شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری

دسته: عمران
بازدید: 54 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 2608 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 226

سازه‌های عمرانی به عنوان یك فرآورده تولیدی و صنعتی با كاربرد مشخص بوده كه با توجه به نوع كاربری و استفاده موردنظر، بارهای مشخصی به آن وارد می‌شود این سازه عمرانی اگر پل باشد، مطمئناً بارهای وارده بر آن با یك سد یا ساختمان مسكونی متفاوت خواهد بود

قیمت فایل فقط 8,900 تومان

شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری

فهرست مطالب

گفتار نخست... 2

شناخت بارها و سامانه‌های انتقال بار و تعاریف... 2

1-1) كلیات... 2

1-2) معرفی انواع بارها 3

1-3) مبانی احتمالاتی بارگذاری سازه: 11

1-4) تعاریف سازه‌ای.. 18

قاب‌ها: 29

شكل‌پذیری: 31

سیستم مهاربندی افقی: 32

گفتار دوم. 33

بارهای مرده (Dead load) 33

2-1) كلیات... 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) كلیات... 48

3-2) بار زنده كف‌ها: 49

3-3) اثر بدترین آرایش سربارهای زنده. 56

3-4) بارهای وارد بر دست‌اندازها، نرده‌ها، جان‌پناه بام‌‌ها و حفاظ پاركینگ‌ها. 58

3-5) شیوه اعمال بار خودروها و وسایل نقلیه (بر اساس آیین‌نامه 519) 60

3-6) كاهش 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) كلیات... 95

4-2) بار برف بام‌ها 96

گفتار پنجم. 105

بارگذاری باد (Wind load) 105

5-1) كلیات... 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 كف انبارهای اجناس.... 139

پیوست شماره 3. 143

روش تحلیلی دینامیكی محاسبه بار باد در ساختمان‌های خاص.... 143

گفتار نخست

شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری

1-1) كلیات

سازه‌های عمرانی به عنوان یك فرآورده تولیدی و صنعتی با كاربرد مشخص بوده كه با توجه به نوع كاربری و استفاده موردنظر، بارهای مشخصی به آن وارد می‌شود. این سازه عمرانی اگر پل باشد، مطمئناً بارهای وارده بر آن با یك سد یا ساختمان مسكونی 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 كه در سدها بار اصلی، فشار آب پشت سد و خطرات ناشی از لرزش‌های زمین لرزه می‌باشند. در یك ساختمان كه كاربری مسكونی دارد، نیز مقادیر بارهای اصلی با ساختمانی كه كاربری درمانی یا تجاری دارد، متفاوت خواهد بود.

به عنوان یك تعریف كلی، بارگذاری تعیین حداكثر بار وارد بر یك سازه در مدت سن سودمندش با ریسك و خطر قابل پذیرش می‌باشد. بطور كلی سازه‌های موجود را به سه دسته می‌توان بخش كرد كه عبارتند از:

1. سازه‌های عادی و رایج، ساختمان‌های مسكونی، بیمارستان‌ها، مدارس و ... بوده و دارای حداقل سن 50 سال می‌باشد. در این نوع سازه‌ها، ریسك و خطر قابل قبول بین 10-5% است، احتمال خطا و اشتباه در بارگذاری و تعیین بار این نوع سازه‌ها تقریباً نزدیك به صفر می‌باشد، چرا كه به وفور ساخته شده و بارها تا اندازه‌ زیادی شناخته می‌شوند.

2. سازه‌های صنعتی نظیر ساختمان‌های كارخانه‌ها، سوله، دكل‌های انتقال برق و ... بوده و دارای حداقل 25 سال سن می‌باشند. در این دسته از سازه‌ها ریسك 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، اسكله‌ها و .. بوده و دارای حداقل سن 200-50 سال می‌باشند. در این دسته‌ از سازه‌ها ریسك قابل قبول بین 1-5/0% است و با نظر به اینكه 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:

1. 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، كف‌سازی‌ها 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 كه در مبحث مقررات ملی ساختمان ارائه شده است، بدست آورد.

در تعیین این بار، بویژه در سازه‌های رایج مسكونی باید دقت زیادی داشت و دلیل آن نیز سهم زیاد این نوع بار در كل بارهای وارده بر سازه می‌باشد. شیوه و روش محاسبه این نوع بار در گفتار دوم ارائه خواهد شد.

2. بار زنده (Live Load ):

بار زنده یا سربار در بیشتر مواقع با توجه به نوع كاربری سازه مشخص شده و به دو گونه كلی ایستا و ضربه‌ای دسته‌بندی می‌شود. برای نمونه بار زنده در ساختمان‌های مسكونی در حالت ایستا، وزن انسان‌ها و بارهای متغیر وارده بر سازه مسكونی بوده و در حالت ضربه‌ای، وزن آسانسور یا بالابر می‌باشد. مطمئناً خوانندگان درنظر خواهند داشت كه بار زنده یك پل با بار زنده یك سد متفاوت است.

3. 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 كه طراحی سازه برای این حالت بار و این نوع بارگذاری بررسی شود. در اجرای پل‌ها، از جراثقال‌هایی استفاده می‌شود كه وزنشان بیش از وزن و بارهای حالت بهره‌برداری می‌باشد.

 در ساختمان‌های مسكونی نیز باید دال و سقف برای محل‌های دپوی مصالح (گچ، سیمان و ماسه) طراحی و كنترل شود.

4. 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 كوهستانی، بار برف بیشتر و در مناطق گرم و كویری بار برف بسیار كم می‌باشد. در این رابطه مبحث ششم، مقررات ملی ایران نقشه پهنه‌بندی ریزش برف را تهیه نموده است.

5. بار یخ (Ice load):

در مناطق سردسیر، احتمال یخبندان آب در بعضی سازه‌های خاص می‌باشد كه باید درنظر گرفته شود.

6. 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 یك نمودار در سطح زمین كمتر و در ارتفاع بیشتر می‌شود. همچنین سرعت و فشار باد در مناطق شهری با ساختمان‌های بلند كمتر 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، كمتر از ارتفاع بوده و با رابطه زیر تغییر می‌كند.

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 سبك یا سازه‌های با سقف سبك ضروری است برای بار باد كنترل شوند. اجزای غیرسازه‌ای نظیر تیغه‌های رو به باد، دودكش‌ها، نرده‌ها، دیوارهای محوطه و حیاط‌سازی و ... از مواردی می‌باشند كه باید به صورت مستقل از سازه بررسی شوند. در گفتار پنجم توضیحات مفصلی در ارتباط با بار باد داده خواهد شد.

7. بار زلزله (Earthquake load):

زلزله و زمین لرزه، پدیده‌ای طبیعی است كه پیامد سرد شدن كره زمین می‌باشد. كره زمین دارای هسته‌ای مذاب و پوسته‌ای سرد و سخت شده است كه ضخامت این پوسته در نقاط كوهستانی به 20 كیلومتر و در  نقاط قعر اقیانوس‌ها به 5 كیلومتر می‌رسد. در واقع پوسته زمین از صفحات و تكه‌های جدا از هم تشكیل شده و به فصل مشترك این صفحات و تكه‌ها گسل (Fault) گفته می‌شود. گسل‌ها خود به دو دسته فعال و غیرفعال تقسیم می‌شوند. گسل‌های فعال عموماً به گسل‌هایی گفته می‌شود كه در دوازده‌ هزار سال گذشته فعالیت داشته و لایه‌های آبرفتی زمین از فعالیت آنها تاثیر پذیرفته است.

بطور كلی باید  از احداث ساختمان تا فاصله 5 كیلومتری در مجاورت گسل‌های فعال و محل‌هایی كه امكان بوجود آمدن شكستگی در سطح زمین هنگام زلزله وجود دارد، اجتناب شود و تا فاصله 50 كیلومتری از گسل، خطر لرزه‌خیزی بالایی برای ساختمان درنظر گرفته می‌شود.

در كل‌ باری به نام بار زمین‌لرزه وجود نداشته و زمین‌لرزه فقط در ساختمان ایجاد لرزش نموده شتاب و تغییر شكل‌هایی در آن ایجاد می‌كند كه حاصلضرب جرم در شتاب زلزله (ma_g)، نیروی زلزله می‌باشد. بار زلزله، وابسته به سه عامل اصلی فاصله ساختمان تا كانون زلزله، جنس خاك بستر ساختمان و ویژگی‌های دینامیكی سازه ساختمان می‌باشد.

در كل، در زمین‌هایی كه ممكن است بر اثر زلزله ناپایداری ژئوتكنیكی نظیر روانگرایی در خاك‌های ماسه‌ای سست، نشست زیاد، زمین لغزش، سنگ ریزش یا پدیده‌های مشابه ایجاد گردد و یا در زمین‌های متشكل از خاك رس سست و ماسه‌ای اشباع باید امكان 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.

8. بار حرارتی (Termal load):

مصالح ساختمانی مورد استفاده در ساختمان‌ها، دارای انبساط طولی و عرضی در اثر حرارت و گرما می‌باشد. هنگامی كه بر فرض مثال، یك تیرآهن فولادی از دو انتها بسته شده باشد، به دلیل عدم توانایی در تغییر شكل‌های گرمایی، دارای تغییر شكلی برابر ∆L=λL∆t خواهد بود، در حالی كه عملاً‌ به دلیل بسته بودن، =0∆ می‌باشد. بنابراین در این حالت نیروی p در این تیرآهن ایجاد خواهد شد كه می‌توان آن را از رابطه  بدست آورد. یعنی:.

نیروها‌ و بارهای حرارتی اكثراً در ساختمان‌هایی كه 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 یك 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 كنار هم و با فاصله درز جدایش درنظر گرفته شود كه در شكل زیر این مطلب به روشنی نمایش داده شده است:

نمایه (1-2): نمایشی از درز انبساط یا اجرایی در دو ستون كنار هم

نوع دیگر بار گرمایی، بار گرمایی عرضی یا گرادیان گرمایی می‌باشد. این بار در سازه‌های ضخیمی كه 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 شكل زیر ارائه شده است.

نمایه (1-3): نمایشی از تغییرات حرارت در یك 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.

9. بارهای ناشی از فشار آب و رانش خاك:

خاك و آب به دلیل نداشتن ایستایی، روی بدنه و جداره ظروف نگهدارنده آنها فشار وارد می‌كنند. این جداره از نظر سازه‌ای می‌تواند دیواره حایل نگهدارنده حجم مشخصی از خاك، دیواره زیرزمین‌ها، دیواره استخر و ... باشد. فشار خاك با توجه به مشخصات مكانیكی آن تعیین شده و در هر حالت نباید كمتر از فشار مایع، معادل با وزن مخصوص 500 دكانیوتن بر مترمكعب باشد. در صورتی كه خاك مجاور دیوار در معرض سربارهای متحرك یا ثابت قرار گیرد، تاثیر این سربارها در افزایش میزان فشار پشت دیوار حایل باید در محاسبات درنظر گرفته شود.

قیمت فایل فقط 8,900 تومان

برچسب ها : شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری , طرح توجیهی شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری , دانلود شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری , عمران , شناخت بارها و تعاریف سامانه‌های انتقال بار و بارگذاری , شناخت بارها , جرم مخصوص مواد و جرم واحد مصالح و اجزای ساختمان , بارهای ناشی از اثر باد , فشار و نیروی موثر