مقایسه تطبیقی آیین نامه طراحی و دستور العمل مقاوم سازی

فصل چهارم

موارد اختلاف آئین نامه های طراحی و دستور العمل مقاوم سازی

در این فصل به بررسی موارد اختلافات آئین نامه های طراحی و دستورالعمل مقاوم سازی می پردازیم. این اختلافات شامل روشهای تحلیل ، بارگذاری زلزله ، تركیبات بار گذاری ، معیارهای پذیرش و تعیین مقاومت اعضاء ، مدلسازی و سیستمهای سازه ای مورد قبول می شود .

4-1- روشهای تحلیل

روشهای تحلیل قابل قبول از دید آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله روشهای خطی استاتیكی و دینامیكی می باشد . اما در دستور العمل مقاوم سازی روشهای غیرخطی استاتیكی و دینامیكی هم در كنار روشهای خطی استاتیكی و دینامیكی قابل استفاده می باشد ، یعنی در واقع طبق دستور العمل مقاوم سازی وقتی سازه از نظر آنالیز خطی مردود می باشد ، امكان استفاده از آنالیز دقیقتر غیر خطی و بررسی سازه تحت آن وجود دارد . با توجه به این امر در مقایسه های بعدی مقایسه بین روشهای تحلیلی خطی موجود در دو آئین نامه  صورت می گیرد .

4-2- بارگذاری زلزله

بارگذاری زلزله از دید دستورالعمل مقاوم سازی و آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله متفاوت می باشد كه این تفاوت ها ناشی از حذف ضریب رفتار ، نحوه تعیین پریود سازه ، ضرایب نیروی زلزله و توزیع نیروی زلزله در ارتفاع می باشد .

4-2-1- تعیین برش پایه

تعیین برش پایه از دید دستور العمل مقاوم سازی و آئین نامه طراحی می باشد كه این تفاوت ناشی از حذف ضریب رفتار ، نحوه تعیین پریود سازه و ضرائب بار زلزله می باشد .

4-2-1-1- حذف ضریب رفتار

درآئین نامه های طراحی برش پایه زلزله به صورت[1]  تعیین می شود و برای كل سازه یك ضریب رفتار ثابت در نظر گرفته می شود در حالی كه در دستور العمل مقاوم سازی نیروی زلزله بصورت V = ABW  اعمال می شود و به جای ضریب رفتار موجود در محاسبه بار زلزله ضرائب اصلاحی m  بر مبنای رفتار غیر خطی هر عضو در نظر گرفته می شود و نیروی ایجاد شده در عضو  با m  برابر ظرفیت عضو مقایسه می شود .

4-2-1-2- نحوه تعیین پریود سازه

در آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله پریود سازه از دو روش تجربی و تحلیلی محاسبه می شود ولی در نهایت زمان تناوب اصلی ساختمان نباید از 25/1 برابر زمان تناوب بدست آمده از روش تجربی اختیار شود اما در دستورالعمل مقاوم سازی این محدودیت وجود ندارد و پریود سازه را می توان با استفاده از روشهای تحلیلی تعیین كرد . پس زمان تناوب تعیین شده برای ساختمان توسط آئین نامه طراحی و دستور العمل مقاوم سازی می توانند متفاوت از هم باشند كه این تفاوت در ضرائب بازتاب و در نتیجه تفاوت در بارهای زلزله می شوند .

4-2-1-3 – ضرائبC₃،C₂،C₁ ،  و I، C_m 

طبق آئین نامه طراحی برش پایه مطابق رابطه و طبق دستور العمل مقاوم سازی برش پایه طبق رابطه (3-6) V =C1 C2 C3 Cm  AB W    تعیین می شود كه ضرایب موجود در برش پایه هم  باعث تفاوت در بار زلزله می شوند .

4-2-2- توزیع نیروی زلزله در ارتفاع

توزیع نیروی زلزله درارتفاع درروش استاتیكی خطی درآئین نامه طراحی مطابق رابطه(4-1) ودر نظر گرفتن نیروی شلاقی زلزله F_t  در تراز بام برای ساختمانهای با پریود نوسان بزرگتر ازS 7/0 می باشد در حالی كه در دستور العمل مقاوم سازی نیروی شلاقی حذف شده و توزیع نیروی زلزله طبقات طبق رابطه (3-10)  كه در آن  K  طبق رابطه (3-11 ) است انجام می شود .

(4-1)

(3-10)

(3-11)

4-2-3- یكسان سازی برش پایه استاتیكی و دینامیكی خطی

طبق آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله باید برش پایه آنالیز دینامیكی را با برش پایه استاتیكی خطی یكی كرد و یا حداقل تحت ضوابط خاص به %80 برش پایه استاتیكی مقیاس كرد در حالی كه در دستور العمل مقاوم سازی چنین بحثی منتفی می شود .

4-3- طبقه بندی اعضا

در آئین نامه های طراحی كلیه تلاشها كنترل شونده توسط نیرو هستند اما در دستور العمل مقاوم سازی تلاشها به دو گروه كنترل شونده توسط نیرو و كنترل شونده توسط تغییر شكل طبقه بندی  می شوند و روش كنترل اعضای كنترل شونده توسط نیرو و كنترل شونده توسط تغییر شكل چه در روشهای غیر خطی و چه در روشهای خطی متفاوت می باشد . در حالی كه در آئین نامه طراحی همه اعضا به یك روش طرح و كنترل می شوند .

4-4- تركیبات بارگذاری

تركیبات بارگذاری مورد استفاده در آئین نامه طراحی سازه های فولادی به صورت زیر می باشد .

(4-2) 

(4-3)

و تركیبات بارگذاری مورد استفاده درآئین طراحی سازه های بتن آرمه آبا به صورت زیر می باشد.

(4-4)

(4-5)

 متناظر با تركیب  بارگذاری بالا تركیبات بارگذاری موجود در دستور العمل مقاوم سازی برای تعیین نیروهای موجود در اعضا در روشهای خطی برای تلاشهای كنترل شونده توسط تغییرشكل طبق روابط  (3 - 13) و (3-1 ) و (3-2 ) به صورت زیر می باشد .

(3-13)

(3-1)       (Q_G   = 1.1 (Q_D  +  Q_L

(3-2)  0.9Q_D  =  Q_G

برای تعیین تلاشهای اعضایی كه رفتار آنها كنترل شونده توسط تغییر مكان است Q_UF   باید طبق ضوابط بخش (3-3-1-2) به یكی از سه روش زیر تعیین گردد :

1-    حداكثر تلاشی كه توسط سازه می تواند در عضو ایجاد گردد .

2 -  حداكثر تلاشی كه با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی سازه می تواند در عضو ایجاد گردد .

3 - تلاشهای حاصل از تركیب بارگذاری مطابق رابطه (3 - 14)

(3-14)

4-5- نحوه تعیین مقاومت

طبق دستور العمل مقاوم سازی مشخصات مصالح به دو دسته مشخصات كرانه پائین و مشخصات مورد انتظار مصالح تقسیم بندی می شود و در تعیین مقاومت اعضای كنترل شونده توسط تغییر شكل،  Q_CE ، از مشخصات مورد انتظار مصالح ودر تعیین مقاومت اعضای كنترل شونده توسط نیرو ،  Q_CL  ،

از مشخصات کرانه پایین مصالح مورد استفاده میشود .

مقاومت كرانه پائین فولاد همان F_y  و مقامت مورد  انتظار فولاد F_y 1/1 می باشد . به همین ترتیب در مورد سازه های بتنی مقاومت كرانه پائین بتن f_c   ، مقاومت  كرانه پایین فولاد  f_y، مقاومت مورد انتظار بتن f_c 5/1 و مقاومت مورد انتظار میلگردها f_y 25/1 می باشد . همچنین در محاسبة مقاومت اعضا ضرائب اطمینان موجود در آئین نامه طراحی هم باید یك در نظر گرفته شوند . اما در آئین نامه طراحی در تعیین مقاومتها همه جا از كرانه پائین مقاومت مصالح استفاده می شود و ضرائب جزیی كاهش مقاومت هم در نظر گرفته می شوند .

4-6- معیارهای پذیرش اعضا

معیار پذیرش اعضاء در آئین نامه طراحی برای كلیه اعضاء رابطه می باشد در حالی كه در دستور العمل مقاوم سازی با توجه به نوع عضو معیار پذیرش متفاوت می باشد . معیار پذیرش اعضای كنترل شونده توسط تغییرشكل درتحلیلهای خطی مطابق رابطه(3ـ15)بصورت  و برای  اعضای كنترل شونده توسط نیرو مطابق رابطه (3-16 ) بصورت  می باشد .

4 –7 – مدلسازی

4-7-1 – مدلسازی سازه های  فولادی

تفاوت قابل ملاحظه در مدلسازی سازه های فولادی از دید دستور العمل مقاوم سازی نیاز به مدلسازی چشمه اتصال و ناحیه اتصال به كمك اضافه كردن المان چشمه اتصال می باشد . در حالی كه در آئین نامه های طراحی نیازی به مدل چشمه اتصال نمی باشد. در صورتی كه مقاومت خمشی چشمه اتصال  از مقاومت خمشی تیر در ناحیه اتصال تیر به ستون تجاوز نموده و سختی چشمه اتصال نیز حداقل  15 برابر بزرگتر از سختی تیر باشد نیاز به مدلسازی چشمه اتصال در تحلیل نمی باشد . در چنین حالاتی دهانة مؤثر تیر باید پس از منظور نمودن ناحیه صلب از محور ستون منظور می گردد .

4-7-2- مدلسازی سازه های بتن آرمه

تفاوت قابل ملاحظه در مدلسازی سازه های بتن آرمه از دید دستور العمل مقاوم سازی نحوه محاسبه سختی اعضا می باشد . طبق دستور العمل مقاوم سازی سختی قطعات باید به كمك روشهای متداول معتبر ، با در نظر گرفتن اثرات سختی های محوری ، برشی و خمشی و با در نظر گرفتن اثرات ترك خوردگی محاسبه شود . تراز تغییر شكلی كه در اعضا به خاطر بار ثقلی و جانبی ایجاد می شود  نیز باید در محاسبه سختی ملحوظ گرد. در مواردی كه نتوان سختی را به روش فوق محاسبه كرد می توان از سختی های مؤثر جدول (4- 1 ) استفاده نمود . پس تفاوت قابل ملاحظه در لزوم در نظر گرفتن اثرات ترك خوردگی در دستور العمل مقاوم سازی در محاسبه سختیهای اعضا می باشد در حالی كه طبق آئین نامه طراحی امكان استفاده از مقاطع ترك نخورده در تعیین سختیها وجود دارد .

جدول (4-1 ) : سختیهای مؤثراعضای بتنی

4-8- سیستمهای سازه ای

در آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله سیستمهای سازه ای مشخص با محدوده های ارتفاعی مشخص تعریف می شود . به عنوان نمونه سیستمهای قاب خمشی متوسط بتن آرمه تا ارتفاع 50 متر  قابل استفاده می باشد و برای ارتفاعهای بلندتر از 50 متر باید از سیستم سازه ای قاب خمشی ویژه بتن آرمه استفاده كرد . در صورتی كه در دستور العمل مقاوم سازی چنین محدودیت هایی وجود ندارد . از سوی دیگر برخی از سیستمهای سازه ای كه از دید آئین نامه طراحی امكان استفاده از آنها وجود ندارد در دستور العمل مقاوم سازی امكان استفاده از آنها وجود دارد . به عنوان نمونه استفاده از سیستمهای سازه ای: قابهای نیمه صلب فولادی ، قابهای خمشی بتنی پیش ساخته و قابهای خمشی دال ستونی از دید دستور العمل مجاز می باشد در حالی كه چنین سیستمهای از دید آئین نامه طراحی مردود هستند .

4-9 – محدوده كاربرد روشهای استاتیكی و دینامیكی خطی

مطابق آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله محدوده استفاده ازتحلیل خطی استاتیكی حداكثر ارتفاع50 متردر مورد ساختمانهای منظم و حداكثر ارتفاع18متریا5طبقه درمورد ساختمانهای نامنظم می باشد . اما در دستور العمل مقاوم سازی ملاك استفاده از روش تحلیل استاتیكی خطی در مورد ساختمانهای منظم پریود سازه می باشد و در صورتی می توان از تحلیل خطی استاتیكی استفاده كرد كه پریود اصلی ساختمان كمتراز    5/2 باشد یعنی محدوده كاربرد با توجه زمین تغییر می كند . در مورد ساختمانهای نامنظم هم استفاده از آنالیز خطی استاتیكی مجاز نمی باشد . به همین صورت در مورد سازه هایی كه دارای سیستم باربر جانبی متعامد نیستند استفاده از آنالیز خطی استاتیكی مجاز نمی باشد.

4-10- كنترل تغییر مكانهای جانبی طبقات

طبق آئین نامه طراحی تغییر مكان جانبی نسبی طبقات نباید از 03/0 برابر ارتفاع طبقات تجاوز كند. در حالی كه در دستور العمل مقاوم سازی ضابطه خاصی در مورد كنترل تغییر مكان جانبی طبقات وجود ندارد .