طراحی بر اساس ارزش

مقدمه ای بر روش جدید طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد (طراحی بر اساس ارزش)
در روش سنتی طراحی بر اساس عملکرد که عموم آیین نامه های بهسازی مثل (ASCE41-13 , FEMA356 و نشریه ۳۶۰) معمولا به این صورت عمل میشد که تحت چند سطح خطر مشخص طراحی سازه به نحوی صورت می‌گرفت که در هر سطح خطر سازه سطح عملکردی مورد انتظار (خدمت رسانی بی وقفه، ایمنی جانی، آستانه فروریزش و ...) را بر آورده کند. یکی از مشکلات اساسی روش سنتی طراحی بر اساس عملکرد آن است که باید حدودی از تغییرشکل، دریفت و ... برای هر سطح عملکردی باید تعریف شود که انتخاب این اعداد کار ساده ای نیست و منطق مشخصی ندارد (مثلا نسبت دریفت ۰.۷ درصد برای خدمت رسانی بی وقفه، ۲ درصد برای ایمنی جانی و ۵ درصد برای آستانه فروریزش مطابق FEMA440 و سایر حدودی که برای چرخش پلاستیک مفاصل پلاستیک تعریف میشود) نکته دیگر آنکه آیا فقط توجه به تغییرشکل های سازه و ارضای سطوح عملکردی میتواند منجر به بهینه ترین و ایمن ترین طرح شود؟ و اینکه گفتن سطوح عملکردی به مالکان ساختمان آیا دیدی به آنها میدهد که به صورت کیفی در رابطه با اقتصاد طرح قضاوت کنند؟ این محدودیت ها باعث شد تا شکل جدیدی از طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد طی پروژه ATC13 شکل بگیرد که نتیجه نهایی کار در نشریه FEMAp58 منتشر شده است. در روش جدید طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد که بهتر است اسم آن را طراحی لرزه ای بر اساس ارزش بگذاریم (VBD)، هیچ گونه حدودی لازم نیست برای دریفت و چرخش پلاستیک مقاطع و سطح عملکردی تعریف شود چرا که این حدود جهت دستیابی به طرح اقتصادی که کمترین هزینه چرخه عمر را دارد، قابل محاسبه هستند. این روش توام با مفاهیم آمار و احتمالات و مبتنی بر روشهای ارزیابی اقتصادی است.
 

در این روش تحت هر سطح خطر لرزه ای سازه را تحلیل غیرخطی نموده و مقادیر دریفت حداکثر طبقات سازه تحت هر سطح خطر لرزه ای تعیین میشود، از آنجایی که دریفت معیار خوبی برای ارزیابی خسارت سازه ای و غیرسازی است، تحت هر دریفت مطابق جداول ارائه شده در نشریه FEMAp58، درصد خسارت محاسبه میشود و از روی میزان خسارت تعمیرسازه تحت هر زلزله، مدت زمانی که تعمیر سازه به طول می انجامد و خسارت به خاطر از دست رفتن کاربری و تجهیزات و هزینه تلفات جانی (دیه افراد) ... ، میتوان تحت هر سطح خطر لرزه ای کل هزینه را بدست آورد این هزینه ها با توجه به دوره بازگشت زلزله به هزینه های زمان حال از روش های ارزیابی اقتصادی (با فرض نرخ سود) تبدیل می شود و با هزینه ساخت جمع میشود و بدین ترتیب هزینه چرخه عمر سازه بدست می آید و با این عدد و مقایسه بین طرح ها میتوان طرح برتر اقتصادی و ایمن را انتخاب نمود. لازم به توضیح است که در طراحی سنتی عملکردی طراحی سازه تحت زلزله های شدیدتر هر چند خسارت کم میشود اما به علت افزایش هزینه اولیه ممکن است اقتصادی نباشد و در مقابل نیز طراحی سازه تحت زلزله های با شدت کمتر نیز هر چند هزینه اولیه را کاهش میدهد اما خسارت مالی و جانی و از دست رفتن کاربری آن تحت زلزله طراحی و شدیدتر بیشتر خواهد بود، بنابراین طرح برتر از بین چند گزینه به راحتی قابل انتخاب نیست چون کیفی است (مثلا میگوییم خسارت کم میشود اما معلوم نیست چقدر کم میشود) اما در روش طراحی بر اساس ارزش چون همه چیز کمی است کارفرما (که لزوما مهندس سازه نیست) درک میکند طرح برتر چه ویژگی دارد و این روش صرفا به هزینه اولیه که معیار انتخاب طرح برتر در بین طراحان است، توجه نمی‌کند.
جالب است بدانید که طرح بهینه از دید روش طراحی بر اساس ارزش ممکن است سطوح عملکردی مجاز تعیین شده توسط روش طراحی سنتی بر اساس عملکرد را ارضا نکند!
 
تحلیل اقتصادی بخش مهمی از پروژه جامع یا برنامه ارزیابی با استفاده از روشی است که تمام اثرات کمی و کیفی و کلیدی سرمایه گذاری به عمل آمده در پروژه را مورد توجه قرار میدهد. در مسائل مهندسی روش های زیر جهت تحلیل اقتصادی مورد استفاده قرار میگیرد:
۱.تحلیل هزینه چرخه عمر(LCA)
۲.تحلیل هزینه تاثیر پذیری(CEA)
۳.تحلیل چند معیاری(MCA)
۴.تحلیل ریسک فایده (RBA)
۵.تحلیل هزینه فایده(CBA)
از بین روش های گفته شده در مباحث مهندسی عمران دو روش تحلیل هزینه فایده و تحلیل چرخه عمر متداول است
 
محمد طالبی کلاله

مزایای روش طراحی براساس عملکرد

مزایای روش طراحی براساس عملکرد سازه ها
مسایل و مشکلات چندی در روشهای طراحی براساس نیرو و کنترل تغییر مکان (روشهای رایج تاکنون) وجــود دارد که در روش طراحی براساس عملکرد تلاش گردیده تا مرتفع شوند. بعضی از این معضلات عبارتند از :
الف- استفاده از ضرایب کاهش نیرو و یا ضرایب شکل پذیری در طراحی سازهها منجر به ریسک یا خطرپذیـری غـیریکنواخت در آنها میگردد. از این روی شکلپذیری فاکتور ضعیفی جهت نشان دادن پتانسیل خرابی خواهد بود. به عبارت روشنتر اگر دو ساختمان متفاوت، براساس آیین نامهای واحد و با ضرایب کاهش نیرو و یا ضرایب شکل پذیری یکسان طراحی گردنــد ممکـن است تحت اثر زمین لرزهای مشخص، سطوح خرابی نامشابهی را نتیجه دهند که بنظر میرسد ایــن امـر بـا فلسـفه طیـف طـرح براساس ریسک یکنواخت سازگار نباشد.
ب- در اکثر ساختمانها (بخصوص در ساختمانهای فولادی بلند) محدودیتهای تغییر مکان نسبی طبقات، براساس مقـادیر واقعـی سختی و تغییر مکانهای شبیهسازی شده از تحلیلهای خطی و دستورالعملهای آیین نامه، در طرح لرزهای حاکم خواهد بود. این امر علاوه بر مساله عدم قطعیت در تعیین تغییر مکانهای نهایی، بر پیچیدگی طراحی نیز خواهد افزود چرا که فرآیند طراحی را به یک روند مسلسل وار و تکرارشونده تبدیل مینماید یعنی تکرار عملیات طراحی براساس نیرو و کنترل تغییر مکانها.
ج- محققان براین امر اتفاق نظر دارند که مساله خرابی برای یک عضو سازهای وابسته به کرنش و برای یــک عضـو غیرسـازهای مبتنی برتغییر مکانهای نسبی است. واضح است که در طراحی براساس نیرو، هیچ رابطهای بین مقاومت و خرابی وجود ندارد.