بارگذاری ساختمان
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:135
به همراه تصاویر و جداول
فهرست مطالب :
گفتار نخست... 2
شناخت بارها و سامانه‌های انتقال بار و تعاریف... 2
1-1) کلیات... 2
1-2) معرفی انواع بارها 3
1-3) مبانی احتمالاتی بارگذاری سازه: 11
1-4) تعاریف سازه‌ای.. 18
قاب‌ها: 29
شکل‌پذیری: 31
سیستم مهاربندی افقی: 32
گفتار دوم. 33
بارهای مرده (Dead load) 33
2-1) کلیات... 33
2-2) بار مرده سقف‌ها 34
2-3) بار تیغه‌ها و جداگرها (Partition Loading) 42
2-4) بار مرده پله‌ها 44
گفتار سوم. 48
بارهای زنده (Live loads) 48
3-1) کلیات... 48
3-2) بار زنده کف‌ها: 49
3-3) اثر بدترین آرایش سربارهای زنده 56
3-4) بارهای وارد بر دست‌اندازها، نرده‌ها، جان‌پناه بامها و حفاظ پارکینگ‌ها. 58
3-5) شیوه اعمال بار خودروها و وسایل نقلیه (بر اساس آیین‌نامه 519) 60
3-6) کاهش سربارهای زنده 62
3-7) سربارهای ضربه‌ای.. 67
3-8) بارهای حین اجرای ساختمان: 75
3-9) نمونه‌ها 76
3-10) تمرین‌ها 88
گفتار چهارم. 95
بار برف (Snow load) 95
4-1) کلیات... 95
4-2) بار برف بامها 96
گفتار پنجم. 105
بارگذاری باد (Wind load) 105
5-1) کلیات... 105
5-2) بارهای ناشی از اثر باد. 106
5-3) فشار و نیروی موثر باد بر ساختمان‌ها و سایر سازهها 110
5-4) ضوابط عمومی طراحی سازه برای باد. 120
5-5) نمونه‌ها 121
5-6) تمرین‌ها 127
پیوست شماره 1: 131
جرم مخصوص مواد و جرم واحد مصالح و اجزای ساختمان. 131
پیوست شماره 2. 139
بار زنده کف انبارهای اجناس... 139
پیوست شماره 3. 143
روش تحلیلی دینامیکی محاسبه بار باد در ساختمان‌های خاص.... 143
چکیده :
با توجه به فقدان کتاب بارگذاری که بر اساس آیین‌نامه مقررات ملی مبحث ششم نگارش شده باشد، این کتاب به رشته تحریر درآمد. در مقررات ملی ایران، مبحث ششم، علاوه بر بارهای ثقلی، بارهای لرزه‌ای نیز ارائه شد که با توجه به گستردگی مباحث مرتبط با این نوع بارها و ارائه شدن آنها در دروس مهندسی زلزله در جلد دوم به آنها پرداخته خواهد شده است.
در کتاب حاضر که تحت عنوان بارگذاری ـ جلد اول (بارهای گرانشی و باد) می‌باشند، سعی شده است سرفصل‌ها، فرمول‌ها، مقادیر بارهای مرده، جرثقال‌ها و .... همه به طور کامل با آیین‌نامه همخوانی کامل داشته باشد.
گفتار نخست کتاب، به کلیات بارگذاری و تعاریف مرتبط با آن پرداخته که البته با توجه به گستردگی هر یک از تعاریف، فرض شده که خواننده در دروس پیش نیاز، آنها را مطالعه کرده باشد.
در گفتار دوم، بار مرده به طور کامل شرح داده شده و اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای و روش‌های محاسبه بار مرده ارائه گردیده است. وزن حجمی محاسباتی مصالح و اجزاء بر اساس مقررات ملی بوده و از بندهای آیین‌نامه پیروی شده است.
در گفتار سوم، به بار زنده پرداخته شده است. اصولاً محاسبات مربوط به بار زنده بر اساس آیین‌نامه‌ها و جداول آنها و با توجه به نوع کاربری انجام میشود. در این فرآیند، حتماً به بندهای تکمیلی آیین‌نامه توجه شود، چرا که در بسیاری از موارد، تبصره‌ها و موارد ویژه بارهای زنده بیشتری را پیشنهاد کرده و در صورت اشتباه در شناخت مطالب و یا نوع جدول، مطمئناً بارگذاری زنده سازه نیز نادرست خواهد بود. بارهای جرثقال، آسانسور و پارک ماشین نیز جزء این دسته بارها هستند.
گفتارهای چهارم و پنجم، به بارهای برف و باد پرداخته است. دلیل بررسی جداگانه این بارها، شرایط ویژه تعیین و محاسبه این بارهاست. بار باد و برف با توجه به ناحیه و شهری که سازه ساخته میشود، تعیین و به همین دلیل در این خصوص جداول و نقشه‌هایی ارائه شده است.
پیوست‌های کتاب نیز دربرگیرنده وزن حجمی مصالح و مواردی می‌باشد که در گفتارها قابل گنجاندن نبود.
هدف اولیه از نوشتن کتاب، در دسترس قرار دادن یک کتاب بارگذاری با محتوای کاربردی ـ آیین‌نامه‌ای بود که هم خواسته دانشجویان را برآورده سازد و هم بتواند مورد استفاده مهندسین باشد.
در آماده‌سازی این کتاب، خدمات شایان توجه آقایان میرزایی، رزاقی و مروجی درخور ستایش است. از جناب آقای دکتر محسنی ریاست محترم دانشگاه، خانم دکتر مازندرانی، معاونت پژوهشی و همچنین کلیه کارمندان قسمت معاونت پژوهشی دانشگاه آزاد اسلامی گرگان و جناب مهندس الیاس مدیریت گروه عمران که همگی با همکاری بسیار موثرشان چاپ این اثر را میسر کردند، سپاسگزارم.
گفتار نخست شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری
1-1) کلیات
سازه‌های عمرانی به عنوان یک فرآورده تولیدی و صنعتی با کاربرد مشخص بوده که با توجه به نوع کاربری و استفاده موردنظر، بارهای مشخصی به آن وارد میشود. این سازه عمرانی اگر پل باشد، مطمئناً بارهای وارده بر آن با یک سد یا ساختمان مسکونی متفاوت خواهد بود. در پل بار اصلی وارده بر سازه آن، علاوه بر وزن پل، وزن خودروهای عبوری و همچنین بار فشار سیلاب‌ها می‌باشد، در حالی که در سدها بار اصلی، فشار آب پشت سد و خطرات ناشی از لرزش‌های زمین لرزه می‌باشند. در یک ساختمان که کاربری مسکونی دارد، نیز مقادیر بارهای اصلی با ساختمانی که کاربری درمانی یا تجاری دارد، متفاوت خواهد بود.
به عنوان یک تعریف کلی، بارگذاری تعیین حداکثر بار وارد بر یک سازه در مدت سن سودمندش با ریسک و خطر قابل پذیرش می‌باشد. بطور کلی سازه‌های موجود را به سه دسته می‌توان بخش کرد که عبارتند از:
1. سازه‌های عادی و رایج، ساختمان‌های مسکونی، بیمارستان‌ها، مدارس و ... بوده و دارای حداقل سن 50 سال می‌باشد. در این نوع سازهها، ریسک و خطر قابل قبول بین 10-5% است، احتمال خطا و اشتباه در بارگذاری و تعیین بار این نوع سازهها تقریباً نزدیک به صفر می‌باشد، چرا که به وفور ساخته شده و بارها تا اندازه زیادی شناخته می‌شوند.
2. سازه‌های صنعتی نظیر ساختمان‌های کارخانه‌ها، سوله، دکل‌های انتقال برق و ... بوده و دارای حداقل 25 سال سن می‌باشند. در این دسته از سازهها ریسک و خطر قابل قبول بین 1-5/0% است و احتمال خطا در بارگذاری و تعیین بار این نوع سازهها تا اندازه‌ای وجود دارد.
3. سازه‌های عمرانی نظیر سدها، پل‌ها، اسکله‌ها و .. بوده و دارای حداقل سن 200-50 سال می‌باشند. در این دسته از سازهها ریسک قابل قبول بین 1-5/0% است و با نظر به اینکه با توجه به شرایط ساختگاهی (به ویژه در سدها) نوع بارگذاری، طراحی و محاسبات متغیر بوده و به شدت تاثیرپذیر است، از ضرایب اطمینان بالایی در تعیین بارها استفاده میشود.
1-2) معرفی انواع بارها
بارهای وارده بر سازه با توجه به منبع و منشاء انتشار بارها و رفتارها و تغییرات آنها دسته‌بندی می‌شوند. به هرحال، با توجه به جمیع شرایط دسته‌بندی زیر را می‌توانیم برای بارها داشته باشیم:
- بار مرده (Dead Load):
این نوع بار به دلیل ثابت بودن مقدار آن تا انتهای سن و عمر سازه به این نام نامیده میشود. وزن اجزای سازه‌ای نظیر سقف، تیر و ستون‌ها، تیغه‌بندی، کف‌سازی‌ها و ... به عنوان بار مرده شناخته شده‌اند و می‌توان این اجزا را با توجه به ابعاد هندسی و وزن حجمی و جزئیات اجرایی و فنی آنها با بهره‌گیری از جداول وزن مصالح که در مبحث مقررات ملی ساختمان ارائه شده است، بدست آورد.
در تعیین این بار، بویژه در سازه‌های رایج مسکونی باید دقت زیادی داشت و دلیل آن نیز سهم زیاد این نوع بار در کل بارهای وارده بر سازه می‌باشد. شیوه و روش محاسبه این نوع بار در گفتار دوم ارائه خواهد شد.
- بار زنده (Live Load ):
بار زنده یا سربار در بیشتر مواقع با توجه به نوع کاربری سازه مشخص شده و به دو گونه کلی ایستا و ضربه‌ای دسته‌بندی میشود. برای نمونه بار زنده در ساختمان‌های مسکونی در حالت ایستا، وزن انسان‌ها و بارهای متغیر وارده بر سازه مسکونی بوده و در حالت ضربه‌ای، وزن آسانسور یا بالابر می‌باشد. مطمئناً خوانندگان درنظر خواهند داشت که بار زنده یک پل با بار زنده یک سد متفاوت است.
- بارهای حین ساخت (As Built Load):
بارهای حین ساخت با توجه به روش اجرا و مراحل اجرایی سازه تعیین می‌شوند. در بسیاری از مواقع در ساخت و سازها، بارهای حین ساخت بیش از بارهای بهره‌برداری سازه بوده و ضرورت دارد که طراحی سازه برای این حالت بار و این نوع بارگذاری بررسی شود. در اجرای پل‌ها، از جراثقال‌هایی استفاده میشود که وزنشان بیش از وزن و بارهای حالت بهره‌برداری می‌باشد.
در ساختمان‌های مسکونی نیز باید دال و سقف برای محل‌های دپوی مصالح (گچ، سیمان و ماسه) طراحی و کنترل شود.
- بار برف (Snow load):
بار برف مربوط به سقف‌های پوشاننده ساختمان بوده و با توجه به شرایط جغرافیایی محل ساختمان متغیر می‌باشد. مطمئناً در مناطق برف‌گیر و کوهستانی، بار برف بیشتر و در مناطق گرم و کویری بار برف بسیار کم می‌باشد. در این رابطه مبحث ششم، مقررات ملی ایران نقشه پهنه‌بندی ریزش برف را تهیه نموده است.
- بار یخ (Ice load):
در مناطق سردسیر، احتمال یخبندان آب در بعضی سازه‌های خاص می‌باشد که باید درنظر گرفته شود.
- بار باد (Wind load):
منشاء باد، تغییرات آب و هوایی می‌باشد. در بسیاری از حالت‌ها، باد همراه با آب بوده و اثرات فرسایشی آب نیز باید درنظر گرفته شود. بار باد تحت عنوان فشار ناشی از وزش باد نیز بیان شده و مقدار فشار باد به صورت یک نمودار در سطح زمین کمتر و در ارتفاع بیشتر میشود. همچنین سرعت و فشار باد در مناطق شهری با ساختمان‌های بلند کمتر از فشار باد در دشت باز و یا در ارتفاع خواهد بود. فرمول‌های زیر را می‌توانیم جهت رابطه بین فشار باد و سرعت آن بنویسیم:
P=1/2ρ.v2
P=0.00256v2 lb/ft2
P=0.0625v2 kg/m2
P: فشار v: سرعت جابجایی ρ: جرم مخصوص هوا
سرعت باد در سطح زمین، کمتر از ارتفاع بوده و با رابطه زیر تغییر می‌کند.
نمایه (1-1): نمودار تغییر سرعت باد با ارتفاع
بار باد در ایران، جزء بارهای مهم برای برخی مناطق و بعضی از انواع سازهها می‌باشد. سازه‌های سبک یا سازه‌های با سقف سبک ضروری است برای بار باد کنترل شوند. اجزای غیرسازه‌ای نظیر تیغه‌های رو به باد، دودکش‌ها، نرده‌ها، دیوارهای محوطه و حیاط‌سازی و ... از مواردی می‌باشند که باید به صورت مستقل از سازه بررسی شوند. در گفتار پنجم توضیحات مفصلی در ارتباط با بار باد داده خواهد شد.
- بار زلزله (Earthquake load):
زلزله و زمین لرزه، پدیده‌ای طبیعی است که پیامد سرد شدن کره زمین می‌باشد. کره زمین دارای هسته‌ای مذاب و پوسته‌ای سرد و سخت شده است که ضخامت این پوسته در نقاط کوهستانی به 20 کیلومتر و در نقاط قعر اقیانوس‌ها به 5 کیلومتر می‌رسد. در واقع پوسته زمین از صفحات و تکه‌های جدا از هم تشکیل شده و به فصل مشترک این صفحات و تکه‌ها گسل (Fault) گفته میشود. گسل‌ها خود به دو دسته فعال و غیرفعال تقسیم می‌شوند. گسل‌های فعال عموماً به گسل‌هایی گفته میشود که در دوازده هزار سال گذشته فعالیت داشته و لایه‌های آبرفتی زمین از فعالیت آنها تاثیر پذیرفته است.
بطور کلی باید از احداث ساختمان تا فاصله 5 کیلومتری در مجاورت گسل‌های فعال و محل‌هایی که امکان بوجود آمدن شکستگی در سطح زمین هنگام زلزله وجود دارد، اجتناب شود و تا فاصله 50 کیلومتری از گسل، خطر لرزه‌خیزی بالایی برای ساختمان درنظر گرفته میشود.
در کل باری به نام بار زمین‌لرزه وجود نداشته و زمین‌لرزه فقط در ساختمان ایجاد لرزش نموده شتاب و تغییر شکل‌هایی در آن ایجاد می‌کند که حاصلضرب جرم در شتاب زلزله (mag)، نیروی زلزله می‌باشد. بار زلزله، وابسته به سه عامل اصلی فاصله ساختمان تا کانون زلزله، جنس خاک بستر ساختمان و ویژگی‌های دینامیکی سازه ساختمان می‌باشد.
در کل، در زمین‌هایی که ممکن است بر اثر زلزله ناپایداری ژئوتکنیکی نظیر روانگرایی در خاک‌های ماسه‌ای سست، نشست زیاد، زمین لغزش، سنگ ریزش یا پدیده‌های مشابه ایجاد گردد و یا در زمین‌های متشکل از خاک رس سست و ماسه‌ای اشباع باید امکان ساخت و شرایط لازم برای ساخت بنا با بهره‌گیری از مطالعات ساختگاه و آزمایش‌های ویژه بررسی گردد.
در رابطه با محاسبه بار زمین‌لرزه، آیین‌نامه 2800 زلزله مورد استفاده قرار گرفته و در ارتباط با نحوه محاسبه بار زلزله نیز در درس مهندسی زلزله بحث و بررسی بیشتری صورت می‌گیرد.
- بار حرارتی (Termal load):
مصالح ساختمانی مورد استفاده در ساختمان‌ها، دارای انبساط طولی و عرضی در اثر حرارت و گرما می‌باشد. هنگامی که بر فرض مثال، یک تیرآهن فولادی از دو انتها بسته شده باشد، به دلیل عدم توانایی در تغییر شکل‌های گرمایی، دارای تغییر شکلی برابر ∆L=λL∆t خواهد بود، در حالی که عملاً به دلیل بسته بودن، =0∆ می‌باشد. بنابراین در این حالت نیروی p در این تیرآهن ایجاد خواهد شد که می‌توان آن را از رابطه بدست آورد. یعنی:.
نیروها و بارهای حرارتی اکثراً در ساختمان‌هایی که دارای طول زیادی می‌باشند، ایجاد میشود. به همین دلیل با توجه به طول این ساختمان‌ها و شدت گرمایی محیط سعی میشود بین طول‌های 50-30 متر حتماً یک درز جدایش و گرمایی درنظر گرفته شود. اندازه این درز بین 10-3 سانتیمتر بوده و به آن Expansion joint نیز گفته میشود.
در محل درز جدایش، ضروری است دو ستون کنار هم و با فاصله درز جدایش درنظر گرفته شود که در شکل زیر این مطلب به روشنی نمایش داده شده است:
نمایه (1-2): نمایشی از درز انبساط یا اجرایی در دو ستون کنار هم
نوع دیگر بار گرمایی، بار گرمایی عرضی یا گرادیان گرمایی می‌باشد. این بار در سازه‌های ضخیمی که در معرض تابش و نور مستقیم آفتاب قرار دارند، رخ می‌دهد. در این سازهها سطح در معرض نور آفتاب، دارای درجه گرمایی 60 درجه سانتیگراد در وسط روز و سطح زیرین دارای درجه گرمای 30 درجه سانتیگراد بوده و این اختلاف درجه گرما، در صورت بسته بودن سازه، مطمئناً ایجاد تنش‌های گرمایی در عضو و سازه خواهد نمود.
نمونه روشن این پدیده را می‌توان در شاه‌تیرهای اصلی پل‌ها دید. این شاه‌تیرها در وسط روز در صورت بسته بودن از دو سر شاه‌تیر مطمئناً متحمل تنش‌های اضافی خواهند شد. نمایش این حالت در شکل زیر ارائه شده است.
نمایه (1-3): نمایشی از تغییرات حرارت در یک پل (گرادیان گرمایی)
به همین جهت ضرورت دارد در دو انتهای شاه‌تیر پل‌ها از درزهای جدایش گرمایی بین تیرنشیمن شاه‌تیر و شاه‌تیر (Girder) استفاده نمود.
- بارهای ناشی از فشار آب و رانش خاک:
خاک و آب به دلیل نداشتن ایستایی، روی بدنه و جداره ظروف نگهدارنده آنها فشار وارد می‌کنند. این جداره از نظر سازه‌ای می‌تواند دیواره حایل نگهدارنده حجم مشخصی از خاک، دیواره زیرزمین‌ها، دیواره استخر و ... باشد. فشار خاک با توجه به مشخصات مکانیکی آن تعیین شده و در هر حالت نباید کمتر از فشار مایع، معادل با وزن مخصوص 500 دکانیوتن بر مترمکعب باشد. در صورتی که خاک مجاور دیوار در معرض سربارهای متحرک یا ثابت قرار گیرد، تاثیر این سربارها در افزایش میزان فشار پشت دیوار حایل باید در محاسبات درنظر گرفته شود.
و...