بارگذاري ساختمان

لينک کوتاه اين مقاله :
http://www.niazemarkazi.com/article/pdf/10006802.html

353

بارگذاري ساختمان

بارهايي که روي ساختمان وارد مي شوند يا مستقيمآ به وسيله طبيعت و يا به وسيله انسان ايجاد مي گردند. به عبارت ديگر براي بار روي ساختمانها دو منبع اصلي وجود دارد، يکي ژئوفيزيکي و ديگري مصنوعي.
نيروهاي ژئوفيزيکي را که نتيجه تغييرات مداوم در طبيعت هستند ممکن است به نيروهاي جاذبه زمين، وزن ساختمان خودش ايجاد نيروهايي در سازه مي کند که موسوم به بار مرده است واين بار در تمام طول عمر ساختمان ثابت باقي مي ماند. اشکال هميشه در حال تغيير ساختمان نيز تايع اثرات جاذبه زمين است که ايجاد تغييراتي در بارها در طول زمان مي کند. بارهاي ناشي از تغييرات جوي با زمان و مکان تغيير مي کنند و به شکل باد، حرارت، رطوبت، باران، برف، و يخ ظاهر مي شوند. نيروهاي زلزله از حرکت نا منظم زمين يعني زمين لرزه ايجاد ميشوند.

منابع بارگذاري مصنوعي ممکن است تکان ناشي از حرکت اتومبيل ها، آسانسورها، ماشينهاي مکانيکي و غيره و يا ممکن است تغيير مکان افراد، وسايل و يا نتيجه ضربه و انفجار باشند. به علاوه ممکن است نيروهايي در زمان توليد و اجرا در سازه به وجود آيد. پايداري ساختمان ممکن است ايجاد پيش تنيدگي کند که باعث ايجاد نيرو در ساختمان مي شود.

منابع بارهاي ژئوفيزيکي و مصنوعي در ساختمان غالبآ به يکديگر بستگي دارند. جرم، اندازه، شکل و مصالح يک ساختمان در روي نيروهاي ژئوفيزيکي اثر مي گذارند. براي مثال اگر عناصر ساختمان در مقابل تغييرات درجه حرارت و رطوبت نتوانند به آزادي واکنش نشان دهند و گيردار باشند نيروهايي در ساختمان ايجاد مي شود.

براي اينکه اطمينان حاصل شود که مشکلات آتي از بين رفته و بازده سازه اي حاصل شده باشد لازم است که مطالعات دقيق جواب تئوري ساختمان به اثرها انجام گيرد. طراح بايد نيروها و اثر بارگذاري مربوطه را درک کند تا ساختمان بي خطر و قابل استفاده باشد.

• بار مرده ساختمان

بارهاي ناشي از نيروي جاذبه زمين را ميتوان به دو دسته مجزا تقسيم کرد:

استاتيکي و ديناميکي: بارهاي استاتيکي هميشه جزء ثابتي از سازه هستند. بارهاي ديناميکي موقتي هستند يعني با تغيير زمان و فصل تغيير مي کنند، يا تابع مکان داخل يا روي سازه هستند.

بارهاي مرده را ممکن است به صورت بارهاي استاتيکي که در اثر وزن اجزاء سازه ايجاد مي شوند تعريف کرد.نيروهايي که منجر به بار مرده مي شوند عبارتند از: قسمتهاي باربر ساختمان،کف،روکاري سقف، ديوارهاي جدا کننده ثابت، پوشش نما، مخزنهاي انباري، سيستمهاي توزيع مکانيکي و غيره. مجموع وزنهاي همه اين قسمت ها بار مرده ساختمان را تشکيل مي دهد.

به نظر مي رسد که تعيين وزن مصالح و از آنجا بار مرده ساختمان کار ساده اي باشد. اما به دليل مشکلات گوناگون در تجزيه و تحليل دقيق بارها تخمين بارها ممکن است 15 تا 20 درصد و يا حتي بيشتر در خطا باشد.

در مرحله اوليه طرح براي مهندس محاسب پيش بيني دقيق وزن مصالح ساختماني که هنوز انتخاب نشده اند کاري غير ممکن است. مصالح ناسازه اي مشخصي که بايد انتخاب شوند شامل صفحات پيش ساخته نما، لوازم روشنايي، قطعات سقف، لوله ها، مجرا ها، خطوط برق و اجزاي نيازمنديهاي داخلي خاص ساختمان مي باشند.

وزن عناصر تقويت کننده و اتصالات در سازه هاي فولادي فقط به صورت درصدي از وزن کل تخمين زده مي شود. وزن واحد حجم مصالح که به وسيله توليد کنندگان يا آئين نامه ها داده مي شود هميشه با وزن واحد حجم محصول توليد شده مطابقت ندارد. اندازهاي اسمي اجزاء ساختمان ممکن است با اندازه هاي واقعي اختلاف داشته باشد .

• بار زنده ساختمان

فرق اساسي بارهاي زنده با بارهاي مرده در اين است که بارهاي زنده متغير و غير قابل پيش بيني هستند. تغيير در بارهاي زنده نه تنها در طول زمان اتفاق مي افتد بلکه همچنين تابعي از مکان مي باشد. اين تغيير ممکن است در مدت زمان کوتاه يا طولاني صورت گيرد. بدين ترتيب تقريبآ غير ممکن است که بارهاي زنده را به صورت استاتيکي تخمين زد. بارهايي که بوسيله اشياء يا اشخاص در ساختمان ايجاد مي شوند به نام بارهاي سکني موسوم هستند. اين بارها شامل وزن اشخاص، مبل ها، جدا کننده هاي متحرک، گاو صندوق ها، کتابها و ديگر بارهاي نيمه دائم و موقتي که روي ساختمان اثر مي کنند ولي جزئي از سازه نيستند و جزء بار مرده به حساب نمي آيند .

بارهاي متمرکز، نشان دهنده اثر بار منفرد ممکن در نقاط بحراني مثل کفهاي پله، سقفهاي قابل دسترس، گاراژهاي توقف و ديگر نقاط آسيب پذير با تنشهاي متمرکز زياد مي باشند.

• بار اجرايي ساختمان

اجزاء سازه به طور کلي براي بارهاي مرده و زنده طرح مي شوند. اما يک قطعه سازه ممکن است در موقع اجراي ساختمان تحت بارهايي خيلي بيشتر از بارهاي طرح قرار بگيرد. اينگونه بارها که موسوم به بارهاي اجرائي هستند قسمت مهمي را در طرح اجراء سازه تشکيل مي دهند.

هر پيمانکاري در طول زمان روش اجرايي را توسعه مي دهد که براي خودش اقتصادي بودنش ثابت شده است. هر چند که معمار ممکن است ساختمان را طوري طرح کند که براي يک روش اجرايي معيني مناسب باشد، او ممکن است که از روشهاي اجرايي يکايک پيمانکاران آگاهي نداشته باشد. پيمانکاران معمولآ مصالح و وسائل سنگين را روي سطح کوچکي ازسازه انباشته مي کنند. اين عمل ايجاد بارهاي متمرکزي ميکند که خيلي بيشتر از بارهاي زنده فرض شده براي سازه طرح شده مي باشد .در چنين شرايطي شکست نتيجه شده است .

يک مشکل اساسي در اجراي سازه هاي بتني وقتي ايجاد مي شود که پيمانکار پايه هاي تقويتي و قالب بندي را قبل از انقضاي مدت کافي براي عمل آمدن بتن بردارد. مقاومت بتن با زمان زياد ميشود. ولي از آنجايي که براي پيمانکار زمان پول است او ممکن است قالب ها را قبل از اينکه بتن به مقاومت حداقل طرح برسد بردارد. در چنين صورتي جزئي از سازه ممکن است تحت اثر بارهائي قرار بگيرد که قادر به تحمل آنها نباشد و شکست حاصل شود.

• بارهاي برف ، باران و يخ

مشاهده ارتفاع و تراکم برف در طول ساليان دراز منجر به پيش بيني معقول حداکثر بار برف شده است. بار برف را لازم است فقط براي بامها و سطوح ديگر ساختمان که ممکن است برف جمع کننده از قبيل حياط هاي بالا آورده شده، بالکن ها و سقف هاي آفتابگير در نظر گرفت. بار برف که به وسيله آئين نامه ها تعيين شده است بر اساس حداکثر برف روي زمين مي باشد. غالبآ اين بارها بيشتر از بار برفي که روي بام اثر ميکند مي باشد. زيرا باد مقداري از برف هاي شل را از روي بام به دور مي ريزد يا بدليل از دست رفتن گرما از طريق بام، برف آب و بخار مي شود. آئين نامه ها معمولآ در صدي از بار برف را روي بام شيب دار کم مي کنند، زيرا روي چنين سطوحي برف به سهولت از روي بام به پائين مي لغزد. ولي بعضي از انواع بام ها ممکن است روي رفتار باد اثر بگذارند و باعث شوند که بار برف به مقدار زياد در يک قسمت از بام ذخيره شود.با وجود اينکه اغلب در محاسبه بار زنده به آب فکر نمي شود حتمآ بايد در موقع طرح آنرا به خاطر داشت. بار باران به طور کلي کمتر از بار برف است، ولي بايد به خاطر داشت که ذخيره شدن آب منجر به مقدار قابل ملاحظه اي بار مي شود.

همچون که آب جمع مي شود بام تغيير شکل داده خم مي شود و اين باعث مي شود که آب بيشتري جمع شود و منجر به تغيير شکل زياد تري گردد. اين پديده که موسوم به حوض شدن مي باشد ممکن است باعث فرو ريختن نهايي بام شود.

يخ روي اجزاء بيرون آمده به خصوص روي قطعات تزئيني خارجي که در غير اين صورت جز بار وزنشان باري دريافت نمي کنند جمع مي شود. از اين رو لازم است که اين قطعات چنان طرح و اتصال داده شوند که بارهاي سنگين قنديل هاي يخ را تحمل کنند. به علاوه، تشکيل يخ روي سازه هاي خرپايي باز باعث ازدياد سطح و وزن شده که منجر به اضافه شدن باد مي شود.

• بار باد روي ساختمان
آسمان خراشهاي اوليه به اثرات پيچيده نيروي جانبي ايجاد شده بوسيله باد آسيب پذير نبودند.وزن عظيم ساختمان با ديوارهاي باربر ساخته شده از مصالح بنايي چنان بود که نيروي باد قادر نبود به نيروهاي جاذبه به زمين غلبه کند. حتي موقعي که روش ديوار حمال بوسيله سازه قاب صلب در اواخر قرن 19 جايگزين شد، نيروي جاذبه عامل تعيين کننده اصلي بود.

نماهاي سنگي سنگين با بازشدگي هاي کوچک، ستونهاي نزديک به هم، قطعات سرهم شده حجيم قابها، و ديوارهاي جداکننده سنگين هنوز چنان وزني را ايجاد مي کردند که عمل باد يک مشکل اساسي نبود.
آسمان خراشهاي ديوار شيشه اي سالهاي 1950 با فضاي باز داخلي مطلوب و وزن نسبتا کم براي اولين بار در مقابل نيروهاي باد واکنش نشان دادند.با معرفي قاب فولادي سبک وزن، ديگر وزن يک عامل محدود کننده ارتفاع آسمان خراشها نبود. ولي عصر ساختمانهاي بلند با خود مشکلات جديدي آورده است براي اينکه وزن مرده کاهش داده شود و فضاهاي بزرگتر و انعطاف پذير ايجاد گردد تيرهاي با دهنه زياد، جدا کننده هاي داخلي بار نبر متحرک و ديوارهاي پيراموني بارنبر ساخته شده است.همه اين ابداعات از صلبيت کلي سازه ها کم کرده اند، به طوري که حالا سختي جانبي (با تغيير مکان جانبي) يک ساختمان ممکن است تعيين کننده تر از مقاومتش باشد. اثر باد يک مسئله اساسي براي طرح ساختمانهاي بلند شده است . درک باد و پيش بيني رفتارش به صورت علمي دقيق ممکن است غير ممکن باشد. عمل باد روي ساختمان، شکل، باريکي و ترکيب نماي سازه مورد نظر و نحوه قرار گرفتن ساختمانهاي مجاور دارد.


• بار ناشي از تغييرات حجم مصالح

تغييرات حجم مصالح در اثر انقباض،غرش و آثار حرارتي به وجود مي آيد. موقعي که از واکنش طبيعي و آزاد اعضاء ساختمان در سر حد ها يشان جلوگيري مي شود در آنها نيرو ايجاد ميگردد. در جايي که اين تغييرات حجم محدود مي شود نقش هاي محوري و دوراني در ساختمان ايجاد گردد.

تغيير حجم تابعي از شکل و اندازه ساختمان، مصالح، سختي اعضاء سازه اي و نوع اتصالات مي باشد. با به کار بردن مانع در نقاطي از ساختمان که تنش هاي محوري و دوراني ممکن است ايجاد شود مي توان تغييرات حجم را کنترل کرد و اين به معني طرح اعضاء براي تحمل اين نقش ها مي باشد. واضح است که تغييرات حجم را با استفاده از درزهاي انبساط که در آنها حرکت به آزادي صورت مي گيرد مي توان کنترل نمود.

• بار ناشي از انفجار

ساختمان ممکن است مجبور باشد نه تنها نيرو هاي فشاري خارجي بلکه نيروهاي فشاري داخلي ايجاد شده در اثر انفجار را نيز تحمل کند. فرو ريختن قسمتي از يک ساختمان آپارتماني در لندن در سال 1968 توجه زيادي را به اين بار گذاري جلب نمود. اکثر ساختمانها هرگز با چنين نيروهايي مواجه نخواهند شد،ولي احتمال انجار مواد منفجره در اثر خرابکاري يا اشتعالتصادفي گازهاي آتش گير در اثر نشت يا آتش هميشه وجود دارد.

در اثر انفجارات فشارهاي زيادي در منطقه انفجار ايجاد مي گردد و بارهاي خيلي زيادي به عناصر ساختمان وارد مي شود که منجر به ترکيدن و به خارج پرتاب شدن پنجره ها، ديوارها و کف ها مي گردد. اين فشار داخلي بايد به صورت موضعي محدود و کنترل شود و نبايد باعث فروريختگي تدريجي ساختمان گردد.

علل ممکن براي بارهاي انفجاري خارجي از غرش هاي صوتي نسبتآ کم اهميت است (مانند پنجره هاي شکسته شده و ديوارهاي گچي ترک خورده). تحقيقات وسيعي روي واکنش سازه ها در برابر اثرات سلاحهاي اتمي در جريان است تا بتوان ساختمان را چنان طرح کرد که در مقابل حمله اتمي مقاوم باشند.

• ترکيب بارها روي ساختمان

ساختمانهاي بلند درطول عمرشان در معرض بارهاي متعدد مي باشد و بسياري از بارها به طور همزمان روي سازه وارد مي شود.اگر بارها خط اثر مشترک داشته و با يکديگر بايد ترکيب شود. اين شرط لازم مي سازد که در طرح سازه ها تمام ترکيبات ممکن بارها در نظر گرفته شود.

احتمال وقوع بارهاي ترکيب شده بايد به طور آماري ارزيابي و اثر آن تخمين زده شود. هرچقدر که اثر بار با دقت بيشتري تعيين شود لزوم انتخاب ضرايب اطمينان بزرگتر براي جبران عوامل مجهول کاهش مي يابد.

ترکيب موثر و عملي بارها در آئين نامه ها مشخص گرديده است. بطور کلي تشخيص داده شده است که ماکزيمم بالاي ناشي از تغييرات جوي و زلزله احتمالا هرگز با مقدار کامل بارهاي زنده ديگر همزمان رخ نخواهد داد از اين رو موقعي که بار زنده کامل به طور همزمان با بارهاي ماکزيمم باد يا زلزله به کار مي رود آئين نامه اجازه مي دهد که بر تنشهاي مجاز 33 درصد افزوده شود.

منابع :
----------------------
وبلاگ معین بهرامپور - moein-omran.blogfa.com
www.parsidoc.com
----------------------

کلمات کليدي :
----------------------
بارگذاری ساختمان - بار مرده ساختمان-بار زنده ساختمان- بار اجرایی ساختمان- بارهای برف ، باران و یخ- بار باد روی ساختمان- بار ناشی از انفجار- ترکیب بارها روی ساختمان-
----------------------

نام ثبت کننده مقاله : parvaz2006

اين مقاله 939 بار مطالعه شده است

از تاريخ 3 آبان 1389 تعداد 1865083 مقاله از اين وبسايت به صورت فايل PDF دانلود شده است

تذکر :
در صورتی که این مقاله از دیدگاه شما کامل نیست میتوانید جهت ارتقاء وبسایت مقاله های مرتبط را بصورت رایگان درج نمایید.

URL