در نتیجه تمایل حرفه مهندسی سازه برای حرکت به سمت طراحی بر اساس عملکرد، برآورد تقاضاهای لرزه ای سازه، اهمیت تازه ای بدست آورده است. ازاین رو در سال های اخیر، روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی معادل متعددی برای تخمین نیازهای لرزه ای سازه ها ارایه شده است؛ اما تعداد پژوهش هایی که توسط پژوهشگران مستقل برای بررسی دقت و کفایت این روش ها رهبری شده، بسیار اندک است. بنابراین هدایت پژوهش هایی جامع برای شناسایی محدودیت ها و کاستی های احتمالی این روش ها و مقایسه کارآیی آنها نسبت به یکدیگر، ضروری است. در این مقاله، دقت یک روش پیشرفته تحلیل استاتیکی غیرخطی معادل در مقایسه با روش شناخته شده FEMA356 در برآورد تقاضاهای لرزه ای قاب های خمشی فولادی کوتاه مرتبه با نامنظمی هندسی در ارتفاع، مورد ارزیابی قرار گرفته است. روش مذکور، تحلیل استاتیکی غیرخطی بهنگام شونده براساس جابجایی ترکیب شده با روش طیف ظرفیت FEMA440 است؛ که به اختصار روش CSM-DAP نامیده می شود. روش های CSM-DAP و FEMA356 بر روی یک نمونه آماری متشکل از 44 قاب خمشی 5 طبقه که تحت اثر 14 شتابنگاشت زلزله دور از گسل قرار گرفته اند، اعمال شده و نتایج حاصل از آنها با نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی به عنوان جواب صحیح، مقایسه گردیده است. این نمونه آماری، دامنه گسترده ای از نامنظمی هندسی در ارتفاع را برای سازه های کوتاه مرتبه پوشش می دهد. پاسخ های لرزه ای مورد بررسی در این پژوهش، جابجایی بام، دریفت نسبی طبقه و برش پایه می باشند. نظر به حجم محاسبات روش CSM-DAP و نتایج این پژوهش مشاهده شد که برای قاب های کوتاه مرتبه، این روش مزیت چندانی نسبت به روش FEMA356 برای برآورد تقاضاهای لرزه ای ندارد.

یکی از روش های ساده شده که هر روز در حال پیشرفت و تکمیل شدن است آنالیز استاتیکی غیرخطی است که قابلیت ارزیابی مستقیم عملکرد سازه در هر حالت حدی و ارایه اطلاعات از رفتار غیرخطی سازه را دارا بوده و در عین حال پیچیدگی های آنالیز دینامیکی غیر-خطی را ندارد. در این مطالعه پاسخ سازه ای روش تحلیل استاتیکی غیر خطی استاندارد 2800، با آیین نامه ASCE/SEI 41-13 آمریکا و روش پوش آور بهنگام شونده بر اساس جابجایی (DAP) در سه مدل ساختمان بتن آرمه 3، 7 و 10 طبقه با شکل پذیری متوسط مورد مقایسه قرار گرفته است. به منظور بررسی دقت روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی و رفتار لرزه ای سازه ها، تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی (NTHA) که دقیق ترین روش برای ارزیابی نیاز های لرزه ای ساز ه ها تحت اثر شتابنگاشت های حرکت زمین است، با استفاده از 7 رکورد زلزله حوزه دور برای هر سازه انجام شده است. نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر آن است که در سازه 3 و 10 طبقه، دقت روش تحلیل استاتیکی غیر خطی استاندارد 2800 با توزیع نیرو های حاصل از تحلیل دینامیکی طیفی در تخمین جابجایی طبقات و جابجایی نسبی طبقه نسبت به روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی بیشتر می باشد. برای سازه 7 طبقه، روش پوش آور با الگوی بار بهنگام شونده بر اساس جابجایی، بیشترین دقت را بین روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی کلاسیک در تخمین پارامتر های جابجایی نسبی طبقات به خود اختصاص داده است. در سازه 3 و 10 طبقه روش تحلیل استاتیکی غیر خطی استاندارد 2800 با توزیع متناسب با نیرو های حاصل از تحلیل دینامیکی طیفی با درصد خطای کمتری، متوسط جابجایی نسبی طبقات را تخمین می زند. همچنین روش تحلیل استاتیکی غیر خطی استاندارد 2800 با توزیع یکنواخت متناسب با جرم طبقات در هر سه مدل سازه از دقت مناسبی برای تخمین جابجایی نسبی طبقات برخوردار نمی باشد و می تواند از استاندراد 2800 برای سازه های منظم حذف شود.

هدف از انجام مطالعه ی حاضر، ارزیابی کارایی و دقت رویکرد استاتیکی خطی در طراحی لرزه یی سازه ها براساس عملکرد است. تحلیل لرزه یی استفاده شده در رویکرد ذکر شده، ساده تر و از لحاظ محاسباتی کم هزینه تر از تحلیل های لرزه یی در رویکردهای غیرخطی و دینامیکی پیشنهادی در نشریه ی 360 است. برای این منظور، در مرحله ی اول پژوهش، طرح های بهینه ی 6 مدل قاب خمشی فولادی، شامل یک قاب 6 طبقه و یک قاب 12 طبقه و هر کدام در سه سطح عملکرد: استفاده ی بی وقفه، ایمنی جانی و آستانه ی فروریزش و در سطح خطر I و با توجه به رویکرد استاتیکی خطی و به کمک الگوریتم ژنتیک تعیین و در مرحله ی بعد، طرح های بهینه ی به دست آمده به وسیله ی رویکرد واقع بینانه تر استاتیکی غیرخطی از لحاظ عملکرد لرزه یی ارزیابی شده اند. نتایج ارزیابی نشان داد که طرح های بهینه ی به دست آمده از رویکرد خطی، طرح های قابل قبولی هستند و مقادیر زوایای چرخش خمیری در مفاصل تشکیل شده در اعضاء به طور قابل ملاحظه یی کمتر از مقادیر مجاز چرخش در سطح عملکرد موردنظر بوده است.

مهندسان سازه همیشه به دنبال طراحی سازه هایی بودند که بتوانند عملکردشان را هنگام زلزله پیش بینی کنند. با استفاده از روش طراحی مبتنی برعملکرد می توان سازه ها را مورد بررسی قرارداد تا رفتاری که در برخورد با زلزله مورد انتظار از خود نشان می دهند را مشاهده کرد. امروزه بهینه سازی در طراحی سازه ها از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. زیرا میزان هزینه برای اجرای یک سازه که از نظر اقتصادی بصرفه باشد بر اهمیت این موضوع تاثیر می گذارد. در این مطالعه بهینه سازی وزن قاب های مهاربندی همگرا بر اساس روش طراحی مبتنی بر عملکرد مورد سنجش قرار گرفته است. به دلیل آنکه یکی از مرسوم ترین روش های تحلیل برای ارزیابی عملکرد لرزه ای روش تحلیل استاتیکی غیرخطی می باشد در این مطالعه این روش به عنوان مبنای تحلیل به کارگرفته شده است. مباحث بهینه سازی به دو زیرمجموعه تابع هدف و محدودیت ها تقسیم بندی می شود. تابع هدف این پژوهش براساس معیاری از وزن سازه نوشته شده است. قیود مسئله بهینه سازی نیز شامل معیارهای پذیرش برای اعضای کنترل شونده توسط نیرو و کنترل شونده توسط تغییرشکل و سایر قیود طراحی در سطوح عملکردی مورد نظر هستند. به منظور امکان سنجی طراحی بهینه براساس مسئله تعریف شده بهینه سازی وزن دو قاب مهاربندی همگرای فولادی دوبعدی بااستفاده از الگوریتم فراابتکاری مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج حاصل از بهینه سازی نشان می دهد که می توان قاب مهاربندی همگرا را براساس روش مبتنی برعملکرد و با استفاده از الگوریتم فراابتکاری طراحی بهینه کرد.

روش ­های متفاوتی جهت تعیین الگوی بار جانبی استاتیکی ارائه شده است. علی­رغم سادگی روش ­های موجود، دقت این روش ­ها به ویژه در مورد سازه ­هایی که اثر مودهای ارتعاشی بالاتر در آن ها حائز اهمیت است، مطلوب نیست. در این مقاله یک روش جدید جهت اصلاح الگوی بارگذاری در تحلیل استاتیکی خطی ارائه شده است. در روش پیشنهادی ابتدا پاسخ میانگین سازه از تحلیل دینامیکی تحت چند رکورد زلزله محاسبه می ­گردد. سپس الگوی استاتیکی متناظر با این پاسخ از طریق محاسباتی مبتنی بر دینامیک سازه ­ها بسط می­ یابد. در پایان جهت کاربردی نمودن این ایده، با استفاده از یک جامعه آماری، رابطه و گرافی جهت محاسبه الگوی بارگذاری در سایر ساختمآن ها به دست می­آید. با توجه به استخراج این روش بر اساس پاسخ سازه تحت تحلیل تاریخچه زمانی خطی، نشان داده می­ شود که این روش دقت مناسبی در تخمین پاسخ سازه در برابر نیروی زلزله دارد. علاوه بر این دارای سادگی و کارآئی روش ­های سنتی نیز می ­باشد. روش توسعه یافته در تحقیق حاضر، برای سه قاب 5، 10 و 14 طبقه با دوره تناوب­ های مختلف و تحت تحریک 14 شتاب نگاشت، مورد ارزیابی قرار می ­گیرد و نتایج آن با الگوهای پیشنهادی استاندارد 2800 و دستورالعمل FEMA-356 مقایسه می­ گردد. نتایج نشان می دهد، متوسط خطای روش پیشنهادی در سازه 5، 10 و 14 طبقه تقریباً در حدود 7، 5 و 7 درصد است. در حالی که مقادیر خطای الگوهای پیشنهادی دو آیین­ نامه تقریبا 20، 10 و 25 درصد است. ضمناً مقایسه توزیع جابجایی نسبی در ارتفاع این قاب ­ها برای روش پیشنهادی و تحلیل دینامیکی، نشان از عملکرد مطلوب روش پیشنهادی دارد. نتایج حاصل از این بررسی نشان می ­دهد که روش پیشنهادی در محاسبه پاسخ سازه در مقایسه با روش تحلیل استاتیکی معادل استاندارد 2800 و دستورالعمل FEMA-356 از دقت بالاتری برخوردار است و می ­تواند جهت تعیین یک الگوی بار جانبی مناسب در آئین ­نامه ­های لرزه ­ای پیشنهاد گردد.