فصل دوم

2– محاسبات بارگذاری

در فصل گذشته سعی بر این بود تا با فرآیند و مفهوم طراحی سازه آشنایی برای خوانندگان محترم ایجاد گردد و از این فصل به صورت عملی وارد فاز محاسبات خواهیم شد.

محاسبات بارگذاری اولین و مهم ترین بخش طراحی سازه است زیرا خروجی نهایی به طور مستقیم وابسته به محاسبات این بخش می باشد و می توان گفت خشت اول طراحی یک سازه محاسبه ی بارهای وار بر آن می باشد و اگر کوچک ترین اشتباهی در این قسمت صورت بگیرد تا پایان فرآیند کار اشتباه پیش خواهد رفت.

به صورت کلی بارهای وارد بر سازه به دو بخش ثقلی و جانبی تقسیم می شود و هردو مورد دارای اهمیت بوده و نباید به بارهای ثقلی ساده انگارانه توجه نمود،لازم به ذکر است در زمان نگارش این متن چند روزی بیشتر از فاجعه ی ساختمان متروپل آبادان نمی گذرد که با تمام تلخی ها درسی بزرگ داشت و آن اهمیت به بارهای ثقلی می باشد.

در ایران مرجه محاسبه ی بارهای وارد بر ساختمان (به جز زلزله) مبحث ششم مقررات ملی ساختمان می باشد و در آمریکا استاندارد ASCE 7.

بارهای ثقلی وارد بر سازه به 4 بخش کلی زیر تقسیم می شوند:

الف) مرده

ب) زنده

ج) برف

د) مایعات

در ادامه به تعریف و جرئیات بیشتر هر یک از موارد پرداخته می شود.

1- تعریف بار مرده (DEAD LOADS):

به بارهایی که در کل طول عمر ساختمان به صورت دائم و ثابت به آن وارد می شودند بار مرده گفته می شود به این معنی که محل اثر بارهای مرده و مقدار آن ها در طول زمان تغییر نمی کند.

انوع بارهای مرده ی وارد بر ساختمان به شرح جدول زیر تقسیم بندی می شوند:

به طور کلی تجهیزاتی که با اداوت مختلف مثل پیچ و مهره در سر جای خود محکم بسته می شوند جزو بار مرده به حساب می آیند در غیر این صورت بار زنده خواهند بود.بار چرثقیل تعریف جداگانه ای دارد و در واقع بار جرثقیل خود به بخش های مرده ، زنده و لرزه ای تقسیم می شود که کامل توضیح داده خواهد شد.

2- تعریف بار زنده (LIVE LOADS):

به بارهای غیر دائمی که در حین بهره برداری به ساختمان وارد می شوند بار زنده گفته می شود،در واقع محل اثر این بار ها و مقدار آن ها در طول زمان ممکن است متفاوت باشد.

انوع بارهای زنده ی  وارد بر ساختمان به شرح جدول زیر تقسیم بندی می شوند:

3- تعریف بار برف (SNOW LOADS):

بار برف نیازی به تعریف نداشته و فقط به سقف های آخر ساختمان ها مثل بام و خرپشته و همچنین

تراس های رو باز وارد می شود، قابل ذکر است بر اساس مفاد مبحث ششم مقررات ملی ساختمان نیازی نیست که بار برف و بار زنده ی بام به صورت همزمان وارد شوند، یعنی بین بار زنده ی بام و بار برف هر کدام که بیشتر باشد اعمال خواهد شد.

4- تعریف بار مایعات (LIQUIDS LOADS):

منظور از بار مایعات مخزن هایی است که ممکن است در ساختمان های خاص مایعاتی را نگه داری کنند یا استخر هایی که درون آن ها با آب پر می شود، برای محاسبه ی بارهای این موارد از نشریه شماره ی 123 سازمان مدیریت و یا استاندارد آمریکایی ACI 305.3 استفاده خواهیم کرد. قابل ذکر است این منابع علاوه بر بار ثقلی بار جانبی نیز به دیواره های مخزن وارد خواهند کرد.

بارهای جانبی وارد بر سازه به 4 بخش کلی زیر تقسیم می شوند:

الف) زلزله

ب) باد

ج) خاک

د) مایعات

در مورد بار زلزله و ماهیت آن به صورت مفصل در فصل اول صحبت شد و در این فصل به محاسبه ی پارمترهای بارگذاری لرزه ای پرداخته خواهد شد.

در مورد بار باد میتوان گفت بر اساس استاندارد های بارگذاری در سازه ها نیازی نیست که اثر همزمانی بار زلزله و باد در  نظر گرفته شود به عبارتی دیگر ما باید المان های سازه ای را در برابر یکی از بارهای باد یا زلزله هر کدام که اثر بیشتری دارند طراحی کنیم، به همین منظور به دلیل این که در بیشتر سازه های متداول بار زلزله به المان های سازه ای حاکم می شود اکثر طراحان از اعمال آن صرف نظر می کنند ولی در سازه های بلند و یا سازه های سبک مثل سوله های ممکن است بار باد نیز حاکم شود، همچنین در مواردی نادر ممکن است در بخشی از المان های سازه بار زلزله حاکم شود و در بخشی دیگر از المان ها بار باد.بنابر امکانات نرم افزاری گستره ای که امروزه در اختیار طراحان سازه می باشد اعمال بار باد به سازه چندان وقت گیر نبوده وتوصیه می شود محاسبات و اعمال هر دو بار

باد و زلزله در تمام سازه ها انجام شود تا بتوان در مورد حالت بحرانی تر به راحتی تصمیم گیری نمود و از همان ابتدا فرض را بر عدم بحرانی بودن بار باد نگذاریم.

در این نوشتار با توجه به این که هدف پوشش تمامی مطالب و انواع سازه های صنعتی(سوله) و ساختمانی می باشد به طور کامل راجع به محاسبات و اعمال بار باد صحبت خواهد شد.

بار جانبی خاک در سازه های دارای تراز منفی که باید خاک اطراف آن به شکلی نگه داری شود اعمال خواهد شد.

در چنین سازه هایی برای نگه داری خاک از دیوار های بتنی یا مصالح بنایی که به دیوار حائل شناخته می شوند استفاده می گردد.

بار جانبی مایعات نیز همانطور که در قسمت بار های ثقلی گفته شد بارهای مایعاتی هستند که در مخازن نگه داری می شوند و به صورت جانبی به دیواره های مخزن بار وارد می کنند.

در ادامه این فصل به تفکیک نحوه ی محاسبه ی انواع بارهای ثقلی و جانبی توضیح داده خواهد شد و در پایان این فصل نرم افزار تحت اکسل به نام  APACAL(آپاکل)  که توسط این جانب به منظور تسریع و تسهیل فرآیند محاسبات بارگذاری اعم از ثقلی وجانبی تهیه شده است معرفی می گردد که مهندسین محترم می توانند از بخش محصولات سایت آپادانا به رایگان دانلود نمایند.

قابل ذکر است این نرم افزار از دو بخش محاسبات بارگذاری و کنترل های آیین نامه ای تشکیل شده است که به طور کلی هدف آن ایجاد دفترچه محاسبات سازه به طور کامل می باشد.در مورد قابلیت های کنترل آیین نامه ای این نرم افزار در فصل مربوط توضیحاتی ارائه می شود.

1-2- محاسبات بارهای ثقلی

در این بخش به نحوه محاسبه ی انواع بارهای ثقلی وارد بر سازه پرداخته می شود.

به طور کلی در بار گذاری سازه عدد نهایی که بعد از محاسبات بدست می آید می تواند به صورت سطحی،خطی با نقطه ای به سازه اعمال گردد.

به طور مثال بارکفسازی به صورت یک سطح گسترده به سقف سازه ای بار وارد می کند و یا دیوار های پیرامونی ساختمان بار خود را به صورت یک خط، به تیر زیر خود وارد می کنند و در مورد بار نقطه ای می توان از بار آسانسور نام برد که بار خود را در چهار نقطه به فنداسیون منتقل می کند.

بنابر این در بارگذاری های ثقلی ما با سه واحد سرو کار داریم:

الف) kg/m2  

ب) kg/m

ج) kg

واحدهای کیلو گرم(KG) و متر(m) بیان شده در سه حالت بالا بنابر عرف جامعه ی ایران که با این واحدها راحت تر ارتباط برقرار می کنند بیان گردید در حالی که می توان برای نیرو از واحدهای نیوتن یا پوند و همچنین برای طول و مساحت از واحدهای اینچ،میلیمتر و سانتیمتر نیز استفاده نمود.