سازه باید در برابر نیروهای ناشی از عوامل طبیعی از جمله برف، باد، زلزله و ... مقاوم و پایدار باشد. بارهای وارد بر سازه به طور کلی عبارتند از: بار مرده، بار زنده، بار برف، بار باران، بار باد، بار زلزله، نیروی ناشی از جرثقیل، بارهای دینامیکی، اثرات انفجار، فشار خاک، فشار هیدرواستاتیکی، اثرات یخزدگی و اثرات حرارت است.
البته در طراحی سوله بار برف و باد از تمامی بارها اهمیت بیشتری دارند. در صورتی که سوله دارای جرثقیل باشد بار جرثقیل و اثرات حرکت آن مانند ضربه ناشی از حرکت نیز دارای اهمیت است. اگر سوله دارای طبقه باشد تاثیرات بارهای وارده جداگانه به سازه وارد شود و در صورت زیاد بودن بار وارده ... به سازه جداگانه در نظر گرفته شود.
در بارهای وارده باید به دو دسته قائم و جانبی تقسیم بندی شوند:
بار قائم:
این نیروها همواره در راستای قائم هستند و به سمت زمین به سازه وارد می شود. بار مرده، زنده، برف، باران و وزن تجهیزات نصب شده بار قائم هستند.
بارهای جانبی: این بارها برعکس بار قائم جهت خاصی ندارند و بدون شناخت عوامل بارگذاری دقیق و واقعی نمی توان آن را طراحی کرد. از جمله این بارها بار زلزله، اثر حرکت دینامیکی ماشین آلات و جرثقیل ها در جهات مختلف است.
بار مرده:
بار مرده شامل وزن اجزای ساختمان است که همیشه جز سازه هستند. مانند تیرها، ستون ها، دیوارها، کف ها، بام، سقف، راه پله ، نازک کاری، پوشش ها و دیگر اجزای سازه ای و معماری، همچنین وزن تاسیسات و تجهیزات ثابت شامل وزن جرثقیل نیز در این دسته قرار می گیرد.
ضروری است که در هنگام تهیه نقشه و محاسبات باید حجم و نوع مصالح مصرفی در هنگام اجرا در نظر گرفته شود و هر گونه تغییرات در جزئیات و یا جایگزینی مصالح با برآورد اولیه بارگذاری تطبیق داده شود.
در سوله بار مرده شامل وزن قطعات تشکیل دهنده نظیر پل، ستون، تیر ریزی (لاپه ها) مهاربندی، قطعات الحاقی و وزن پوشش سقف باشد.
برای آشنایی با اجزای اصلی سوله به شما پیشنهاد می دهیم این مقاله به همین نام را مطالعه کنید.
پوشش سقف ممکن است از ورق های موج دار گالوانیزه با پشم شیشه تور مرغی باشد.
بار زنده:
به بار موقت وارد بر سازه اطلاق می شود که در حین استفاده یا بهره برداری از سازه به آن وارد می شود که شامل بارهای حین ساخت و یا بارهای محیطی چون برف، باران، باد و زلزله است. با توجه به نوع بهره برداری سازه میزان حداقل بار زنده و محل تاثیر آن توسط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان مشخص می شود. بار وارده به کف انبارها نباید کمتر از ۷۵۰ کیلوگرم در متر مربع در نظر گرفته شود.
بار برف:
بار برف با توجه به موقعیت جغرافیایی و شکل سازه، وزش باد و شیب سقف محاسبه می شود.
در مبحث ۶ مقررات ملی ساختمان کشور به ۶ منطقه تقسیم بندی شده است، که با توجه به جدول معرفی شده بار حاصل از برف به سازه محاسبه می شود. سوله به دلیل وزن کمی که دارد بار برف بر روی آن بسیار تعیین کننده است.
سوله هایی که دارای سقف های دندانه ای (۸۸) هستند بیشترین میزان بار برف را تحمل میکنند در این سوله علاوه بر محل تاج محل قعر نیز اهمیت زیادی بر بار برف دارند.
بایستی مهندس محاسب ۵ نوع بار برف را در نظر بگیرد:
۱. بار برف متوازن بام به همراه بار باران بر برف
۲. بار برف نا متوازن
۳. بار انباشتگی به همراه بار برف متوازن
۴. بار برف لغزشی به همراه بار برف متوازن
۵. بار برف جزئی بام
بار نا متوازن:
برای بام های با سیب کمتر ۴٪ و یا بیشتر از ۶۰٪ بار نا متوازن لازم نیست. برای بام های با فاصله افقی کمتر از ۶ متر بین تاج و پای شیب تیرهای تکیه گاه سازه بین تاج و پای شیب بار نامتوازن یکنواخت در حالت پست به باد در نظر گرفته شده و در قسمت رو به باد بدون بار برف در نظر گرفته می شود.
بار جرثقیل:
جرثقیل تاثیر زیادی بر روی سوله دارد و به همین دلیل باید به طور دقیق بار آن در نظر گرفته شود.
اثر ضربه برای جرثقیل و ماشین آلاتی که برای بارگذاری ناگهانی یا ضربه ای هستند استفاده می شود.
با توجه به مبحث ششم مقررات ملی ساختمان در جراثقیل پل دار و تک ریلی بارهای طراحی تیر های زیر سذی و نشیمن گاه های آن ها باید در برگیرنده حداکثر بار چرخ، پل جراثقیل، ضربه قائم و بارهای جانبی در زمان حرکت جرثقیل هستند.
به دلیل فاصله نشیمنگاه ریل طولی جرثقیل تا محور ستون سبب ایجاد لنگر شده و باعث می شود تا بار قائم در خروج از مرکزیت بوجود آید و هر چه بار سنگین تر جا به جا شود و بار ایجاد شده بیشتر می شود به همین دلیل طراح باید اثر این بار به حداقل برساند و البته می توان با قراردادن نشیمن جرثقیل بر روی ستون سوله این بار را حذف کرد.
بار باد:
بر اثر انتقال هوا از مناطق گرمتر و اختلاف درجه حرارت جریان هوایی بوجود می آید که ایجاد باد می کند. بر اثر برخورد باد با اجسام به دلیل سیال بودن هوا، تبعیت از شکل جسم متلاطم یا آشفتگی در جریان نیرویی بر جسم وارد می شود. در اکثر مواقع بار به صورت موازی یا سطح افق بر ساختمان اثر می کند لذا برای بر آورد اثر باد بر ساختمان فرض بر این است که باد همواره به صورت افقی بر سازه اثر می گذارد و برای ساختمان های معمولی اثرات گردباد، جریان های پیچیده باد و تلاقی جریان های هم زمان مقاطع صرف نظر می شود.
شکل ساختمان بر فشار باد وارده بی تاثیر نیست هر چی سازه دارای گوشه های تیز کمتری باشد لایه های هوا به راحتی می توانند بلغزند و عبور کند و فشار کمتری وارد آورد. مهم ترین عامل در مقدار نیروی باد وارد بر ساختمان، ارتفاع می باشد. هر چه ارتفاع سازه بیشتر باشد بار باد به طبقات بالاتر بیشتر می شود معمولا برای ساختمانهای خاص مدل سازی تونل باد در نظر گرفته می شود.
از فشار باد مهم تر که باید به آن توجه داشت نیروی مکش است. هنگامی که باد به سازه برخورد میکند فشار مکش ایجاد می شود که باعث ایجاد خلا ناچیز و موقتی می شود و نوعی تمایل بیرون زدگی (مکش) بوجود می آید که در بیشتر مواقع چند برابر فشار باد نیرو دارد.
بار زلزله:
با توجه به موقعیت جغرافیایی این بار در نظر گرفته می شود. فشار ایجاد زلزله حرکت زمین است و در واقع نیرویی است که از محل اتصال سازه با زمین به آن وارد می شود. نیروی زلزله حاصل ضرب جرم ساختمان در ضریبی از شتاب حرکت سازه بوجود می آید و باید بر خلاف نیروی باد باشد و به شکل سازه بستگی ندارد و تنها به وزن وابسته است.
معمولا برای سوله به دلیل وزن کم سازه بار زلزله در نظر گرفته نمی شود. طراحان محاسب تنها بار باد یا زلزله ( هر کدام که مقدار بیشتری داشته باشد) را در محاسبات خود لحاظ می کنند.
اثرات حرارتی
اختلاف دما هنگام ساخت و نصب باعث ایجاد نیرو (تنش) می شود. اثرات حرارتی لازم جهت کنترل آن را به تفکیک بررسی کرد.
نیروی حین ساخت
در هنگام ساخت سوله قطعات لاغر، بلند، اتصالات مفصلی، تکیه گاه های غیر گیردار وجود دارد که ممکن است با تغییر مکان خرابی در سازه ایجاد می شود، این خرابی ها می تواند بر اثر وزن قطعه، نیروی باد و یا ضربات ناشی از جرثقیل ها باشد.
طراح باید به نکات اجرایی نصب توجه ویژه داشته باشد و برنامه ترتیب یا اولویت نصب قطعات را مشخص کند.
ترکیب بار:
امکان همزمانی بارها و تاثیر آن بر سازه وجود دارد به همین دلیل ترکیب بارها نیز در هنگام طراحی باید لحاظ شود.
سخن پایانی
به جرات می توان گفت یکی از مهم ترین کارهایی که مهندس محاسب باید انجام دهد، پیش بینی و برآورد بارهای وارد بر سازه است که در صورتی که به درستی محاسبه شود، باعث عمر بیشتر سازه می سود و از خطرات احتمالی که ممکن است سازه فولادی را تهدید کند جلوگیری می شود.
