طراحی ظرفیتی، فلسفه طراحی لرزهای است که در آن عناصر شکلپذیر بهطور عمدی انتخاب میشوند تا نخست تسلیم شوند، در حالی که همه عناصر دیگر با طراحی مقاومت کافی برای باقیماندن کشسان محافظت میشوند. این رویکرد تضمین میکند که تغییرشکل غیرکشسان تنها در مکانهای کنترلشده و شکلپذیر رخ دهد.
طراحی ظرفیتی، فلسفه طراحی است که بهصراحت مکان و سازوکار تغییرشکل غیرکشسان در یک سازه را کنترل میکند. اصل آن ساده اما قدرتمند است: عناصر یا نواحیای را که تسلیم شکلپذیر در آنها قابل قبول و مطلوب است شناسایی کنید، سپس آنها را طوری طراحی کنید که نخست تسلیم شوند و به همه عناصر دیگر مقاومت کافی برای باقیماندن کشسان بدهید. این کار یک سلسلهمراتب کنترلشده مقاومت ایجاد میکند — سازوکاری شکلپذیر که انرژی را بدون ایجاد فروریزش اتلاف میکند. این فلسفه توسط تام پاولی و ام. جی. ان. پریستلی در دهه ۱۹۷۰ صورتبندی شد و به بنیان آییننامههای طراحی لرزهای مدرن در سراسر جهان تبدیل شده است.
رایجترین کاربرد طراحی ظرفیتی در قابهای خمشی است که هدف آن اطمینان از تشکیل مفصل در تیرها بهجای ستونها است. این امر از طریق اصل «ستون قوی، تیر ضعیف» حاصل میشود: مجموع ظرفیتهای خمشی ستونها در یک اتصال باید از مجموع ظرفیتهای خمشی تیرها با ضریبی (معمولاً ۱/۲ یا بیشتر) فراتر رود. این کار تضمین میکند که وقتی قاب بهصورت جانبی پوشیده میشود، مفصلها در انتهای تیرها — جایی که شکلپذیری از طریق جزئیات دقیق تأمین میشود — تشکیل میشوند نه در ستونها که میتواند به فروریزش طبقه نرم منجر شود. ظرفیت خمشی مورد نیاز ستون از ظرفیت خمشی افزونمقاومت تیر (گشتاور پلاستیک تیر ضربدر ضریب افزونمقاومت) محاسبه میشود، نه از گشتاور طراحی تجویزشده آییننامه. اصول مشابه برای برش در تیرها و ستونها (طراحی برای برش متناظر با افزونمقاومت خمشی، نه فقط برش طراحی)، اتصالات تیر-ستون (طراحی برای باقیماندن کشسان)، پیها (طراحی برای باقیماندن کشسان تا تغییرشکل غیرکشسان در روسازه رخ دهد) و اتصالات در سازههای فولادی (طراحی برای ظرفیت پلاستیک عناصر متصل) اعمال میشود.
طراحی ظرفیتی بهشدت با ضریب رفتار (R) مورد استفاده در طراحی مبتنی بر نیرو گره خورده است. ضریب R تقاضای لرزهای کشسان را بر ضریبی (۲ تا ۸) تقسیم میکند که شکلپذیری و افزونمقاومت سامانه سازهای را بازتاب میدهد. با این حال، رویکرد ضریب R فرض میکند که سازه همانطور که در نظر گرفته شده پاسخ میدهد — با سازوکارهای شکلپذیری که همانطور که طراحی شده توسعه مییابند. طراحی ظرفیتی، سازوکاری است که تضمین میکند این فرض برقرار بماند. بدون طراحی ظرفیتی، ضریب R فرضی خوشبینانه درباره رفتاری است که ممکن است محقق نشود. آییننامههای سراسر جهان امروز اصول طراحی ظرفیتی را برای همه سازههایی که ضریب R بالاتر از ۱ به آنها اختصاص یافته الزامی میدانند. در عمل، طراحی ظرفیتی از مهندس میخواهد تقاضای افزونمقاومت بر عناصر محافظتشده — حداکثر نیرویی که میتواند توسط تسلیم عناصر شکلپذیر به آنها رسانده شود — را محاسبه کند و آن عناصر را برای آن نیرو طراحی کند. این امر اغلب به مقاطع بزرگتر، آرماتور بیشتر یا اتصالات قویتر از آنچه نیروهای طراحی با کمینه آییننامه میطلبیدند منجر میشود، اما سازهای تولید میکند که تحت زلزلههای واقعی همانطور که در نظر گرفته شده رفتار میکند. زلزلههای نورتریج ۱۹۹۴ و کوبه ۱۹۹۵ درسهای دردناکی درباره پیامدهای طراحی ظرفیتی ناکافی، بهویژه در اتصالات خمشی فولادی و ستونهای بتن مسلح، ارائه کردند.