مقایسه بین روش های طراحی سازه ASD & LRFD

روشهای طراحی سازه بر اساس آیین نامه های معتبر:

الف) روش طراحی الاستیک یا تنش مجاز (ASD)

-در روش طراحی تنش مجاز برخورد ضرایب اطمینان به این صورت است که مقاومت ماده به ضرایب اطمینان تقسیم می شود و در محاسبات مقادیر کمتری برای مقاومت منظور می شود.

-تا سال 1950این نوع سازه‌ها براساس روش ASD یا تنش مجاز طراحی می‌شدند و به عبارت دیگر طراحی اعضاء فلزی این نوع سازه بگونه ای صورت می‌گرفت که اعضاء براثر بارهای وارده از حد الاستیک خود خارج نشوند و استفاده از این روش تاکنون نیز در اکثر کشورهای جهان از جمله ایران ادامه داشته و آئین نامه‌های داخلی کشور ایران و فصل دهم مقررات ملی ساختمان نیز براساس این روش تدوین گردیده است .

ضریب اطمینان بارهای وارده و مقاومت در این روش طراحی به شکل زیر است :

ضریب مقاومت = ضریب بار

برای مثال ضریب اطمینان مقاومت کششی فولاد 0.6 یعنی fb=0.6fy می‌باشد .

   مراحل این روش بطور خلاصه به ترتیب زیر هستند:

   ۱: تعیین بارهای وارد بر سازه

   ۲: آنالیز سازه و تعیین تنش‌ها در مقاطع مختلف به کمک تئوری‌های کلاسیک اجسام الاستیک

   ۳: تعیین تنش‌های مجاز با استفاده از یک آیین نامه محاسباتی

   ۴: طراحی نهایی مقطع با این محدودیت که در هیچ نقطه‌ای از سازه تنش‌های ایجاد شده از تنش‌های مجاز تجاوز نکنند.

   این روش به دلیل سادگی و سهولت کاربرد تا چندی قبل به عنوان قابل استفاده‌ترین روش طراحی سازه‌های بتن آرمه مطرح بود. لیکن نقاط ضعف این روش استفاده از آن را محدود کرده است. مهمترین این نقاط ضعف عبارتند از:

   الف: در این روش ایمنی به کمک تنها یک ضریب (ضریب اطمینان) و در یک مرحله منظور می‌شود، از آنجا که عواملی که لزوم تامین یک حاشیه ایمنی را ایجاب می‌کنند دارای ریشه‌ها و شدت‌های متفاوت هستند، در نظر گرفتن آنها تنها با کمک یک ضریب غیر منطقی است.

   ب: بتن ماده‌ای است که تنها تا تنش‌های معادل نصف مقاومت فشاری آن به صورت الاستیک و خطی عمل می‌کند. بنابراین با بکار بردن درصدی از مقاومت فشاری بتن در محاسبات نمی‌توان اطلاعی از ضریب اطمینان کلی سازه در مقابل فروریختگی به دست آورد.

   ج: به کار بردن این روش در طراحی بعضی مقاطع با اشکالات تئوریک مواجه است. به عنوان مثال در مقاطع خمشی تنش واقعی فولاد غالبا کمتر از مقداری است که با این روش محاسبه می‌شود.

   تا سال ۱۹۵۶ میلادی روش تنش‌های مجاز مبنای محاسبات در آیین نامه ACI بود. این روش از سال ۱۹۷۷ تنها در قسمت ضمائم آیین نامه و تحت عنوان روش دیگر طراحی جا داده شد.

• برای روش تنش مجاز :

باید در ETABS از ایین نامه AISC-ASD89 که تطابق خیلی نزدیکی با مبحث دهم دارد استفاده کنیم

دونستنش خالی از لطف نیست که ASD مخفف allowable stress design و همچنین ALLOWABLE STRENGHT DESIGN نیز تعبیر میشود که گاهی هم با نام روش WSD هم شناخته میشه.(working stress design)

ب) روش طراحی پلاستیک یا مقاومت نهایی (LRFD)

در این روش طراحی، ضرایب اطمینان در بارها ضرب می شود و بارها افزایش داده می شوند و در مقابل در محاسبات ، خود مقاومتهای اصلی وارد می شوند.این روش طراحی در روش LRFD در فولاد و در روش USD بتن در ایین نامه های آمریکا به کار گرفته می شود.

وارد کردن اصل مقاومت در محاسبات خصوصیات تازه ای به وجود می اورد و امکانات تازه ای را در اختیار طراح قرار می دهد که در روش ASD امکان پذیر نیست.برای مثال در طراحی بتن می توان رفتار غیر خطی بتن را وارد محاسبات کرد در حالی که این کار در روش قبلی امکان پذیر نیست.

از سال 1980 با افزایش کیفیت مصالح و ارتقاء سطح کیفی اجرا ، روش پلاستیک یا مقاومت نهایی LRFD بعنوان یک روش علمی‌ترو اقتصادی تر در بعضی از کشورها جایگزین روش ASD یا الاستیک گردید .

در این روش به اعضاء سازه‌ها اجازه داده می‌شود براثر بار وارده ناشی از بارگذاری از حد الاستیک خود خارج و به حد پلاستیک یا خمیری خود برسند و همین موضوع باعث افزایش مقاومت اعضاء و کاهش هزینه ساخت و اقتصادی تر شدن سازه می‌گردد .

ضریب اطمینان بارهای وارده در بارگذاری این نوع سازه‌های و ضریب اطمینان مقاومت به شکل زیر می‌باشد :

ضریب مقاومت = ضریب بار

همانگونه که می‌بینیم ضرایب تنها در بار اعمال می‌شوند .

این روش بدلیل نیاز به رعایت استانداردهای مصالح و افزایش کیفیت اجرا در بیشتر کشورها از جمله ایران مورد استفاده قرار نگرفته است و اجرای این روش طراحی می‌بایست متناسب با افزایش کیفیت مصالح و ارتقاء کیفی اجرایی سازه‌های فلزی در کشورهای مختلف صورت گیرد .

این روش را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود:

   ۱: باربهره برداری به وسیله ضریبی موسوم به ضریب بار افزایش داده می‌شود، بار حاصله را اصطلاحا بار ضریبدار یا بار نهایی می نامند.

   ۲: بارهای ضریبدار بر سازه اعمال می‌شوند و به کمک روش‌های خطی آنالیز سازه ها، نیروی داخلی مقاطع محاسبه می‌شود. به این نیروی داخلی اصطلاحامقاومت لازم گفته می‌شود. مقاومت لازم در یک مقطع شامل: مقاومت خمشی لازم، مقاومت برشی لازم، مقاومت پیچشی لازم و مقاومت بار محوری لازم است.

   ۳: برای هر مقطع، مقاومت طراحی آن از حاصلضرب مقاومت اسمی در ضریبی کوچکتر از واحد به نام ضریب کاهش مقاومت به دست می‌آید. مقاومت اسمی، حداکثر مقاومتی است که مقطع قبل از گسیختگی از خود نشان می‌دهد. مقاومت اسمی یک مقطع مشتمل است از: مقاومت خمشی اسمی، مقاومت برشی اسمی، مقاومت پیچشی اسمی و مقاومت بار محوری اسمی.

   ۴: طراحی مقطع به نحوی که در آن مقاومت لازم از مقاومت طراحی کمتر باشد.

   روش طراحی بر مبنای مقاومت، امروزه اساس کار طراحی سازه‌های بتن آرمه می‌باشد

• برای روش حدی نهایی :

باید در ETABS از آیین نامه AISC360-05/IBC2006 استفاده کنیم که این آیین نامه هم تطابق در حد 95 درصد با مبحث دهم دارد

LRFDهم مخفف load and resistant factor design هست .