انتشار FEMA356 در سال 2000 با ارائه ضوابط استفاده از روش تغییرشکل شروع تغییرات بنیادی در روش طراحی لرزه‌ای بود. این چرخش بزرگ به دنبال تلاش پیوسته محققان در طول چهار دهه آخر قرن بیستم برای درک درست و عمیق اثر دینامیکی زلزله صورت گرفت. طراحی بر اساس تغییرشکل، با نگاهی نو و فلسفه‌ای کاملاً متفاوت، به عنوان جایگزین روش مقاومت در نسل جدید آیین نامه‌های لرزه‌ای مطرح گردیده است. نیروهایی که عملاً از زلزله‌های شديد بر سازه‌ها وارد می‌شوند بسيار بزرگتر از ارقامی است که آیین‌نامه‌ها به صورت جانبی برای تحليل (استاتیکی معادل یا دینامیکی طیفی) و طراحی مشخص می‌کنند و طرح سازه‌ها با تکيه بر رفتار الاستيک در زلزله، به جز در بعضی سازه‌های خاص توجيه اقتصادی نداشته و مقاطع حاصله بسیار بزرگ خواهند شد. به همين دليل منظور نمودن مفهوم شکل‌پذير‌ در مشخصات طرح و محاسبه اهميت پيدا می‌کند. عامل شکل پذیری نوعی‌ ظرفيت ذخيره و استعداد جذب انرژی است که لازمه‌ آن قابليت تغيير شکل‌های بزرگ در سازه بدون افت اساسی در مقاومت و يا خرابی می‌باشد. عملکرد سازه در اين شرايط به مقدار شکل‌پذيری اعضا در مقاطع بحراني بستگی دارد. بدين منظور، سازه در مقاطع بحرانی باید قابليت دوران پلاستيک داشته باشد. ساختمان‌های بتن‌آرمه، گروه بزرگی از سازه‌های ياد شده را در دنيا و همچنين در ايران شامل می‌شود؛ كه در اثر زلزله‌، آسيب‌های مختلفی را تجربه كرده‌اند. در روند طراحی تجویزی آئین‌نامه‌ها کنترل روند توالی خرابی و توزیع مفاصل پلاستیک مغفول می‌‌ماند. این مورد در ساختمان‌‌های بلند مرتبه بسیار حائز اهمیت می‌باشد. رسیدن به توالی خرابی مطلوب نیازمند کنترل سازه از طریق تحلیل‌های غیرخطی می‌باشد.

پارامترهای مدل‌سازی و معیارهای پذیرش ستون‌های تقویت شده با ژاکت FRP و ژاکت فولادی به استاندارد ASCE 41-23 اضافه خواهد شد.

مدل‌های رفتاری برای مقاوم‌سازی ستون‌ها، دیافراگم‌ها و دیوارها که وارد ASCE 41-23 خواهد شد

تحقیقات در زمینه طراحی عملکردی حدوداً تاریخچه 40 ساله دارد در ‏شکل زیر روند توسعه طراحی عملکردی از "راهنما" تا به "استاندارد" از FEMA 178 تا به ASCE 41-17 نشان داده شده است. از دهه 90 میلادی تا به اکنون آئین‌نامه‌‌های عملکردی دستشخوش تغییرات عمده‌ای شداند. با این وجود در حال حاضر آخرین استاندارد عملکردی تحت عنوان ASCE41-17 در ارائه ضوابط و جزئیات مربوط به تحلیل تاریخچه زمانی و آنالیز غیرخطی به روش فایبر به صورت ضمنی عمل کرده و صراحتی در ضوابط وجود ندارد.

انتشار پروژه بزرگ ATC114 در سال 2017

برای تکمیل ضوابط مدل‌های رفتاری در آنالیز غیرخطی به روش فایبر و مدل‌های هیسترزیس المان‌های مختلف، پروژه بزرگی تحت عنوان ATC114 تعریف شده و سال 2017 به صورت چهار نسخه مجزا توسط Applied Technology Council (ATC) منتشر شد. در ‏شکل زیر مشخصات این پروژه است که در سایت ATC منتشر شده است.

پروژه ATC114 در چهار نسخه مجزا منتشر شده است. در ‏شکل زیر تصویر هر چهار نسخه ارائه شده است. نسخه NIST.GCR.17-917-45 و NIST.GCR.17-917-46v3 در این پروژه استفاده شده است. در این دو نسخه ضوابط تحلیل غیرخطی به روش فایبر و مدلهای هیسترزیس متعبر برای مولفه‌های مختلف در سازه‌های بتنی ارائه شده است.

آخرین تحقیقات NIST در زمینه طراحی عملکردی و بهسازی لرزه‌ ای (پروژه بزرگ ATC 114)

در جای جای مدارک  ATC114 عنوان شده است که ضوابط مربوط به این مدارک در نسخه‌ جدید استاندارد ASCE41 (ASCE41-23) وارد خواهد شد. اکثریت نفرات در کمیته‌های تدوین ATC114 از نویسندگان و سرکمیته‌های مختلف از استاندارد ASCE41-17 می‌باشند. مهندس Ronald O. Hamburger  (سرکمیته فصل 7 از استاندارد ASCE41-17)، دکتر Wassim Gannoum (سرکمیته فصل 10 از ASCE41-17)، دکتر John L. Harris (سرکمیته فصل 9 از استاندارد ASCE41-17)، دکتر Curt Haselton، دکتر فرزاد نعیم (عضو کمیته TBI و LATBSDC)، دکتر گراهام پاول (استاد سابق دانشگاه کالیفرنیا برکلی و توسعه دهنده نرم افزار Perform3D) و ...جزو نفرات سرشناس از این کمیته‌ها می‌باشند. ‏شکل‌های زیر اعضای کمیته تدوین برای نسخه‌های NIST GCR 17-917-45 و NIST GCR 17-917-46v3 را نشان می‌دهد.

طراحی براساس تغییر شکل به جای طراحی براساس مقاومت

ویرایش پنجم استاندارد 2800 در بند 3-8-2 عنوان می‌کند:
روش‌های تحلیل غیرخطی را می‌توان در کلیه ساختمان‌ها با هر تعداد طبقه به کاربرد، ولی استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی مجدود به ساختمان‌هایی است که در آنها اثر مودهای بالا عمده نباشد. نحوه کنترل مودهای بالا به همراه سایر الزامات مربوط به روش‌های تحلیل غیرخطی در پیوست شماره (2) ارائه شده است.
در صورت استفاده از روش‌های غیرخطی برای طراحی سازه، ضروری است سازه با استفاده از یکی از روش‌های خطی مذکور در بند 3-8-2، با رعایت مربوطه نیز تحلیل گردد.
تبصره : برای اطمینان از عملکرد مورد نظر سازه ساختمان‌های ضروری و ساختمان‌های بلندتر از 15 طبقه تحت اثر زلزله، این سازه‌ها باید علاوه بر تحلیل با استفاده از روش‌های خطی، بر طبق پیوست 2 این آئین‌نامه نیز به روش غیرخطی کنترل شوند.

این واقعیت که نیروهای پایستار مانند وزن و نیروهای ناپایستار مانند زلزله و حرارت با هم تفاوت دارند از دیرباز روشن بوده است، اما در چارچوب مهندسی سازه جابجایی و نیرو دو روی یک سکه‌اند که توسط ضرایب ارتجاعی بهم گره می‌خورند. از این رو، جابجایی ناشی از تغییر دما و زلزله به راحتی به نیرو تبدیل می‌شود و سازه زیر اثر این نیروی فرضی طرح می‌گردد. این شیوه نگرش در چارچوب طراحی بر اساس مقاومت هیچ خطایی را بوجود نمی‌آورد.

نکته مهمی که در طول دو قرن گذشته در مورد نیروهای ناپایستار از چشم دور مانده است این است که اگر چه طراحی بر اساس مقاومت شرط کافی برای تامین پایداری است اما شرط لازم بشمار نمی‌رود و طراحی بر اساس تغییر شکل نیز برای تامین پایداری در برابر نیروهای ناپایستار کافی است. روش‌های تحليل غيرخطی برای تخمين سازوكارهای (مكانيزم‌های) خميری موردانتظار، توزيع آسيب‌های وارده و ارزيابی عملكرد سازه قابل استفاده می‌باشند. 

در ساختمان‌های بلند (بالای 15 طبقه یا 50 متر) به دلیل ارتفاع زیاد، بعضاً نزدیکی به گسل و هندسه خاص ساختمان، بایستی از تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی استفاده شود. ویرایش پنجم استاندارد 2800 نیز برای ساختمان‌های بالاتر از 15 طبقه تحلیل تاریخچه زمانی را اجباری می‌کند.

طراحی لرزه‌ای براساس عملکرد این توانایی را دارد تا مکانیزم‌‌های خرابی محتمل ساختمان تحت رکوردهای زلزله مختلف را ارائه دهد. از این طریق می‌توان عدم قطعیت را کاهش داد تا بهترین توزیع مقاومت و سختی در ارتفاع ساختمان، پایداری ثقلی و جانبی را به نحو مناسبی تامین نمود. مطابق با ‏شکل زیر مکانیزم‌های خرابی مطلوب و نامطلوب لرزه‌ای نشان داده شده است. توزیع مقاومت در ارتفاع ساختمان بایستی به نحوی باشد تا رفتار جانبی سازه حدالامکان به رخداد مطلوب لرزه‌ای نزدیک باشد. در این حالت بیشترین مقدار اضافه مقاومت از سازه به دست آمده لذا امکان تشکیل بیشترین تعداد مفصل پلاستیک وجود داشته و در نتیجه بیشترین شکل پذیری ممکن از سازه دریافت می‌گردد.

حد برش پایه طراحی ساختمان (برش پایه تجویزی استاندارد 2800)

حد برش پایه نظیر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک (اولین غیرخطی شدن سازه)

حد برش پایه نظیر با تسلیم کامل سازه (حداکثر ظرفیت جانبی)

1-توالی تشکیل مفاصل پلاستیک برای نسبت مقاومت ستون به تیر 1.2، 1.6 و 2.0

2-توالی تشکیل مفاصل پلاستیک برای نسبت مقاومت ستون به تیر 2.4، 2.8 و 3.2

3-توالی تشکیل مفاصل پلاستیک برای نسبت مقاومت ستون به تیر 3.6

با توجه به اینکه در آمریکا تمامی سازه‌های بلند مرتبه بعد از تحلیل خطی و طراحی تجویزی، به صورت عملکردی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی نیز کنترل می‌شوند بنابراین نیاز به این کنترل نیز در کشور ما شدیداً احساس می‌شد. نظر به اضافه شدن صلاحیت ارزیابی، طرح و اجرای بهسازی به صلاحیت‌های رشته عمران، این اجبار از سمت ویرایش پنج استاندارد 2800 باعث پیشرفت جامعه مهندسی و افزایش کیفیت در طراحی سازه‌های بلند مرتبه خواهد شد. با توجه به پیچیدگی‌های تحلیل‌های غیرخطی، مخصوصاً تحلیل تاریخچه زمانی، نیاز به آموزش‌های حرفه‌ای در زمینه طراحی لرزه‌ای براساس عملکرد بیش از پیش اهمیت پیدا می‌کند. ضوابط تحلیل‌های غیرخطی نیاز به درک عمیق و اصولی از رفتار شناسی مصالح، مقطع، المان و سازه دارد. با توجه به تحقیقاتی که در این 10 سال داشته‌ام مرجعی منسجم و کامل در این زمینه نیافتم و برای رسیدن لیکن برای رسیدن به این درک از رفتارشناسی سازه معمولاً نیازمند استفاده از مراجع بسیار زیادی است (ده‌ها مرجع در زمینه رفتار شناسی مصالح، رفتار شناسی المان و رفتار شناسی سازه و ...). 

پاسخ نامه تشریحی سوالات آزمون صلاحیت ارزیابی، طرح و اجرای بهسازی - مرداد 1400

کارگاه آموزشی بررسی صلاحیت ارزیابی، طرح و اجرای بهسازی در سازمان نظام مهندسی ساختمان استان مازندران

در تحلیل تاریخچه زمانی به دلیل الزام برای لحاظ کردن رفتار هیسترزیس المان‌های مختلف بایستی از روش تحلیل غیرخطی فایبر استفاده شود. چون برای تحلیل تاریخچه زمانی در حال حاضر استفاده از مفاصل پلاستیک برای ستون‌ها و دیوارهای برشی پاسخ‌های صحیحی نخواهد داشت. در زیر می‌توانید اطلاعات بسیار مفیدی در زمینه تحلیل غیرخطی فایبر کسب کنید:

کارگاه آموزشی تحلیل غیرخطی سازه‌های بتن‌آرمه به روش فایبر در سازمان نظام مهندسی ساختمان استان فارس

تحلیل غیرخطی دیوارهای برشی به روش فایبر از طریق Shell-Layered/Nonlinear به همراه بررسی روش‌های شبیه سازی لغزش آرماتورهای طولی

تحلیل غیرخطی به روش فایبر (فایبر گسترده و مفصل فایبر)

تمامی این مطالب تنها بخشی از دوره جامع طراحی عملکردی و بهسازی لرزه‌ای با تدریس مهندس جواد قدرتی ینگجه می‌باشد. برای دانلود جزوه رایگان این دوره کلیک کنید.