ضریب نامعینی در سازه چیست و چگونه می‌توان آن را در هنگام طراحی سازه کنترل کرد؟ در این مقاله نکات کاربردی در مورد ضریب نامعینی سازه و نحوه کنترل آن شرح داده شده است.
ضریب نامعینی سازه چیست؟
برای تعریف ضریب نامعینی ساره، ابتدا یک یادآوری از دوره کارشناسی و درس استاتیک داشته باشیم: «برای اینکه یک جسم صلب پایدار بماند باید 3 واکنش تکیه‌گاهی غیر‌همراستا و غیرگذرا از یک نقطه داشته باشیم و به ازای هر واکنش تکیه‌گاهی اضافه، سازه یک درجه نامعین خواهد شد.»
تفاوت مهمی که در واقعیت با درس استاتیک وجود دارد، این است که تکیه‌گاه‌های موجود در واقعیت، دارای مقاومت نامحدود نیستند و اگر مقدار نیروی وارده بیشتر از مقاومت تکیه‌گاه باشد، تکیه‌گاه از حیز انتفاع، خارج می‌شود و سازه یک (یا چند) واکنش تکیه‌گاهی خود را از دست خواهد داد.
اگر این روند تا جایی که تعداد واکنش‌های تکیه‌گاهی از 3 کمتر شود، ادامه یابد، سازه ناپایدار خواهد شد و فرو می‌ریزد. پس هرچه تعداد درجات نامعینی یک ساز بیشتر باشد، مدت زمان بیشتری طول خواهد کشید تا سازه ناپایدار شود و فرو ریزد. همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، اعمال نیروی جانبی و تداوم (یا ازدیاد) آن، باعث ایجاد مفصل پلاستیک (از بین رفتن واکنش تکیه‌گاهی) می‌شود و در نهایت نیز موجب فروریزش سازه خواهد شد.
نحوه کنترل ضریب نامعینی سازه
آیین نامه 2800 برای اینکه از تعداد درجات نامعینی سازه اطمینان حاصل نماید، کنترل ضریب نامعینی را در نظر گرفته است تا اگر سازه موردنظر، شرایطی که در ادامه به آن خواهیم پرداخت را اغنا نکرد، مقدار نیروی زلزله را در ترکیبات بارگذاری 1.2 برابر قرار دهیم و از رسیدن سازه به سطح عملکرد موردنظر (که در آیین نامه 2800 برای ساختمان‌های مسکونی، سطح ایمنی جانی می‌باشد) مطمئن شویم.
حال که با مفهوم و علت وجود ضریب نامعینی آشنا شدیم، می‌خواهیم به نحوه کنترل آن توسط استاندارد 2800 بپردازیم. از نظر آیین‌نامه‌های لرزه‌ای معتبر و نیز استاندارد 2800، سازه‌ای که شرایط زیر را اغنا نکنند، دارای نامعینی کافی نبوده و باید ضریب نامعینی (ρ) را برابر با 1.2 در نظر گرفت.
شرط اول برای کنترل ضریب نامعینی سازه
در سازه‌های منظم در پلان، در طبقاتی که برش از 35% برش پایه بیشتر است، می‌بایست در هر دو سمت مرکز جرم و در هر دو راستای عمود بر هم، حداقل 2 دهانه سیستم باربر جانبی وجود داشته باشد تا از وجود نامعینی کافی در سازه اطمینان حاصل شود.
لازم به ذکر است که این کنترل برای هر کدام از جهت‌های X و Y به صورت جداگانه کنترل می‌شود و در صورت برقرار نبودن شرط فوق در هر راستا، فقط نیروی زلزله در آن راستا را در ضریب 1.2 ضرب می‌کنیم.
شرط دوم برای کنترل ضریب نامعینی سازه
در سایر ساختمان‌ها (ساختمان‌های دارای نامنظمی در پلان)، در طبقاتی که برش از 35% برش پایه بیشتر است می‌بایست متناسب با نوع سیستم باربر جانبی، مطابق جدول زیر که از استاندارد 2800 آورده شده است، با حذف المان جانبی مذکور، کنترل می‌کنیم که آیا مقاومت جانبی طبقه، پیش از حذف المان جانبی و پس از آن، بیش از 33% کاهش یافته است یا خیر و آیا با حذف این المان، نامنظمی شدید پیچشی در طبقه مذکور ایجاد می‌شود یا خیر.
در صورتی که جواب هر کدام از سوالات فوق مثبت باشد، می‌بایست ضریب نامعینی را برابر با 1.2 در نظر گرفت. لازم به ذکر است که این کنترل برای هر کدام از جهت‌های X و Y به صورت جداگانه کنترل می‌شود و در صورت برقرار نبودن شرط فوق در هر راستا، فقط نیروی زلزله در آن راستا را در ضریب 1.2 ضرب می‌نماییم.
| نوع سیستم مقاوم جانبی | الزامات |
| سیستم مهاربندی‌شده | حذف یک مهاربند با اتصال |
| سیستم با دیوار برشی عادی یا دیوارهای برشی هم‌بسته با نسبت ارتفاع هر پایه به طول بزرگتر از 1/0 | حذف یک دیوار و یا یک پایه و یا اتصالات جمع‌کننده آن‌ها |
| سیستم قاب خمشی | حذف مقاومت خمشی اتصالات دو انتهای یک تیر |
| سیستم کنسولی | حذف مقاومت خمشی در اتصال پایه یکی از ستون‌ها |
استثناهای استاندارد 2800 برای اعمال ضریب نامعینی سازه
اما آیین‌نامه استثناهایی هم برای اعمال ضریب نامعینی در نظر گرفته است که در ادامه با موارد مهم و کاربردی آن‌ها آشنا خواهیم شد:
- ساختمان‌های با تعداد طبقات کمتر از 3 طبقه و یا کمتر از 10 متر از تراز پایه (به مقاله نحوه تعیین ارتفاع موثر لرزه ای رجوع شود.)
- محاسبه تغییر مکان جانبی ساختمان (به مقاله نحوه کنترل دریفت سازه رجوع شود.)
- محاسبه اثر P-DELTA (که در واقع همان اثر لنگر مازاد وارد شده به ستون که ناشی از همزمانی وجود بار ثقلی و وقوع زلزله در سازه می‌باشد.)
- در کلیه اعضایی که مشمول طراحی برای زلزله تشدید یافته می‌شوند و نیروی زلزله در آن‌ها در ضریب اضافه مقاومت Ω0 ضرب می‌شود.
امیدواریم که با مطالعه این مقاله به طور کامل با مفهوم ضریب نامعینی سازه و نیز نحوه کنترل آن آشنا شده باشید.
