معنی شرط اول این است که با انتخاب این اجزا به عنوان اعضای شکل پذیر پایداری کلی سازه به خطر نیفتد. به عنوان مثال اگر عضو کنترل شونده توسط تغییر شکل را ستون های قاب خمشی در نظر بگیریم، یعنی ستون ها را طوری جزئیات بندی و طراحی کنیم که جاری شدگی ابتدا در آنها اتفاق افتد در این صورت نرم شدن آنها پایداری کل سازه را به خطر می اندازد.
برای احراز شرط دوم اعضایی که دارای نیروهای محوری هستند با جذب انرژی کمتری همراه هستند. همانطور که می دانیم به علت عملکرد دیافراگم کف ها، تیرها عمدتاً دارای نیروی محوری نیستند در حالی که ستون ها دارای نیروی محوری قابل توجهی، لااقل ناشی از ثقل هستند. همین عامل باعث می شود که تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها با جذب انرژش بیشتری نسبت به ستون ها همراه باشد. در واقع نمودار لنگر- انحنا را در صورت وجود بار محوری پایین می آورد.

با توجه به مطالب ذکر شده در این بخش به این نتیجه می رسیم که تیرها بهترین عناصر برای پذیرفتن شکل پذیری می باشند. زیرا اولاً از مکانیزم های دیگر مطمئن تر عمل می کنند و ثانیاً میزان اتلاف انرژی از طریق تشکیل مفاصل در تیرها بیشتر است.
پس باید کلیه اجزای سازه را طوری تناسب بندی و جزئیات بندی کنیم که جاری شدگی یا تسلیم ابتدا در تیرها اتفاق افتاده و بدین ترتیب باعث جذب انرژی زلزله شود. لازمه این کار آن است که ستون ها و ادوات اتصال را قوی تر از تیرها طراحی کنیم (فلسفه طراحی ستون قوی، تیر ضعیف).
۳-۵ مقایسه مکانیزم های خرابی در قاب خمشی فولادی
قاب های مقاوم خمشی با جزئیات و شکل مناسب، می توانند مقدار زیادی انرژی را تلف کنند و بنابراین عملکرد لرزه ای بالاتری را ایجاد کنند. اما، حتی قاب های با شکل و جزئیات مناسب که کاملاً انعطاف پذیر هم هستند، می توانند منجر به خرابی وسیعی در اعضاء غیرسازه ای ساختمان شوند. شکل قاب خمشی یک فاکتور مهم در عملکرد آن است. به علت انعطاف پذیری این قاب ها، هنگامی که نیروی زلزله قوی به آنها وارد می شود، تغییر شکل بین طبقه ای زیادی در آنها اتفاق می افتد که منجر به ناپایداری در اثر P-Delta و ویرانی این سازه ها می شود. میزان این تغییر شکل بین طبقه ای که بر اثر نیروی زلزله در سازه اتفاق می افتد به شدت حرکت زمین، به محتوای طیفی حرکت زمین، به مشخصات دینامیکی سازه به ویژه پریود طبیعی ارتعاش و مد شکل طبیعی سازه و مشخصات تغییر شکل غیرخطی آن بستگی دارد. در طراحی سازه های قاب خمشی فولادی باید دقت شود که طبقه نرم اتفاق نیفتد. در این سازه ها تقریباً همه تغییر شکل در یک طبقه اتفاق می افتد که باعث انباشتگی خرابی و در نتیجه ویرانی قاب آن طبقه می شود و باعث ناپایداری در اثر P-Delta و ویرانی این سازه ها می شود.
حتی در سازه هایی که سختی الاستیک به صورت یکنواخت در آنها توزیع شده است، ممکن است شرایط طبقه نرم با ایجاد نامناسب مفصل پلاستیک که منجر به تغییر شکل جانبی غیرارتجاعی می شود، ایجاد شود. وقتی یک قاب مقاوم خمشی کاملاً پلاستیک شود، اصطلاحاً می گویند مکانیزم شده است. سازه های قاب خمشی می توانند انواع مختلفی از مکانیزم داشته باشند، که معمولی ترین آنها در شکل (۳-۸) آمده است.
شکل ۳-۸: مکانیزم های مختلف خرابی قاب خمشی فولادی
قابی که در سمت چپ قرار دارد به علت تشکیل مفصل پلاستیک در دو انتهای تیرها مکانیزم شده است. این مکانیزم، بر دو مکانیزم دیگر ارجحیت دارد. زیرا باعث پخش یکنواخت گریز طبقه می شود. آسیب غیر سازه ای در این نوع مکانیزم حداقل است و ظرفیت انحنا در تیرها را فراهم می کند (چون میزان تغییر مکان در طبقه تقسیم می شود و در طبقات تغییر شکل نسبی کمی داریم).
قابی که در وسط قرار گرفته، به علت تسلیم برشی و تغییر شکل های غیرارتجاعی در محل چشمه اتصال مکانیزم شده است. این مکانیزم امکان چرخش آزاد تیرها نسبت به ستون را فراهم می کند. باعث جابجایی جانبی آزاد در اثر چرخش صلب ستون ها می شود. چون این مکانیزم شکل پذیری و اضمحلال انرژی کمتری نسبت به مکانیزم اول دارد و وقوع آن با تابیدگی محلی بال های ستون و شروع پارگی در نوع خاص اتصال تیر به ستون همراه است، نسبت به مکانیزم اول ارجحیت کمتری دارد. قابی که در سمت راست قرار گرفته، با ایجاد مفصل پلاستیک در بالا و پایین ستون های طبقه اول مکانیزم شده است که باعث حرکت صلب طبقات بالا می شود. این نوع مکانیزم، مکانیزم یک طبقه نامیده می شود که مانند وضعیت طبقه نرم، نامطلوب است. این مکانیزم منجر به حرکت صلب طبقات بالا و لذا حداقل تنش در آنها می شود. باعث تجمع تغییر شکل های پلاستیک در مفاصل خمیری ستون می شود و امکان ناپایداری در اثر P-Delta وجود دارد.
فصل چهارم
مطالعات عددی
۴-۱ مقدمه
طبق دستورالعمل HAZUS سازه­ها از لحاظ سیستم ساختمانی به ۳۶ گروه تقسیم شده ­اند و سپس هر گروه از لحاظ تعداد طبقات به سه زیرگروه تقسیم شده ­اند. ساختمان­های ۱ تا ۳ طبقه ساختمان­های دارای طبقات کم یا low-Rise ، ساختمان­های ۴ تا ۷ طبقه تحت عنوان ساختمان­های دارای طبقات متوسط یا Mid-Rise و ساختمان­های بالای ۸ طبقه ساختمان­های دارای طبقات زیاد یا High-Rise می­باشند. جدول ۴-۱ تقسیم بندی سیستم­های ساختمانی در HAZUS را نمایش می­دهد.
جدول (۴-۱): انواع سیستم­های ساختمانی طبق HAZUS
ساختمان­های دارای سیستم قاب خمشی از جمله سیستم­های سازه­ای هستند که امروزه در کشور ما از فراوانی نسبتاً بالایی برخوردارند. از اینرو در این پژوهش مطالعه­ شکنندگی این نوع سازه­ها مورد بررسی قرار گرفته است. ساختمان­های مورد بررسی، دارای سیستم قاب خمشی فولادی، با تعداد طبقات ۵، ۸ و ۱۲ طبقه می­باشند که برای هریک جداگانه منحنی شکنندگی تهیه شده و نهایتاً شکنندگی گروه ­های مختلف با یکدیگر مقایسه شده است.
علاوه براین همانطور که در بخش ۲-۴-۲ ذکر شد، برای تهیه­ منحنی شکست و استفاده از روابط و ضرایب موجود در HAZUS باید نوع طراحی لرزه­ای طبق دستورالعمل HAZUS تعیین شود. با توجه به اینکه در این پایان نامه، مدل­ها با رعایت تمامی بندهای آیین نامه­ های طراحی سازه­های فولادی و آیین نامه­ی ۲۸۰۰ طراحی شده ­اند و سعی شده است تمامی ضوابط طراحی لرزه­ای در طراحی مدل­ها رعایت شود، بنابراین حالت طراحی High- code برای مدل­ها در نظر گرفته شده است^[۶۵].
۴-۲ پارامترهای قاب های مورد تحلیل
بار مرده برابر ۴۶۰kg/m² و بار زنده برابر ۲۰۰kg/m² در نظر گرفته شده است. طبق آیین­ نامه­ی بارگذاری، مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ضریب مشارکت بار زنده برابر با ۲۰% در نظر گرفته شده است.
M= DL+0.2LL = 460 + 0.2× ۲۰۰ = ۵۰۰ kg/m² (۴-۱)
طبق آیین­ نامه­ی ۲۸۰۰ برای سیستم قاب خمشی ویژه ضریب رفتار ۱۰ است و طبق تعریف موجود در آیین نامه ی ۲۸۰۰، خاک نوع III انتخاب شده است. ابعاد این مدل ۱۰.۵ × ۱۳.۵ m می باشد. مشخصات مصالح به­کار رفته در جدول ۴-۲ نمایش داده شده است.

برای تمام مدل­ها بارگذاری و مصالح مورد استفاده یکسان است و فقط تعداد طبقات در مدل­ها تغییر می­ کند.
۴-۳ انتخاب رکوردهای زلزله