انواع بارهای وارد بر ساختمان

<h2>انواع نیروهای وارد بر ساختمان</h2> <p>در طراحی سازه ها مساله ای که بسیار اهمیت دارد محاسبه و پیش بینی نیروهایی است که بر آن سازه وارد می شود. چرا که انتخاب المان های سازه مانند تیرآهن ها بستگی به مقدار نیروهای وارد بر ساختمان دارد. در این صورت است که می توان المان مناسب را انتخاب کرد.</p> <p>در مهندسی عمران به نیروهایی که بر یک سازه وارد می شود بارهای وارد بر آن سازه می گویند. به طور کلی بارهایی که بر ساختمان وارد می شوند را می توان به دو دسته تقسیم کرد:</p> <ul> <li>نیروهای خارجی: همانطور که از نام آن مشخص است نیروهایی هستند که از خارج سازه بر آن وارد می شوند.</li> <li>نیروهای داخلی: در اثر وارد شدن نیروی خارجی در عناصر سازه، در آن ها نیروی داخلی ایجاد می شود.</li> </ul> <p>وظیفه اصلی در هر سازه انتقال نیروهای وارد شده بر آن به فونداسیون و در نهایت زمین است. به مسیری که نیرو طی میکند تا به زمین منتقل شود مسیر انتقال بار یا نیرو گفته می شود. در هر ساختمان در اثر وارد شدن نیروی خارجی این نیرو از طریق دال به تیرفرعی، از تیر فرعی به تیراصلی و از تیراصلی به ستون و سپس به فونداسیون و زمین منتقل می شود. با وارد شدن نیروهای خارجی در المان های سازه مانند دال و تیرفرعی و تیراصلی و ستون و پی نیروهای داخلی ایجاد می شود. چنانچه نیروی داخلی که در المان سازه ایجاد می شود از مقاومت آن بیشتر باشد آن المان دچار آسیب می شود. بنابراین مهم است تا نیروهای وارد شده بر هر عضو سازه با دقت محاسبه شود.</p> <p><strong>آنچه در این مقاله خواهید خواند:&nbsp;</strong></p> <ul> <li><a title="انواع نیروهای خارجی وارد بر ساختمان" href="#Foreign">انواع نیروهای خارجی وارد بر ساختمان</a></li> <li><span id="Foreign"></span><a title="انواع بارهای خارجی وارد بر ساختمان" href="#several-time">انواع بارهای خارجی وارد بر ساختمان</a></li> <li><a title="انواع نیروهای داخلی وارد بر اعضای ساختمان" href="#Internal">انواع نیروهای داخلی وارد بر اعضای ساختمان</a></li> </ul> <h2>انواع نیروهای خارجی وارد بر ساختمان</h2> <p>نیروهای خارجی که بر ساختمان وارد می شود را از سه جهت می توان تقسیم بندی کرد. منشا نیرو، جهت اعمال نیرو و سرعت اعمال نیرو.</p> <h3>نیروهای خارجی بر اساس منشا نیرو</h3> <p>نیروهای خارجی وارد شده بر ساختمان بر اساس منشا را می توان به دو دسته کلی تقسیم بندی کرد:</p> <ul> <li>نیروهایی که منشا طبیعی دارند مانند برف، باران، وزن اسکلت ساختمان (نیروی جاذبه)، باد، زلزله و ..</li> <li>نیروهایی که از طریق انسان به ساختمان وارد می شوند مانند وسایل و افراد داخل ساختمان، ضربه و انفجار و ...</li> </ul> <h3>نیروهای خارجی بر اساس جهت اعمال نیرو</h3> <p>نیروهای وارد شده بر ساختمان از نظر جهت اعمال نیرو به دو گروه تقسیم بندی می شوند.</p> <ul> <li>نیروهایی در جهت قائم مانند بارهای زنده و مرده و برف</li> <li>نیروهای در جهت افق مانند زلزله و باد و ...</li> </ul> <h3>نیروهای خارجی بر اساس سرعت اعمال نیرو</h3> <p>این دسته از نیروها را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد:</p> <ul> <li>بارهای استاتیکی: این نیروها به آرامی به ساختمان وارد می شوند و مقدار آن ها در زمان ثابت است مانند بارهای مرده</li> <li><span id="several-time"></span>بارهای دینامیکی: این نیروها به صورت ناگهانی و متغیر به ساختمان وارد می شوند که از مهمترین آنها می توان زلزله را نام برد.</li> </ul> <p>نیروهای استاتیکی از آنجا که در واحد زمان تغییر نمی کنند بنابراین شتاب صفر دارند. از آنجایی که این نیرو شتاب صفر دارد در سازه اینرسی ایجاد نمی کند و سازه بدون اعمال نیرو به موقعیت ثانویه منتقل می شود اما نیروهای دینامیکی چون سریع و متغیر در واحد زمان هستند با اینرسی همراه هستند. مثلا در زمان زلزله فونداسیون ساختمان حرکت میکند اما سقف ساختمان تمایل دارد که حالت قبلی خود را حفظ کند. یعنی ساختمان شتاب می گیرد. این شتاب به پارامترهای مختلفی بستگی دارد اما می توان به راحتی دریافت که هر چه وزن ساختمان کمتر باشد اثر نیروی زلزله نیز بر آن کمتر است.</p> <blockquote> <p>بیشتر بخوانید: <a title="پرکاربرد فلزات در ساختمان سازی" href="https://www.modiranahan.com/article/390/%D9%81%D9%84%D8%B2%D8%A7%D8%AA-%D9%BE%D8%B1%DA%A9%D8%A7%D8%B1%D8%A8%D8%B1%D8%AF-%D8%AF%D8%B1-%D8%B3%D8%A7%D8%AE%D8%AA%D9%85%D8%A7%D9%86-%D8%B3%D8%A7%D8%B2%DB%8C" target="_blank" rel="nofollow">کاربرد فلزات در ساختمان سازی</a></p> </blockquote> <h2>انواع بارهای خارجی بر ساختمان</h2> <p>از مهمترین بارهای خارجی وارد بر ساختمان می توان بارهای مرده، بارهای زنده، بار برف، باد و زلزله را نام برد.</p> <h3>بارهای مرده:</h3> <p>بارهای مرده بارهای استاتیکی هستند که ناشی از وزن اجزای ساختمان می باشند و در طول عمر ساختمان مقدار و محل آن ها ثابت و بدون تغییر است. این بارها ناشی از وزن اجزای ساختمان مانند تیرها، ستونها، دیوارها، تاسیسات، نما و ... هستند.</p> <h3>بارهای زنده:</h3> <p>بارهای زنده ناشی از بارهای متحرکی هستند که درون سازه رفت و آمد می کنند. مقدار و محل این بارها نامشخص است. به عنوان نمونه می توان افرادی را نام برد که وارد ساختمان می شوند. ممکن است در زمانی 1 نفر وارد ساختمان شود و در شرایطی دیگر به دلیل برگزاری مراسم 50 نفر در ساختمان حضور داشته باشند. این بارها ماهیت تصادفی دارند و محاسبه مقدار دقیق آنها غیر ممکن است اما می توان به کمک برخی تحقیقات و کارهای آماری به صورت تقریبی مقدار این بارها را مشخص کرد. بارهای زنده می توانند استاتیکی یا دنیامیکی باشند. به عنوان مثال افرادی که به درون ساختمان رفت و آمد می کنند نمونه ای از بارهای استاتیکی هستند.</p> <h3>بار برف:</h3> <p>برف از جمله بارهایی هست که به صورت عمودی بر ساختمان وارد می شود. به این نوع بار، بارهای ثقلی نیز گفته می شود. محاسبه مقدار نیروی وارد شده به دلیل بارش برف بر سازه اهمیت دارد چرا که ممکن است در شرایطی باعث تخریب سازه شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="تصویر شماره 1 - برف روی ساختمان.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1633874989997.jpg" alt="بار برف سنگین روی ساختمان" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره 1 &ndash; بار برف سنگین روی ساختمان</p> <h3>نیروی باد:</h3> <p>بار از جمله بارهایی ست که به صورت جانبی به ساختمان وارد می شود. مقدار و جهت این نیرو قابل پیش بینی نیست و در طول زمان می تواند تغییر کند. بنابراین باد را می توان جز بارهای دینامیکی در نظر گرفت. مقدار نیرویی که از طرف باد بر ساختمان وارد می شود به سرعت باد، جهت باد، شکل سازه، ارتفاع ساختمان و شرایط محیط اطراف ساختمان بستگی دارد.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="تصویر شماره 2 - شبیه سازی اثر باد.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1633874964398.jpg" alt="شبیه سازی اثر باد بر ساختمان" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره 2 &ndash; شبیه سازی اثر باد بر ساختمان</p> <h3>نیروی ناشی از زلزله</h3> <p>زلزله از مهمترین و هراس انگیزترین نیروهایی است که ممکن است بر ساختمان وارد شود. کاملا مشخص است که ماهیت این بار دینامیکی و متغیر با زمان است و در همه جهات می تواند بر سازه نیرو وارد کند. ساختمان ها باید بگونه ای طراحی شوند که توانایی تحمل نیروهای ناشی از زلزله را داشته باشند.</p> <p><span id="Internal"></span>نیروی باد و زلزله هر چند هر دو دنیامیکی هستند اما تفاوت هایی نیز باهم دارند. از جمله اینکه نیروی ناشی از باد تغییرات کمی دارد و جهت آن نیز به سرعت تغییر نمیکند. اما نیروی ناشی از زلزله در بازه ی زمانی کم با نوسانات زیاد به سازه وارد می شود. یکی دیگر از تفاوت های نیروی باد و زلزله این است که بارگذاری باد از نوع نیرو است اما در زلزله این نوع بازگذاری از نوع جابجایی می باشد.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="تصویر شماره 3 - تخریب ساختمان در اثر زلزله.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1633874946529.jpg" alt="تخریب ساختمان در تایوان بر اثر زلزله" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره 3 &ndash; تخریب ساختمان در تایوان بر اثر زلزله</p> <h2>انواع نیروهای داخلی وارد بر اعضای ساختمان</h2> <h3>نیروی محوری</h3> <p>نیروهای محوری (Axial load) در امتداد محور طولی اجسام و به صورت عمود بر سطح مقطع آنها وارد می شود. این نیروها کششی یا فشاری هستند. در اثر اعمال نیروهای محوری جسم می تواند دچار افزایش یا کاهش طول شود. افزایش طول در اثر نیروی کششی و کاهش طول به دلیل نیروی فشاری ایجاد می شود. علاوه بر تغییر طول بر اثر نیروهای محوری سایر ابعاد جسم نیز تغییر می کند.</p> <h3>نیروی برشی</h3> <p>نیروهای برشی &nbsp;(shear force)نیروهای غیر هم جهتی هستند که به بخشی از عضو در یک جهت و به بخش دیگر در جهت مخالف نیرو وارد می کنند. به عنوان نمونه ای از نیروی برشی می توان نیروی اعمال شده به یک تکه کاغذ برای پاره کردن آن اشاره کرد.</p> <h3>نیروی خمشی</h3> <p>هنگامی که با دو دست خود یک میله را خم میکنیم به آن نیروی خمشی وارد کرده ایم. اعمال این نیرو باعث خم شدن (Bending) المان می شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="تصویر-شماره-4---نیروی-خمشی-بر-تیرآهن.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1633874930212.jpg" alt="نیروی خمشی وارد بر تیرآهن" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره 4 &ndash; نیروی خمشی وارد بر تیرآهن</p> <h3>نیروی پیچشی</h3> <p>گشتاوری ست که باعث تاب خوردگی المان می شود. در مقاطعی که دایره ای شکل نیستند پیچش (Torsion) &nbsp;با اعواجاجی به نام تاب خوردگی همراه است.</p> <p>تصویر شماره 5 &ndash; کمانش جانبی پیچشی در تیرآهن</p>