قسمت 2: انواع بارهای (خارجی) وارد برسازه

انواع بارهای وارد بر سازه

به‌طورکلی بارگذاری در سازه را می‌توان به 3 دسته‌بندی زیر طبق شکل تقسیم‌بندی نمود:

چارت بارگذاری سازه مهندسی عمران

مسیر انتقال بار در سازه:

مسیری که بار طی می‌کند تا به زمین برسد را مسیر انتقال بار گویند. سازه، بار خارجی وارد بر طبقه را از دال به تیر فرعی، از تیر فرعی به تیر اصلی، از تیر اصلی به ستون و از ستون به پی و زمین منتقل می‌کند. در اثر این نیروی خارجی در اعضای قاب یعنی دال، تیر فرعی، تیر اصلی، ستون و پی نیروی داخلی ایجاد می‌شود. حالا اگر نیروی داخلی ایجادشده در اعضاء بیشتر از مقاومت عضو شود، آن عضو دچار آسیب می‌شود.

مسیر بارگذاری سازه

انواع بارهای خارجی:

بارهای مرده:

بارهای ثابتی (بار استاتیکی) که ناشی از وزن اجزای سازه‌ای هستند و در طول عمر سازه، مقدار و محل اثرشان ثابت می‌باشد. این بارها معمولا شامل وزن اجزای دائمی ساختمان‌اند مثل وزن تیرها، ستون‌ها، کف‌ها، دیوارها، راه‌پله و وزن تأسیسات و تجهیزات. مقدار این بار را می‌توانید به‌راحتی هرچه‌تمام‌تر از حاصل‌ضرب حجم در وزن مخصوص مصالح مورداستفاده برای اجزای مختلف ساختمان به دست آورید. به‌علاوه، وزن مخصوص مصالح مورداستفاده در سازه موردنظرتان را می‌توانید از مبحث 6 استخراج نمایید.

بار مرده

بارهای زنده:

بارهای متحرکی که به لحاظ مقدار و محل اثر، وضعیت نامشخصی دارند را بارهای زنده نامند (تفاوت مهم بارهای مرده و زنده در همین نکته نهفته است که بارهای زنده مقدار و محل اثر متغیری دارند). مثلاً در پل، وزن ماشین‌هایی که از روی پل رد می‌شوند و در ساختمان، وزن انسان‌هایی که در سازه رفت‌ وآمد دارند، مثال‌های ساده‌ای از بار زنده می‌باشند. با توجه به ماهیت تصادفی بار زنده، برآورد مقدار دقیق آن غیرممکن است. برای همین بارهای زنده را بر اساس جداول آیین‌نامه­ای (که از آمارگیری‌ها و تحقیقات صورت گرفته بر روی سازه‌ها با کاربری‌های مختلف به‌دست‌آمده) محاسبه می‌کنند. بار زنده بر اساس سرعت اثرش برسازه، به‌صورت استاتیکی و دینامیکی در نظر گرفته می‌شود. وزن افرادی که در سازه رفت‌وآمد می‌کنند، نمونه‌ای از بار زنده استاتیکی  و بار ضربه ناشی از آسانسور نمونه‌ای از بار زنده دینامیکی است.

بار زنده

بار برف:

به‌طورکلی بارش برف و انباشته شدن آن بر روی بام، باعث ایجاد بار ثقلی بر روی سازه می‌شود. این بار ثقلی در شرایط خاص می‌تواند بحرانی شده و در انتها موجب تخریب سازه شود. بار برف را فقط باید برای بام و سطوح دیگر ساختمان که امکان انباشه شدن برف در آن ها وجود دارد مانند بالکن‌ها در نظر گرفت. در بیشتر آیین‌نامه‌های معتبر بارگذاری دنیا، وزن برف انباشته‌شده روی بام را از روی وزن برف انباشته‌شده روی سطح زمین افقی به دست می‌آورند. برای این کار  بار برف روی سطح زمین با اعمال ضرایبی افزایشی و کاهشی به بار برف در بام تبدیل می‌شود. در مبحث ششم، این ضرایب به موقعیت جغرافیایی و شرایط اقلیمی، بافت شهری (تأثیر کنار هم قرار گرفتن ساختمان‌ها)، شکل و کاربری ساختمان بستگی دارند.

بار برف

بار باد:

بار باد جریان هواست که از نقاط پرفشار به نقاط کم‌فشار حرکت می‌کند. باد ازجمله بار‌های جانبی وارد برسازه است. ازآنجایی‌که جهت و مقدار نیروی باد در طول زمان متغیر است، پس ما با یک نیروی دینامیکی سروکار داریم و برای محاسبه‌ی نیروی آن باید از روش‌های دینامیکی استفاده کنیم. اما در ساختمان‌های با ارتفاع کم و متوسط که سختی سازه زیاده و رفتار سازه نسبتاً صلب می‌باشد، آیین‌نامه این اجازه را می‌دهد که اثرات دینامیکی باد را توسط بارهای استاتیکی معادل در نظر بگیریم.

باد می‌تواند در هر جهتی به سازه برخورد کند. بنابراین درروند طراحی، باید نیروی باد را در تمام جهات به سازه اعمال کرد و حالت بحرانی‌تر را برای طراحی در نظر گرفت. ذرات هوا هنگامی‌که به مانعی برخورد می‌کنند، قسمتی از انرژی جنبشی خود را تبدیل به فشار وارد بر سطح می‌کنند و این موضوع باعث می‌شود که به سطح، فشار و نیرو وارد شود. بار باد به‌سرعت باد، شکل ساختمان، ارتفاع ساختمان، میزان پوشش و گرفتگی محیط اطراف ساختمان بستگی دارد.

بار باد

بار زلزله:

زلزله پدیده تصادفی است یعنی در هر مکان و زمانی احتمال وقوع زلزله وجود دارد. بار زلزله در همه جهات به سازه، نیرو وارد می‌کند برای همین هم سازه‌ها باید به‌گونه‌ای طراحی شوند تا در تمام جهات، دارای سختی و مقاومت کافی در برابر نیروهای ناشی از زلزله باشند. ازآنجاکه طراحی سازه در همه جهت‌ها، کار دشوار و عملاً غیرممکنی می باشد، آیین‌نامه‌ها بجای طراحی در همه جهات، سازه را در دو راستای عمود بر هم در برابر نیروی زلزله طراحی می‌کنند. به­علاوه زلزله بار رفت و برگشتی است که در مدت‌زمان کوتاهی به سازه وارد می‌شود و در طول این زمان، مقدار و جهتش متغیر می‌باشد. درنتیجه نیروی زلزله، نیرویی دینامیکی است و برای تحلیل سازه باید از روش‌های دینامیکی استفاده شود تا اثرات دینامیکی بار در نظر گرفته شود.

ازآنجایی‌که تحلیل دینامیکی سازه‌ها کار پیچیده‌ای می‌باشد، بسیاری از آیین‌نامه‌ها (ازجمله استاندارد 2800) یک روش ساده‌شده‌ای را پیشنهاد دادند که بار دینامیکی را با یک‌بار ثابت و استاتیکی که به زمان وابسته نیست جایگزین می‌کند. به خاطر این ساده‌سازی یکسری خطا در محاسبات ایجاد می‌شود، اما برای اینکه این روش خطای زیادی ایجاد نکند، آیین‌نامه‌ها محدودیت‌هایی را برای استفاده از روش استاتیکی مطرح نموند.

بار زلزله

سایر بارگذاری‌ها:

در مقایسه با بارگذاری‌های فوق، بارهای این دسته، به‌صورت محدودتری به سازه وارد می‌شود. درنتیجه اهمیت کمتری دارند اما بالاخره وجود داشته و نیاز به محاسبه و اعمال آن‌ها به ساختمان در صورت لزوم می‌باشد.

الف) بار باران:

باوجود اینکه اغلب در محاسبه بار زنده به آب توجه آنچنانی نمی‌شود حتمآ باید در موقع طراحی آن را  مورد­توجه قرار داد. بار باران به‌طورکلی کمتر از بار برف است، ولی باید به خاطر داشت که ذخیره شدن آب منجر به مقدار قابل‌ملاحظه‌ای بار می‌شود. همچنان که آب جمع می‌شود بام تغییر شکل داده و خم می‌شود در نتیجه این باعث می‌شود که آب بیشتری جمع شده و منجر به تغییر شکل زیادتری گردد. این پدیده که موسوم به حوض شدن می‌باشد ممکن است باعث فروریختن نهایی بام شود.

بار باران

ب) یخ‌زدگی:

یخ روی اجزاء بیرون آمده به‌خصوص روی قطعات تزئینی خارجی که در جز بار وزنشان بار دیگری به آن ها وارد نمی­شود، جمع می‌شود. ازاین‌رو لازم است که این قطعات چنان طرح و اتصال داده شوند که بارهای سنگین قندیل‌های یخ را تحمل کنند. به‌علاوه، تشکیل یخ روی سازه‌های خرپایی باز باعث ازدیاد سطح و وزن می­شود که منجر به‌اضافه شدن بار می‌شود.

یخ زدگی

ج) بار انفجار:

ساختمان ممکن است نه‌تنها نیروهای فشاری خارجی بلکه نیروهای فشاری داخلی ایجادشده در اثر انفجار را نیز تحمل کند. فروریختن قسمتی از یک ساختمان آپارتمانی در لندن در سال 1968 توجه زیادی را به این بارگذاری جلب نمود. اکثر ساختمان‌ها هرگز با چنین نیروهایی مواجه نخواهند شد، ولی احتمال انفجار مواد منفجره در اثر خرابکاری یا اشتعال تصادفی گازهای آتش‌گیر در اثر نشت یا آتش همیشه وجود دارد.

در اثر انفجارات فشارهای زیادی در منطقه انفجار ایجاد می‌گردد و بارهای خیلی زیادی به عناصر ساختمان وارد می‌شود که منجر به ترکیدن و به خارج پرتاب شدن پنجره‌ها، دیوارها و کف ها می‌گردد. این فشار داخلی باید به‌صورت موضعی محدود و کنترل شود و نباید باعث فروریختگی تدریجی ساختمان گردد.

علل ممکن برای بارهای انفجاری خارجی از غرش‌های صوتی نسبتآ کم‌اهمیت است (مانند پنجره‌های شکسته شده و دیوارهای گچی ترک‌خورده). تحقیقات وسیعی روی واکنش سازه‌ها در برابر اثرات سلاح‌های اتمی در جریان است تا بتوان ساختمان را چنان طرح کرد که در مقابل حمله اتمی مقاوم باشند.

بار انفجار

ترکیب بار:

ذکر این نکته خالی از لطف نیست که بارگذاری‌های فوق به‌صورت مجزا وارد نشده و ممکن است چند بار به‌صورت همزمان به سازه اعمال شود. درنتیجه بایستی ترکیب بارها را در ساختمان موردنظر در نظر گرفت. درنتیجه، آئین‌نامه‌ها برای وارد نمودن صحیح بارها به سازه از ترکیب بارهای مختلف که متشکل از یک یا چند نوع بارگذاری هستند را معرفی نموده است.

ترکیب بار

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

17 − 1 =

توسط
تومان