برای مقایسه بین مقاومت مورد نیاز و مقاومت واقعی مواد و اجزا سازه از ضریب اضافه مقاومت استفاده می‌شود. مقدار این ضریب در سیستم‌های با باربری مختلف، متفاوت است. در ادامه به بررسی فلسفه و مفهوم این ضریب در طراحی سازه می‌پردازیم.
ضریب اضافه مقاومت چیست؟
زمانی که بار به سازه وارد می‌شود، سازه مقاومت بیشتری نسبت به مقاومت طراحی یا اسمی خود نشان می‌دهد. به این بیشتر بودن مقاومت، مقاومت اضافه گفته می‌شود که در محاسبه ضریب رفتار سازه، از موثرترین عوامل است.
هدف از افزودن ضریب اضافه مقاومت چیست؟
براساس بند 3-3-10 استاندارد2800 ویرایش چهارم، این ضریب در مواردی که بر اساس آیین نامه‌های طراحی، عضوی از سازه باید برای نیروی زلزله تشدید یافته طراحی شود، بکار برده می‌شود.
منابع ایجاد اضافه مقاومت در سازه
در حین وقوع زلزله های شدید، آزمایش‌های تجربی و عددی بر عملکرد سازه‌ها نشانگر این است که اضافه مقاومت نقش پر رنگی در محافظت از سازه در برابر خرابی دارد. بیشترین منابعی که باعث ایجاد اضافه مقاومت در سازه می‌شوند عبارتند از:
- اثر محصور شدگی در سازه‌های بتن مسلح، بنایی و اعضای مرکب.
- ابعاد اعضا و مقادیر حداقل آرماتورها بیشتر از نیاز طراحی سازه می‌باشند.
- تفاوت میان مقاومت واقعی مصالح و مقاومت طراحی یا اسمی، شامل کرنش سختی.
- محافظه کاری آیین‌نامه‌های طراحی، به عنوان مثال برای بدست آوردن نیروهای طراحی و شکل‌پذیری مورد نیاز از دوره تناوب ارتجاعی سازه استفاده می‌شود.
- ضوابط مربوط به سرویس‌دهی سازه.
- درجه نامعینی سازه.
- مشارکت اجزای غیرسازه‌ای در پاسخ لرزه‌ای سازه.
- اثر اجزای سازه‌ای که اثر آنها در مقاومت جانبی درنظر گرفته نشده است.
باید به این نکته توجه داشت که در زلزله‌های شدید، هرچقدر سازه اضافه مقاومت بیشتری داشته باشد، برای کاهش نیروی زلزله در محاسبه ضریب زلزله سازه می‌توان ضریب رفتار بزرگ تری برای آن درنظر گرفت.
ضریب اضافه مقاومت در استاندارد 2800
همانطور که گفته شد این ضریب در مواردی که بر اساس آیین‌نامه‌های طراحی، عضوی از سازه باید برای نیروی زلزله تشدید یافته طراحی شود، بکار برده می‌شود. در این اعضا اثرهای ناشی از بار جانبی زلزله باید در ضریب (Ω0) ضرب گردند. بر اساس این بند، مقدار Ω0 در سازه‌های با سیستم‌های باربری مختلف، متفاوت است. لزومی ندارد که این آثار بیشتر از حداکثر آنچه اعضای متصل به عضو می‌توانند به آن منتقل نمایند، در نظر گرفته شود. همچنین تغییرات لازم در تنش‌های مجاز و یا ضرایب بار نهایی در ترکیب بارهای مختلف بارگذاری، باید بر اساس ضوابط آیین‌نامه‌های طراحی صورت گیرد.
می‌دانیم که ضریب رفتار سازه در برگیرنده خصوصیاتی مانند شکل‌پذیری، نامعینی و اضافه مقاومت موجود در سازه است که با توجه به نوع سیستم باربر جانبی ساختمان و تمهیداتی که برای شکل‌پذیر کردن آن بکار برده شده است، با رعایت برخی محدودیت‌ها، تعیین می‌گردد.
براساس استاندارد 2800، در ساختمان‌هایی که از دو سیستم سازه‌ای مختلف برای تحمل بار جانبی، در دو امتداد در پلان استفاده شده باشد، برای هر سیستم باید ضریب رفتار و ضرایب Ω0 و Cd مربوط به آن سیستم در نظر گرفته شود. در ساختمان‌هایی که از دو سیستم سازه‌ای مختلف برای تحمل بار جانبی در یک امتداد در ارتفاع سازه استفاده شده باشد، اگر ضریب رفتار برای سیستم قسمت پایینی بیشتر از مقدار آن برای سیستم قسمت بالایی باشد، باید مقادیر ضریب رفتار و ضرایب Ω0 و Cd قسمت بالایی برای محاسبات هر دو قسمت مورد استفاده قرار گیرد اما اگر ضریب رفتار برای سیستم قسمت پایینی کمتر از مقدار آن برای سیستم قسمت بالایی باشد، مقادیر ضریب رفتار و ضرایب Ω0 و Cd قسمت بالایی برای محاسبات این قسمت مورد استفاده قرار گیرد و برای محاسبات قسمت پایینی مقادیر ضریب رفتار و ضرایب Ω0 و Cd مربوط به همین قسمت مورد استفاده قرار گیرد.
ضریب اضافه مقاومت درآیین نامه ASCE7-22
توضیحاتی که در استاندارد 2800 ایران است، در آیین نامه آمریکا نیز آمده است و گفته شده است که باید بر اساس ارزیابی تحلیلی غیرخطی سیستم تعیین شود.
نحوه محاسبه ضریب اضافه مقاومت
مطالعات تحلیلی زیادی در ارتباط با اثر ضریب اضافه مقاومت بر عملکرد سازه‌های چند طبقه برای سازه‌های بتن‌آرمه و فولادی انجام شده است. در هر دو از روش‌های تحلیل غیرخطی سازه مثل روش استاتیکی غیرخطی (پوش‌اور) و تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی استفاده شده است. نتایج حاصل از تحلیل برای سازه‌های بتن مسلح نشان می‌دهد که اولین تسلیم شدگی موضعی در تراز نیروی Vfy رخ می‌دهد. این سطح به مقدار قابل توجهی بیشتر از مقاومت طراحی است.
نتایج تحلیل‌های انجام شده روی سازه‌های بتن‌آرمه توسط تحلیل‌های پوش‌اور و تاریخچه زمانی غیر خطی نشان می‌دهند که سازه‌ها اضافه مقاومتی بیش از 2 از خود نشان می‌دهند. همچنین مطالعات نشان می‌دهند که سازه‌های کم ارتفاع، اضافه مقاومت بیشتری نسبت به ساختمان با ارتفاع متوسط از خود نشان می‌دهند بنابراین یک ضریب اضافه مقاومت حداقل 2 برای کلیه ساختمان‌های کم ارتفاع و میان مرتبه می‌توان در نظر گرفت. می‌دانیم که ضریب اضافه مقاومت با ارتفاع، شدت زلزله و نوع سیستم سازه‌ای تغییر می‌کند. قاب‌های فولادی و مرکب عموما نسبت به سازه‌های بتن‌آرمه انعطاف‌پذیرتر هستند و با افزایش ارتفاع، مقدار ضریب اضافه مقاومت هم افزایش می‌یابد.
منابع
- استاندارد 2800 ویرایش چهارم.
- مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش پنجم، 1399
- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش چهارم، 1401.
- آیین‌نامه بارگذاری آمریکا ASCE7-22 . آیین‌نامه بتن آمریکا ACI318M-19
- دوره آموزش نرم افزار ایتبس پاراپلاس، مهندس امیرطه نوروزی.
سبد خرید
