انواع بارهای وارد بر ساختمان که تاثیر مستقیم روی سازه دارند
من سال هاست توی بازار آهن آلات کار میکنم و از اجرای اسکلتهای ساده تا سازه های سنگین را از نزدیک دیده ام. تجربه به من نشان داده اگر انواع بار وارده بر ساختمان درست شناخته نشود، حتی بهترین مقطع فولادی هم کارایی لازم را ندارد.
هر سازه مدام زیر فشار وزن خودش، رفتوآمد افراد، تجهیزات، باد و برف کار میکند و این نیروها شوخیبردار نیستند.
انواع بارهای وارد بر ساختمان
چرا شناخت انواع بار وارده بر ساختمان مهم است؟
تصور کنید در حال ساخت خانه رویاهایتان هستید. قطعاً اولین و اصلیترین اولویت شما، ایمنی و پایداری آن برای سال های طولانی است. این ایمنی مستقیماً به نحوه طراحی سازه برای مقابله با بارهای مختلف بستگی دارد.
اگر یک مهندس، وزن برف در یک منطقه سردسیر را دستکم بگیرد یا نیروی زلزله را در یک منطقه لرزهخیز بهدرستی محاسبه نکند، پایداری کل ساختمان به خطر میافتد.
شناخت دقیق بارها به دلایل زیر اهمیت دارد
تضمین ایمنی ساکنان: اصلیترین دلیل، حفظ جان و مال افرادی است که از ساختمان استفاده میکنند.
افزایش طول عمر سازه: ساختمانی که بهدرستی طراحی شده باشد، در برابر فرسودگی و آسیبهای ناشی از بارهای مختلف مقاومت بیشتری خواهد داشت.
طراحی بهینه و اقتصادی: شناخت دقیق بارها به مهندسان اجازه میدهد تا از مصالح به اندازه کافی و نه بیشتر یا کمتر از حد نیاز استفاده کنند. این کار از هدررفت منابع جلوگیری کرده و پروژه را اقتصادیتر میکند.
رعایت قوانین و مقررات: آییننامه های ساختمانی (مانند مقررات ملی ساختمان در ایران) الزامات مشخصی برای محاسبه بارها دارند و رعایت آن ها برای گرفتن مجوزهای لازم، ضروری است.
دسته بندی اصلی بار وارد بر ساختمان
بهطور کلی، تمام نیروهایی که به یک ساختمان وارد میشوند را میتوان در دو گروه بزرگ دستهبندی کرد. درک تفاوت این دو گروه، پایه و اساس شناخت انواع بار وارده بر ساختمان است.
بارهای قائم (ثقلی): این بارها در راستای نیروی جاذبه زمین و به صورت عمودی بر ساختمان وارد میشوند. به زبان ساده، هر چیزی که به سمت پایین فشار میآورد، جزو این دسته است.
بارهای جانبی (افقی): این بارها به صورت افقی به سازه فشار میآورند و تمایل دارند ساختمان را هل دهند یا واژگون کنند.
در ادامه، هر یک از این دسته ها و زیرمجموعه هایشان را با جزئیات کامل بررسی میکنیم.
بارهای قائم (ثقلی)
بارهای قائم یا ثقلی به نیروهایی گفته میشود که به دلیل گرانش زمین به ساختمان وارد میشوند و نقش مهمی در محاسبات سازه دارند؛ این بارها به دو گروه بار مرده و بار زنده تقسیم میشوند.
بار مرده شامل وزن تمام اجزای ثابت و دائمی ساختمان مانند اسکلت سازه از آهن یا بتن، سقفها و کفها، دیوارهای داخلی و خارجی، پوششهای دائمی نما و کف، و همچنین تأسیسات ثابت مکانیکی و الکتریکی است که مقدار آن از ابتدای طراحی مشخص بوده و در طول عمر سازه تغییر محسوسی ندارد.
در مقابل، بار زنده به نیروهای متغیر و متحرکی اشاره دارد که بسته به نوع کاربری فضا تغییر میکنند؛ از جمله وزن افراد، اثاثیه و تجهیزات قابل جابهجایی، بار برف و باران روی بام، و وزن وسایل نقلیه در پارکینگها.
آییننامه های ساختمانی برای هر کاربری، مقادیر مشخصی از بار زنده را تعیین میکنند تا ایمنی و عملکرد مناسب سازه تضمین شود.
بارهای جانبی
بارهای جانبی به نیروهایی گفته میشوند که به صورت افقی بر دیواره ها و اسکلت ساختمان اثر میگذارند و میتوانند تنشهای قابل توجهی در سازه ایجاد کنند، به همین دلیل طراحی آن ها بهویژه در ساختمان های بلند و مناطق پرخطر اهمیت بالایی دارد.
مهمترین بارهای جانبی شامل بار باد و بار زلزله هستند؛ بار باد در اثر برخورد جریان هوا با سطوح ساختمان به صورت فشار مثبت در سمت روبهباد و فشار منفی یا مکش در سایر سطوح و بام ایجاد میشود و مقدار آن به عواملی مانند سرعت باد منطقه، ارتفاع ساختمان، شکل معماری و شرایط محیط اطراف بستگی دارد.
از سوی دیگر، بار زلزله ناشی از حرکت زمین بوده و در داخل سازه و به دلیل اینرسی جرم ساختمان به وجود میآید؛ این نیرو به صورت جانبی به طبقات وارد شده و شدت آن تحت تأثیر جرم سازه، شتاب زلزله منطقه، نوع خاک و سیستم باربر جانبی قرار دارد.
به همین علت، در آییننامه های ساختمانی توجه ویژه ای به محاسبه دقیق بارهای جانبی و انتخاب سیستم مناسب برای مقاومت سازه در برابر آن ها شده است.
بارهای ویژه
بارهای ویژه به نیروهایی گفته میشود که همیشه وجود ندارند و فقط در بعضی پروژه ها یا شرایط خاص به ساختمان وارد میشوند، اما در صورت بیتوجهی میتوانند باعث آسیب جدی به سازه شوند.
فشار خاک و آبهای زیرزمینی از این نوع بارها هستند که به دیوارهای زیرزمین و پی وارد میشوند و در مناطق با سطح آب زیرزمینی بالا اهمیت بیشتری دارند. بارهای حرارتی نیز در اثر گرم و سرد شدن مصالح و تغییر طول آن ها به وجود میآیند و معمولاً با اجرای درز انبساط کنترل میشوند.
از دیگر بارهای ویژه میتوان به نیروهای ناشی از ضربه، مانند برخورد خودرو به ستون یا افتادن اجسام سنگین، و همچنین بارهای ناشی از نشست نامتقارن زمین اشاره کرد که ممکن است ترک و آسیب در ساختمان ایجاد کنند.
مسیر انتقال بار در ساختمان
مسیر انتقال بار در ساختمان نشان میدهد نیروهای وارد شده چگونه از اجزای سازه عبور کرده و در نهایت به زمین میرسند.
در این مسیر، بارها ابتدا به کف و سقف وارد شده، سپس از طریق تیرها به ستون ها و دیوارهای باربر منتقل میشوند.
در پایان، فونداسیون این نیروها را بهصورت ایمن به خاک زیر ساختمان منتقل میکند و پایداری سازه را حفظ میکند.
پیشنهاد میدم”چرا فونداسیون بعضی ساختمانها آهن بیشتری میخواهد؟” حتما بخونید!
ساختمان ها با چند نیرو همزمان روبرو میشوند؟
ساختمان ها معمولاً همزمان با چند نوع نیرو روبهرو هستند و فقط تحت یک بار مشخص قرار نمیگیرند. برای نمونه، یک ساختمان میتواند بهطور همزمان وزن سازه، حضور افراد، بار برف و فشار باد را تحمل کند و در شرایط خاص با نیروی زلزله نیز مواجه شود.
طراحی سازه فقط بر اساس شدیدترین حالت همزمان همه این بارها منطقی و اقتصادی نیست. به همین علت، آییننامه های ساختمانی با تعریف ترکیبات بارگذاری مختلف، ایمنی ساختمان را در کنار صرفه مالی تضمین میکنند.
مقایسه عوامل مؤثر بر بارهای جانبی اصلی
| عامل مؤثر | بار باد (Wind Load) | بار زلزله (Seismic Load) |
| عامل اصلی ایجاد نیرو | فشار ناشی از حرکت هوا | اینرسی ناشی از حرکت زمین |
| تأثیر وزن ساختمان | تأثیر مستقیم ندارد | بسیار مؤثر (هرچه سنگینتر، نیروی بیشتر) |
| تأثیر ارتفاع ساختمان | بسیار مؤثر (با افزایش ارتفاع، نیرو زیاد میشود) | مؤثر است |
| تأثیر شکل ظاهری | بسیار مؤثر (فرم آیرودینامیک بهتر است) | تأثیر کمتری دارد |
| تأثیر نوع خاک | تأثیر مستقیم ندارد | بسیار مؤثر (خاک نرم امواج را تشدید میکند) |
| منطقه جغرافیایی | مناطق بادخیز و دشتهای باز | مناطق نزدیک به گسل های فعال |
جدول مقایسه بار مرده و بار زنده
| ویژگی | بار مرده (Dead Load) | بار زنده (Live Load) |
| ماهیت | ثابت و دائمی | متغیر و موقتی |
| قابلیت پیشبینی | کاملاً قابل محاسبه و دقیق | تخمینی بر اساس کاربری فضا |
| منبع | وزن اجزای خود ساختمان | وزن افراد، اثاثیه، برف، باران |
| مثال ها | وزن تیر، ستون، سقف، دیوار | وزن مبلمان، ساکنین، خودروها |
| تغییر در طول زمان | تقریباً بدون تغییر | دائماً در حال تغییر |
جمع بندی
شناخت دقیق انواع بارهای وارد بر ساختمان و محاسبه درست آن ها، اساس یک طراحی مطمئن و قابل اعتماد را شکل میدهد. هر سازه در طول عمر خود با نیروهای مختلفی مانند وزن اجزای ثابت، حضور افراد، باد و زلزله روبهرو میشود که هرکدام میتوانند بر عملکرد آن اثر بگذارند.
مهندس سازه با بررسی همه این نیروها و ترکیبهای منطقی آن ها، ساختمانی را طراحی میکند که علاوه بر کارایی و ظاهر مناسب، ایمنی ساکنان را در سال های آینده تضمین کند.
برای استعلام قیمت روز انواع آهن آلات به سایت آهن 123 سربزنید.
سوالات متداول
تفاوت اصلی بار مرده و بار زنده چیست؟
بار مرده وزن اجزای ثابت و دائمی ساختمان (مانند اسکلت و دیوارها) است که تغییر نمیکند. اما بار زنده وزن های متحرک و متغیر (مانند افراد، اثاثیه و برف) است که به کاربری فضا بستگی دارد.
برای یک برج بلند در تهران، بار باد مهمتر است یا بار زلزله؟
هر دو بسیار مهم هستند، اما معمولاً در ساختمان های بسیار بلند (بالاتر از ۲۰ طبقه)، نیروی باد میتواند نیروی حاکم در طراحی باشد.
در ساختمان های کوتاهتر و متوسط، معمولاً نیروی زلزله تعیینکنندهتر است. طراح موظف است هر دو را محاسبه کرده و سازه را برای حالت بحرانیتر طراحی کند.
آیا وزن برف همیشه در طراحی بام در نظر گرفته میشود؟
خیر. بار برف فقط در مناطقی که طبق داده های هواشناسی، احتمال بارش برف قابل توجه وجود دارد، در محاسبات لحاظ میشود. در مناطق گرمسیر و بدون بارش برف، این بار صفر در نظر گرفته میشود.
منظور از “ترکیب بارها” چیست؟
یعنی در نظر گرفتن سناریوهای مختلف از وقوع همزمان چند نوع بار. مثلاً یک ترکیب بار میتواند شامل ۱۰۰٪ بار مرده + ۱۰۰٪ بار زنده باشد و ترکیب دیگر شامل ۱۰۰٪ بار مرده + بار باد + ۵۰٪ بار زنده باشد. سازه باید بتواند در برابر همه این ترکیبات مقاومت کند.
