به طور کلی در مبحث دهم ویرایش 1401 دو روش کلی برای تحلیل سازه‌های فولادی ارائه شده است. البته روش تحلیل مرتبه اول محدود شده در ویرایش قبلی وجود داشت که در ویرایش جدید حذف شده است.
در ویرایش جدید AISC (ویرایش 2005به بعد) روش جدیدی تحت عنوان روش تحلیل و طراحی مستقیم در کنار روش‌های طراحی تنش مجاز و حالات حدی ارائه شده است. در این روش اثرهای ثانویه، تنش‌های پسماند و خطاهای هندسی بطور مستقیم در تحلیل لحاظ می‌شوند.
طبق بند 10-2-1-3-الف در روش تحلیل مستقیم تمامی آثار ذکرشده در بند 10-2-1-1 (الزامات عمومی پایداری) به صورت مستقیم در تحلیل سازه لحاظ می‌گردند. در این روش، مقاومت‌هاي موردنیاز براساس الزامات و محدودیت‌هاي بخش 10-2-1-5-1 (الزامات و محدودیت‌های روش تحلیل مستقیم) و مقاومت‌هاي موجود اعضا مطابق با بخش‌هاي 10-2-2 تا 10-2-9 (تمام ضوابط غیرلرزه‌ای مبحث دهم به غیر از بخش پایداری) تعیین می‌شوند. استفاده از این روش براي تمامی سازه‌هاي فولادي و مختلط مجاز است.
محدودیت‌ها و الزامات روش تحلیل مستقیم
طبق بند 10-2-1-5-1 براي تعیین مقاومت‌هاي موردنیاز اعضا و طراحی آنها و تحلیل و طراحی به روش تحلیل مستقیم، باید محدودیت‌ها و الزامات زیر تأمین شوند:
الف- محدودیت‌ها
در تحلیل و طراحی به روش تحلیل مستقیم هیچگونه محدودیتی وجود ندارد.
ب- الزامات
1) تحلیل سازه مطابق بند 10-2-1-4 (روش تحلیل مرتبه دوم) براساس یکی از روش‌هاي تحلیلی مرتبه دوم باشد.
2) مطابق الزامات بند 10-2-1-5-1-1 آثار نواقص هندسی اولیه (شامل کجی و ناشاقولی) در تحلیل مرتبه دوم منظور شود.
3) مطابق الزامات بند 10-2-1-5-1-2 تحلیل مرتبه دوم براساس سختی کاهش‌یافته اعضا صورت گیرد.
4) مقاومت موجود کلیۀ اعضاي داراي بار محوري فشاري با ضریب طول مؤثر یک K=1 تعیین شود.
ملاحظات نواقص هندسی اولیه
طبق بند 10-2-1-5-1-1 در روش تحلیل مستقیم، آثار نواقص هندسی اولیه (شامل کجی و ناشاقولی اعضا) باید از طریق مدل کردن این نواقص در تحلیل مرتبۀ دوم سازه انجام پذیرد. در سازه‌هایی که بارهاي ثقلی عمدتاً توسط ستون‌ها، دیوارها یا قاب‌هاي قائم تحمل می‌شوند، به جاي در نظر گرفتن نواقص هندسی اولیه در مدلسازي، می‌توان به شرح زیر یک بار جانبی فرضی در طبقات ساختمان اعمال نمود:
Ni=0.002αYi
در رابطه فوق، α=1.0 (LRFD) α=1.6 (ASD)
که در آن، مقدار Ni بار جانبی فرضی در طبقۀ iام، Yi بار ثقلی در طبقۀ iام متناسب با ضرایب بار به‌کاررفته در ترکیبات مختلف بارگذاري در هنگام اعمال بار جانبی فرضی (Ni) به طبقات ساختمان، است. اگر در سازه‌ای بارهای جانبی حاکم باشند، بارهای فرضی تاثیر محسوسی در عملیات طراحی نخواهند داشت. بارهای فرضی بایستی مانند بارهای زلزله بصورت رفت و برگشتی معرفی شوند. مطابق شکل زیر، در صورتی که به این میزان خروج از مرکزیت برای ستون در نظر گرفته شود، لنگر M=PD=PL/500 در اثر این خروج از مرکزیت ایجاد خواهد شد. برای در نظر گرفتن این اثر، آیین‌نامه در تحلیل سازه، یک نیروی خیالی به میزان P/500 در بالای ستون در نظر می‌گیرد که باعث ایجاد یک لنگر به میزان M=PL/500=0.002PL در پای ستون خواهد شد.
در این ارتباط توجه به نکات زیر ضروري است:
1) توزیع بار جانبی فرضی در کف هر طبقه باید مشابه توزیع بارهاي ثقلی در کف همان طبقه در نظر گرفته شود.
2) بار جانبی فرضی (Ni) باید به کلیۀ ترکیبات بارگذاري اضافه شود. در مواردي که نسبت تغییرمکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه دوم به تغییرمکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه اول تحت اثر ترکیبات بارگذاري LRFD یا 1.6 برابر ترکیبات بارگذاري ASD (یا به طور تقریبی مقدار ضریب تشدید B2 در تحلیل الاستیک مرتبه اول تشدیدیافته) با احتساب سختی کاهش یافتۀ اعضا (مطابق تنظیمات بند 10-2-1-5-1-2) در کلیۀ طبقات کوچکتر یا مساوي 1.7 باشد، می‌توان بارهاي جانبی فرضی (Ni) را فقط در ترکیبات بارگذاري ثقلی منظور نمود و از اثر آنها در ترکیبات بارگذاري شامل بارهاي جانبی صرفنظر نمود.
3) بارهاي جانبی فرضی باید در راستایی به سازه اعمال شود که بیشترین اثر ناپایداري را داشته باشد. در ترکیبات بارگذاري ثقلی، بارهاي جانبی فرضی باید به طور مجزا در دو راستاي متعامد و به صورت رفت و برگشت در نظر گرفته شود.
تبصره: کاربرد ملاحظات نواقص هندسی اولیه فقط براي تعیین مقاومت‌هاي موردنیاز اعضا محدود می‌گردد و براي سایر مقاصد طراحی (نظیر کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقات، کنترل خیز تیرها، کنترل ارتعاش اعضا و کف‌ها و محاسبۀ زمان تناوب اصلی ساختمان) در نظر گرفتن آثار نواقص هندسی اولیه ضروري نیست.
کاهش سختی اعضا
طبق بند 10-2-1-5-1-2 در تحلیل و طراحی به روش تحلیل مستقیم براي تعیین مقاومت‌هاي موردنیاز در تحلیل مرتبه دوم، باید به شرح زیر از ضرایب کاهش سختی استفاده شود:
1) ضریب کاهش 0.8 براي کلیۀ سختی‌هایی که در پایداري سازه مؤثرند. اعمال این ضریب کاهش براي کلیۀ سختی‌هاي تمامی اعضا، حتی اگر در پایداري سازه نقشی نداشته باشند، نیز مجاز است.
2) علاوه بر ضریب کاهش 0.8 یک ضریب کاهش اضافی τb نیز به شرح زیر در سختی خمشی اعضایی که در پایداري سازه مؤثر هستند:
که در آن (EI)* صلبیت خمشی کاهش‌یافتۀ عضو، E مدول الاستیسیتۀ فولاد، I ممان اینرسی مقطع عضو حول محور خمش، τb ضریب کاهش اضافی سختی خمشی مطابق رابطۀ زیر:
در رابطه فوق، α=1.0 (LRFD) α=1.6 (ASD)
همچنینPr مقاومت محوري فشاري موردنیاز و Py مقاومت تسلیم محوري عضو Py=AgFy است. درصورتی‌که عضو فشاري لاغر باشد، در تعیین مقاومت تسلیم محوري باید از مساحت مؤثر مقطع (Ae) استفاده شود.
استثناء: در اعضاي با مقطع مختلط پرشده با بتن یا محاط در بتن، مقدار τb باید برابر 0.8 در نظر گرفته شود.
3) وقتی از روش بار جانبی فرضی براي مدلسازي نواقص هندسی اولیه استفاده شده است، به جاي استفاده از τb متغیر در رابطۀ اخیر به منظور کاهش اضافی سختی خمشی اعضا، می‌توان مقدار τb را براي کلیۀ نسبت‌هاي Pr/Py برابر یک فرض کرد، مشروط بر اینکه یک بار جانبی فرضی اضافی برابر 0.001aYi به کلیۀ طبقات ساختمان اعمال شود. این بار جانبی فرضی اضافی باید در کلیۀ ترکیبات بارگذاري به همراه بارهاي جانبی و بارهاي جانبی فرضی در اثر نواقص هندسی اولیه در نظر گرفته شود. مورد 2 از بند 10-2-1-5-1-1 شامل این بار جانبی اضافی نمی‌شود.
4) چنانچه در یک سیستم سازه‌اي براي تأمین پایداري آن از اعضایی با مصالح دیگري به جزء فولاد استفاده شده باشد و مقررات سازه‌اي مربوط به نوع مصالح ضریب کاهش سختی کوچکتري (کاهش سختی بیشتري) را الزام کرده باشد، براي آن نوع اعضا باید ضریب کاهش سختی کوچکتر مورد استفاده قرار گیرد.
تبصره: در روش تحلیل مستقیم کاربرد سختی کاهش یافته فقط در تحلیل مرتبه دوم و براي تعیین مقاومت‌هاي موردنیاز اعضا محدود می‌گردد و براي سایر مقاصد طراحی (نظیر کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقات، کنترل خیز تیرها، کنترل ارتعاش اعضا و کف‌ها و محاسبۀ زمان تناوب اصلی ساختمان) نباید از ضرایب کاهش سختی استفاده شود.