محاسبه بار باد

محاسبه بار باد چگونه انجام می شود؟ بار باد چگونه محاسبه می شود؟

یکی از مهم ترین بارهای وارد بر سازه بار باد است. بار باد همانند بار زلزله یک بار جانبی است و از این جهت به بار زلزله شباهت دارد. ما با بار زلزله خیلی بیشتر از بار باد آشنا هستیم ولی باید توجه شود که اهمیت بار باد به هیچ وجه کمتر از بار زلزله نیست. محاسبه بار باد مطابق با آیین نامه های ایرانی و آیین نامه NBCC 2005 کانادا و همچنین تشریح و تفسیر بخش های مختلف آیین نامه از موضوعاتی است که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد.

همچنین بخوانید: محاسبه ضریب زلزله مطابق با استاندارد 2800

کلیات بار باد

یکی از تفاوت های بار زلزله و بار باد این است که زلزله حول نقطه صفر نوسان کرده و در نهایت نوسانات آن به صفر می رسد. ولی بار باد حول سرعت متوسطی در طول زمان نوسان می کند.

تفاوت دیگر این دو بار این است که فرکانس های زلزله خیلی بزرگتر از فرکانس های باد است. تاثیر این موضوع بر ساختمان قابل توجه است.

با افزایش ارتفاع از سطح زمین سرعت باد افزایش خواهد یافت.

می توان نتیجه گرفت، تاثیر بار باد در ساختمان های بلند قابل توجه است. این انتظار هم وجود دارد که بار باد در ساختمان های کوتاه نیز حاکم شود.

برای مثال نیروی زلزله که معمولا با برش پایه نشان داده می شود، ضریبی از وزن سازه است. اگر وزن سازه کم باشد (که این اتفاق می تواند در ساختمان های صنعتی و سوله ها زخ دهد)،نیروی زلزله قابل توجه نبوده و بار باد حاکم می گردد. پس در ساختمان های کوتاه خاصی هم ممکن است بار باد حاکم شود.

محاسبه بار باد در آیین نامه ها:

در خصوص بار باد، آیین نامه مبحث 6 مقررات ملی ساختمان ضوابطی مشابه با آیین نامه NBCC 2005 کانادا دارد. آیین نامه های مختلف در خصوص بار باد شباهت ها و تفاوت هایی دارند ولی در حالت کلی می توان گفت روابط مشابه هم هستند.

• نگاهی به تفسیر آیین نامه کانادا جهت محاسبه بار باد

در بحث بار باد، هدف این است که فشار بادی که بر سطوح ساختمان (دیوارها،جان پناه و ..) وارد می شود را محاسبه کنیم. جهت محاسبه فشار، دو دسته اعضا وجود دارد:

1. اعضا اصلی یا به عبارتی خود سازه ساختمان
2. اعضا فرعی یا به عبارتی اجزا و نما

برای محاسبه هر کدام تفاوت هایی وجود دارد که در ادامه توضیح می دهیم.

جهت محاسبه بار باد اعضای اصلی ابتدا باید روش محاسبه مشخص گردد. دو روش برای محاسبه این اعضا وجود دارد:

• روش استاتیکی
• روش دینامیکی

نکته: البته روش سومی هم به نام روش تونل باد وجود دارد که می توان از آن برای محاسبه بار باد عضو یا سازه استفاده نمود. به دلیل پرهزینه بودن، استفاده از آن مقرون به صرفه نبوده و فقط در شرایطی که آیین نامه الزام می کند مورد استفاده قرار می گیرد.(برای مثال در ساختمان های بسیار بلند مثل برج های چند صد طبقه و یا سازه ها بسیار طویل مثل پل های کابلی حتما نیاز است آزمایش تونل باد جهت تعیین بار باد انجام شود)

مراحل محاسبه بار باد برای اعضا اصلی :

گام اول: باید تعیین استاتیکی یا دینامیکی بودن روش حل تعیین شود

کنترل 1: اگر ارتفاع سازه بیشتر از 120 متر باشد، باید از روش دینامیکی استفاده شود در غیر اینصورت کنترل بعدی انجام می شود.

کنترل 2: اگر نسبت ارتفاع به بُعد ساختمان بیشتر از 4 باشد، باید از روش دینامیکی استفاده شود در غیر اینصورت کنترل بعدی انجام می شود.(نسبت ارتفاع به بُعد های بزرگ تر به معنی لاغر بودن سازه است).

کنترل 3: اگر سازه نسبت به ارتعاش حساس باشد، باید از روش دینامیکی برای محاسبه استفاده شود. در غیر اینصورت از روش استاتیکی استفاده می شود.

گام دوم: محاسبه فشار باد

فشار باد از رابطه زیر محاسبه می شود. این رابطه ارتباط بین فشار باد را با فشار مبنای باد تعیین می کند.

q: فشار مبنای باد

اینکه این ضرایب چگونه تعیین می شود، در فلوچارت مشخص شده است. از هر مسیری درنهایت این ضرایب محاسبه شده و فشار باد تعیین می شود.

محاسبه فشار باد اجزا و نما:

همانطور که مشاهده می شود، در محاسبات مربوط به اجزا و نما روش دینامیکی وجود ندارد و همیشه از روش استاتیکی استفاده می شود. همچنین نیاز است، فشار داخلی هم محاسبه شود.

• محاسبه بار باد مطابق با مبحث ششم مقررات ملی ساختمان

سرعت مبنای باد

سرعت مبنای باد V، سرعت متوسط ساعتی باد در ارتفاع 10 متر از سطح زمین در منطقه ای مسطح و بدون مانع است. بر اساس آمار موجود در منطقه باید احتمال فراگذشت از آن سرعت در سال کمتر از 2% باشد.

فشار مبنای باد

فشاری است که باد با سرعت مبنای باد بر سطحی عمود بر جهت وزش باد وارد می کند. مقدار این فشار از رابطه زیر محاسبه می شود.

V: سرعت مبنای باد بر حسب متر بر ثانیه

q: فشار مبنای باد بر حسب کیلونیوتن بر متر مربع

در جدول 6-10-1 مبحث ششم مقررات ملی ساختمان فشار مبنای باد برای سرعت های متناظر داده شده است.

فشار باد بر ساختمان ها و سایر سازه ها

محاسبه فشار یا مکش خارجی

فشار یا مکش خارجی سیستم اصلی باربر از رابطه زیر محاسبه می شود.