فلسفه کنترل «۲۵-۵۰.» در سیستم های دوگانه چیست؟
در این یادداشت قصد داریم به فلسفه کنترل معروف «٪۲۵-۵۰» که در سیستم های باربر جانبی دوگانه بایستی صورت گیرد،بپردازیم.
متاسفانه اکثر مهندسین نسبت به این کنترل دید صحیحی ندارند. در ابتدا روش کنترل متعارف که طراحان انجام میدهند را شرح میدهم سپس به بیان فلسفه کار می پردازیم.
طبق آیین نامه های لرزه ای مانند 16-ASCE7 یا استاندارد ۲۸۰۰ (ویرایش ۴)، برای آنکه یک سیستم سازه ای مرکب از قاب خمشی + دیوار برشی یا مهاربند رو بتوان سیستم دوگانه فرض نمود و از شکل پذیری سیستم ترکیبی (ضریب رفتار بالاتر) در روش های تحلیل خطی استفاده نمود، باید علاوه بر طراحی دو سیستم بر اساس جذب نیروی هر کدام به نسبت سختی الاستیک و استفاده از توزیع نیروی بدست آمده از تحلیل الاستیک (که در کارهای طراحی از آن استفاده میشود)، اثرات واقعی توزیع نیرو بین دو سیستم را نیز با توجه به رفتار
غیرخطی مجزای دو سیستم در نظر گرفت. یعنی باید جدای از روش توزیع الاستیک، قاب خمشی باید حداقل برای سهم برشی به میزان حداقل ۲۵ درصد کل برش پایه طراحی ساختمان و دیوارهای برشی یا مهاربندها باید برای سهم برشی به میزان حداقل ۵۰ درصد کل برش پایه طراحی ساختمان طراحی شوند. عموم طراحان برای در نظر گرفتن این توزیع های حدی نیرو، معمولا دو مدل جداگانه می سازند و در مدل کنترل قاب خمشی ضریب برش پایه طراحی کل ساختمان را در ۲۵ درصد ضرب میکنند و ضرایب سختی دیوارها یا مهاربندها را عدد کوچکی می دهند تا هیچ گونه جذب نیرویی از این نیروی ۲۵ درصدی نداشته باشند و کل برش ۲۵ درصدی به قاب برسد و در این فایل فقط قاب خمشی را برای این سهم نیرو کنترل می کنند و در مدل کنترل دیوار نیز ضریب برش پایه طراحی کل ساختمان را در ۵۰ درصد ضرب میکنند و ضرایب سختی تیرها و ستونها را عدد کوچکی می دهند (یا تیر و ستون ها را دوسر مفصل می کنند تا هیچ گونه جذب نیرویی از این نیروی ۵۰ درصدی نداشته باشند و کل برش ۵۰ درصدی به دیوارها یا مهاربندها برسد و در این فایل فقط دیوارها و مهاربندها را برای این سهم نیرو کنترل می کنند. این روشی که عموم طراحان برای تغییر سهم نیروی دو سیستم بر اساس آیین نامه استفاده می کنند باعث شده است که قدری فلسفه کار رو فراموش کنند و عموما وقتی از کنترل ۲۵ درصد صحبت میکنند، فلسفه آیین نامه را تغییر داده و فکر میکنند که در این کنترل آیین نامه فرض کرده که وقتی دیوارها یا مهاربندها از بین رفتند، قاب ها حداقل یک نیرویی را تحمل کند. در مورد کنترل ۵۰ درصد نیز دیدگاه به این صورت است که وقتی در زلزله قاب از بین رفته باشد، دیوارها یا مهاربندها نیز به تنهایی بتوانند یک نیرویی را تحمل کنند؟
این فلسفه از روش کاری که طراحان به مرور باب نموده اند به وجود آمده است و اصلا صحیح نیست هر چند نتیجه کار درست است. اما استفاده از منطق اشتباه باعث میشود تا طراحان در مورد ستونهای لبه دیوارها در مدل ٪۵۰ و … با هم اختلاف نظر داشته باشند. این در حالی است که اگر فقط به فلسفه این کنترل در آیین نامه آگاه باشند قضاوت در این مسائل مشکل نخواهد بود.
همانطور که گفته شد، آیین نامه این بند را به این دلیل گذاشته است که اثرات غیرخطی شدن زود هنگام یک سیستم و نرم شدن آن که باعث بازتوزیع نیروها و تغییر سهم نیروی دو سیستم میشود لحاظ شود و عملا یک حالت حدی از مراحل بارگذاری سازه و
رفتار غیر خطی سازه است. و اصلا بحث آیین نامه این نیست که فرض کند کل دیوار از بین رفته و …
اگر بر اساس روش متعارف پیش برویم باید توجه داشته که ستون داخل دیوار جزئی از دیوار است و نباید لفظ ستون به آن داد (برای درک موضوع فرض کنید ستون هم ضخامت دیوار می بود آیا در این حالت ستونی داشتیم؟) بنابراین در کنترل ۲۵ درصد، باید سختی کل دیوار و المان های لبه دیوار (شبه ستون ها) را عدد کوچکی قرار داد و قابها را بدون این ستونهای لبه در نظر گرفت و تیرها و ستونهای قاب های خمشی را برای این نیروها کنترل کرد البته در این حالت اتصال تیرهای به دیوار مفصلی عمل نموده (به علت سختی کم دیوارها و المانهای لبه) و در مواردی که پلان کوچک است و یک الی دو دهانه قاب داریم ممکن است ناپایداری در مدل رخ دهد که این رخ دادن ناپایداری ضعف روش است و مشکل آیین نامه نیست. لازم به توضیح است در این مدل نیاز به طراحی المان های لبه دیوار به تنهایی وجود ندارد چون بخشی از دیوار هستند.
روش دیگری که به نظر بنده مناسب تر است و با فلسفه کار تناسب دارد آن است، که کلا به جای دو مدل یک مدل داشته باشیم و در آن با ضرایب سختی دیوار ها یا مهاربندها آنقدر سعی و خطا کنیم تا مجموع برش پیرهای دیوار یا برش سهم مهاربندها تحت زلزله هر جهت حداکثر ۷۵ درصد برش پایه کل ساختمان شود که در این حالت حداقل ۲۵ درصد برش پایه کل ساختمان به قاب ها خواهد رسید کنترل این مدل به ما تضمین خواهد داد که شرایط سیستم دو گانه محقق شده است.
باید توجه داشت که معمولا در تحلیل الاستیک به علت سختی زیاد دیوارها و مهاربندها در مقایسه با قاب (سختی کم قاب ها در مقایسه با دیوارها مانند پلان های کوچک)، سهم نیروی دیوارها بیش از ۷۵ درصد است و وقتی دیوار در ابتدا غیر خطی میشود به دلیل نرم شدن و کاهش سختی از سهم نیروی آن کاسته شده و به سهم نیروی قابها اضافه میکند اما در مواردی هم (وقتی سختی قابها در مقایسه با دیوارها زیاد است مانند پلان های بزرگ که جذب نیروی قاب کمتر از ۵۰ درصد بوده، ممکن است با غیرخطی شدن زودتر قابها و نرم شدن آنها، نیروی دیوارها زیاد شود.
برای لحاظ این دو حالت حدی در رفتار غیر خطی، آیین نامه کنترل ۲۵ درصد و ۵۰ درصد را به طور مطلق برای مقاصد مهندسی و طراحی ارائه نموده است.
نویسنده: محمد طالبی کلاله
