بارگذاری ساختمان

[50cent]

بارهاییکه روی ساختمان وارد می شوند یا مستقیمآ به وسیله طبیعت و یا به وسیله انسان ایجادمی گردند. به عبارت دیگر برای بار روی ساختمانها دو منبع اصلی وجود دارد، یکیژئوفیزیکیو دیگری مصنوعی.
نیروهای ژئوفیزیکی را که نتیجه تغییرات مداوم در طبیعتهستند ممکن است به نیروهایجاذبه زمین، وزن ساختمان خودش ایجادنیروهایی در سازه می کند که موسوم به بار مرده است واین بار در تمام طول عمرساختمان ثابت باقی می ماند.
اشکال همیشه در حال تغییر ساختمان نیز تایعاثرات جاذبه زمین است که ایجاد تغییراتی در بارها در طول زمان می کند.بارهای ناشیاز تغییراتجویبازمان و مکان تغییر می کنند و به شکلباد،حرارت،رطوبت،باران،برف، ویخظاهر می شوند. نیروهای زلزله از حرکت نامنظم زمین یعنی زمین لرزه ایجاد مشوند.
منابع بارگذاری مصنوعی ممکن استتکان ناشی از حرکت اتومبیل ها،آسانسورها، ماشینهای مکانیکی و غیره و یاممکن است تغییر مکان افراد، وسایل و یا نتیجه ضربه و انفجار باشند. به علاوه ممکناست نیروهایی در زمان تولید و اجرا در سازه به وجود آبد. پایداری ساختمان ممکن استایجاب پیش تنیدگی کند که باعث ایجاد نیرو در ساختمان می شود.
منابع بارهایژئوفیزیکیو مصنوعی در ساختمان غالبآ به یکدیگر بستگی دارند. جرم، اندازه، شکل و مصالح یکساختمان در روی نیروهای ژئوفیزیکی اثر می گذارند. برای مثال اگر عناصر ساختمان درمقابل تغییرات درجه حرارت و رطوبت نتوانند به آزادی واکنش نشان دهند و گیردار باشندنیروهایی در ساختمان ایجاد می شود.
برای اینکه اطمینان حاصل شود که مشکلاتآتی از بین رفته و بازده سازه ای حاصل شده باشد لازم است که مطالعات دقیق جوابتئوری ساختمان به اثرها انجام گیرد. طراح باید نیروها و اثر بارگذاری مربوطه را درککند تا ساختمان بی خطر و قابل استفاده باشد.
:: بار مرده ساختمان

بارهای ناشی از نیروی جاذبه زمین را متوان به دو دسته مجزا تقسیم کرد:
اساتیکی و دینامیکی: بارهای استاتیکی همیشه جزء ثابتی ازسازههستند. بارهای دینامیکی موقتی هستندیعنی با تغییر زمان و فصل تغییر می کنند، یا تابع مکان داخل یا روی سازه هستند.
بارهای مرده را ممکن است به صورت بارهای استاتیکی که در اثر وزن اجزاء سازهایجاد می شوند تعریف کرد.نیروهایی که منجر به بار مرده می شوند عبارتند از: قسمتهایباربر ساختمان،کف،روکاریسقف،دیوارهای جدا کننده ثابت،پوششنما،مخزنهای انباری،سیستمهای توزیع مکانیکیو غیره. مجموعوزنهای همه این قسمت ها بار مرده ساختمان را تشکیل می دهد.
به نظر می رسدکه تعیین وزنمصالحو از آنجا بار مرده ساختمان کار سادهای باشد. اما به دلیل مشکلات گوناگون در تجزیه و تحلیل دقیق بارها تخمین بارها ممکناست 15 تا 20 درصد و یا حتی بیشتر در خطا باشد.
در مرحله اولیه طرح برایمهندس محاسب پیش بینی دقیق وزن مصالح ساختمانی که هنوز انتخاب نشده اند کاری غیرممکن است. مصالح ناسازه ای مشخصی که باید انتخاب شوند شامل صفحات پیش ساخته نما،لوازم روشنایی، قطعاتسقف،لوله ها، مجرا ها، خطوطبرق ،و اجزای نیازمندیهایداخلی خاص ساختمان می باشند.
وزن عناصر تقویت کننده و اتصالات در سازه هایفولادیفقط بهصورت درصدی از وزن کل تخمین زده می شود. وزن واحد حجم مصالح که به وسیله تولیدکنندگان یا آئین نامه ها داده می شود همیشه با وزن واحد حجم محصول تولید شده مطابقتندارد. اندازهای اسمی اجزاء ساختمان ممکن است با اندازه های واقعی اختلاف داشتهباشد .
:: بار زنده ساختمان

فرق اساسی بارهای زنده بابارهای مردهدر این است که بارهای زندهمتغیر و غیر قابل پیش بینی هستند. تغییر در بارهای زنده نه تنها در طول زمان اتفاقمی افتد بلکه همچنین تابعی از مکان می باشد. این تغییر ممکن است در مدت زمان کوتاهیا طولانی صورت گیرد. بدین ترتیب تقریبآ غیر ممکن است که بارهای زنده را به صورتاستا تیکی تخمین زد. بارهایی که بوسیله اشیاء یا اشخاص در ساختمان ایجاد می شوند بهنام بارهای سکنی موسوم هستند. این بارها شامل وزن اشخاص، مبل ها، جدا کننده هایمتحرک، گاو صندوق ها، کتابها و دیگر بارهای نیمه دائم و موقتی که روی ساختمان اثرمی کنند ولی جزئی ازسازهنیستند و جزء بار مرده به حساب نمیآیند .
بارهای متمرکز، نشان دهنده اثر بار منفرد ممکن در نقاط بحرانی مثلکفهای پله، سقفهای قابل دسترس، گاراژهای توقف و دیگر نقاط آسیب پذیر با تنشهایمتمرکز زیاد می باشند.
:: بار اجرایی ساختمان

اجزاءسازهبه طور کلی برایبارهای مردهو زندهطرح می شوند. اما یک قطعه سازه ممکن است در موقع اجرای ساختمان تحت بارهایی خیلیبیشتر از بارهای طرح قرار بگیرد. اینگونه بارها که موسوم به بارهای اجرائی هستندقسمت مهمی را در طرح اجراء سازه تشکیل می دهند.
هر پیمانکاری در طول زمانروش اجرایی را توسعه می دهد که برای خودشاقتصادیبودنش ثابت شده است. هر چند که معمار ممکن است ساختمان را طوری طرح کند که برای یکروش اجرایی معینی مناسب باشد، او ممکن است که از روشهای اجرایی یکایک پیمانکارانآگاهی نداشته باشد. پیمانکاران معمولآ مصالح و وسائل سنگین را روی سطح کوچکی ازسازهانباشته می کنند. این عمل ایجاد بارهای متمرکزی میکند که خیلی بیشتر از بارهای زندهفرض شده برای سازه طرح شده می باشد .در چنین شرایطی شکست نتیجه شده است .
یک مشکل اساسی در اجرای سازه هایبتنیوقتی ایجاد می شود کهپیمانکار پایه های تقویتی و قالب بندی را قبل از انقضای مدت کافی برای عمل آمدن بتنبردارد. مقاومت بتن با زمان زیاد میشود. ولی از آنجایی که برای پیمانکار زمان پولاست او ممکن است قالب ها را قبل از اینکه بتن به مقاومت حداقل طرح برسد بردارد. درچنین صورتی جزئی از سازه ممکن است تحت اثر بارهائی قرار بگیرد که قادر به تحمل آنهانباشد و شکست حاصل شود.
:: بارهای برف ، باران و یخ

مشاهده ارتفاع و تراکمبرفدر طول سالیان دراز منجربه پیش بینی معقول حداکثر بار برف شده است. بار برف را لازم است فقط برای بامها وسطوح دیگر ساختمان که ممکن است برف جمع کننده از قبیل حیاط های بالا آوردهشده،بالکن ها و سقف های آفتابگیر در نظر گرفت. بار برف که به وسیله آئین نامه هاتعیین شده است بر اساس حداکثر برف روی زمین می باشد. غالبآ این بارها بیشتر از باربرفی که روی بام اثر میکند می باشد. زیرا باد مقداری از برف های شل را از روی بامبه دور می ریزد یا بدلیل از دست رفتن گرما از طریق بام، برفآبوبخارمی شود. آئین نامه ها معمولآ در صدی ازبار برف را روی بام شیب دار کم می کنند، زیرا روی چنین سطوحی برف به سهولت از رویبام به پائین می لغزد. ولی بعضی از انواع بام ها ممکن است روی رفتار باد اثربگذارند و باعث شوند که بار برف به مقدار زیاد در یک قسمت ازبامذخیره شود.با وجود اینکه اغلب در محاسبهبارزندهبه آب فکر نمی شود حتمآ باید در موقع طرح آنرا به خاطر داشت. بار باران بهطور کلی کمتر از بار برف است، ولی باید به خاطر داشت که ذخیره شدن آب منجر به مقدارقابل ملاحظه ای بار می شود.
همچون که آب جمع می شود بام تغییر شکل داده خممی شود و این باعث می شود که آب بیشتری جمع شود و منجر به تغییر شکل زیاد تری گردد. این پدیده که موسوم به حوض شدن می باشد ممکن است باعث فرو ریختن نهایی بام شود.
یخروی اجزاء بیرون آمده به خصوص روی قطعاتتزئینی خارجی که در غیر این صورت جز بار وزنشان باری دریافت نمی کنند جمع می شود. از این رو لازم است که این قطعات چنان طرح و اتصال داده شوند که بارهای سنگینقندیلهای یخرا تحمل کنند. به علاوه، تشکیل یخ روی سازه های خرپایی باز باعث ازدیادسطح و وزن شده که منجر به اضافه شدن باد می شود.
:: بار باد روی ساختمان

آسمانخراشهایاولیه به اثرات پیچیده نیروی جانبی ایجاد شده بوسیله باد آسیب پذیرنبودند.وزن عظیم ساختمان بادیوارهای باربرساخته شده از مصالح بناییچنان بود که نیروی باد قادر نبود به نیروهای جاذبه به زمین غلبه کند. حتی موقعی کهروشدیوار حمالبوسیلهسازه قاب صلبدر اواخر قرن 19 جایگزین شد،نیروی جاذبه عامل تعیین کننده اصلی بود.
نماهای سنگی سنگین با بازشدگی هایکوچک، ستونهای نزدیک به هم، قطعات سرهم شده حجیم قابها، و دیوارهای جداکننده سنگینهنوز چنان وزنی را ایجاد می کردند که عمل باد یک مشکل اساسی نبود.
آسمانخراشهای دیوار شیشه ای سالهای 1950 با فضای باز داخلی مطلوب و وزن نسبتا کم برایاولین بار در مقابل نیروهای باد واکنش نشان دادند.با معرفی قاب فولادی سبک وزن،دیگروزن یک عامل محدود کننده ارتفاع آسمان خراشها نبود. ولی عصر ساختمانهای بلند باخود مشکلات جدیدی آورده است برای اینکه وزن مرده کاهش داده شود وفضاهای بزرگتر وانعطاف پذیر ایجاد گردد تیرهای با دهنه زیاد، جدا کننده های داخلی بار نبر متحرکودیوارهای پیرامونی بارنبر ساخته شده است.همه این ابداعات از صلبیت کلی سازه ها کمکرده اند، به طور یکه حالا سختی جانبی (با تغییر مکان جانبی) یک ساختمان ممکن استتعیین کننده تر از مقاومتش باشد. اثر باد یک مسئله اساسی برای طرح ساختمانهای بلندشده است . درکبادو پیش بینی رفتارش بهصورت علمی دقیق ممکن است غیر ممکن باشد. عمل باد روی ساختمان، شکل،باریکی و ترکیبنمای سازه مورد نظر و نحوه قرار گرفتن ساختمانهای مجاور دارد.
:: بار ناشی از تغییرات حجم مصالح

تغییرات حجممصالحدر اثر انقباض،غرش و آثار حرارتی بهوجود می آید. موقعی که از واکنش طبیعی و آزاد اعضاء ساختمان در سر حد ها یشانجلوگیری می شود در آنها نیرو ایجاد میگردد.در جایی که این تغییرات حجم محدود می شودنقش های محوری و دورانی در ساختمان ایجاد گردد.
تغییر حجم تابعی از شکل و اندازهساختمان،مصالح ،سختی اعضاء سازه ای و نوع اتصالات می باشد. با به کار بردن مانع درنقاطی از ساختمان که تنش های محوری و دورانی ممکن است ایجاد شود می توان تغییراتحجم را کنترل کرد و این به معنی طرح اعضاء برای تحمل این نقش ها می باشد .واضح استکه تغییرات حجم را با استفاده از درزهای انبساط که در آنها حرکت به آزادی صورت میگیرد می توان کنترل نمود.
:: بار ناشی از انفجار

ساختمان ممکن است مجبور باشد نه تنها نیرو های فشاری خارجی بلکه نیروهای فشاریداخلی ایجاد شده در اثرانفجاررا نیز تحمل کند. فرو ریختن قسمتی ازیک ساختمان آپارتمانی درلندندر سال 1968 توجه زیادی را به این بارگذاری جلب نمود. اکثر ساختمانها هرگز با چنین نیروهایی مواجه نخواهند شد،ولی احتمالانجارمواد منفجرهدر اثر خرابکاری یا اشتعالتصادفی گازهای آتش گیر در اثر نشت یاآتشهمیشه وجود دارد.
در اثرانفجارات فشارهای زیادی در منطقه انفجار ایجاد می گردد و بارهای خیلی زیادی بهعناصر ساختمان وارد می شود که منجر به ترکیدن و به خارج پرتاب شدن پنجره ها،دیوارها و کف ها می گردد. این فشار داخلی باید به صورت موضعی محدود و کنترل شود ونباید باعث فروریختگی تدریجی ساختمان گردد.
علل ممکن برای بارهای انفجاریخارجی از غرش های صوتی نسبتآ کم اهمیت است (مانند پنجره های شکسته شده و دیوارهایگچی ترک خورده). تحقیقات وسیعی روی واکنش سازه ها در برابر اثراتسلاحهای اتمیدر جریان است تا بتوان ساختمانرا چنان طرح کرد که در مقابل حمله اتمی مقاوم باشند.
:: ترکیب بارها روی ساختمان

ساختمانهای بلند درطول عمرشان در معرض بارهای متعدد می باشد و بسیاری از بارها بهطور همزمان رویسازهوارد می شود.اگر بارها خط اثر مشترکداشته و با یکدیگر باید ترکیب شود. این شرط لازم می سازد که در طرح سازه ها تمامترکیبات ممکن بارها در نظر گرفته شود.
احتمال وقوع بارهای ترکیب شده بایدبه طور آماری ارزیابی و اثر آن تخمین زده شود. هرچقدر که اثر بار با دقت بیشتریتعیین شود لزوم انتخابضرایب اطمینانبزرگتر برای جبران عواملمجهول کاهش می یابد.
ترکیب موثر و عملی بارها در آئین نامه ها مشخص گردیدهاست. بطور کلی تشخیص داده شده است که ماکزیمم بالای ناشی از تغییراتجویوزلزله احتمالا هرگز با مقدار کامل بارهای زنده دیگر همزمان رخ نخواهد داد از این روموقعی که بار زنده کامل به طور همزمان با بارهای ماکزیمم باد یا زلزله به کار میرود آئین نامه اجازه می دهد که برتنشهای مجاز 33 درصد افزودهشود

[n88]

مفید بود ممنون!