روش تحلیل و طراحی سازه به روش مستقیم چگونه است؟

در ویرایش05-360-AISC روشی تحت عنوان روش تحلیل و طراحی مستقیم در کنار روش‌های طراحی تنش مجاز و حالات حدی ارائه شده است. در این روش اثرهای ثانویه، تنش‌های پسماند و خطاهای هندسی بطور مستقیم در تحلیل لحاظ می‌شوند. در این روش از ضریب طول موثر استفاده نمی‌شود. پیوست 7 آیین‌نامه AISC360-05 به تحلیل مستقیم می‌پردازد. ویرایش چهارم مبحث دهم (بند 10-2-1-5) نیز این روش را به رسمیت می‌شناسد. این روش هیچ محدودیتی ندارد. در این روش بایستی: 1) آثار نواقص هندسی (شامل کجی و ناشاقولی) در تحلیل مرتبه دوم منظور گردد. 2) تحلیل سازه از نوع تحلیل مرتبه دوم باشد. 3) تحلیل مرتبه دوم براساس سختی کاهش یافته اعضا صورت گیرد.دقت شود که ضوابط ویرایش 2005 آیین‌نامه AISC و ویرایش چهارم مبحث دهم عموماً بشکلی تنظیم شده‌اند که به واحدهای مورد استفاده ربطی ندارند.

پایداری سازه به صورت پایداری تک تک اعضا و پایداری کلی سازه بررسی می‌شود. برای کنترل پایداری از دو روش مستقیم و تشدید لنگر استفاده می‌شود. در روش تحلیل مستقیم، بایستی بارهای فرضی (خیالی) که برای لحاظ نمودن اثرهای خطای هندسی ساخت و اجرا اعمال می‌شوند، به میزان N=0.002Y_i که در آن Y_i بار ثقلی موجود در تراز iام است، تعریف شوند. در حال حاضر برنامه ETABS، ترکیب بارهای طراحی شامل بارهای ثقلی و بارهای فرضی را ایجاد می‌نماید. در صورتی که کاربر نیاز به تعریف بارهای جانبی و بارهای فرضی را داشته باشد، بایستی بصورت دستی این کار انجام شود. در آیین‌نامه‌های طراحی به روش حالات حدی به لحاظ نمودن اثرات ثانویه تاکید شده است. این بارها ضریبی از بارهای ثقلی هستند و در دو جهت اصلی سازه (مانند باز زلزله) اعمال می‌شوند. در هر دو روش تحلیل مستقیم و یا ضرائب طول از بارهای فرضی استفاده می‌شود. اگر در سازه‌ای بارهای جانبی حاکم باشند، بارهای فرضی تاثیری در عملیات طراحی نخواهند داشت. بارهای فرضی بایستی مانند بارهای زلزله بصورت رفت و برگشتی معرفی شوند. در آیین‌نامه AISC360-05 در هر دو روش ضرایب طول و روش مستقیم، استفاده از بارهای فرضی لازم دانسته شده است. ضریب 0.002 نقشی به مانند بارهای زلزله دارد. در هر طبقه بارهای ثقلی در این ضریب ضرب شده و بطور جانبی بر سازه اعمال می‌شوند. در برنامه ETABS برای معرفی بارهای فرضی از دستور Define menu > Static Load Cases استفاده می‌شود.

در بخش Load، یک نام دلخواه وارد نموده و در بخش Type، حالت NOTIONAL را انتخاب نمایید. مقدار Self-Weight Multiplier برای این حالت بار صفر و گزینه Auto Lateral Load را می‌توان در حالت Auto یا None انتخاب نمود. در صورتی که حالت Auto انتخاب شود، بارهای فرضی بطور خودکار توزیع شده و در حالت None بایستی بصورت دستی اعمال شود. در صورت انتخاب حالت Auto  می‌توان با استفاده از دکمه Modify Lateral Load (پنجره Auto Notional Load Generation  ظاهر شده) تنظیمات خودکار توزیع این بار را تعریف نمود. در بخش Notional Load Value و در قسمت Base Load Case بایستی یکی از بارهای ثقلی انتخاب شود. در قسمت Load Ratio ضریب بار فرضی معرفی شده و در بخش Notional Load Direction جهت اعمال این بار فرضی مشخص شود.

دقت شود که برای هر بار ثقلی بایستی دو حالت بار فرضی (یکی در جهت x و دیگری در جهت y) معرفی شود.

تحلیل مرتبه دوم بایستی هر دو اثر P-DELTA و P-delta را در بر گیرد. استفاده از روش عمومی تحلیل مرتبه دوم (بخش C2.1a) یا تحلیل اول تشدید یافته (بخش C2.1b) بخش C آیین‌نامه AISC2005 به شرطی که ضرایب B₁ و B₂ (ضرایب تشدید لنگر) بر مبنای سختی کاهش یافته محاسبه شوند، مجاز است. در قاب‌هایی که نسبت تغییرمکان مرتبه دوم به تغییرمکان مرتبه اول طبقه (DELTA 2nd/delta 1st) یا B₂ کمتر از1/5(برای سختی کاهش یافته ارتجاعی کمتر از1/71) باشد، بارهای فرضی تنها با بارهای ثقلی ترکیب می‌شوند (B₂ نسبت تغییر مرتبه دوم به تغییرمکان مرتبه اول طبقه است).

نکات زیر می بایست مد نظر قرار گیرد:

1-طبق AISC در حالتی که B₂>1.5 باشد، تنها استفاده از روش مستقیم مجاز است.

2-ضرایب B₁ و B₂ (ضرایب تشدید لنگر) بر مبنای سختی کاهش یافته محاسبه شوند.

روش مستقیم در دو حالت سختی کاهش یافته و سختی متغییر قابل انجام است.

سختی خمشی کاهش یافته EI^* باید در همه اعضایی که سختی خمشی آنها در پایداری سازه مشارکت می‌کند، به جای سختی عادی آنها بکار رود. در تحلیل و طراحی به روش مستقیم برای تعیین مقاومت مورد نیاز در تحلیل مرتبه دوم باید به شرح زیر از ضرایب کاهش سختی استفاده شود. 1) ضریب کاهش 8/0 برای کلیه سختی‌هایی که پایداری سازه موثرند. 2) علاوه بر ضریب کاهش 8/0، یک ضریب کاهش اضافی t_b نیز به شرح زیر در سختی خمشی اعضایی که در پایداری سازه موثر هستند. این مقدار می‌تواند مقداری ثابت و یا متغییر (رابطه زیر) داشته باشد.

که در رابطه فوق P_u مقاومت فشاری مورد نیاز و P_y مقاومت تسلیم محوری است.