در تحلیل و طراحی سازههای فلزی به منظور تامین پایداری سازه و اجزای آن باید تمامی آثار وابسته به بارگزاری در تحلیل و طراحی در نظر گرفته شوند. این آثار شامل:
- تغییر شکلهای محوری، خمشی و برشی اعضای سازه و تغییر شکلهای سایر اجزا که در جابجایی سازه موثرند
- آثار مرتبه دوم ( P-δ به علت وجود انحنا در عضو و P-∆ به علت تغییر مکان جانبی نسبی اعضا)
- نواقص هندسی شامل ناشاقولی و کجی
- کاهش سختی اعضا ناشی از رفتار غیر الاستیک عمدتا در اثر تنشهای پسماند
- عدم اطمینان در برآورد سختی و مقاومت
بر اساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان به طور کلی برای تامین پایدری سازه و تمامی اجزای آن، به کار بردن هر روش تحلیل و طراحی علمی و منطقی که آثار فوق به نحو موثری در آنها لحاظ شده باشد، مجاز است. نمودار زیر مقایسه ایست بر روشهای مختلف تحلیل و طراحی بر اساس بار - انحنا، در این نمودار بار بحرانی با استفاده از روش مقادیر ویژه بدست آمده و روش تحلیل خطی الاستیک (تحلیل الاستیک مرتبه اول) براساس تعادل هندسه تغییر شکل یافته سازه نوشته شده است. این روش‌ها با وجود برآورد اولیه از توزیع بار در سیستم سازهای، اطلاعات کافی در ارتباط با مقاومت یا پایداری سازه ارائه نمیکنند.
روش تحلیل غیر خطی
در روش تحلیل غیر خطی هندسی یا الاستیک مرتبه دوم تعادل بر اساس هندسه تغییر شکل یافته سازه نوشته شده است. با مقایسه نمودارها میتوان فهمید که در میان تمام روش‌ها، روش تحلیل مرتبه دوم غیر الاستیک بهترین برآورد را از رفتار واقعی سازه خواهد داشت. با این وجود این روش علاوه بر پیچیدگیهای متعدد، امکان استفاده از اتلاف انرژی بیشتر را میگیرد.
به بیان دیگر سختی موثر با تغییر شکل سازه در تحلیل مرتبه اول ثابت فرض شده، در حالی که تغییرشکلها در تحلیل مرتبه دوم بر سختیها و به دنبال آن بر نیروهای داخلی تاثیر گذارند. برای مثال یک قاب را در نظر بگیرید که با استفاده از هر دو روش تحلیل و طراحی شده است.
با مقایسه نتایج تحلیل و طراحی این قاب با استفاده از دو روش متبه اول و دوم مشخص میشود که در شرایطی که بار بحرانی بسیار بیشتر از حداکثر بار وارده باشد نوع تحلیل در طراحی موثر نبوده در صورتی که با نزدیک شدن این مقادیر، تحلیل مرتبه دوم پاسخهای بیشتری ارائه خواهد داد.
در همین راستا مبحث دهم مقررات ملی ساختمان دو روش تحلیل مرتبه اول و مرتبه دوم را به منظور برآورد مقاومتهای مورد نیاز معتبر میشمارد. در این میان به جز موارد بخش 10-2-1-5-3 که مجاز دانسته شده است، مقاومت های مورد نیاز باید از طریق تحلیلهای مرتبه دوم و با رعایت الزامات بخش 10-2-1-5 آیین نامه محاسبه شوند.
انواع روش های مرتبه دوم
روشهای مرتبه دوم مورد تایید آیین نامه ایران شامل:
- تحلیل الاستیک مرتبه دوم مستقیم
- تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدید یافته
- تحلیل طول موثر
می باشند. روش تحلیل طول موثر به عنوان یک روش قدیمی در برآورد اثرات مرتبه دوم سالها مورد استفاده قرار گرفته است. تفاوت عمده این روش نسبت به روش مستقیم در عدم اعمال کاهش سختی و بکار بردن ضرایب طول موثر متفاوت برای اعضا بسته به نوع قاب میباشند.
| روش تحلیل | طول موثر | آنالیز مستقیم |
| محدودیت ها | B2 ≤ 1.5 | در همه حالات |
| الزامات | اعمال آثار نواقص هندسیبدون اعمال کاهش سختیتعیین ضریب طول موثر بسته به نوع قاب | اعمال آثار نواقص هندسی (با توجه به مقدار B2)کاهش سختیفرض K=1 برای همه سیستم ها |
نحو تنظیم در نرم افزار
در ادمه به نحوه تنظیم نرم افزارهای ETABS و SAP2000 برای تحلیل مرتبه دوم میپردازیم:
به این منظور مطابق شکل زیر در قسمت Steel Frame Design Preferences روش تحلیل (ردیف 12) و نوع تحلیل مرتبه دوم (ردیف 13) را انتخاب کرده و همچنین برای اعمال ضریب کاهش سختی (ردیف 14) می توان متغیر یا ثابت بودن آن را تعیین کرد.
در همین راستا برای اعمال بار جانبی فرضی در ملاحظات نواقص هندسی ابتدا در قسمت Preference آیین نامه طراحی مورد نظر را انتخاب کرده (AISC360-05 / IBC2006)، سپس در قسمت ترکیبات بار از منو Code-Generated Load Combinations for steel Frame Design تمامی بارها را برای هر دو حالت حدی کپی کنید.
در نظر داشته باشید که در روش مستقیم همواره ملزم به اعمال بار جانبی فرضی در تمام ترکیبات بارگذاری نیستید و در صورتی که B2 ≤ 1.7 باشد، تنها اعمال بار جانبی فرضی در ترکیبات بار ثقلی کافی است.
منابع
- بهنام حمزهتاش و امیر صفیزاده, “https://sabzsaze.com”
- مجتبی اصغری سرخی, “https://civil808.com,” 2 شهریور 1391
- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1392
- W. Donald W. و H. Jerome F., “Application of second-order elastic analysis in LRFD: research to practice,” Engineering Journal,28,4. pp. 133-148, 1991.
- https://wiki.csiamerica.com/display/kb/Notional-load+assignment+to+load+combinations, “https://csiamerica.com,” Computers and Structures, Inc., 20 Oct 2014.
- A. I. o. S. Construction, Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, 2016.
