طراحی سازه :
اجازه بدید تا با یک داستان تاریخی این مقاله را شروع کنیم داستانی که در مورد تارخی طراحی سازه ها میباشد و نتیجه ی این داستان موجب درک بهتر این مقاله از سایت شهر نوین عمران ومعماری میشود. ما انسان ها از ابتدای تولد به فکر ساختن سرپناه و ساختمان برای خود بودیم.انسان های نخستین که تجهیزات مناسب برای حفاری و انتقال دادن سنگ ها نداشتن راه آسان تر را انتخاب کردن و خود به نزدیکی سنگ ها رفتند و غار نشینی را انتخاب کردند.به مرور زمان تاریخ به سال های قبل از ۱۹۲۰ میلادی رسید که و علم خاصی در مورد پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها وجود نداشت و انسان ها بدون هیچ دانشی سنگ روی سنگ میگذاشتند و برای خود سرپناه میساختند.اما در سال های بعد یعنی در سال ۱۹۲۰ تا ۱۹۳۰ نوبت به خودنمایی زلزله های بزرگی رسید.زلزله های بزرگی که نام خود را در تاریخ ثبت کرده اند و اگر کتاب تاریخ مهندسی عمران خود را مقداری ورق بزنیم با نام هایی مثل زلزله کانتو ژاپن (درسال ۱۹۲۵) لانگ بیچ آمریکا ( در سال ۱۹۳۳) و… آشنا میشویم.در این زمان ها بود که نخبگان طراحی به فکر پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها افتادند.
ولی این زلزله های یک نتیجه بسیار جالب برای ما مهندسان داشت و آن هم این بود که سازه هایی که برای نیروهای باد طراحی شدند عملکرد بهتری نسبت به آنهایی که برای نیروی ثقلی طراحی شده بودند نشان دادند.
عقربه های ساعت باز هم رو به جلو حکت کردند و در طول سال های ۱۹۴۰ تا ۱۹۵۰ اهمیت خصوصیات دینامیکی سازه بیشتر دانسته شد (در دوره ی نخبگان طاحی که کامل ترین دوره طراحی سازه های فولادی میباشد توضیح داده ایم که این امر بر اثر اهمیت پیدا کردن مسائل اقتصادی مطرح شد) و در ادامه ، کار بهع جایی رسید که در طول دهه ۱۹۶۰نیروهای جانبی وابسته به دوره تناوب در اکثر آیین نامه های طراحی لرزه ای مطرح گردید.
این تاریخ و پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها تا جایی ادامه پیدا کرد که کار به طراحی بر اساس سطح عملکرد امروزی رسید.
پارامتر های مهم طراحی سازه چیست؟
در سال ۲۰۰۶ سمینار بینظیری در کشور ژاپن تدارک دیده شد.اما در این سمینار یک مقاله بیشتر از سایر مقالات به چشم آمد.نتیجه این مقاله به طور کلی به ما مهندسان عمران بیان کرد که در هتگام طراحی سازه ، پارامتر های مهمی وجود دارد که در تحلیل سازه ها باید به آن ها توجه کرد.این موارد شامل ۹ قسمت میباشد.
- طبقه بندی خاک
- ضریب اهمیت سازه
- ضریب منطقه
- دسته بندی طراحی لرزه ای (SDS)
- پیچش
- ضریب کاهش نیرو
- تعداد مود ها
- تعیین رانش طبقه و قیود
- ترکیب پاسخ مود ها
طبقه بندی خاک :
اولین مورد از پارامتر های مهم درهنگام طراحی سازه ها طبقه بندی خاک میباشد و میتوانیم بگوییم که خاک ها را بر اساس ارزش متوسط سرعت موج برشی (Vs,30)تقسیم بندی و تیپ بندی میکنند میکنند.
طراحی سازه
شاید ما نام های تیپ ۱ رياف تیپ ۲ ، تیپ ۳ و تیپ ۴ را به مکرر در مورد پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها شنیده باشیم.در استاندارد ۲۸۰۰ و IBC2015 ، به ترتیب خاک به چهار و شش دسته تقسیم می گردد و در آن ها طبقه بندی خاک مبتنی بر سرعت موج برشی، مقاومت برشی زهکشی نشده و شمارش جریان SPT می باشد.
ضریب اهمیت سازه :
دومین مورد از پارامتر های مهم در طراحی سازه ها ضریب اهمیت سازه میباشد. نام ضریب اهمیت را بار ها و بار ها شنیده ایم. ما مهندسان ساختمان ها را بر حسب نوع کاربری و میزان آسیب رسانی ناشی از خرابی آنها به چهار گروه اهمیت تقسیم میکنیم
- ساختمان های با اهمیت خیلی زیاد
- ساختمان های با اهمیت زیاد
- ساختمان های با اهمیت متوسط
- ساختمان های با اهمیت کم
شاید جالب باشد که بدانیم که دامنه ضریب امنیت مربوط به استاندارد ۲۸۰۰ و IBC2015 ، به ترتیب بین۱ تا ۱/۴ و ۱ تا ۱/۵ می باشد.
ضریب لرزه خیزی منطقه :
یکی از یخش های اساسی از پارامتر های مهم در طراحی سازه ضریب لرزه خیزی یک منطقه میباشد.زمین لرزه به تکان های ناشی از عوامل طبیعی زمین اطلاق میشود. زمین لرزه باعث آزاد شدن انرژی قابل ملاحظه ای میگردد.
یک امر طبیعی است که برای براورد نیروی زلزله ، محلی که آن سازه در آن جا واقع است از اهمیت بالای برخوردار است، نزدیکی به محل گسل‌ها می‌تواند یکی از معیارهای موثر بر شدت نیروی زلزله وارده باشد، و برای همین استاندارد ۲۸۰۰ ایران را از لحاظ زلزله خیزی مناطق را به چهار منطقه تقسیم بندی میکند:
۱) منطقه با خطر نسبی بسیار زیاد A = 0.35
۲) منطقه با خطر نسبی زیاد A = 0.3
۳) منطقه با خطر نسبی متوسط A = 0.25
۴) منطقه با خطر نسبی کم A = 0.2
می توان با مراجعه به استاندارد ۲۸۰۰ با توجه به استانی که سازه در آن اجرا خواهد شد خطر لزه خیزی آن را استخراج کرد و استفاده نمود.
دسته بندی طراحی لرزه ای (SDS)
زمانی که شناخت پارامتر های مهم در طراحی سازه را شروع میکنیم باید دسته بندی طراحی لرزه ای ساختمان ها نیز توجه کنیم.دسته بندی طراحی لرزه ای یکی از پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها میباشد که تابعی از جمعیت و ریسک لرزه ای اصلاح شده خاک در محل ساختمان می باشد. به منظور لحاظ جزئیات زلزله نگاری و نیز سایر محدودیت ها، نواحی زلزله ای استاندارد ۲۸۰۰ و دسته های طراحی لرزه ای IBC2015 متناظر نشان داده شده در جدول زیر را می توان به صورت تقریباً معادل در نظر گرفت.
پیچش سازه :
میتوانیم بگوییم که پیچش یک سازه از جمله پارامتر های مهم در هنگام طراحی سازه میباشد.اگر بخواهیم به زبان ساده توضیح بدهیم میتوانیم بگوییم که تفاوت در زمان تناوب قسمت های مختلف یک سازه موجب پیچش میشود.اگر بخواهم یک مثال ساده بسیا ساده بزنم میتوانم بگویم که بعنوان یک تشابه ساده می توان نوسان ساختمان در زلزله را مانند تاب خوردن یک کودک هنگام تاب بازی تصور نمود. اگر طنابهای تاب هم اندازه و یک شکل باشند و کودک درست در وسط نشیمن تاب جا خوش کرده باشد؛ مطمئنا دو گوشه تاب بصورت مساوی هنگام تاب خوردن حرکت خواهد کرد. نوسان ساختمان هم همانند تاب خوردن فقط بصورت معکوس می باشد (به شکل ۱ توجه کنید). ستونها و دیوارهای ساختمان حکم طنابهای تاب و کف ساختمان حکم نشیمن تاب را خواهند داشت. ساختمان چند طبقه مانند تاب با چند نشیمن است !
البته پیچش یک سازه نکات بسیار با اهمیت دیگری هم دارد که در مقاله ای جداگانه آن را توضیح داده ایم!
ضریب کاهش نیرو:
یکی از پارامتر های مهم در طراحی سازه ضریب کاهش نیرو میباشد.امروزه روش رایج طراحی لرزه ای در آیین نامه ها بر اساس روش استاتیکی معادل و تعیین برش پایه طراحی با استفاده از طیف خطی می باشد. برای تعیین برش پایه یکی از ضرایب مؤثر، ضریبی به نام ضریب رفتار یا ضریب کاهش نیرو می باشد.
تعداد مود های سازه :
از جمله پارامتر های مهم در طراحی سازها مدهای ارتعاشی سازه میباشد.تعییت این موضوع یکی از اساسی ترین موضوعات در تحلیل و طراحی بهینه سازه های ساختمانی است و به کارگیری ضوابط و استانداردهای توصیه شده در نهایت به طرحی مطمئن و پایدار منجر می شود که هم از لحاظ سازه ای و هم از لحاظ اقتصادی بسیار قابل توجیه خواهد بود.
تعیین رانش طبقه و قیود:
رانش طبقه را نیز میتوانیم جزء پارامتر های مهم در طراحی سازه بدانیم.رانش طبقه، ماگزیمم جا به جایی جانبی در یک طبقه می باشد؛ به عبارت دیگر، جا به جایی یک طبقه نسبت به طبقه پایین بر اثر تأثیرات بارهای لرزه ای را رانش طبقه می گویند.
دلایل بسیاری برای کنترل رانش وجود دارند و همین دلایل رانش طبقه را به عنوان یکی از پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها مطرح میکند. که از آن جمله می توان به کنترل کرنش غیر الاستیک عضو و کنترل شکل پذیری از طریق فراهم ساختن حد بالای اثر پی دلتا محدودسازی خسارت، اشاره نمود. قیود IBC2015 بر روی رانش طبقه بستگی به گروه کاربری زلزله دارد و برای گروه های کاربری بالاتر این قیود محدودتر هستند. این قیود همچنین بستگی به نوع سازه دارند.این در حالی است که قیود رانش در استاندارد ۲۸۰۰ تنها وابسته به تناوب سازه هستند.
تاثیر ترکیب پاسخ مود ها در طراحی سازه :
به عنوان آخرین مورد از پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها میتوانیم از پاسخ مود ها نام ببریم.مودها در استاندارد ۲۸۰۰ با استفاده از روش ریشه توان دوم مجموع مربعات (روش SRSS ) یا روش ترکیب مربع کامل (روش CQC ) و یا از طریق رویکرد معادل تائید شده ای صورت می پذیرد.ترکیب مودها در IBC2015 برای همه دسته های طراحی به جز دسته طراحی زلزله ای B ، بر اساس روش SRSS مربوط به هر مؤلفه افقی دینامیکی و محاسبه اثر متعامد ۳۰ % انجام می شود. اثرمتعامد ۳۰ %، به معنای اثرات ۱۰۰ % از بار زلزله ای به کار رفته در یک جهت به اضافه ۳۰ % از بار زلزله ای به کار رفته در جهت عمودی آن می باشد. آیین نامه IBC2015 برای سازه های اختصاص یافته به دسته طراحی زلزله ای B ، از اثرات بر هم کنش متقابل چشم پوشی می کند و نیروهای زلزله ای طراحی را به طور مستقل در هر یک از دو جهت متعامد اعمال می کند.
نتیجه گیری از پارامتر های مهم در طراحی سازه ها :
زمانی که پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها را بررسی میکنیم با موارد جالبی آشنا میشویم اما این نکته را باید بدانیم که نتایج ابتدایی ، آغاز کار تحقیق ما میباشد.سال های سال در موسسه ای با نام Nikiten در کشور کانادا در مورد پارامتر های مهم در تحلیل سازه ها تحقیق شد و هشت ماه ابتدایی تنها راهکار هایی برای بهینه سازی موارد بالا بیان میشد تا اینکه در ماه نهم به نتایج جدیدی رسیدند.
به عنوان مثال در سمیناری در ایالت کبک کانادا موسسه Nikiten اعلام کرد: شما مهندسان هزاران کار را در زمانی مشخص انجام میدهید ولی گاهی اوقات با تغییر یک مسئله کوچک همان هزاران کار را در زمانی کمتر انجام میدهید.آینده مهندسی عمران در اختیار چنین مهندسانی است.
در دوره ی تخبگان طراحی که توسط شهر نوین عمران ومعماری طراحی گردیده ما به بسیاری از این موارد میپردازیم که برای شما گوشه ای بسیار کوچک از این دوره را به رایگان گذاشته ایم.
در انتها از شما خواهشمندیم که اگر در موردپارامتر های مهم در طراحی سازه اطلاعاتی دارید از طریق قسمت نظرات زیر برای ما یادداشت کنید تا با نام خودتان آن ها را منتشر کنیم.
همچنین اگر به دنبال اطلاعات جامع تر در مورد این دیوار ها هستید میتوانید درGoogle Scholar جستجو نمایید.
