در این بخش از OpenSeesWiki میخواهیم نگاهی کلی به روند طراحی آیین نامه ای یا تجویزی سازه ها بیاندازیم. بعد از آشنایی با کلیات این آیین نامه ها، روند صدور آن ها را مرور می کنیم تا به یک نگاه دقیق و عالمانه در فرایند طراحی سازه دست پیدا کنیم. در کنار طراحی عالمانه، این آشنایی به ما کمک می کند که در انجام پروژه با OpenSees به دو هدف مهم دست یابیم:
- بسیاری از پژوهش های سازه ای با محوریت تحلیل غیرخطی در OpenSees به دنبال ارزیابی و بهبود آیین نامه های طراحی هستند. درک بهتر آیین نامه ها و روند تولید آنها به ما کمک می کند در این گونه تحقیات مشارکت موثرتری داشته باشیم.
- شناخت آیین نامه های تجویزی مقدمه شناخت عمیق فرایند طراحی عملکردی به کمک OpenSees است. در آینده خواهیم گفت که هیچ روش طراحی عملکردی کامل نیست و ناگزیر اقدام به تجویز بعضی از انتخاب های طراحی می کند. در واقع، روش های تجویزی به صورت گام به گام متحول می شوند تا نهایتا به روش های کاملا عملکردی نزدیک شوند. پس، درک روش های تجویزی نقطه شروع پیشنهاد یک فرایند طراحی عملکردی است.
مطالب این قسمت در کنار اهداف بالا، کمک می کنند جواب های دقیقی به سؤال های چرا OpenSees و چرا تحلیل غیرخطی سازه ها ارائه کنیم. به عبارتی، زمانی که ما روند تحقیقاتی تولید آیین نامه های تجویزی و روند بهره گیری از تحلیل غیرخطی در فرایند طراحی عملکردی را شناختیم، آن وقت متوجه می شویم که چرا OpenSees بهترین گزینه در دسترس ما است.
قبل از بیان روند صدور آیین نامه های تجویزی، بیایید یک بار به طور اجمالی روند طراحی تجویزی ساختمان ها بر مبنای آیین نامه ASCE 7 را مرور کنیم.
مثالی از طراحی آیین نامه ای یا تجویزی سازه
پس از تجویز همه مقدمات، نوبت شماست که اقدام به مدلسازی سازه در نرم افزار OpenSees و یا نرم افزار تحیلی دیگری کنید. در مطالب دیگر خانه OpenSees به شما گفته ایم که استفاده از OpenSees در این مسیر چه مزایا و چالش هایی به همراه خواهد داشت. با ایجاد مدل و بارگذاری و تحلیل آن، شما می توانید پاسخ نیرویی و جابجایی مدل خود را در اعضا و طبقات به دست آورید. این پاسخ در اصل تخمینی از نیاز زلزله از سازه شماست. به عبارتی، زمین لرزه مطالباتی را به سازه شما تحمیل می کند و سازه شما باید طوری طراحی شود که قادر به تامین این نیاز یا تقاضا یا demand باشد.
پس از تخمین تقاضا، نوبت کنترل ظرفیت اعضا در مقابل تقاضای تحمیلی در اعضا و طبقات است. در صورتی که این توازن به برتری ظرفیت های سازه ای به شکلی اقتصادی دلالت نکند، باید اقدام به تغییر مقاطع و سایر مشخصات سازه کنید. این یک فرایند سعی و خطاست که به دلیل پیچیدگی نسبی، در آن نتیجه نهایی تا حد زیادی تابع تجربه شماست. دلیل این پیچیدگی این است که تقاضای تحمیلی به سازه فقط تابع بارگذاری و شرایط محیطی نیست. بلکه، مشخصات خود سازه نیز تاثیر بسزایی بر نیروهایی دارد که از شرایط محیطی دریافت می کند. د رنتیجه، درک شما از رفتار سازه و ارتباط بین تقاضای تحمیلی و مشخصات سازه عاملی بسیار اثرگذار است.
روند تولد آیین نامه های تجویزی
پس از این آشنایی، سؤال مهم اینجاست: دستورالعمل های طراحی تجویزی از کجا و طی چه فرایندی استخراج می شوند؟ برای درک روند شکل گیری آیین نامه های تجویزی از یک مثال استفاده می کنیم. تصور کنید اداره آموزش و پروش یک شهرستان تصمیم به صدور دستورالعملی برای تقویت وضع جسمانی دانش آموزان آن شهر می گیرد. اگر خود را جای مسئولان این اداره بگذاریم می توانیم روند زیر را برای استخراج یک دستورالعمل غذایی تصور کنیم:
- دسته بندی دانش آموزان بر حسب جنسیت، رده سنی، منطقه مسکونی و عوامل دیگر
- انتخاب تعدادی دانش آموز به عنوان نمونه از هر دسته
- مطالعه وضع جسمی نمونه های انتخابی و عادات غذایی آن ها
- تجویز رژیم تقویتی مناسب برای هر دسته و ابلاغ آن به مدارس
این روند یک روند کاملا استاندارد و منطقی است زیرا:
- مبتنی بر اطلاعات به اندازه کافی دقیق از جزئیات مسئله است
- تنوع حالات مختلف که در تعیین جزئیات مسئله نقش دارند را به خوبی می بیند
- با یک رویکرد آماری مناسب، قادر است احتمال مشاهده فقر غذایی را بعد از گذشت یک دوره اجرای طرح به شکل معنی داری کاهش دهد
مراکز تجویز دستورالعمل های طراحی ساختمان دقیقا همین مراحل را طی می کنند:
- ساختمان ها را بر حسب مصالح اصلی، سیستم سازه ای، ارتفاع، میزان نامنظمی و نوع کاربری دسته بندی می کنند
- از هر دسته تعداد کافی نمونه انتخاب و به روش های آزمایشگاهی و تحلیلی مطالعه می کنند
- با هدف کنترل احتمال شکست سازه ها در تامین عملکرد متناسب با کاربری آنها، نیازهای آنها را برآورد می کنند
- دستورالعملی تجویز می کنند که اجرای آن در روند طراحی منجر به تامین حداقل های شناسایی شده شود
معایب طراحی تجویزی
در مطلب تحت عنوان طراحی عملکردی سازه ها خواهیم گفت که دستورالعمل های تجویزی نمی توانند شرایط و نیازهای مختص سازه ما را در نظر بگیرند. همانطور که در بالا گفته شد، این دستورالعمل ها همواره ناظر به یک دسته کلی از سازه های مشابه سازه ما هستند. به همین دلیل به طور کامل با مشخصات سازه ما تطابق ندارند.
به علاوه، این دستورالعمل ها به دنبال تامین اهداف عملکردی هستند که به عنوان «حداقل قابل قبول» از طرف کمیته های تدوین آیین نامه شناسایی شده اند. در نتیجه، حتی در صورتی که به طور دقیق رفتار سازه ما را لحاظ کنند، نمی توانند سازه را بر مبنای عملکرد دقیق مورد انتظار ما طراحی کنند.