انواع بارهای وارد بر ساختمان که در محاسبات باید رعایت شود

از رایج‌­ترین مسائل مهندسان عمران و مکانیک تاسیسات در طراحی، محاسبه بارهای وارده بر ساختمان است. به هر ساختمان با توجه به موقعیت و محل قرارگیری از سمت داخل و خارج نیرو وارد می­شود. این نیرو می­تواند فشار و بار زیادی را متحمل سازه کرده و در طولانی مدت سبب تخریب و کاهش استحکام آن گردد. انواع بارهای وارد بر ساختمان توسط متخصصین کاهش داده شده و در نتیجه ساختمان مقاوم­تر می­شود. اینکه چه بارهایی وارد ساختمان میشود و چند نوع بار زنده و مرده ساختمان وجود دارد در ادامه مورد بحث واقع شده.

منظور از بارهای وارده بر ساختمان چیست؟

اصطلاح “بارهای وارد بر ساختمان” در مهندسی ساختمان به انواع مختلف بارهایی اشاره دارد که بر ساختمان یا سازه‌ای خاص اعمال می‌شوند. مهندسین برای محاسبات و پروژه های زیادی مانند، نحوه قرار گیری تجهیزات، تاسیسات مکانیکی، قرارگیری پنجره، ستون و… باید ابتدا بارهای وارد بر ساختمان را بررسی کنند. منظور از بار، همان نیروهای وارد بر ساختمان است. این بارها می‌توانند از منابع مختلفی ناشی شوند، از جمله وزن ساختمان و محتویات داخلی آن، نیروهای جانبی مانند باد و زلزله، بارهای حیاتی مانند بار زنده (اشاره به افراد و تجهیزات حاضر در ساختمان)، بارهای ترمودینامیکی (مثل تغییرات دما) و بسیاری موارد دیگر.

بارهای وارد بر ساختمان مبحث ششم به طور مفصل توضیح داده شده است. برای یادگیری آن پی دی اف این مبحث را از سایت سودا دانلود کنید. در این مبحث وزن بار مرده و زنده ساختمان، مقدار بار مرده ساختمان مسکونی، محاسبات بار زنده ساختمان ها و… همراه با عکس و فرمول ها بررسی شده است و به عنوان یک منبع برای مهندسین ساختمان محسوب شده است.
بارهایی که به یک ساختمان وارد می­شود، باید در توازن باشد. به طوری که برآیند نیروهای وارده را صفر کرده و فشارها یک دیگر را تا حد امکان خنثی کنند. بی دقتی به هر یک از مسائل این چنینی خطرات جانی و مالی فراوانی را متوجه ساکنین ساختمان می­کند. بنابراین تقسیم و متعادل سازی بارهای یک ساختمان برعهده مهندسان عمران بوده و تحت هیچ شرایطی نباید از آن چشم­پوشی کرد.

انواع بارهای وارده بر ساختمان برای طراحی ساختمان

انواع بار وارد بر ساختمان به طور کلی به دو دسته، بار زنده و مرده تقسیم میشود. بار مرده یا بار استاتیکی به بارهایی اطلاق می‌شود که ناشی از وزن مستقر المان‌های سازه است و به صورت ثابت و دائمی بر سازه اثر می‌گذارد. این بارها شامل وزن عناصری همچون دیوارها، پنجره‌ها، کفپوش‌ها، سقف‌ها، کف‌ها، ستون‌ها، پشتیبانی‌های سیستم‌های مختلف و سایر اجزای ساختمانی می‌شوند. مقدار بار مرده برای هر عنصر سازه از حاصل ضرب حجم آن عنصر در وزن واحد مصالح سازه به دست می‌آید. به عنوان نمونه، وزن متر مربع از دیوارها با توجه به ضخامت و نوع مصالح آنها محاسبه می‌شود و سپس با ضرب این مقدار در مساحت دیوارها، وزن بار مرده مربوط به دیوارها به دست می‌آید.

بار زنده ناشی از جابجایی و حرکت اشیا مختلف و یا افراد در بخش‌های مختلف سازه است. این بارها در واقع بارهایی موقتی، متحرک و عمودی هستند که عمدتاً از حرکت و فعالیت انسان‌ها، حیوانات، وسایل نقلیه و تجهیزات الکتریکی در داخل ساختمان بوجود می‌آیند. به طور کلی، بار زنده شامل وزن افراد، اشیا موجود در ساختمان مانند میز، کمد، مبلمان، صندلی، کالاها، حیوانات و هرگونه باری است که در ساختمان وجود دارد و به طور معمول در طول زمان تغییر می‌کند.

منظور از بارهای داخلی ساختمان چیست؟

بارهای داخلی ساختمان به بارهایی اطلاق می‌شود که از داخل ساختمان بوجود می‌آیند و بر روی عناصر سازه‌ای و سیستم‌های داخلی ساختمان اثر می‌گذارند. این بارها معمولاً ناشی از وزن و فعالیت‌های داخل ساختمان هستند. یک مثال از بارهای داخلی ساختمان، بارهای مرده می‌باشد. بارهای مرده ناشی از وزن ثابت و دائمی اجزای ساختمان مانند دیوارها، سقف‌ها، کف‌ها، ستون‌ها، تجهیزات ثابت و غیره هستند. این بارها به صورت مداوم بر سازه‌ها اعمال می‌شوند و در طراحی سازه‌ها باید به دقت مورد توجه قرار گیرند تا مقاومت لازم برای تحمل آنها فراهم شود. البته به بارهای زنده مانند اشیا، افراد، حیوانات و… در محیط داخلی هم بارهای داخلی گفته میشود. برای محاسبات تجهیزات ساختمان باید به نیروهای مرده و زنده وارد بر ساختمان نوجه کرد. 

منظور از بارهای خارجی ساختمان چیست؟

نیرو یا همان بارهای خارجی ساختمان به هر نوع باری اشاره دارد که از خارج ساختمان بر آن وارد می‌شود و بر روی سازه‌ها و سیستم‌های ساختمانی تاثیر می‌گذارد. این بارها می‌توانند از مختلف منابعی ناشی شوند از جمله نیروها و بارهای خارجی ساختمان ناشی از شرایط جوی مانند باد، بارهای زلزله، بارهای حرارتی و تغییرات دما، بارهای ناشی از ترافیک و نقل‌وانتقال، بارهای ناشی از تجهیزات خارجی مثل تاسیسات و تجهیزات الکتریکی و مکانیکی، و غیره. برای مثال برای محاسبات جهت راه اندازی سیستم های تهویه مطبوع باید به بارهای خارج ساختمان نیز توجه کرد.

یک مثال از بارهای خارجی ساختمان می‌تواند بار باد باشد. باد اثراتی ناشی از نیروهای هوایی است که بر سطح ساختمان وارد می‌شود. این نیروها می‌توانند به شدت و جهت مختلفی داشته باشند و بر روی ساختمان فشار و نیروی جانبی ایجاد کنند که می‌تواند به تکیه‌گاه‌ها و سیستم‌های سازه‌ای آن آسیب برساند. بنابراین، در طراحی سازه‌ها، باید این نوع بارهای خارجی مد نظر قرار گیرد تا استحکام و پایداری ساختمان در برابر شرایط مختلف جوی تضمین شود.

چه بارهایی به ساختمان وارد می­شود؟

در طراحی ساختمان، بار یا همان نیروهایی که از جهات مختلف به ساختمان وارد می­شود را بار می­نامند. این نیروها می­تواند هم در فضای داخل ساختمان و هم در خارج ساختمان به سازه مغلوب شود. بار داخلی، نیرویی بوده که به علت وجود سایر نیروهای خارجی در پیرامون ساختمان به وجود می­آید. بار خارجی نیروی است که از طرف فضای اطراف سازه به ساختمان اعمال می­شود. این نیروها هر دو بر یک دیگر اثرگذار بوده و در صورت عدم وجود نیروی خارجی نیروی داخلی هم وجود ندارد.

در مبحث ششم مقرارت ملی ساختمان اصول طراحی و اجرای ساختمان به گونه‌­ای که بارهای آن متعادل باشد، به طور مفصل شرح داده شده است. بارهای وارده بر ساختمان مسیر و جهات خاصی داشته و از این طریق نیروی خود را منتقل می­کنند. اگر مهندسی و طراحی ساختمان باکیفیت باشد، همه اجزای ساختمان در جای درست و ایمن قرار می­گیرند. با تحلیل بارهای جانبی، ثقلی و استاتیکی در این مقاله با همه نیروهای اعمال شده بر ساختمان آشنا می­شوید.

بار جانبی چیست؟ به نیروهایی که از سمت داخل و خارج سازه به دیواره ها و جوانب ساختمان وارد می­شود، بار جانبی می­گویند. این بارها معمولا از طرف نیروی جاذبه، نیروی برف و سیل، وزن اسکلت، نیروی باد و باران و نیروهای یخ­زدگی به ساختمان وارد می­شوند. بارداخلی جانبی نیروهایی بوده که انسان توسط اعمالی مانند راه رفتن، ضربه، انفجار، جابه­جایی اجسام و … ایجاد می­کند.

بار ثقلی چیست؟

بر اساس مفاد بارهای وارد بر ساختمان مبحث ششم نیروها از نظر جهت اعمال به دسته­های متفاوتی تقسیم­بندی می­شوند. بار ثقلی همان بار جانبی بوده با این تفاوت که دارای جهت است. بنابراین بارهایی که به صورت قائم به ساختمان وارد شوند، مانند بارهای مرده، زنده، باد، برف، زلزله و … را بار ثقلی می­نامند.

بار استاتیکی چیست؟

آن دسته از نیروهای خارجی که به صورت آرام و تدریجی به سازه وارد می­شود، همان بار استاتیکی است. در تقسیم­بندی این بار سرعت اعمال نیرو بسیار قابل اهمیت می­باشد. بارهای مرده که همواره در طول زمان به ساختمان وارد شده و مقدار آن هم تغییری نمی­کند از نوع بار استاتیکی هستند.

بار دینامیکی چیست؟

بر خلاف بارهای استاتیکی که آرام آرام به سازه وارد می­شوند، بار دینامیکی به صورت ناگهانی به ساختمان اعمال می­شود. بارهای دینامیکی همیشگی نبوده و در طول زمان امکان تغییر مقدار آن فراهم است. نیروهای باد، سیل و زلزله در دسته بارهای دینامیکی قرار دارند.

بارهایی که یک ساختمان را تحت اثر قرار می­دهند عبارتند از: بارهای مرده، بارهای زنده، بارهای برف، بارهای باد، بارهای زلزله، بار انفجار، بار یخ­زدگی، بار باران، بار سیل، بار خاک و فشار هیدرواستاتیکی

بررسی مصالح مناسب برای کاهش بارهای وارده

در مبحث ۶ مقرارت ملی ساختمان به روش­های محاسبه و کاهش بار یک سازه پرداخته شده است. یکی از نکاتی که فشار وارده بر ساختمان را متعادل کرده و از آن می­کاهد، استفاده از مصالح و مواد مناسب است. برای این­که بار ساختمان در توازن باشد، مصالح و اجزای سازنده باید جرم، حجم و چگالی استاندارد داشته باشند. محاسبه بارهای خارجی و داخلی توسط مهندسان تقریبا غیر ممکن است به همین دلیل در همه کشورها از قوانین و مقرارت وضع شده در این زمینه استفاده می­شود.

در آیین نامه مقرارت ملی ساختمان در مبحث ششم گفته می­شود که بهترین مصالح برای کاهش بار و توازن نیروها مواد مدرن و نوین می­باشد. مواد ساختمانی نوین با انعطاف پذیری مطلوب، وزن کافی و مقاومتی در برابر عوامل گوناگونی که دارند، خطرات احتمالی و بارهای وارده بر ساختمان را به حداقل می­رسانند. مصرف مصالح سنتی نظیر سنگ و بلوک با بالا بردن وزن ساختمان تعادل ساختمان را بهم زده و بارها را افزایش می­دهد.

کلام آخر در مورد انواع بارهای وارد بر ساختمان

محاسبه و کنترل انواع بارهای وارد بر ساختمان از حساس­ترین مراحل اجرایی هر سازه است. اگر مهندسین به دلیل کاهش هزینه پروژه استفاده از متریال باکیفیت و مناسب را نادیده بگیرند، ساختمان زودتر فرسوده شده و خطراتی را ایجاد می­کند. استفاده از مطالب مذکور در مقرارت ملی ساختمان مبحث ششم کار مهندسین عمران را ساده‌­تر کرده است. به طور کلی، در طراحی و ساخت ساختمان‌ها، باید تمامی بارهای وارد بر ساختمان، از جمله بارهای استاتیکی و دینامیکی، مورد مطالعه و تحلیل قرار گیرند تا ساختمان به طور صحیح و مطمئن طراحی و ساخته شود.