ترکیب بار برای سازه فلزی (ترکیب بار اصلی)

مقدمه:
ترکیب بار در طراحی سازه های فلزی یکی از اصول بنیادی مهندسی سازه است که بدون درک دقیق آن، پیش بینی رفتار سازه تحت اثر نیروهای مختلف ممکن نیست. بارها بر سازه ها می توانند شامل نیروهای ناشی از وزن خود سازه، بارهای زنده مانند تردد افراد و تجهیزات، بارهای محیطی مانند باد و زلزله، بار برف و بار باران و همچنین اثرات تغییرات دما و نشست پایه ها باشند. تعیین ترکیب مناسب بارها و نحوه اعمال آن ها در مدل های سازه ای، پایه ای برای محاسبه مقاومت، پایداری و ایمنی ساختمان ها به شمار می آید.

در ساختمان های متعارف، برخی از المان ها مانند بالکن ها و پیش آمدگی ها به صورت طره یک سر گیردار ساخته می شوند. این بخش ها نیازمند تفکیک بارهای وارد بر آن ها هستند تا اثر مولفه قائم شتاب زلزله و سایر بارهای وارده، به دقت در مدل سازه ای لحاظ شود. به همین دلیل، بارهای مرده، زنده و برف کف ها و تیرهای طره در حالت های بارگذاری جداگانه وارد مدل می شوند تا پاسخ سازه تحت شرایط واقعی به شکل صحیح شبیه سازی شود.

بار مرده یکی از اصلی ترین مولفه های ترکیب بار است که شامل وزن خود سازه، سقف ها، کف ها، دیوارهای غیرسازه ای و تجهیزات ثابت می شود. در تحلیل مدل با نرم افزارهایی مانند ETABS، بار مرده می تواند تفکیک شده و بر اساس نوع عضو سازه ای وارد شود. به طور مثال، بار مرده کف ها و تیرهای غیرطره به صورت جداگانه تعریف شده و بار مرده دیوارهای مستقر بر کف ها نیز در حالت های بارگذاری مشخص اعمال می شوند. این تفکیک دقیق باعث می شود که اثرات بارهای مختلف بر المان های سازه ای به شکل صحیح لحاظ گردد و امکان بررسی پاسخ دقیق سازه تحت بارگذاری ترکیبی فراهم شود.

بار زنده شامل نیروهایی است که به صورت موقتی بر سازه وارد می شوند و متغیر هستند، مانند حضور افراد، تجهیزات قابل جابه جایی و فعالیت های داخل ساختمان. بار برف و بار باران نیز نقش مهمی در طراحی اعضای سقف و تیرها دارند و باید با توجه به شرایط اقلیمی منطقه به صورت مجزا در مدل لحاظ شوند. بارهای افقی زلزله و بارهای تشدید یافته، بار قائم زلزله برای بالکن ها و پیش آمدگی ها و همچنین بار باد از دیگر مولفه های مهم ترکیب بار هستند که اثرات دینامیکی و استاتیکی را بر سازه نشان می دهند.

بارهای خودکرنشی شامل اثرات تغییر دما، نشست پایه ها و وارفتگی ها هستند که به تدریج بر عملکرد سازه تاثیر می گذارند و معمولاً در ترکیب با سایر بارهای اصلی وارد تحلیل می شوند. همچنین بار ناشی از سیال با فشار و ارتفاع مشخص و فشار جانبی خاک یا مواد انباشته شده، باید در طراحی سازه های خاص در نظر گرفته شود تا شرایط بحرانی و نقاط ضعف سازه شناسایی شود. بار جانبی فرضی ناشی از نواقص هندسی اولیه نیز از دیگر عوامل است که می تواند بر استقرار و توزیع نیروها در سازه اثرگذار باشد.

ترکیب بارها در طراحی به دو روش اصلی حالت های دی و حالت های حدی تعریف می شوند. در روش حالت های دی، ترکیب بارهای ثقلی، ترکیب بارهای ثقلی همراه با بار جانبی فرضی و ترکیب بارهای شامل زلزله استاتیکی یا طیفی لحاظ می شوند. همچنین اثرات تغییر دما و بار باد در این حالت ها مورد توجه قرار می گیرند. در روش حالت های حدی، جزئیات ترکیب بارها به شکلی کامل تر ارائه می شوند تا بیشینه نیروهای وارده بر اعضای سازه محاسبه گردد و تمامی حالت های بحرانی تحت شرایط بهره برداری و مقاومت در نظر گرفته شوند.

طراحی سازه های فولادی و بتن آرمه بدون توجه به جزئیات ترکیب بارها ممکن است منجر به اشتباهات جدی در تحلیل و طراحی شود. استفاده از جدول های ترکیب بار و استانداردهای بارگذاری امکان مقایسه نیروهای مختلف و اعمال آن ها در نرم افزارهای مدل سازی را فراهم می کند. به همین دلیل، شناخت دقیق انواع بارها و نحوه ترکیب آن ها، پایه ای برای طراحی ایمن، پایدار و اقتصادی سازه های فلزی است.

فهرست مطالب
1- کلیات
2- علایم اختصاری
الف: بار مرده
ب: بار زنده
ج: بار برف
د: بار باران
هـ: بارهای افقی زلزله و بارهای افقی زلزله تشدید یافته
ز: بار قائم زلزله برای بالکن ها و پیش آمدگی های طره
ح: بار باد
ط: بار خودکرنشی از قبیل اثرات تغییر دما، نشست پایه ها و وارفتگی
ی: بار ناشی از سیال با فشار و ارتفاع حداکثر مشخص
ک: بار ناشی از فشار جانبی خاک، فشار آب زیرزمینی و یا فشار مواد انباشته شده
ل: بار جانبی فرضی ناشی از نواقص هندسی اولیه

3- معرفی ترکیب بارها در طراحی به روش حالت های دی
الف: ترکیب بارهای ثقلی
ب: ترکیب بارهای ثقلی شامل بار جانبی فرضی
ج: ترکیب بارهای شامل زلزله استاتیکی
د: ترکیب بارهای شامل زلزله طیفی
هـ: ترکیب بارهای شامل زلزله تشدید یافته استاتیکی و ترکیب بارهای شامل زلزله تشدید یافته طیفی
ز: ترکیب بارهای شامل اثرات تغییر دما
ح- ترکیب بارهای شامل بار باد

4- جزئیات ترکیب بارها در طراحی به روش حالت های حدی

۵- جدول کاربرد ترکیبات مختلف بارگذاری در طراحی سازه های فولادی و بتن آرمه