مقاله تحلیلی: بررسی روشهای طرح سازه های فولادی طبق مبحث دهم ویرایش 92

11 فروردين 1393 - 17:23

دی ماه سال 92 آخرین ویرایش از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان منتشر شد که در آن تغییرات نسبتا زیادی نسبت به ویرایش قبلی(سال 87) این آیین نامه مشاهده میشود که مهمترین آن الزام استفاده از روش حالت حدی به جای روش تنش مجاز در طراحی سازه های فولادی است. به مناسبت انتشار نسخه جدید مبحث دهم و گذار از روش تنش مجاز به روش طرح سازه های فولادی در حالت حدی تصمیم به بررسی تاریخچه پیدایش و تکمیل روشهای طراحی و مقایسه آنها گرفتیم. در این خبر تحلیلی به صورت مختصر موضوع یاد شده را مورد نقد و بررسی قرار داده ایم. در خبر تحلیلی دیگر به زودی سایر تغییرات مبحث 10 ویرایش 92 از جمله تغییرات عمده در طرح لرزه ای سازه های فولادی را مورد نقد و بررسی قرار خواهیم داد. بنابراین با ما باشید:

پرسش و پاسخ مطرح:

آیا سازه ضرورتاً باید طراحی شود؟
چند روش طراحی سازه میشناسید؟
روش طراحی چه تاثیری در عملکرد سازه در واقعیت خواهد داشت؟
کدام روش را باید انتخاب کرد؟
کدام روش نتایج اقتصادی تری به دنبال خواهد داشت؟
ضعف روشهای قدیمی طراحی سازه را در چه می دانید؟
محاسن روشهای جدید طراحی سازه چیست؟

مبحث دهم مقررات ملی ساختمان استفاده از روش حالت حدی نهایی را مجاز می داند.
آیین نامه فولاد آمریکا استفاده از روش مقاومت مجاز و حالت حدی نهایی را مجاز می داند.
روش مقاومت مجاز در اغلب منابع فارسی زبان تحت عنوان تنش مجاز ترجمه شده است.
نتایج حاصل از روش تنش مجاز و مقاومت مجاز تقریباً یکسان خواهد بود.
مزیت روش تنش مجاز در سادگی محاسبات و فلسفه آن می باشد.
بر خلاف تصور رایج نتایج حاصل از روش حالت حدی لزوماً اقتصادی تر نمی باشد.
ضرایب بار و مقاومت بر پایه نمونه های آماری فراوان تعیین شده اند.
ضرایب بار و مقاومت بر اساس روش تنش مجاز همپایه شده اند.

روش تنش مجاز

در طراحی به روش تنش مجاز، مقاطع به گونه ای انتخاب می شوند که تنش ایجاد شده تحت بارهای کار(سرویس) در هیچ یک از اعضاء از تنش مجاز مشخص شده فراتر نرود. این روش بر پایه تئوری الاستیسیته جهت تعیین تنش ایجاد شده در اعضاء تحت بارهای کار(سرویس) بست یافته است. تنش مجاز همچنین به نام تنش حد سرویس نیز شناخته می شود. این تنش با تقسیم تنش تسلیم فولاد بر ضریب اطمینان متناسب با عضو مورد طراحی تعیین می شود. بنابراین به طور خلاصه می توان گفت :

F	تنش مجاز
Fy	تنش تسلیم فولاد
Omega	ضریب اطمینان (از ضریب اضافه مقاومت Ωo مجزا می باشد)
f	تنش ایجاد شده در عضو تحت بارهای سرویس

روش بار و مقاومت (حالت حدی)

در سال 1986 میلادی انجمن فولاد آمریکا روش LRFD یا همان روش بار و مقاومت را به رسمیت شناخته و ضمیمه آیین نامه طراحی سازه های فولادی این کشور می نماید. در این روش بارهای سرویس به وسیله ضرایبی بزرگنمایی شده و به سازه اعمال می شوند. این ضرایب بر اساس آیین نامه های بارگذاری مربوطه تعیین می شوند. البته در ویرایش فعلی مبحث دهم این ضرایب در متن خود آیین نامه آمده که در ویرایش 92 این مبحث منتشر شده است این ضرایب حذف شده و طراح به مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ارجاع داده شده است.

ضرایب افزایش بار بر اساس تئوری احتمالات و به دلایل زیر لحاظ می شوند:

عدم قطعیت در مورد بارهای پیش بینی شده
خطا در روش طراحی و تحلیل
عدم شناخت دقیق از رفتار واقعی مصالح

بنابراین نیروی ایجاد شده در یک عضو حاصل از بارهای ضریب دار به گونه ای تعیین می شود که از مقاومت مورد نیاز عضو فراتر نرود. مقاومت اسمی عضو همچنین به نام ظرفیت نهایی نیز شناخته می شود. مقاومت طراحی عضو برابر است با حاصل ضرب مقاومت اسمی عضو در ضریب تقلیل مقاومت مربوطه.

ضرایب تقلیل مقاومت اعضاء بر اساس تئوری احتمالات و به دلایل زیر لحاظ می شوند:

عدم قطعیت در میزان مقاومت تعیین شده مصالح
خطاهای ناشی از نیروی انسانی
ضعف ناشی از روشهای اجرا

بنابراین در مورد روش طراحی در حالت حدی به طور خلاصه می توان گفت :

**R مخفف کلمه Resistance به معنی مقاومت می باشد.

Ru	مقاومت مورد نیاز اعضا که برابر با تلاشهای حاصل از بارهای ضریب دار می باشد
Phi	ضریب تقلیل مقاومت
Rn	مقاومت اسمی اعضا که بر اساس آیین نامه تعیین می شود(مانند مبحث دهم)
Phi Rn	مقاومت طراحی که بایستی بزرگتر یا مساوی مقاومت مورد نیاز باش