلیل مستقیم هیچ گونه محدودیتی وجود ندارد.
ب - الزامات
(۱) تحلیل سازه مطابق بند ۱۰-۲-۱-۴ بر اساس یکی از روش های تحلیلی مرتبه دوم باشد.
(۲) مطابق الزامات بند ۱۰-۲-۱-۵-۱-۱ آثار نواقص هندسی اولیه (شامل کجی و ناشاقولی) در تحلیل مرتبه دوم منظور شود.
(۳) مطابق الزامات بند ۱۰-۲-۱-۵-۱-۲ تحلیل مرتبه دوم بر اساس سختی کاهش یافته اعضا صورت گیرد.
(۴) مقاومت موجود کلیه اعضای دارای بار محوری فشاری با ضریب طول مؤثر یک (K=۱) تعیین شود.
۱-۱-۵-۱-۲-۱۰ ملاحظات نواقص هندسی اولیه
در روش تحلیل مستقیم آثار نواقص هندسی اولیه شامل کجی و ناشاقولی اعضا باید از طریق مدل کردن این نواقص در تحلیل مرتبه دوم سازه انجام پذیرد در سازه هایی که بارهای ثقلی عمدتاً توسط ستون ها، دیوارها یا قاب های قائم تحمل می شوند، به جای در نظر گرفتن نواقص هندسی اولیه در مدل سازی میتوان به شرح زیر یک بار جانبی فرضی در طبقات ساختمان اعمال نمود
(۱-۱-۲-۱۰) Ni = ۰.۰۰۲Yi
که در آن :
Ni=بار جانبی فرضی در طبقه i ام
Yi=بار ثقلی در طبقه i ام متناسب با ضرایب بار به کار رفته در ترکیبات مختلف بارگذاری
در هنگام اعمال بار جانبی فرضی (Ni) به طبقات ساختمان توجه به نکات زیر ضروری است.
(۱) توزیع بار جانبی فرضی در کف هر طبقه باید مشابه توزیع بارهای ثقلی در کف همان طبقه در نظر گرفته شود.
(۲) بار جانبی فرضی (Ni) باید به کلیه ترکیبات بارگذاری اضافه شود. در مواردی که نسبت تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه دوم به تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه اول تحت اثر ترکیبات بارگذاری LRFD یا ۱.۶ برابر ترکیبات بارگذاری ASD (یا به طور تقریبی مقدار ضریب تشدید B۲ در تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته) با احتساب سختی کاهش یافته اعضا (مطابق تنظیمات بند ۱۰-۲-۱-۵-۱-۲) در کلیه طبقات کوچک تر یا مساوی ۱.۷ باشد میتوان بارهای جانبی فرضی (Ni) را فقط در ترکیبات بارگذاری ثقلی منظور نمود و از اثر آنها در ترکیبات بارگذاری شامل بارهای جانبی صرف نظر نمود.
(۳) بارهای جانبی فرضی باید در راستایی به سازه اعمال شود که بیشترین اثر ناپایداری را داشته باشد. در ترکیبات بارگذاری ثقلی بارهای جانبی فرضی باید به طور مجزا در دو راستای متعامد و به صورت رفت و برگشت در نظر گرفته شود.
تبصره : کاربرد ملاحظات تواقص هندسی اولیه فقط برای تعیین مقاومت های مورد نیاز اعضا محدود میگردد و برای سایر مقاصد طراحی (نظیر کنترل تغییر مکان جانبی نسبی طبقات کنترل خیز تیرها کنترل ارتعاش اعضا و کف ها و محاسبه زمان تناوب اصلی ساختمان) در نظر گرفتن آثار نواقص هندسی اولیه ضروری نیست .
۲-۱-۵-۱-۲-۱۰ کاهش سختی اعضا
در تحلیل و طراحی به روش تحلیل مستقیم برای تعیین مقاومتهای مورد نیاز در تحلیل مرتبه دوم باید به شرح زیر از ضرایب کاهش سختی استفاده شود :
(۱) ضریب کاهش ۰.۸ برای کلیه سختی هایی که در پایداری سازه مؤثرند. اعمال این ضریب کاهش برای کلیه سختی های تمامی اعضا حتی اگر در پایداری سازه نقشی نداشته باشند، نیز مجاز است.
(۲) علاوه بر ضریب کاهش ۰.۸ یک ضریب کاهش اضافی τb نیز به شرح زیر در سختی خمشی اعضایی که در پایداری سازه مؤثر هستند :
که در آن :
*(EI) = صلبیت خمشی کاهش یافته عضو
E = مدول الاستیسیته فولاد
I = ممان اینرسی مقطع عضو حول محور خمش
τb = ضریب کاهش اضافی سختی خمشی مطابق رابطه زیر :
در رابطه ۱۰-۲-۱-۳ ، Pr مقاومت محوری فشاری مورد نیاز و Py مقاومت تسلیم محوری عضو (Py=AgFy) است. در صورتی که عضو فشاری لاغر باشد در تعیین مقاومت تسلیم محوری باید از مساحت مؤثر مقطع (Ae) استفاده شود.
استثناء : در اعضای با مقطع مختلط پرشده با بتن یا محاط در بتن مقدارτb باید برابر ۰.۸ در نظر گرفته شود.
(۳) وقتی از روش بار جانبی فرضی برای مدل سازی نواقص هندسی اولیه استفاده شده است به جای
استفاده از τb متغیر در رابطه ۱۰-۲-۱-۳ به منظور کاهش اضافی سختی خمشی اعضا، میتوان مقدار را برای کلیه نسبت های Pr/Py برابر به یک فرض کرد مشروط بر اینکه یک بار جانبی فرضی اضافی برابر ۰.۰۰۱Yi به کلیه طبقات ساختمان اعمال شود این بار جانبی فرضی اضافی باید در کلیه ترکیبات بارگذاری به همراه بارهای جانبی و بارهای جانبی فرضی در اثر نواقص هندسی اولیه در نظر گرفته شود. مورد ۲ از بند ۱۰-۲-۱-۵-۱-۱ شامل این بار جانبی اضافی نمیشود.
(۴) چنانچه در یک سیستم سازه ای برای تأمین پایداری آن از اعضایی با مصالح دیگری به جزء فولاد استفاده شده باشد و مقررات سازه ای مربوط به نوع مصالح ضریب کاهش سختی کوچکتری (کاهش سختی بیشتری) را الزام کرده باشد برای آن نوع اعضا باید ضریب کاهش سختی کوچک تر مورد استفاده قرار گیرد.
تبصره : در روش تحلیل مستقیم کاربرد سختی کاهش یافته فقط در تحلیل مرتبه دوم و برای تعیین مقاومت های مورد نیاز اعضا محدود میگردد و برای سایر مقاصد طراحی نظیر کنترل تغییر مکان جانبی نسبی طبقات کنترل خیز تیرها کنترل ارتعاش اعضا و کف ها و محاسبه زمان تناوب اصلی ساختمان نباید از ضرایب کاهش سختی استفاده شود.
۲-۵-۱-۲-۱۰ محدودیت ها و الزامات روش طول مؤثر
برای تعیین مقاومت های مورد نیاز اعضا و طراحی آنها در تحلیل و طراحی به روش طول مؤثر محدودیت ها و الزامات زیر باید تأمین شوند:
الف - محدودیت ها
(۱) بارهای ثقلی عمدتاً توسط ستون ها دیوارها یا قاب های قائم تحمل شوند.
(۲) نسبت تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر مرتبه دوم به تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر مرتبه اول یا به طور تقریبی مقدار ضریب تشدید B۲ در تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته در کلیه طبقات کوچک تر یا مساوی ۱.۵ باشد.
ب - الزامات
(۱) تحلیل سازه مطابق بند ۱۰-۲-۱-۴ بر اساس یکی از روش های تحلیلی مرتبه دوم و بدون در نظر گرفتن هر گونه کاهش سختی باشد.
(۲) آثار نواقص هندسی اولیه شامل کجی و ناشاقولی اعضا مطابق ملاحظات بند ۱۰-۲-۱-۵-۱-۱ در تحلیل مرتبه دوم منظور گردد.
(۳) مقاومت موجود کلیه اعضای دارای بار محوری فشاری بر اساس ضریب طول مؤثر (K) تعیین شود. ضریب طول مؤثر اعضا (K) متناسب با نوع سیستم باربر باید بر اساس پیوست ۲ تعیین شود.
۶-۱-۲-۱۰ جدول خلاصه شده از روش های تحلیل و طراحی
خلاصه روش های تحلیل و طراحی مورد بحث فوق در جدول ۱۰-۲-۱-۱ برای سهولت استفاده کاربران ارائه شده است.
تصویر ۱
تصویر ۲
تصویر ۳
تصویر ۴
تصویر ۵