بارگذاری سوله برای باد و برف در طراحی سوله صنعتی

وقتی صحبت از طراحی سازه های فلزی بزرگ مثل سوله های صنعتی می شود، مهم ترین بخش محاسبات سازه ای، بارهایی است که به اسکلت وارد می شود و در این میان بار باد و برف نقش اصلی را بازی می کنند. اگر بارگذاری سوله درست انجام نشود، حتی بهترین متریال و دقیق ترین اجرا هم نمی توانند جلوی تغییر شکل، نشست غیرعادی یا حتی تخریب سازه را بگیرند. در واقع مهندس طراح باید از همان ابتدا بداند سوله در چه منطقه آب و هوایی ساخته می شود، چه دهانه و ارتفاعی دارد و چه نوع پوششی برای سقف و دیوار در نظر گرفته شده تا بتواند رفتار سازه را زیر بار باد و برف پیش بینی کند. هدف این مطلب این است که به زبان ساده نشان دهیم در طراحی سوله صنعتی، بار باد و برف چطور وارد محاسبات می شوند و چه نکاتی باید در انتخاب ضرایب و ترکیب بارها مد نظر قرار بگیرد.

پیشنهاد مطالعه: راهنمای جامع طراحی سوله

مفاهیم پایه در بارگذاری سوله

قبل از اینکه به سراغ جزئیات برویم، باید چند مفهوم کلیدی در تحلیل سازه را بشناسیم. اولین مفهوم، تفاوت بین بار مرده و بار زنده است. وزن خود سازه، پوشش سقف، دیوارها، تجهیزات ثابت و فونداسیون در دسته بارهای مرده قرار می گیرند، در حالی که وزن افراد، تجهیزات متحرک، ذخیره موقت کالا، بار برف و فشار باد جزو بارهای زنده یا متغیر محسوب می شوند. نکته مهم بعدی، وابستگی بار باد و برف به موقعیت جغرافیایی است؛ یعنی دو سوله با ابعاد یکسان، اگر در شهرهای مختلف ساخته شوند، مقادیر نهایی بارگذاری می توانند کاملا متفاوت باشند. همچنین در آیین نامه ها برای هر نوع بار، ضریب اهمیت، ضریب شکل و ضرایب ترکیب مشخص شده که در طراحی نهایی تاثیر مستقیم دارند.

نقش آیین نامه ها در بار باد و برف

در هر کشور، محاسبه بارهای محیطی مانند باد و برف بر اساس آیین نامه های رسمی انجام می شود و طراح اجازه ندارد فقط بر اساس تجربه شخصی تصمیم بگیرد. این آیین نامه ها برای مناطق مختلف، نقشه هایی ارائه می دهند که روی آن زون های سرعت باد یا شدت بارش برف مشخص شده است. مهندس ابتدا موقعیت پروژه را روی این نقشه ها پیدا می کند و سپس بر اساس ارتفاع، نوع کاربری و شکل سازه، ضرایب اصلاحی را اعمال می کند. نکته مهم دیگر، به روز بودن نسخه آیین نامه است؛ چون در طول زمان با بررسی حوادث و زلزله ها یا طوفان های واقعی، ضرایب و روش های بارگذاری اصلاح می شوند و اگر طراحی بر اساس نسخه قدیمی انجام شود، ممکن است محافظه کارانه یا برعکس، خطرناک باشد.

برای مشاوره رایگان طراحی سوله با شماره تماس 09125091973 و یا در واتس اپ و یا در پیام دهید.

عوامل موثر بر بار باد در سوله های صنعتی

سرعت باد مبنا

اولین عامل در محاسبه بار باد، سرعت مبنای باد در محل پروژه است. این سرعت معمولا برای دوره بازگشت مشخصی مثل ۵۰ سال تعریف می شود و با استفاده از آن، فشار پایه باد به دست می آید. هر قدر منطقه بادخیزتر باشد، فشار طراحی روی بدنه و سقف بیشتر خواهد بود.

نوع توپوگرافی و وضعیت اطراف

اگر سوله در فضای باز و بدون مانع ساخته شود، فشار باد روی آن بیشتر از حالت احداث در میان ساختمان های دیگر است. آیین نامه ها معمولا برای زمین باز، نیمه باز و محصور، ضرایب جداگانه در نظر می گیرند. وجود تپه، دره یا ساختمان های بلند نیز روی الگوی جریان باد تاثیر می گذارد.

ارتفاع و شکل سوله

هرچه ارتفاع سوله بیشتر شود، فشار باد در ترازهای بالاتر افزایش می یابد. همچنین شیب سقف، فرم قوسی یا شیبدار بودن و نسبت طول به عرض سوله، همگی روی نحوه توزیع فشار مثبت و منفی روی سطوح مختلف تاثیر دارند.

ضرایب فشار خارجی و داخلی

در بارگذاری سوله از نظر باد، دو نوع فشار بررسی می شود: فشار خارجی روی سطح بیرونی و فشار داخلی ناشی از نفوذ باد از درزها و بازشوها. جمع جبری این فشارها، بار نهایی روی سقف و دیوار را مشخص می کند. به همین دلیل، وجود درهای بزرگ بازشو یا کرکره های صنعتی می تواند ضریب فشار داخلی را افزایش دهد.

روش کلی محاسبه بار باد در سوله

در یک نگاه کلی، مسیر محاسبه بار باد به این صورت است که ابتدا سرعت مبنا از نقشه آیین نامه خوانده می شود، سپس با اعمال ضرایب ارتفاع، زبری سطح زمین، اهمیت سازه و وضعیت توپوگرافی، فشار پایه باد به دست می آید. در مرحله بعد، ضرایب فشار خارجی و داخلی برای هر سطح (سقف، دیوار رو به باد، دیوار پشت به باد و کناره ها) انتخاب می شود. حاصل ضرب فشار پایه در این ضرایب، بار خطی یا سطحی باد روی هر عضو را مشخص می کند. این بارها سپس روی قاب های عرضی و سیستم مهاربندی طولی اعمال می شوند تا واکنش ستون ها، تیرها و مهاربندها در تحلیل سازه ای محاسبه شود.

عوامل موثر بر بار برف در سوله های صنعتی

منطقه برف گیر و ارتفاع از سطح دریا

همان طور که برای باد، نقشه سرعت وجود دارد، برای برف هم نقشه بار برف ارائه می شود. شهرهای کوهستانی یا شمالی کشور بار برف بیشتری نسبت به شهرهای گرم و خشک دارند. ارتفاع از سطح دریا نیز می تواند ضریب اصلاحی بار برف را تغییر دهد.

شکل و شیب سقف سوله

بار برف روی سقف های تخت بیشتر تجمع پیدا می کند، در حالی که در سقف های شیبدار یا قوسی، بخشی از برف به صورت طبیعی سر می خورد و پایین می آید. آیین نامه ها برای شیب های مختلف سقف، ضرایب کاهش یا افزایش بار برف را مشخص کرده اند.

احتمال لغزش یا تمرکز برف

در برخی سوله ها به دلیل اختلاف تراز سقف ها، وجود خرپای بلند یا شکستگی در فرم سقف، برف می تواند در یک ناحیه متمرکز شود و بار موضعی بیشتری ایجاد کند. این حالت ها باید به صورت جداگانه در ترکیب بارها بررسی شوند تا عضو در آن نقطه دچار شکست موضعی نشود.

تاثیر باد بر برف

باد علاوه بر بار مستقل خود، می تواند برف را روی سقف جابه جا کند. در نتیجه در یک طرف سقف، برف بیشتری جمع می شود و در طرف دیگر ممکن است تقریبا خالی باشد. این رفتار نا متقارن در تحلیل سازه ای اهمیت دارد.

روش کلی محاسبه بار برف در سوله

در محاسبه بار برف، ابتدا بار برف روی زمین از نقشه آیین نامه برای محل پروژه تعیین می شود. سپس ضرایب اهمیت ساختمان، شیب سقف، نوع استفاده و احتمال لغزش اعمال می شود تا بار برف روی سقف به دست آید. اگر سقف ترکیبی یا چند تراز مختلف داشته باشد، حالت های مختلف تجمع برف باید در نظر گرفته شود. در نهایت، این بارها به صورت یکنواخت یا نواری روی تیرهای سقف و قاب های عرضی وارد می شوند تا نیروهای داخلی اعضا تعیین گردد.

ترکیب بار باد و برف در طراحی

در طراحی سازه، بار باد و برف به تنهایی بررسی نمی شوند، بلکه در قالب ترکیب بارهای مختلف با بارهای مرده، زنده و زلزله ترکیب می شوند. در برخی ترکیب ها، ضریب بار برف کمتر در نظر گرفته می شود و بار باد غالب است، و در برخی دیگر برعکس. هدف از این ترکیب ها شبیه سازی حالت های مختلف بهره برداری و شرایط جوی است تا سازه در بدترین حالت نیز ایمن باقی بماند. در بارگذاری سوله برای مناطق کوهستانی، معمولا بار برف در ترکیب های اصلی نقش پر رنگ تری دارد، ولی در مناطق گرم و بادخیز، بار باد تعیین کننده تر است.

تاثیر ابعاد و نوع سازه بر بارگذاری

انتخاب دهانه، ارتفاع و طول سوله فقط مسئله معماری و ظرفیت نیست، بلکه به طور مستقیم روی بارهای محیطی موثر است. سوله های با دهانه بزرگ و ارتفاع زیاد، سطح در معرض باد بیشتری دارند و در نتیجه نیروهای جانبی قابل توجهی به قاب ها وارد می شود. از طرف دیگر، سقف های خیلی تخت برای مناطق برف گیر مناسب نیستند، چون باعث تجمع برف و افزایش بار ثقلی می شوند. همچنین نوع سیستم باربر جانبی یعنی اینکه سوله با مهاربند طراحی شده یا با قاب خمشی، نحوه توزیع نیروهای باد را تغییر می دهد و باید در تحلیل در نظر گرفته شود.

اشتباهات رایج در محاسبه بار باد و برف

یکی از اشتباهات رایج، استفاده از مقادیر حدسی یا جدول های قدیمی بدون مراجعه به آیین نامه به روز است. خطای دیگر، یکسان در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی چند شهر مختلف است، در حالی که ممکن است از نظر بار باد و برف اختلاف زیادی داشته باشند. ساده گیری در انتخاب ضرایب فشار داخلی و خارجی، نادیده گرفتن بازشوهای بزرگ در بدنه سوله، یا بررسی نکردن حالت تجمع موضعی برف نیز می تواند باعث طراحی ناایمن شود. در برخی پروژه ها هم بارگذاری سوله فقط برای حالت بار یکنواخت انجام می شود و حالت های نامتقارن ناشی از باد و برف فراموش می شود.

توصیه های عملی برای یک بارگذاری مطمئن

برای اینکه طراحی سوله از نظر ایمنی مطمئن باشد، بهتر است چند اصل ساده رعایت شود. اول اینکه همواره از آخرین نسخه آیین نامه ها برای تعیین بار باد و برف استفاده شود. دوم، موقعیت دقیق پروژه و شرایط اقلیمی واقعی در نظر گرفته شود، نه فقط نام شهر. سوم، در تحلیل سازه، چند سناریوی مختلف باد و برف با جهت، شدت و توزیع متفاوت بررسی شود تا بدترین حالت شناخته شود. چهارم، در انتخاب ابعاد سوله، شیب سقف و نوع پوشش سقف، تاثیر آنها روی بارگذاری نیز در نظر گرفته شود، نه فقط هزینه اولیه. و در نهایت، نتایج تحلیل سازه باید با یک نگاه مهندسی منطقی کنترل شود تا اعدادی که به دست آمده با تجربه عملی سازگار باشند.

جمع بندی

بار باد و برف از مهم ترین پارامترها در طراحی سوله های صنعتی هستند و نوع رفتار سازه در برابر نیروهای جانبی و ثقلی را تعیین می کنند. اگر بارگذاری سوله بر اساس اصول آیین نامه ای، شناخت درست از شرایط اقلیمی و انتخاب صحیح ضرایب انجام شود، اسکلت فلزی می تواند سال ها بدون مشکل زیر فشار باد، بارش برف و تغییرات دما کار کند. در مقابل، هر گونه ساده گیری در محاسبات یا استفاده از اعداد تقریبی می تواند در آینده به تغییر شکل های ناخواسته، افزایش هزینه های نگهداری یا حتی خطرات جدی برای ایمنی سازه و افراد منجر شود. ترکیب نگاه دقیق مهندسی، استفاده از نرم افزارهای تحلیل و توجه به تجربه عملی، بهترین راه برای رسیدن به طراحی مطمئن و پایدار در سوله های صنعتی است.