روش‌های طراحی در مبحث دهم ۱۴۰۱
مقدمه
در دنیای مهندسی سازه، انتخاب روش طراحی مناسب برای اطمینان از ایمنی و کارایی سازه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. سه روش اصلی مورد تایید آیین نامه که در طراحی سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: روش تنش مجاز، روش مقاومت مجاز و روش ضرایب بار و مقاومت.
هر یک از این روش‌ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. در این مقاله، به بررسی و مقایسه این سه روش طراحی پرداخته و مثالی را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
روش های طراحی اعضای سازه ای
به صورت کلی در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان دو روش کلی برای طراحی اعضای سازه ای وجود دارد که به بررسی هر کدام می‌پردازیم. عمده تفاوت این روش ها در تعیین ضرایب کاهش مقاومت،ضرایب افزایش بار، محل اعمال این ضرایب و مفهوم تنش و مقاومت می‌باشد.
روش اول:روش تنش مجاز یا Allowable Stress Design
این روش که به اختصار ASD نامیده می‌شود نسبت به سایر روش های مورد بحث قدیمی تر بوده و در مبحث دهم سال های ۱۳۸۷ و ماقبل آن مورد استفاده طراحان قرار می‌گرفته است.
همانطور که از نام این روش طراحی پیدا است در این روش تنش مورد بررسی قرار می‌گیرد و با تنش قابل تحمل عضو با اعمال ضرایب مختلف مقایسه می‌شود.
در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ترکیب بار های این روش بدون ضریب بوده و ضریب صرفا به حداکثر تنش قابل تحمل عضو تعلق می‌گیرد . به صورت دقیق تر ضریب که به حداکثر تنش قابل تحمل عضو اعمال می‌شود در مخرج کسری با صورت یک قرار دارد و بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ می‌باشد.
همانطور که در بالا پیدا است ضریب اطمینان در مخرج قرار دارد و تنش تسلیم(در اینجا فولاد مورد بحث است) به آن تقسیم می‌شود.بدیهی است با این عمل تنش تسلیم کوچکتر شده.
پیش‌تر گفتیم ضرایب بار در این روش یک است که در بالا مشاهده می‌کنید.
روابط مورد استفاده در روش تنش مجاز
در روش تنش مجاز همانطور که قبلا گفتیم مفهوم تنش بکار گرفته می‌شود و در محاسبات وارد می‌شود.
به عنوان مثال برای طراحی عضوی در برابر خمش، ابتدا تنش خمشی ایجاد شده در مقطع را از رابطه تنش خمشی که در درس مقاومت مصالح با آن آشنا شدید محاسبه و در نامساوی شماره یک قرار داده و مقدار ممان اینرسی را بدست آورده و مقطع مناسبی انتخاب می‌کنیم.
این روش خود به دو بخش تقسیم می‌شود.
لازم به ذکر است که روش مقاومت مجاز یا روش تنش مجاز متفاوت بوده که در ادامه به آن اشاره می‌کنیم.
در روش حالات حدی که خود به دو روش ضرایب بار و مقاومت و مقاومت مجاز تقسیم می‌شود،مجدد محل اعمال ضرایب و ضریب دار بودن یا نبودن بار های وارده نقش اصلی را بازی می‌کنند.
پیش از توضیح این روش به مفهوم نیرو و تنش جهت یادآوری و فهم بهتر می‌پردازیم.
نیرو:همانطور که می‌دانید نیرو با واحد هایی ازجمله کیلوگرم،نیوتن،گرم و … ذکر می‌شود.
نیرو را همان مقاومت نیز می‌گوییم به نحوی که اگر مثلا یک عضو بتواند نیرو ۱۰۰ تن را متحمل شود پس مقاومت آن ۱۰۰ تن خواهد بود.
تنش:تعریف تنش نیرو اعمال شده به واحد سطح می‌باشد که با واحد های کیلوگرم بر مترمربع،پاسکال یا مگاپاسکال و … ذکر می‌شود.
پس وقتی می‌گوییم تنش مجاز عضوی ۳۰ مگاپاسکال است به این معنی است که می‌تواند تنشی برابر ۳۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع را متحمل شود.
به موضوع خودمان بر می‌گردیم.
روش حالات حدی:روش ضرایب بار و مقاومت
دراین روش باید تلاش وارده یا همان بارهای وارده به عضو ضریب دار شوند و همچنین مقدار مقاومت اسمی عضو در ضریبی کوچک تر از یک ضرب شده و در نامساوی قرار گیرند.
پس تفاوت این روش با روش تنش مجاز این است که بارهای وارده ضریب دار شده و همچنین به مقاومت اسمی که دارای روابط خاصی در مبحث دهم است نیز ضریب کاهش مقاومت اعمال می‌شود.
در ترکیب بار های آورده شده برای این روش در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ضرایب مختلفی در نظر گرفته شده است.
روابط مورد استفاده در روش LRFD
روابطی که در این روش برای محاسبه مقاومت کششی،برشی وخمشی ذکر شده است تماما از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان آورده شده است.
در مقالات قبلی نحوه محاسبه مقاومت خمشی را کامل و با ارائه مثال توضیح دادیم،پیشنهاد می‌شود حتما آن مقاله را نیز مطالعه بفرمایید.محاسبه مقاومت خمشی
به عنون مثال بازهم برای تنش خمشی از رابطه تنش تسلیم ضرب در اساس مقطع پلاستیک استفاده می‌کنیم و حاصل آنرا که مقاومت اسمی مقطع نامیده می‌ود را در رابطه فوق قرار داده و با لنگر خمشی موجود مقایسه می‌نماییم.
روش حالات حدی:روش مقاومت مجاز
نامساوی مورد استفاده در این روش مانند روش تنش مجاز بوده با این تفاوت که به جای استفاده از مفهوم تنش از مفهوم مقاومت استفاده می‌شود.
در این روش بارهای وارده بدون ضریب و مقاومت اسمی در ضریبی بزرگتر از یک تقسیم می‌شود.بدیهی است حاصل تقسیم مقاومت اسمی بر ضریب بزرگتر از یک، مقداری کوچک تر خواهد شد.
در این روش نیز ترکیب بارها کاملا مانند تنش مجاز بوده و صرفا مقاومت اسمی در ضریبی بزرگتر از یک تقسیم می‌شود.
روابط مورد استفاده در روش ASD یا مقاومت مجاز
می‌بینید روابط مقاومت در این روش کاملا مشابه روش LRFD می‌باشد و بر مقاومت اسمی در ضریبی بزرگتر از یک تقسیم شده است.بدیهی است مقدار مقاومت مقاومت اسمی پس از تقسیم مقداری کوچکتر می‌شود.
اکنون مثالی را با استفاده از سه روشی که توضیح دادیم حل می‌کنیم.
مثال
مطلوب است طراحی میله‌ای دارای بارهای زنده ۲۰ تن و بارهای مرده ۱۰ تن در كشش،از سه روش تنش مجاز،LRFD و مقاومت مجاز
(فولاد مورد استفاده ST-37 است.)
حل
روش تنش مجاز
با محاسبات فوق طبق اين روش سطح مقطع ۲۰٫۸۳ سانتي متر مربع حاصل مي‌شود.
همانطور كه گفته شد بارها بدون ضريب در رابطه قرار دارد.
روش LRFD
ابتدا مقدار بارهاي وارد شده را مطابق تركيب بارها محاسبه مي‌كنيم.سپس مقاومت و بارهای وارده را مقایسه می‌کنیم
با محاسبات فوق طبق اين روش سطح مقطع ۲۰٫۳ سانتي متر مربع حاصل مي‌شود.
روش مقاومت مجاز
با محاسبات فوق طبق اين روش سطح مقطع ۲۰٫۸۷ سانتي متر مربع حاصل مي‌شود.
همانطور که گفته شد روش های طراحی سازه به صورت عمده به یکدیگر شبیه بوده و در محل افزودن ضرایب کاهش مقاومت ضرایب افزایش بار با یکدیگر تفاوت دارد.
منابع:
“امیدواریم این مقاله براتون مفید بوده باشه”
