انواع بارهای وارد بر ساختمان‌ها

مقدمه 

تحلیل سازه‌ها برای طراحی ایمن و قابلیت بهره‌برداری، به منظور مقاومت در برابر بارهای ناشی از منابع مختلف، اهمیت دارد. این بارها در مرحله طراحی در نظر گرفته می‌شوند تا ساختمان تحت تأثیر آنها دچار خرابی نشود. این بارها ممکن است به صورت بار یکنواخت توزیع‌شده، بار متمرکز، بار مثلثی و غیره اعمال شوند. هر یک از این بارها نقاط اثر متفاوتی دارند و بنابراین باید مرکز جرم شناسایی شود تا محاسبات از هر نظر ساده‌تر انجام پذیرد. 

به عنوان مثال، در مناطق زلزله‌خیز، بار زلزله نقش مهمی ایفا می‌کند که در تحلیل لرزه‌ای باید مورد توجه قرار گیرد. به همین ترتیب، در برخی مناطق، باد نیروی غالب است و بارهایی را به ساختمان وارد می‌کند که پیش از وقوع هرگونه فاجعه باید تحلیل شوند. همه این بارها تأثیر قابل توجهی در تحلیل سازه دارند و هرگونه اشتباه محاسباتی کوچک می‌تواند به شرایط تهدیدکننده زندگی منجر شود.

انواع بارها 

در تحلیل سازه‌ها، انواع مختلفی از بارها مورد بررسی قرار می‌گیرند که عبارتند از: 

1 - بار مرده (Dead Load)  

همان‌طور که از نامش پیداست، این بار همواره و تحت هر شرایطی بر ساختمان وارد می‌شود. بار مرده شامل وزن خود تیرها، ستون‌ها، دال‌ها، پله‌ها، چَـجّـا (سایه‌بان) و سایر اجزای ساختمان است. این بارها به‌صورت دائمی به سازه متصل هستند و معمولاً به عنوان بارهای ثابت در نظر گرفته می‌شوند. 

برای مثال، قالب‌بندی (شاترینگ) جزو بار مرده محسوب نمی‌شود، زیرا پس از شکل‌گیری بتن از سازه حذف می‌گردد. از بار مرده اغلب در محاسبه حجم اعضای سازه استفاده می‌شود. برخی از مقادیر استاندارد بار مرده عبارتند از: 

- بتن ساده (PCC) =  ۲۴ کیلونیوتن بر مترمکعب  

- بتن مسلح (RCC) =  ۲۵ کیلونیوتن بر مترمکعب  

- فولاد =  ۷۸.۵ کیلونیوتن بر مترمکعب  

- چوب =  ۸ کیلونیوتن بر مترمکعب  

- آجرکاری و گچ سیمانی =  ۲۰ کیلونیوتن بر مترمکعب  

- سنگ‌کاری =  ۲۴ کیلونیوتن بر مترمکعب  

- کف‌پوش =  ۰.۶ تا ۱.۲ کیلونیوتن بر مترمکعب  

این بارها در طراحی سازه به‌دقت محاسبه می‌شوند تا از ایمنی و پایداری ساختمان اطمینان حاصل شود.

2 -  بار زنده (Live Load)  

بار زنده که به آن  بار تحمیلی (Imposed Load)  نیز گفته می‌شود، بارهایی هستند که به‌صورت دائمی بر سازه وارد نمی‌شوند و با گذشت زمان تغییر می‌کنند. نمونه‌هایی از بار زنده شامل تردد افراد در ساختمان، مبلمان، تجهیزات و سایر وسایل متحرک است. این بارها ماهیت دینامیکی دارند و می‌توانند از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شوند. 

برای محاسبه بار زنده، می‌توان به استاندارد IS 875 (Part 2)-1987  مراجعه کرد که حداقل مقادیر بار زنده را برای ساختمان‌های مسکونی، آموزشی، مؤسسات، انبارها، ساختمان‌های اداری و تجاری، و سالن‌های اجتماعات تعیین کرده است. در محاسبات لرزه‌ای، معمولاً بار زنده روی سقف  ۲ کیلونیوتن بر مترمکعب  در نظر گرفته می‌شود. 

*منبع: BuildingHow* 

این بارها در کنار بار مرده، نقش اساسی در طراحی ایمن سازه دارند و عدم محاسبه دقیق آن‌ها می‌تواند به مشکلات سازه‌ای منجر شود.

3 - بار باد (Wind Load)  

این بار ناشی از مؤلفه افقی باد است که به سرعت باد و همچنین شکل و ابعاد ساختمان بستگی دارد. استاندارد  IS 875 (Part 3)-1987  به بررسی بار باد وارد بر ساختمان‌ها می‌پردازد. فشار پایه باد ( Vb ) بر روی نقشه هند با استفاده از کدهای رنگی نمایش داده می‌شود. مقدار  Vb  بر اساس محل قرارگیری ساختمان انتخاب می‌شود. برای محاسبه سرعت طراحی باد ( Vz ) از رابطه زیر استفاده می‌شود: 

Vz = k1 k2 k3 Vb

-  k₁ : ضریب خطر (بر اساس احتمال وقوع بادهای شدید) 

-  k₂ : ضریب توپوگرافی (بر اساس نوع زمین، ارتفاع و اندازه سازه) 

-  k₃ : ضریب توپوگرافی (تأثیر پستی و بلندی‌های زمین) 

فشار طراحی باد ( pz ) از رابطه زیر به دست می‌آید: 

pz = 0.6 Vz2

-  pz : فشار باد بر حسب نیوتن بر مترمربع ( N/m² ) در ارتفاع  z  

-  Vz : سرعت باد بر حسب متر بر ثانیه ( m/s ) 

تا ارتفاع  ۳۰ متر ، فشار باد به‌صورت یکنواخت در نظر گرفته می‌شود، اما برای ساختمان‌های بلندتر از ۳۰ متر، فشار باد با افزایش ارتفاع بیشتر می‌شود. 

*منبع: Dlsweb.rmit.edu.au* 

4 -  بار برف (Snow Load)  

این بار ناشی از تجمع برف در مناطق سردسیر است و بر اساس میزان بارش برف و شکل سازه محاسبه می‌شود. استاندارد  IS 875 (Part 4)-1987  به بررسی بار برف برای طراحی ساختمان‌ها می‌پردازد. حداقل بار برف از رابطه زیر محاسبه می‌شود: 

S = µS0

-  S : بار طراحی برف 

-  μ : ضریب شکل (وابسته به شیب سقف) 

-  S₀ : بار برف روی زمین 

این بار نه‌تنها ناشی از تأثیر مستقیم برف، بلکه از تجمع تدریجی آن نیز ایجاد می‌شود. بار برف می‌تواند باعث عدم تعادل در سقف سازه شود، از‌این‌رو باید در طراحی ایمن سازه مورد توجه قرار گیرد. 

*منبع: Band Premier Real Estate* 

5 -  بار زلزله (Earthquake Load)  

زلزله باعث اعمال بارهای دینامیکی افقی بر سازه می‌شود، بنابراین در مناطق زلزله‌خیز، طراحی لرزه‌ای برای کاهش خطرات ضروری است. استاندارد  IS 1893:2016  به بررسی بارهای زلزله و  IS 13920:2016  به جزئیات طراحی اعضای سازه‌ای تحت این بارها می‌پردازد. پاسخ سازه به ارتعاش زمین به عوامل زیر بستگی دارد: 

- شرایط خاک فونداسیون 

- اندازه، مدت و شدت حرکت زمین 

بر اساس  موسسه استاندارد ایران ، مناطق زلزله‌خیز هند به چهار دسته تقسیم می‌شوند: 

1 - مناطق با خطر زلزله بالا
2 - مناطق با خطر زلزله متوسط
3 - مناطق با خطر زلزله کم
4 - مناطق با خطر زلزله بسیار کم
این اطلاعات در آیین‌نامه ۲۸۰۰ ایران به‌خوبی دسته‌بندی شده است. آگاهی از این دسته‌بندی‌ها به طراحان کمک می‌کند تا برای هر منطقه، سازه‌ای با درجه مقاومت مناسب انتخاب کنند.

*منبع: Xinzheng Lu* 

این بارها در کنار بارهای مرده و زنده، نقش حیاتی در طراحی سازه‌های ایمن و پایدار دارند و محاسبه دقیق آن‌ها برای جلوگیری از خرابی‌های جانی و مالی ضروری است.

نتیجه‌گیری  

تمامی این بارها تأثیرات متفاوتی بر ساختمان‌ها دارند. مناطق مختلف دارای شرایط آب‌وهوایی گوناگونی هستند که به نوبه خود بر تنوع بارهای واردشده تأثیر می‌گذارند. برخی مناطق ممکن است ترکیبی از بارها را تجربه کنند، مانند: 

-  بار مرده + بار زنده + بار زلزله (DL + LL + EL)  

-  بار مرده + بار زنده + بار باد (DL + LL + WL)  

در طراحی ساختمان‌ها، لازم است ترکیبات مختلف بارها بررسی شود و  حداکثر بار ممکن  برای طراحی ایمن سازه در نظر گرفته شود. توجه شود که در ترکیبات بارهای زلزله باید به مراجع و آیین نامه های کشور مربوطه مراجعه نمود  .همچنین، مقررات ساختمانی در کشورهای مختلف متفاوت است و بنابراین ممکن است محاسبات بارها کمی متغیر باشد. به خاطر سپردن مقادیر استاندارد، محاسبات را در تمام جنبه‌های طراحی ساختمان تسهیل می‌کند. 

علاوه بر بارهای ذکرشده، بارهای دیگری نیز در طراحی ساختمان مورد توجه قرار می‌گیرند که بر اساس استانداردهای مختلف ارزیابی می‌شوند. اگرچه اهمیت این بارها در مقایسه با بارهای اصلی کمتر است، اما برای طراحی بهتر سازه، در نظر گرفتن آن‌ها ضروری است. 

در نهایت،  تحلیل دقیق بارها و ترکیبات آن‌ها  پایه‌ای اساسی برای  ایمنی، پایداری و دوام سازه  است و هرگونه سهل‌انگاری در محاسبات می‌تواند عواقب جبران‌ناپذیری به همراه داشته باشد.

دانلود جزوه بارگذاری مهندسی حدادی زاده
دانلود استاندارد 2800 – ویرایش چهارم