بارگذاری ساختمان، بار زنده

بارهای ثقلی عبارت است از ترکیب بارهای مرده و زنده که به صورت عمودی و به سمت مرکز زمین عمل می‌کند و اعضای سازه‌ای تحت تنش‌های فشاری و یا کششی قرار می‌گیرند. در این مقاله به بررسی نکات و محاسبات بارهای زنده و سایر بارهای ثقلی می‌پردازیم.

تعریف بار در ساختمان

وظیفه اصلی یک سازه انتقال بار است.  بارها در علم استاتیک تأثیراتی هستند که به صورت یکنواخت یا متمرکز به عناصر سازه ای وارد می شوند. بخشی از بارهای ساختمانی ناشی از وزن مصالح به کار رفته و وزن افراد و تجهیزات اشغال کننده ساختمان هستند که در گذر زمان تغییر نمی کنند. این بارها که استاتیکی نامیده میشوند، مبنای طراحی سازه ها هستند، این بارها یا از طریق وزن خود سازه یا از طریق عوامل خارجی دیگر وارد می شوند. هم چنین این بارها متناسب با طراحی معماری و جنس مصالح و موقعیت قرارگیری اجزای سازه ای تغییر میکنند.

بارهای ثقلی (gravity loads)

ترکیب بارهای مرده و زنده است که به صورت عمودی و به سمت مرکز زمین عمل می کند و اعضای سازه ای تحت تنش های فشاری و یا کششی قرار می گیرند.

یکی از انواع بارهای ثقلی بارهای مرده هستند که در مقالات قبل به تفصیل به آن ها پرداخته شد. در این مقاله به بررسی سایر بار های ثقلی  پرداخته میشود.  

بار زنده (live load)

بارهای زنده بارهای هستند که متغیر و غیر قابل پیش بینی هستند و مقدار و راستای ثابت ندارند و امکان جابجایی ندارند. مثل بارهای انسان ها، حیوانات، ماشین ها، اثاثیه، دیوارهای جداکننده، سایر اعضای غیرسازه ای، باران، برف، مکش باد، فشار آب و خاک.

تعاریف بار زنده در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان آورده شده است.

انواع بار زنده در ساختمان

بار زنده پشت بام (live Roof)

باری بر روی بام که توسط کارگران و تجهیزات و مصالح در حین انجام تعمیرات بر روی آن، به سقف وارد میشود و هم چنین اجزای تزیینی مثل گلدان که ارتباطی به طول عمر بهره برداری از ساختمان نداشته باشد بار زنده پشت بام نام دارد.

بار زنده گسترده یکنواخت Live

بار زنده‌ای که در طراحی ساختمان‌ها و سایر سازه‌ها به کار می‌رود، باید بیشترین بار مورد انتظار برای کاربران مورد نظر بوده و در هیچ حالتی از حداقل بارهای یکنواخت داده شده در جدول 6-5-1 مقررات ملی مبحث ششم با در نظر گرفتن میزان کاهش‌های مجاز کمتر نباشد. 

مثال: برای یک سازه مسکونی 6 طبق با استفاده از جدول زیر می‌توان بار زنده را به صورت زیر برداشت کرد.

مقدار بار زنده گستره در دفاتر اداری مطابق جدول 6-5-1 به صورت زیر است:

بارهای زنده کاهش یافته (Live Reducible)

 نحوه کاهش بارهای زنده در قسمت های مختلف سازه به سطح بارگیر سازه بستگی دارد که با استفاده از رابطه زیر قابل محاسبه است (روابط مربوطه از مقررات ملی مبحث ششم و آیین نامه بارگذاری آمریکا ASCE7 برداشت شده اند).

 مقادیر مربوط به kLL به صورت جدول زیر است:

بارهای زنده در شرایط زیر کاهش نمی‌یابند

• بارهای زنده بیش از 5 کیلونیوتن بر مترمربع کاهش نمی‌یابند.
• بارهای زنده محل عبور و یا پارک خودروهای سواری کاهش نمی‌یابند.

نکته: کاهش بارهای زنده اعضایی که بار 2 طبقه یا بیشتر را تحمل می کنند به اندازه 20 درصد کاهش داده می‌شوند.

به مثال هایی از محاسبات نظام مهندسی و طراحی سازه‌ها برای درک بیشتر  با دقت انتخاب شده‌اند توجه شود.

بار زنده تیغه بندی (Partition Load)

در ساختمان‌های (اداری یا سایر ساختمان ها) که احتمال جابجایی دیوارهای جداکننده وجود داشته باشد که این بارها نیز به عنوان بار زنده در نظر گرفته خواهند شد و این مقدار در ساختمان‌های معمولی نباید از 1 کیلو نیوتن بر مترمربع کمتر باشد ولی در سازه‌هایی که از دیوارهای ساندویچی استفاده شده است میتوان این حد را به 0.5 کیلونیوتن کاهش داد. به جز حالتی که از 2 کیلو نیوتن بر مترمربع بیشتر باشند که در این حالت به عنوان بار مرده در نظر گرفته می‌شوند. 

نامناسب‌ترین وضعیت بارگذاری

گزینه 4گزینه 3

بارگذاری در پل و پارکینگ‌ها

فلسفه بارگذاری پارکینگ‌ها: در پل‌های شوسه یکی از بارگذاری های که مورد توجه قرار می گیرد بار متعلق به کامیونی 40 تنی است. کامیون 40 تنی سنگین‌ترین کامیونی است که اجازه داده می شود با حداقل سه محور روی پل های ایران حرکت داده شود. اگر بار سنگین تر از 40 تن باشد محورها باید افزوده شوند. علاوه بر آن عبور کامیون سنگین تر از 40 تن نیاز به اجازه پلیس دارد. بارهای سنگین تر ممکن است پلها را تخریب کنند در نتیجه ضوابط خاصی برای آن ها در نظر گرفته شده است. (این مقادیر در تمامی آیین نامه‌های بین المللی نیز ثابت هستند) هم چنین یک بار گسترده 70 تنی در یک سطح گسترده‌تری تقسیم شده است که شبیه پارکینگ‌ها در مبحث ششم مقررات ملی است. که در جدول 6-5-1 مقادیر مختلف آن برای شرایط مختلف بیان شده است.

بار زنده آسانسور

بار آسانسور جز بارهای زنده است و برای اعمال آن بر سازه کافی است مقدار بارهای بیان شده در جدول زیر به محل اتصال آسانسور اعمال شوند (تیر یا ستون های طبقه انتخابی یا خرپشته).

به نکته زیر که از ضوابط شهرداری بیان شده دقت شود:

بار زنده جراثقال

گزینه دوم 

بار ناشی از تغییرات درجه حرارت

همه سازه ها در معرض تغییر درجه حرارت قرار دارند. سازه ها در اثر تغییر درجه حرارت در شب و روز و دوره های طولانی تر تغییر درجه حرارت مانند تابستان و زمستان تغییر شکل و اندازه می‌دهند.

در مقررات ملی ساختمان مبحث ششم بیان شده است که برای ساختمان های با بیش از 30 طبقه و اعضایی که طولی بیشتر از 18 متر دارند استفاده از این بند آیین نامه الزامی است. اگر سازه صلبیت بیشتری داشته باشد آنگاه کاهش دما موجب واکنش های بحرانی در سازه می‌شود.

مثال: یک تیر سازه به طول 25 متر و ضریب حرارت   میباشد و تحت تغییرات دمایی 60 درجه سانتی گراد قرار گرفته است حال تغییر طول و تنش به وجود آمده در تیر را محاسبه کنید؟

بار ناشی از نشست سازه

اگر پی ساختمان به صورت متقارن نشست کند، همه ی اجزای سازه‌ای با یکدیگر به مقداری ثابت به سمت پایین حرکت می‌کنند و در نتیجه تنش‌های  قابل ملاحظه‌ای به سازه وارد نمی‌شود ولی هنگامی که به صورت نامتقارن نشست داشته باشد به طور مثال یکی از تکیه گاه‌های سازه خراب شود یک قسمت از سازه پایین می رود و معلق می‌گردد.

بار ناشی از فشار خاک و آب

سازه‌هایی که در زیر تراز پایه سازه و هم چنین زیر سطح خاک قرار می گیرند تحت تأثیر بارهای متفاوت از سازه های روی سطح زمین قرار می‌گیرند. زیرسازی ساختمان باید فشارهای جانبی ایجاد شده به وسیله زمین و آب درون زمین را تحمل کند. این نیرو در جهت عمود بر دیوارها و کف های زیرسازی عمل می‌کنند و مقدار آنها از بالا به پایین به صورت مثلثی بیشتر می‌شود. ولی فشار آب نه تنها به دیوارها نیرو وارد می‌کند بلکه سبب ایجاد نیرویی رو به بالا بر کف ساختمان نیز می‌شود که در این حالت ساختمان سعی می‌کند شناور شود. سازه باید در برابر نیروهای طبیعی ناشی از فشار آب مقاومت کند.