تفاوت کاهش سختی EI در ساختمانهای بتنی و فولادی

• مقدمه

در آخرین ویرایش آیین نامه (سال 92) مشاهده می شود که برای هر دو ساختمان اسکلت فولادی و بتنی به نوعی اعمال کاهش سختی اعضا بنا به دلایلی الزام شده است که در نگاه اول شاید به یک معنا تعبیر گردند در صورتیکه دارای فلسفه کاملا معکوسی نسبت به هم هستند. در ادامه قصد دارم با جزئیات به مقایسه این دو موضوع بپردازم.

• کاهش سختی در ساختمانهای بتنی

در یک طراحی مناسب، سازه بتنی باید اولا مقاوم و ثانیا خدمت پذیر باشد. سازه ای را مقاوم گویند که بارهای نهایی وارد بر خود را با حاشیه اطمینان خوبی بدون ایجاد خرابی تحمل نماید. از طرفی سازه ای را خدمت پذیر گویند که تغییرشکل هایش تحت بارهای خدمت از مقادیر مجاز فراتر نرود. بنابراین لازم است که تغییرشکلهای ناشی از بارهای خارجی در سازه بتن آرمه با دقت کافی محاسبه گردد.

از این رو آیین نامه های مرتبط با طراحی سازه های بتن آرمه جهت تعیین دریفت سازه، خیز تیرها و دالها، فرکانس ارتعاش و پریود سازه مقدر می دارند که اثر ترک خوردگی بتن به نحو صحیحی اعمال گردد. بطور مثال مبحث نهم مقررات ملی ساختمان تاثیر ضرائب کاهنده ای را به ممان اینرسی مقاطع، در غیاب محاسبات دقیق برای اعمال اثر ترک خوردگی، پیشنهاد می کند (رجوع شود به بند 9-13-8-4).

 اما باید توجه داشت که طبق توصیه آیین نامه، ممان اینرسی های کاهش یافته مقاطع بتنی [Cracked Sections] در تعیین مقاومت نهایی اعضا جهت طراحی نباید دخیل گردند.

• کاهش سختی در ساختمانهای فولادی

در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 92 (پیرو AISC360-05) جهت تامین پایداری سازه اشاره شده که باید آثار تحلیل مرتبه دوم مد نظر قرار گیرد. روش تحلیل مرتبه دوم یعنی تعیین تنشهای داخلی اعضا بر اساس وضعیت تغییر شکل یافته آنها.

بر این اساس یکی از روشهای قابل قبول آیین نامه جهت تحلیل در بر گیرنده آثار تحلیل مرتبه دوم برای تعیین نیروهای داخلی و مقاومتهای مورد نیاز، روش تحلیل مستقیم [Direct Analysis] است. یکی از الزامات روش تحلیل مستقیم، کاهش سختی خمشی ستونها به اندازه 0.8Tau-b است. ضریب Tau-b با توجه به نسبت بار محوری اعضا به ظرفیت محوری آنها تعیین می گردد (رجوع شود به بند 10-2-1-5-1-2).

اما برعکس حالت ساختمان بتنی، در ساختمان فولادی کاهش سختی اعضا جهت تحلیل سازه برای تعیین نیروهای داخلی کاربرد دارد و برای محاسبه دریفت طبقات، کنترل خیز، کنترل ارتعاش و سایر مقاصد طراحی کاربرد ندارد.

• نتیجه

کاهش سختی اعضا در طراحی حدی نهایی ساختمانهای بتنی جهت در نظر گرفتن اثر ترک خوردگی بتن ناحیه کششی است و تنها برای محاسبه دقیق تغییر شکلها کاربرد دارد در حالیکه کاهش سختی اعضا در طراحی LRFD ساختمانهای فولادی از الزامات یک روش تحلیلی است که جهت محاسبه اثرات مرتبه دوم می بایست لحاظ شود. در حالت اول اثرات کاهش سختی در طراحی نباید وارد شود و در دومی اثرات کاهش سختی در تغییرشکلها نباید اعمال شود.