استفاده از روش طراحی بر اساس عملکرد در ساختمانهای بلند

Behnam Heydari

Senior structural engineer - Citadel Sazeh

Experienced senior structural engineer with an extensive background in various aspects of structural modeling, analysis, and design.

اشتیاق برای نو آوری در روشهای مهندسی سازه و همچنین جستجو برای رهایی از الزامات از پیش تعیین شده آیین نامه ها، منجر به یافتن ابزاری مناسب بنام طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد شده است (Performance Based Seismic Design, PBSD). این روش یک ایده نو نیست اما کاربرد آن برای برجهای تازه ساخته شده، به عنوان یک روش غیر معمول مطرح می شود. تجربیات حاصل از طراحی ها و بررسی دقیق ساختمانهای بلند موجود در نواحی لرزه ای طی دهه های گذشته به طور واضح نشان داده است که استفاده از روش PBSD بجای آیین نامه های تجویزی (آیین نامه هایی که همه چیز را به صورت الزام و قانون در می آورند)، نه تنها ایمنی بیشتری برای ساختمانها تامین می نمایند بلکه منجر به یک طرح اقتصادی تر برای چنین سازه های سنگینی نیز می شوند.

در این نوشته به بررسی پاسخ سوالات زیر خواهیم پرداخت:

• چرا باید از روش PBSD بجای روشهای طراحی لرزه ای که بر اساس آیین نامه های معمول هستند استفاده کنیم؟
• آیا آیین نامه ها اجازه استفاده از روش PBSD را می دهند ؟
• پاسخ سازه های بلند تحت تاثیر زلزله خصوصیت ویژه ای دارد؟

طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد چیست؟

در واقع PBSD تیم طراحی را مجاز به انتخاب و کنترل ضمنی عملکرد لرزه ای ساختمان تحت شدتهای مختلف زلزله می کند. بسیاری از چارچوبهای روش PBSD در ایالات متحده به کارهای انجام شده در سال 1990 برمیگردد مانند پروژه Vision 2000 توسط SEAOC در سال 1995، ATC40 (ATC, 1996) ، FEMA 273 و FEMA 356 که در حال حاضر همان ASCE 41-06 است.

به طور خلاصه برای طراحی لرزه ای براساس عملکرد چه کارهایی صورت می گیرد؟

• انتخاب دوره بازگشت برای شدت زلزله و انتخاب سطوح عملکردی مورد نظر
• کار با مهندسان ژئوتکنیک برای توسعه طیف ویژه ساختگاه مربوط به دوره بازگشت انتخاب شده در بالا
• اعمال زلزله بدست آمده به مدل ریاضی ساخته شده و تخمین پاسخهای سازه ای (مانند دریفتهای درون طبقه ای، شتاب طبقات، میزان تغییر شکلهای تقاضا در المانهای شکل پذیر، میزان نیروهای تقاضا در المانهای غیر شکل پذیر و …) برای هر سطحی از شدت زمین لرزه
• ارزیابی عملکرد کلی و المانی بر اساس معیارهای پذیرشی که نمایانگر سطوح عملکردی مورد نظر هستند.

اهداف عملکردی معمول برای ساختمانهای بلند که از آیین نامه ها انتظار میرود اما هنوز به طور واقعی در مورد سازه مورد نظر ارزیابی نشده است به شرح زیر خواهد بود:

الف- حداقل خسارت تحت زلزله های مکرر که امکان سکونت سریع را پس از بازرسی فراهم می آورد.

ب- احتمال پایین فروریزش ساختمان تحت زلزله های با دوره بازگشت زیاد

 چهار دلیل برای استفاده از روش طراحی لرزه ای براساس عملکرد بجای روشهای معمول آیین نامه ای

• با استفاده از این روش تیم طراحی درک بالاتری از رفتار و عملکرد احتمالی سازه در سطوح مختلف زلزله پیدا می کنند.
• با طراحی بر اساس عملکرد می توان رفتار اجزای معماری را نیز در نظر گرفت که با آیین نامه های معمول ممکن نیست.
• طراحی براساس عملکرد امکان استفاده از سیستمها و مصالح جدید که هنوز آیین نامه ای نشده اند و بیشتر آنها بسیار اقتصادی هستند را فراهم می آورد
• هنگامی که این روش را با روشهای معمول آیین نامه ای مقایسه می کنیم، ساختمانهایی با سرویس پذیری و ایمنی بالاتر را نتیجه خواهند داد.

آیا آیین نامه های ساختمانی اجازه استفاده از روش طراحی بر اساس عملکرد را می دهند؟

به صورت سنتی آیین نامه ها اجازه استفاده از روشهای تحلیل و طراحی جایگزین را مجاز می دانند به شرطی که این روشها از اصول تایید شده مکانیک تبعیت کرده و یا با آزمایش به اثبات رسیده باشند.

طراحی بر اساس عملکرد در ساختمانهای بلند در مقابل ساختمانهای کوتاه و متوسط

• مدهای بالاتر در ساختمانهای بلند به صورت قابل توجهی با لرزش زمین تحریک می شوند در حالی که پاسخ سازه های کوتاه و متوسط به طور عمده در مدهای اصلی اتفاق می افتد.
• دریفت درون طبقه ای در سازه های بلند نتیجه دو جزء اصلی است: الف- جابجایی جسم صلب، ب-تغییر شکل برشی. در سازه های کوتاه تا متوسط تغییر شکل برشی عامل اصلی در دریفت درون طبقه ای می باشد.

خصوصیات ویژه پاسخ در ساختمانهای بلند به شرح زیر است:

• تقاضای بزرگ برشی در نزدیکی زمین به دلیل مشارکت قابل توجه مدهای بالاتر
• شکل پذیری کمتر به دلیل نیروهای محوری بالای ایجاد شده در المانهای قائم ناشی از بارهای زیاد ثقلی
• سختی حداقل معمولا با بار باد کنترل می شوند
• مقاومت در پایین سازه ممکن است توسط بار باد کنترل شود
• اصول طراحی بر اساس ظرفیت از اعتبار کمتری برخوردار است وقتی که نیروها می بایست بر روی المانهای مختلف جمع شوند
• در پریودهای بالا، قابلیت اطمینان از پیش بینی حرکت زمین پایینتر و رکوردهای زلزله در دسترس کمتر است

Behnam HeydariSenior structural engineer - Citadel Sazeh

Experienced senior structural engineer with an extensive background in various aspects of structural modeling, analysis, and design.

Latest Posts by Behnam Heydari

• چگونه تاریخ را در اتوکد به صورت اتوماتیک بروز رسانی کنیم؟

  - 2023-03-28

• تبدیل فایلهای اتوکد به نسخه های قبلی

  - 2020-05-24

• آموزش استفاده از فیلد در نرم افزار اتوکد

  - 2020-05-18
All Posts