3.5/5
8رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود

یکی از مهم ‌ترین مسائل طراحی و اجرای هر ساختمان و سازه عمرانی انواع بارهای وارد بر آن است. در واقع مهندسین طراح تمامی تلاش خود را می ‌کنند تا این بارها به ‌طور کامل از قبل تشخیص داده‌ شده و به ‌درستی توزیع شود؛ زیرا هر چه توزیع بارهای وارد بر ساختمان متعادل‌ تر باشد مقاومت و ایمنی ساختمان بیشتر شده و طول عمر مفید ساختمان هم بالا می ‌رود؛ اما اگر به هر دلیلی مانند بی ‌دقتی یا صرف ‌نظر کردن از برخی موارد برای کاهش هزینه پروژه برخی از بارهای وارد بر ساختمان در نظر گرفته نشوند، احتمال خطر و ایجاد حوادث ناگوار جانی و مالی وجود دارد. پس همه مهندسان طراح و اجرایی باید انواع بارهای وارد بر ساختمان را بشناسند. علاوه بر آن جدول بار مرده و زنده در ساختمان از دیگر مسائل مهم در این زمینه است که از لینک مربوطه می توانید دریافت نمائید.

pdf محاسبه انواع بارهای وارد بر ساختمان

محاسبه انواع بارهای وارد بر ساختمان

بارهای وارد بر ساختمان های بلند

در مهندسی عمران به نیروهای وارد شده بر یک ساختمان بارهای وارد بر ساختمان می‌ گویند و منظور از بارگذاری سازه نیز مجموع نیروهایی است که بر یک ساختمان وارد می ‌شوند. این نیروها به‌ طور کلی به دو زیر گروه زیر تقسیم می ‌شوند:

  1. نیروهای خارجی: منظور از نیروهای خارجی نیروهایی است که دقیقاً از خارج ساختمان به آن وارد می ‌شوند.
  2. نیروهای داخلی: منظور از نیروهای داخلی، نیروهایی است که به دلیل وجود نیروهای خارجی در اجزای سازه ایجاد خواهند شد؛ بنابراین اگر نیروی خارجی وجود نداشته باشد، نیروی داخلی نیز ایجاد نخواهد شد.

مسیر انتقال بارهای وارد بر ساختمان چیست؟

مسیر انتقال بار در واقع مسیری است که یک نیرو باید در ساختمان طی کند تا بتواند از طریق اجزای ساختمان به زمین برسد؛ زیرا از نظر فنی وظیفه اصلی هر سازه که در داخل دیوارها و نماها پوشیده می ‌شود انتقال نیروها به زمین است. به این صورت که سازه مورد نظر تمامی بار خارجی وارد شده به هر طبقه را از دال به‌ طرف تیر فرعی، بعد به ‌طرف تیر اصلی، سپس به ستون و در نهایت از ستون به پی و زمین منتقل می ‌کند. تمامی نیروهای داخلی اجزای سازه ‌ای اعم از دال، تیر فرعی، تیر اصلی، ستون و پی به دلیل وجود نیروهای خارجی ایجاد می ‌شوند. اگر انواع بارهای وارد بر ساختمان به هر کدام از این اعضا کمتر یا نهایتاً برابر با توان آن جزء باشد از نظر مقاومتی مشکلی برای ساختمان ایجاد نمی ‌شود اما اگر به هر دلیلی نیروهای وارد شده از توان مقاومتی اجزا بیشتر باشد به ‌احتمال‌ زیاد سازه تخریب ‌شده و یا با مشکل مواجه می ‌شود.

انواع نیروهای جانبی در ساختمان به‌ صورت خارجی

انواع نیروهای جانبی در ساختمان به‌ صورت خارجی

1.نیروهای خارجی وارد بر ساختمان بر اساس اینکه از چه منبعی ایجاد می ‌شوند به دو گروه زیر تقسیم می ‌گردد:

  • بارهایی که از طرف طبیعت مانند نیروی جاذبه زمین یا وزن اسکلت، بار برف، نیروی یخ‌ زدگی، نیروی باران، نیروی باد و مواردی از این‌ دست ایجاد می ‌شوند.
  • بارهایی که از طریق انسان مانند راه رفتن، جابه‌جایی وسایل، بار انفجار، بار ضربه و … ایجاد می ‌شوند.

 2. بارهای وارد بر ساختمان از نظر جهت اعمال نیرو به دو گروه زیر تقسیم می ‌شوند:

  • بارهایی که در جهت قائم وارد می ‌شوند یا بارهای ثقلی مانند بارهای مرده، زنده، برف و … که به ساختمان وارد می ‌شوند.
  • بارهایی که در جهت افقی یا به ‌صورت جانبی به ساختمان وارد می ‌شود که از جمله آن ‌ها می ‌توان به نیروهای ناشی از باد و زلزله اشاره کرد.

3. نیروهای خارجی وارد بر ساختمان از نظر سرعت اعمال بار نیز به دو گروه زیر تقسیم می ‌شوند:

  • بارهای استاتیکی که به آرامی به سازه و ساختمان وارد می ‌شوند و از جمله آن‌ ها می ‌توان به بارهای مرده اشاره کرد که در طول زمان هم ثابت می ‌مانند و مقدارشان اضافه نمی ‌شود.
  • بارهای دینامیکی که همیشگی نیستند و به ‌طور ناگهانی به سازه وارد می ‌شوند. در نتیجه مقدار آن نسبت به زمان می ‌تواند تغییر کند. نیروهای باد و زلزله از جمله بارهای دینامیکی هستند.

تفاوت بار دینامیکی و استاتیکی

همان‌ طور که در قسمت قبل گفتیم انواع بارهای وارد بر ساختمان از نظر سرعت به دو نوع استاتیکی و دینامیکی تقسیم می ‌شوند. تفاوت اینجاست که در بارهای استاتیکی مقدار بار در طول زمان اصلاً تغییر نمی ‌کند؛ بنابراین نمی ‌تواند آثار مخربی برای ساختمان ایجاد نماید و نسبت به هر بار استاتیکی وارد شده مانند جابه‌جایی یک واکنش صحیح و به ‌موقع از سمت سازه وجود دارد؛ اما در بارهای دینامیکی به دلیل تغییر میزان بار در طول زمان و ناگهانی بودنش ممکن است از ظرفیت تحمل بار ساختمان بیشتر باشد که باعث آسیب و گاهاً تخریب سازه می ‌شود. در واقع در بارهای دینامیکی در هر بار اعمال نیروی ناگهانی که انجام می ‌شود واکنش سازه نیز کاملاً متفاوت خواهد بود. اگر بار دینامیکی از ظرفیت تحمل بار ساختمان کمتر باشد آسیب جدی به سازه نمی ‌زند؛ اما در صورتی ‌که بیشتر از ظرفیت ساختمان باشد می ‌تواند حتی باعث ریزش سازه شود.

تفاوت دیگر بارهای استاتیکی و دینامیکی به قانون دوم نیوتون یعنی F=m×a بر می ‌گردد که می‌ گوید هر نیرویی که به جسمی یا سازه ‌ای وارد شود نیروی واکنشی در طرف آن جسم یا سازه دریافت خواهد کرد که به آن اینرسی می‌ گویند. بارهای دینامیکی که دارای شتاب هستند باعث ایجاد اینرسی در ساختمان می ‌شوند اما در بارهای استاتیکی به دلیل شتاب صفر نیروی اینرسی در ساختمان ایجاد نخواهد شد؛ بنابراین زمانی که مثلاً به پی یک سازه یک نیروی خارجی افقی اعمال می ‌شود اگر به‌ صورت آهسته و استاتیکی باشد، سازه بدون اینکه بخواهد نیروی بیشتری را تحمل کند به نقطه ثانویه انتقال می‌ یابد؛ اما در صورتی ‌که این نیرو به ‌صورت مکانیکی و سریع اعمال شود در پی سازه شتاب ایجاد کرده و می ‌خواهد سازه را سریعاً به نقطه ثانویه انتقال دهد، در حالی ‌که اجزای ساختمان مانند سقف تمایلی به این نوع جابه‌جایی سریع ندارند. در نتیجه احتمال ریزش وجود دارد. نیروی زلزله دقیقاً به همین صورت به پی ساختمان وارد می ‌شود و هر چه شتاب بیشتری ایجاد کند امکان ریزش ساختمان هم بیشتر خواهد شد.

بررسی بارهای اینرسی وارد بر ساختمان

نیروی اینرسی طبق قانون دوم نیوتون به شتاب و جرم سازه بستگی دارد. هر چه میزان شتاب و جرم یا هر دو بالاتر باشد اینرسی ایجاد شده و احتمال عدم تحمل بار توسط سازه بیشتر می ‌شود. شتاب ناشی از نیروهای زلزله در سنگ ‌بستر بر اساس ضریب بازتاب به شتاب سازه تبدیل خواهد شد. این شتاب به پارامترهای مختلفی بستگی دارد که همگی آن‌ ها قابل‌ کنترل و یا تغییر نیستند. بنابراین اگر ما بخواهیم مقاومت یک سازه را نسبت به نیروی اینرسی ناشی از بارهای دینامیکی افزایش دهیم بهترین و راحت ‌ترین کار این است که جرم سازه را کاهش دهیم؛ زیرا یکی از پارامترهای اصلی تأثیرگذار در نیروی اینرسی m یا جرم سازه است.

اگر بخواهیم با یک مثال واضح ‌تر نقش نیروی اینرسی در ساختمان را توضیح دهیم فرض کنید در یک ترن هوایی در شهربازی نشسته‌ اید و ترن به‌ صورت ناگهانی شروع به حرکت می ‌کند. در نتیجه نیروی اینرسی ایجاد شده به دلیل شتابی که دارد شما را برحسب شدت نیرو به عقب پرت می ‌کند و شما دوباره بعد از یک شوک به سر جای خود بر می‌ گردید. همین اتفاق برای ساختمان هم می ‌افتد، منتها ساختمان مانند سیستم بدنی نیست که در صورت اینرسی ‌های شدید بتواند بعد از این جابه‌جایی شوک ‌آور به‌ جای خود برگردد. هر چند بدن نیز گاهی توان برگشت به حالت عادی را ندارد. این شرایط بیشتر در تصادفات سخت و ناگهانی ایجاد می ‌شود. هر چه وزن شما کمتر باشد برای حفظ تعادل اینرسی کمتر و هر چه وزنتان بیشتر باشد برای حفظ تعادل، اینرسی بیشتری را باید تحمل کنید. دقیقاً در ساختمان هم همین اتفاق می ‌افتد.

انواع نیروهای خارجی وارد بر ساختمان

انواع نیروهای خارجی وارد بر ساختمان

در اینجا می ‌خواهیم انواع بارهای خارجی که در قسمت ‌های قبلی به آن‌ ها اشاره کردیم و بر ساختمان وارد می ‌شوند را به ‌طور جزئی بررسی کنیم. مهمترین این بارهای خارجی عبارتند از:

  • بارهای مرده

بارهای مرده در واقع همان بارهای ثابت یا استاتیکی هستند که در طول زمان تغییر نمی ‌کنند. این بارها عموماً ناشی از وزن اجزای ساختمان است که از قبل نیز قابل پیش ‌بینی می ‌باشند. این بارها از همان ابتدای ساخت سازه تا زمان تخریبشان ثابت می ‌مانند. در واقع بارهای مرده وارد بر ساختمان شامل وزن تیرها، ستون ‌ها، دیوارها، تأسیسات و تجهیزات، کف ‌ها و راه‌ پله ‌ها می ‌باشند. مقدار این بار از حاصل ‌ضرب حجم در وزن مخصوص مصالح هر یک از اجزای گفته‌ شده به دست می ‌آید.

  • بارهای زنده

بارهای زنده یکی دیگر از انواع بارهای وارد بر ساختمان است. در واقع بارهای زنده بارهای متحرک یا همان بارهای دینامیکی هستند که از نظر مقداری و یا محل اثر در سازه در طول زمان می ‌توانند متفاوت باشند؛ مثلاً در مورد پل ‌های عبور و مرور وزن اتومبیل‌ هایی که از روی پل ‌ها رد می‌ شوند یا در ساختمان‌ ها وزن افرادی که در داخل سازه در حال رفت‌ و آمد هستند در همه ساعات شبانه ‌روز به یک اندازه و یک مقدار ثابت نیست. در نتیجه با توجه به متغیر بودن شدت بار و نقطه ‌ی اثر گذاری نمی ‌توان مقدار دقیق این نوع بارها را از قبل به ‌طور دقیق محاسبه یا پیش ‌بینی نمود. به همین دلیل معمولاً مهندسین بارهای زنده را بر اساس جدول‌ های آیین ‌نامه که طبق آمارها و تحقیقات انجام ‌شده روی سازه‌ های مختلف به ‌دست ‌آمده‌ اند به‌ صورت تقریبی محاسبه می ‌کنند تا بر اساس آن بتوانند سازه را مقاوم‌ سازی کنند.

  • بار ناشی از برف

بارش برف و تجمع آن روی بام و قسمت‌ های مختلف ساختمان مانند طاقچه دیوارها وزنی اضافه برای سازه ایجاد می ‌کند؛ در واقع مقدار بار ثقلی وارد شده بر ساختمان را افزایش می ‌دهد. این بار ثقلی باید هر چه سریع‌ تر از روی ساختمان برداشته شود. به همین دلیل است که در مناطق پربرف خیلی سریع برف ‌ها را پارو می ‌کنند؛ زیرا در برخی شرایط این بار اضافی می ‌تواند بحرانی شود و حتی گاهی مانند زلزله باعث تخریب سازه خواهد شد. در اکثر آیین ‌نامه ‌های معتبر دنیا وزن برف انباشته ‌شده روی بام از طریق وزن برف جمع شده روی سطح زمین افقی به دست می ‌آید. البته در این آیین‌ نامه‌ ها ضرایبی برای این محاسبه در نظر گرفته‌ شده تا به ‌صورت نسبی بتوان مقدار برف تجمع یافته روی بام را محاسبه کرد. این ضرایب متغیر بوده و به موارد مختلفی مانند موقعیت جغرافیایی و شرایط اقلیمی ساختمان، کاربری ساختمان، بافت شهری و شکل آن بستگی دارد.

  • بار ناشی از باد

بار نیز به دلیل تغییر جهت و شتاب در طول زمان ازجمله بارهای دینامیکی محسوب می ‌شود؛ بنابراین برای پیش‌ بینی آن باید از معادلات دینامیکی استفاده شود. با این‌ حال در ساختمان ‌های با ارتفاع کم و متوسط که میزان سختی سازه بالاست و رفتار ساختمان تقریباً صلب است آیین ‌نامه این اجازه را به شما می ‌دهد که اثرات دینامیکی نیروی باد را توسط بارهای استاتیکی معادل در نظر بگیرید. هنگام طراحی باید نیروی باد در تمام جهات سازه در نظر گرفته شود زیرا مشخص نیست در هر زمان دقیقاً از کدام ناحیه به سازه وارد می ‌شود.

  • بار ناشی از زلزله

زلزله یکی دیگر از انواع بارهای دینامیکی احتمالی است که ممکن است هر آن به ساختمان مورد نظر وارد شود؛ بنابراین مکان، شدت و زمان آن اصلاً مشخص نیست. به همین دلیل سازه مورد نظر باید طوری طراحی شود که در همه جهات بتواند نیروهای احتمالی زلزله را تحمل یا به ‌عبارت ‌دیگر مهار کند. از آنجایی ‌که این کار بسیار سخت است و زمان و هزینه زیادی نیاز دارد، برای مقاوم ‌سازی ساختمان در برابر نیروهای زلزله طبق آیین‌ نامه باید سازه را در دو راستای عمود بر هم نسبت به زلزله مقاوم کنید.

بار ناشی از زلزله

انواع نیروهای داخلی

به‌ طور کلی انواع نیروهای داخلی وارد شده به اعضای یک سازه عبارتند از:

  • نیروهای محوری: نیروهای محوری نیروهایی هستند که در امتداد محور طولی عضو مورد نظر یعنی به‌ صورت عمود بر سطح مقطع وارد می ‌شوند و خود شامل نیروهای کششی و فشاری می‌ باشند.
  • نیروهای برشی: نیروهای برشی نیروهای غیر هم ‌جهتی می ‌باشند که یک قسمت از عضو را در یک ‌جهت و قسمت دیگرش را در جهت مخالف حرکت می ‌دهند و در صورتی که بیشتر از ظرفیت تحمل باشند باعث شکست عضو خواهند شد.
  • نیروهای خمشی: نیروهای خمشی نیروهای گشتاوری هستند که در صورت شدید بودن می ‌توانند باعث خم شدن عضو مورد نظر شوند. این نیرو دقیقاً مانند نیرویی است که برای خم کردن لوله ‌ها استفاده می ‌شوند.
  • نیروهای پیچشی: نیروهای گشتاوری هستند که در صورت شدید بودن باعث تاب ‌خوردگی اعضا می ‌شوند.

سخن آخر

به‌ جرات میتوان گفت محاسبه دقیق انواع بارهای وارد بر ساختمان و پیش‌ بینی نیروهای دینامیکی مهم ‌ترین بخش طراحی هر سازه می ‌باشد. اگر این کار به ‌درستی انجام شود و تدابیری برای نیروهای مختلف اندیشیده شود یک سازه ایمن با طول عمر مفید بالا خواهیم داشت. در غیر این صورت احتمال خطرات جانی و مالی ناشی از تخریب سازه وجود دارد.

3.5/5
8رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود
پیشنهاد می کنیم مطالعه کنید
0

سوالات و نظرات کاربران

نمایش موافق ترین ها
0

سوالات و نظرات کاربران

اختیاری

اشتراک گذاری

تماس 03135155000 03135156000 0