نگاهی دقیق به بارهای وارد بر ساختمان در ویلاهای شمال

یکی از مواردی که در محاسبات مهندسین سازه بسیار اهمیت دارد، محاسبات مربوط به بارهای وارد بر ساختمان است. شناختن دقیق این بارها، بسیار حساس است و برای اینکه بتوانیم ساختمانی پایدار، مقاوم  و کارآمد در برابر نیروهای وارده داشته‌باشیم، باید شناختی صحیح و برآوردی دقیق از این بارها داشته‌باشیم. در رابطه با ویلاهای شمال نیز این موضوع صادق است و به دلیل اقلیم، عوامل جوی و حوادث طبیعی که این منطقه نسبت به آن‌ها مستعد است، بررسی این موضوع اهمیت دارد. در طراحی ساختمان، حداقل بارهایی که لحاظ می‌کنیم، عبارتند از: بارهای ثقلی-مرده، زنده، برف- بارهای ناشی از باد و زلزله و همچنین بارهای ناشی از فشار آب و خاک.

ویلاهای شمال و سازه‌های این منطقه و هر منطقه دیگری، باید به نوعی طراحی شوند که اگر متوجه آسیب‌دیدگی موضعی شدند، پایداری کلی سازه، به خطر نیفتد و حتی‌الامکان به سایر اعضا نفوذ نکند و گسترش نیابد؛ به این منظور، طراحی سیستم سازه‌ای به گونه‌ای که بارها بتوانند از عضو آسیب‌دیده به سایر اعضا منتقل شوند، ضروری است. در این حالت است که پایداری سازه، حفظ می‌گردد. ویلاهای شمال باید به نوعی طراحی شوند، که بتوانند از عهده تنش‌ها و کرنش‌های ناشی از عوامل محیطی مثل تغییرات دما، نشست‌های غیر یکنواخت پایه‌های سازه، جمع‌شدگی و وارفتگی ماده، به خوبی برآیند. جالب است بدانید که اغلب بارهای متحمل بر یک سازه، بر اثر گذشت زمان تغییر نمی‌کنند. به این بارها، “بارهای استاتیکی می‌گوییم” و مبنای طراحی سازه‌ها هستند. در ادامه به معرفی برخی از انواع بار می‌پردازیم.

انواع بار در ویلاهای شمال

بار مرده یا دائمی

بارهای مرده در ساختمان عبارتند از، وزن اجزای دائمی ساختمان مثل: تیرها، ستون‌ها، کف‌ها، دیوارها، بام‌ها، راه‌پله، تیغه‌ها، وزن مربوط به تاسیسات و تجهیزات ثابت

بارهای زنده

بارهای زنده، بارهایی هستند که دائمی نیستند و در حین بهره‌برداری از ساختمان، به آن وارد می‌شوند. بارهای زنده، با توجه به نوع کاربری ساختمان و یا هر بخشی از آن، و مقدار باری که احتمال می‌دهیم در طول مدت بهره‌وری از ساختمان به آن وارد شود، تعریف می‌شود.  در مواردی، علاوه بر این بار، بارهای ارتعاشی و اثرات ناشی از ضربه را نیز در محاسبات لحاظ می‌کنیم.

بارهای ناشی از فشار آب و خاک

دیوارها و سازه‌هایی هستند که که باید برای نیروی ناشی از فشار آب و خاک طراحی شوند. در طراحی کف زیرزمین‌ها و سایر سازه‌های مشابه نیز همچین موضوعی صادق است.

بارهای ناشی از اثر باد

این موضوع در طراحی ویلاهای شمال بسیار مهم است، چرا که در اینجا با بادهایی مخصوص این اقلیم و ارتفاعات زاگرس که در برابر این بادها قد علم کرده‌اند مواجهیم و تا حدی موضوع خاص‌ است. ساختمان‌ها و سازه و کلیه اجزا و پوشش آن‌ها، باید براساس ضوابط طراحی، برای اثرات ناشی از باد نیز طراحی شوند. این اثر، با توجه به حداکثر سرعت باد در منطقه، ارتفاع و شکل هندسی ساختمان‌ها و میزان حفاظتی که موانع مجاور برای آن‌ها در مقابل باد ایجاد می‌کنند، محاسبه می‌شود.

اثر ناشی از باد چگونه تامین می‌شود؟ برای تعیین این اثر، باید فرض شود که باد در تمام امتدادها به صورت افقی به ویلاهای شمال اثر می‌‌کند، سپس در طراحی ویلاهای شمال کافی است به طور غیر همزمان اثر باد بر دو امتداد عمود بر هم، ترجیحا در امتداد محورهای اصلی ساختمان، بررسی شود. البته ذکر این نکته ضروری است که در طراحی اعضای سازه، اثر ناشی از بار باد و زلزله را با هم جمع نمی‌کنیم، بلکه اعضای سازه برای عاملی طراحی می‌شوند که اثر بیشتری دارند. بار باد، برای ساختمان‌هایی با ارتفاع بیشتر از 120 متر، یا بیشتر از  برابر عرض ساختمان، از نوع استاتیکی خارج می‌شود و باید آن را به صورت دینامیکی وارد محاسبات کنیم.

بارهای ناشی از زلزله در ویلاهای شمال

زلزله مبنای طراحی، که “زلزله طرح” نام دارد، زلزله‌ایست که احتمال وقوع آن در مدت زمان طول عمر مفید ساختمان، کمتر از  ده درصد باشد. ویلاهای شمال باید در هر دو امتداد افقی عمود بر هم، قادر به تحمل نیروهای افقی ناشی از زلزله باشد و در هر یک از این امتدادها نیز باید انتقال نیروهای افقی به شالوده، به گونه‌ای مناسب صورت بگیرد. برای حذف و یا کاهش خسارت و خرابی ناشی از ضربه ساختمان‌های مجاور، به یکدیگر، ساختمان‌های با ارتفاع بیشتر از 8 متر و یا بلندتر از دو طبقه از تراز پایه، باید با پیش‌بینی درز انقطاع از یکدیگر جدا شوند. عرض درز انقطاع در هر طبقه، باید حداقل، برابر با یک صدم ارتفاع آن طبقه از روی تراز پایه در نظر گرفته‌شود. فاصله درز انقطاع را می‌توان با مصالح کم مقاومت که در هنگام وقوع زلزله، بر اثر برخورد دو ساختمان به آسانی خرد می‌شود، به نحو مناسبی پر نمود، به طوری که، پس از زلزله، به سادگی قابل جایگزین کردن و بهسازی باشد.

بارهای ناشی از تغییر درجه حرارت و نشست ساختمان

یکی دیگر از مواردی که در ویلاهای شمال و دیگر ساختمان‌ها در محاسبه بار مورد توجه است، بارهای ناشی از تغییر درجه حرارت و نشست ساختمان است. همه سازه‌ها در معرض تغییرات جوی و درجه حرارت قرار دارند و در رابطه با ویلاهای شمال، اثرات جو بسیار مشهود است. تاثیرات تغییر ابعاد ناشی از انبساط و انقباض حرارتی، معمولا معادل تاثیرات بارهای بزرگ و بحرانی است! به ویژه اینکه این بارها، ممکن است به علت نامرئی بودن خطرناک‌تر هم باشند. برای مثال ما مدت‌ها متوجه اثر عامل مذکور، یعنی اثر ناشی از تغییرات جوی، نشویم و این اثر به یک باره با تخریب بخشی از سازه در ویلاهای شمال، خود را نمایان کند.

علاوه بر این، وضعیتی دیگر هم هست که ممکن است در آن هم، سازه با وضعیتی مثل اثر بارهای سنگین مواجه شود، و آن نشست‌های ناهمگن در پی ساختمانی است!این موضوع در زمین‌های جنگلی و ساحلی ویلاهای شمال، موضوعی است که اگر در طراحی به آن دقت نشود، ممکن است در دراز مدت مشکل‌آفرین شود. در اینجا با خاکی غیر یکنواخت مواجهیم که باید با مقاومتی نابرابر، بار ساختمانی را تحمل کند.

این موضوع می‌تواند فاجعه‌آفرین باشد، چرا که قسمتی در زیر پی، نشست بیشتری دارد و با نشست زمین و تغییر شکل خاک، سطح تکیه‌گاه تقلیل یافته و در نتیجه، همان قسمت در ویلاهای شمال، روی فونداسیون نشست می‌کند و فرو می‎ریزد.توجه داشته‌باشید، که با توجه به گستردگی و پیشرفت دانش معماری و عمران و حساسیت در اغلب موارد ساخت و ساز، به ندرت ممکن است در لحاظ کردن این عوامل، سهل‌انگاری شود. با اینحال، شناخت این موارد برای تمامی مهندسین از ضروریات است . باید هم بارهای وارده را بشناسند و بتوانند برآوردی صحیح داشته‌باشند و هم مواردی که ناشی از تغییر شکل هستند.

اثر ارتفاع ویلاهای شمال بر مقدار نیروی باد

از آنجایی که ما مهم‌ترین عامل موثر در مقدار نیروی باد را ارتفاع ساختمان می‌دانیم، در اینجا به بررسی مختصری از این موضوع می‌پردازیم. همانطور که گفتیم، در طراحی ویلاهای شمال، باد و عوامل مربوط به آن نقشی موثر دارد. هرچه ارتفاع افزایش یابد، به تبع آن سرعت باد نیز بیشتر می‌شود، پس اگر در طبقات بالاتر برویم فشار باد بیشتری نیز بر ساختمان تحمیل می‌کنیم. این مورد را می‌توان در مورد ویلاهای شمال، در چند حالت بررسی کرد.

یعنی نتیجه می‌گیریم که هر قدر ویلا در شمال، در منطقه مرتفع‌تری قرار گرفته باشد و توپوگرافی منطقه در ارتفاع باشد، در معرض شدت باد بیشتری قرار دارد و از سوی دیگر درباره دو ساختمان با شرایط یکسان، ساختمانی بیشتر در معرض این عامل است که ارتفاع بیشتری دارد. برای مثال، بین یک ویلا در مازندران و برج ساحلی، برج ساحلی بیشتر با عامل باد دست و پنجه نرم می‌کند!

پوشش و تراکم اطراف ویلاهای شمال

همانطور که گفتیم، پوشش گیاهی و تراکم، سرعت باد را کاهش می‌دهند و به عنوان یک مانع در این راستا عمل می‌کنند. پس هر قدر از پوشش‌هایی با تراکم و ارتفاع بیشتر در اطراف ساختمان بهره ببریم، فشار باد وارده کمتر می‌شود و این مورد در رابطه با ویلاهای شمال، تا حد بسیاری از طریق طبیعت خود منطقه حل و فصل شده‌است و جای نگرانی زیادی نیست.