سازه‌های ساخته شده از شاهتیرهای فولادی عمدتا برای حمل بارهای عمودی طراحی می‌شوند و بارهای جانبی توسط مهاربندهای عرضی که در پیرامون سازه قرار دارند تحمل می‌شوند. وظیفه اصلی تیرها و شاهتیرهای فولادی در این سیستم سازه‌ای حمل بارهای سقف یا کف و انتقال آنها به ستونها است.
ابعاد تیرها و شاهتیرها تحت اثر بارهای گرانشی می‌تواند با استفاده از جداول و آیین نامه‌های استاندارد برای شاهتیرهای فولادی و اتصالات تعیین شود. پیکربندی شاهتیرها و ستونها بسیار بهینه شده است، و اکثر اعضای آن دارای زوایایی با ضخامت مشخص شده به میزان Q در هر اینچ است.
این ویژگی‌ها باعث می‌شود که این سازه‌ها به ویژه برای فضاهای بزرگ بدون ستون، اقتصادی و سبک باشند. ستونها عمدتا برای تحمل بارهای محوری طراحی شده‌اند که در نتیجه باعث می‌شود ستونها لاغر و سبک باشند.
مقاومت در برابر بارهای جانبی به طور کلی توسط مهاربندهای موجود در فریم‌های انتهایی انجام می‌شود، میزان جابجایی افقی مجاز تحت بار باد از H / 50 به H / 200 متغیر است که در آن H ارتفاع سازه است.
بنابراین این قاب‌ها در مقایسه با قاب‌های معمولی به میزان قابل توجهی می‌توانند آزادانه در جهت افقی جابجا شوند.
در گذشته، این سازه‌ها بدون توجه به بارهای لرزه‌ای طراحی می‌شدند.
این رویکرد با ظهور طراحی‌های مبتنی بر عملکرد، در حال تغییر است، زیرا محافظت از سازه، ساکنین و محتویات آن در هنگام وقوع زلزله از اهمیت بیشتری برخوردار شده است.
علاوه بر این، به دلیل این که این سازه‌ها فضاهای بسیار بزرگ را پوشش می‌دهند، نیاز به توسعه یک دیافراگم موثر در پشت بام برای حمل بارهای جانبی نیز مورد توجه قرار گرفته است.
در این میان با تبدیل تمام فریم‌ها به عناصر مقاوم در برابر بارهای جانبی، می‌توانید از مزایای بیشتری برای بهره وری بیشتر از عملکرد فریم برخوردار شوید.
در حال حاضر هیچ آیین نامه مشخصی برای طراحی سازه‌ها با تیرچه فولادی با جان باز و شاهتیرهای فولادی به عنوان قاب‌های خمشی وجود ندارد و فقط یک مقاله فنی منتشر شده توسط SJI به عنوان یک مرجع در دسترس وجود دارد (SJI، 1999). علاوه بر این، باید ملاحظات ویژه‌ای به لحاظ فلسفه طراحی قاب‌های لرزه‌ای برای اغلب فریم‌های ساختمانی در نظر بگیرید.
در روش SCWB، طراحی یک شاهتیر با رفتار شکل پذیر که خطر کمانش نداشته باشد بسیار دشوار است.
بنابراین، روش ستون ضعیف و تیر قوی (WCSB) در این مطالعه به عنوان یک راه حل ممکن برای طراحی لرزه‌ای فریم‌های شاهتیرهای فولادی یک سازه یک طبقه فولادی مورد بررسی قرار گرفته است.
در فریم‌های سازه‌های یک طبقه، SCWB یا WCSB می‌تواند عملکرد خوبی را در صورتی که با روش صحیح و رعایت جزئیات دقیق انجام شود، مورد استفاده قرار بگیرد.
اهداف اصلی توسعه یک روش لرزه‌ای ایمن و کارآمد برای سازه‌هایی با شاهتیرهای فولادی است که مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های طراحی لرزه‌ای گام به گام را جهت استفاده در دفاتر طراحی سازه‌ها ارائه می‌دهد.
مطالعات تجربی و تحلیلی با هدف تایید این روش در زیر تشریح شده‌اند. مراحل اصلی روش طراحی با نمونه‌های طراحی شده برای دو ناحیه لرزه‌ای مختلف نشان داده شده است.
روش طراحی لرزه‌ای برای شاهتیرهای فولادی
این روش به دو قسمت مختلف تقسیم شده است و عملا شبیه روشی است که در حال حاضر برای سازه‌های دارای شاهتیرهای فولادی بدون اتصالات گیردار استفاده می‌شود.
مراحل بعد طراحی لرزه‌ای بوده و به سه بخش عمده تقسیم می‌شود: الف) تعیین بارها و توزیع این بارها بین شاهتیرهای باربر و اتصالات آنها؛ ب) ارزیابی عملکرد سیستم؛ و ج) جزئیات سیستم.
با توجه به آزمایش در مقیاس واقعی، مشخص شده است که ناپایداری ستون پس از دستیابی به یک مکانیزم WCSB یک مسئله مهم است.
اگر چه ناپایداری خارج از صفحه تاثیر زیادی بر ظرفیت باربری نهایی قاب سه بعدی دارد، اما توانایی ستون‌های OMF برای مقاومت در برابر الاستیسیته محدودی که انتظار می‌رود فراتر از محدوده این مقاله است. به این ترتیب، فرض می‌شود که قاب یا عضو مورد نظر به صورت جانبی مهاربندی شده است. نمونه‌های طراحی شده در این مطالعه برای بررسی قاب‌های خمشی معمولی و آیین نامه لرزه‌ای aISC برای ساختمان‌هایی با شاهتیرهای فولادی (aISC، 2005)، که بعدها تحت عنوان ویرایش لرزه‌ای aISC شناخته شده است مورد استفاده قرار گرفتند.
از آنجا که این نوع سیستم سازه‌ای به صراحت در این آیین نامه‌ها به رسمیت شناخته نشده‌اند، فرایند طراحی و روش‌های تکمیل شده در این پروژه دارای عملکرد مشابه یا برتری در مقایسه با تیرهای OMF در نظر گرفته است.
به طور خاص، رویکرد طراحی بر مبنای ظرفیت باربری برای حصول اطمینان از این موضوع است که مکانیزم رفتار شکل پذیر رفتار سازه را کنترل می‌کند. باید به وضوح درک کرد که اتصال ضعیف در سیستم شاهتیری معمولی اغلب رفتار سازه‌ها را کنترل می‌کند.
طراحی و ساخت شاهتیرها به طور کلی منجر به ایجاد اعضایی می‌شود که تعیین مقاومت واقعی آنها، بر خلاف مقاومت اسمی، دارای محاسبات پیچیده‌ای است و رفتار آنها توسط کمانش اعضای مورب کنترل می‌شود.
به این ترتیب، روش طراحی به گونه‌ای باید نظر گرفته شود که تا حد مجاز ماکزیمم را برای نیروی اعمال شده تعیین کند به گونه‌ای که رفتار آن در محدوده الاستیک باقی بماند.
به عنوان یک OMF معمولی، اتصالات نیز برای نیروهای اعمال شده طراحی شده‌اند ، به جز در مواردی که ستون به عنوان یک المان تسلیم شونده در نظر گرفته شود.