مبحث ۶ — بارهای وارد بر ساختمان
درسنامه — بار باد
خلاصه‌یِ بندهایِ ۱۰-۶، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
کلیات (بندِ ۱-۱۰-۶)
•سیستمِ اصلیِ باربرِ ساختمان‌ها و سازه‌ها و کلیه‌یِ اجزا و پوشش‌هایِ آن‌ها باید برایِ اثرِ باد طراحی شوند؛ این اثر با توجه به حداکثر سرعتِ باد در منطقه، ارتفاع و شکلِ هندسیِ ساختمان، زبریِ محیطِ اطراف و میزانِ حفاظتِ موانعِ مجاور محاسبه می‌شود.
•اثرِ باد باید در دو امتدادِ عمود بر هم — ترجیحاً محورهایِ اصلیِ ساختمان — و به‌طورِ غیرِهم‌زمان بررسی و در هر امتداد در هر دو جهتِ مخالف اعمال شود. در طراحیِ اعضایِ سازه، اثرِ بارِ باد با بارِ زلزله جمع نمی‌شود؛ هر عضو باید برایِ اثرِ هریک از این دو بارگذاری جداگانه طراحی شود.
•سه روشِ استاتیکی، تأثیراتِ دینامیکیِ باد و تجربی برایِ تعیینِ بارهایِ باد قابلِ استفاده است. در ساختمان‌هایِ بلند (ارتفاعِ بیش از ۶۰ متر یا ۴ برابرِ عرضِ مؤثر) یا سازه‌هایِ نرم (زمانِ تناوبِ طبیعی بزرگ‌تر از ۱٫۵ ثانیه؛ برایِ سازه‌هایِ غیرِساختمانی مانندِ دودکش/مخزن/دکل بزرگ‌تر از ۱٫۰ ثانیه)، روشِ استاتیکی کافی نیست و باید از روشِ تأثیراتِ دینامیکی (پیوستِ پ-۶-۴) یا روشِ تجربی (تونلِ باد) استفاده شود؛ برایِ سازه‌هایِ با زمانِ تناوبِ بیش از ۴ ثانیه و ارتفاعِ بیش از ۶ برابرِ عرضِ مؤثر، تونلِ باد الزامی است. بارِ باد به روشِ دینامیکی/تجربی در هیچ حالت نباید کمتر از ۸۰٪ بارِ باد به روشِ استاتیکی باشد.
سرعت و فشارِ مبنایِ باد (بندهایِ ۲-۱۰-۶ و ۳-۱۰-۶، جدولِ ۶-۱۰-۱)
•سرعتِ مبنایِ باد: سرعتِ متوسطِ ساعتیِ باد در ارتفاعِ ۱۰ متر از سطحِ زمین، در منطقه‌یِ مسطح و بدونِ مانع، که احتمالِ فراگذشت از آن در سال کمتر از ۲٪ باشد (دوره‌یِ بازگشتِ ۵۰ سال).
•سرعتِ مبنایِ باد برایِ مناطقِ مختلفِ کشور در جدولِ ۶-۱۰-۱ (فهرستِ ۳۰۵ ایستگاهِ هواشناسی) بر حسبِ کیلومتر بر ساعت ارائه شده؛ برایِ مناطقِ فاقدِ نام در جدول، سرعتِ نزدیک‌ترین ایستگاهِ فهرست‌شده ملاک است. برایِ ساختمان‌هایِ با اهمیتِ خاص، سرعتِ مبنا نباید کمتر از ۸۰ کیلومتر بر ساعت اختیار شود.
•نمونه‌هایِ استخراج‌شده از جدولِ ۶-۱۰-۱: آبادان و آب‌بر ۹۰ کیلومتر بر ساعت (فشارِ مبنا ۰٫۳۸ کیلوپاسکال)؛ آباده و آبعلی ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت (۰٫۶۸ کیلوپاسکال)؛ اصفهان ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت (۰٫۵۷ کیلوپاسکال)؛ اردبیل ۱۴۰ کیلومتر بر ساعت (۰٫۹۳ کیلوپاسکال) — بالاترین مقدار در بخشِ نمونه‌برداری‌شده‌یِ جدول؛ یزد ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت (۰٫۵۷ کیلوپاسکال).
•فشارِ مبنایِ باد، فشاری است که باد با سرعتِ مبنا بر سطحِ عمود بر جهتِ وزش وارد می‌کند (رابطه‌یِ ۶-۱۰-۲، تابعی از مجذورِ سرعتِ مبنا).
فشار/مکشِ خارجی-داخلی و نیرویِ باد (بندهایِ ۴-۱۰-۶ و ۵-۱۰-۶)
•فشار یا مکشِ خارجی (رابطه‌یِ ۶-۱۰-۳-الف) تابعی از ضریبِ اهمیتِ بارِ باد (جدولِ ۶-۱-۲)، فشارِ مبنا، ضریبِ اثرِ تغییرِ سرعت (Kz)، ضریبِ پستی‌وبلندیِ زمین (Kzt)، ضریبِ اثرِ تندباد (G)، ضریبِ فشار (Cp) و ضریبِ هم‌راستاییِ باد (Kd) است.
•فشار یا مکشِ داخلی (رابطه‌یِ ۶-۱۰-۳-ب) تابعی از ضریبِ اثرِ تندباد و ضریبِ اثرِ بازشو (GCpi) است.
•بارِ خالصِ باد برایِ کلِ ساختمان یا اجزایِ پوششی، از جمعِ جبریِ حاصل‌ضربِ فشارها/مکش‌هایِ داخلی و خارجی در مساحتِ سطوح به دست می‌آید (رابطه‌یِ ۶-۱۰-۴).
ضریبِ اثرِ تغییرِ سرعت و ضریبِ پستی‌وبلندی (بندهایِ ۶-۱۰-۶ و ۷-۱۰-۶)
•ضریبِ اثرِ تغییرِ سرعت (Kz): اثرِ تغییراتِ سرعتِ باد در ارتفاعِ ساختمان را، متناسب با تراکمِ ساختمان‌هایِ اطراف و زبریِ محیط، نشان می‌دهد. ارتفاعِ مبنایِ محاسبه (z) بستگی به وجه (رو‌به‌باد=z، پشت‌به‌باد=نصفِ ارتفاعِ کل، بام/بدنه‌هایِ جانبی=ارتفاعِ کل) دارد و در هر حال نباید کمتر از ۶ متر اختیار شود.
•دسته‌بندیِ زبری: ناحیه‌یِ باز (ساختمان‌هایِ پراکنده، سواحل، پوششِ گیاهیِ کوتاه) و ناحیه‌یِ پرتراکم (تراکمِ شهری یا جنگلِ انبوه با موانعِ ۹ متر یا بیشتر که تا فاصله‌یِ ۱ کیلومتر یا ۲۰ برابرِ ارتفاعِ ساختمان در سمتِ رو‌به‌باد امتداد داشته باشد)؛ برایِ حالتِ بینابین، Kz از درون‌یابیِ این دو حد به دست می‌آید.
•ضریبِ پستی‌وبلندیِ زمین (Kzt، بندِ ۷-۱۰-۶): برایِ ساختمان‌هایِ واقع بر تپه/پرتگاه/سینه‌کشِ منفرد با شیبِ متوسطِ بیش از ۱۰٪، سرعتِ باد در نواحیِ نزدیکِ رأس افزایش می‌یابد (رابطه‌یِ ۶-۱۰-۷، تابعِ ضرایبِ K1، K2، K3 از جدولِ ۶-۱۰-۲). حداکثر مقدارِ K3 برابرِ ۰٫۵ است و جهتِ باد همواره در جهتِ حداکثر شیب فرض می‌شود.
ضرایبِ تندباد و فشار (بندهایِ ۸-۱۰-۶ و ۹-۱۰-۶)
•برایِ ساختمان‌هایِ با ارتفاعِ بیش از ۲۰ متر یا نسبتِ ابعادیِ بیشتر از واحد (بندِ ۸-۱۰-۶): ضریبِ اثرِ تندباد (G) نسبتِ حداکثر بارگذاریِ باد به اثرِ متوسطِ آن را نشان می‌دهد؛ برایِ فشار/مکشِ داخلی می‌توان محافظه‌کارانه G=2٫0 اختیار کرد، یا مقدارِ دقیق را از رابطه‌یِ ۸-۱۰-۶ (تابعِ حجمِ داخلی و مساحتِ منافذ) محاسبه کرد.
•ضریبِ فشارِ خارجیِ Cp برایِ سازه‌یِ اصلی (شکلِ ۶-۱۰-۲) به نسبتِ ارتفاع به عرض (h/L) بستگی دارد؛ برایِ اجزایِ پوششیِ نما/بام (شکلِ ۶-۱۰-۳)، در نوارهایِ کناریِ به‌عرضِ ۰٫۱D، GCp تا ۲٫۳- در گوشه‌ها می‌رسد (یا ۲٫۰- با جان‌پناهِ بامِ بیش از یک متر)؛ در حضورِ بیرون‌زدگیِ نمایی به عمقِ بیش از یک متر، GCp تا ۱٫۴- افزایش و عرضِ نوار تا ۰٫۲D گسترش می‌یابد.
•برایِ ساختمان‌هایِ با ارتفاعِ کمتر از ۲۰ متر و نسبتِ ارتفاع‌به‌عرضِ کمتر از یک (بندِ ۹-۱۰-۶): ضرایبِ ترکیبیِ بیشینه‌یِ GCp مستقیماً از شکل‌هایِ ۶-۱۰-۴ تا ۶-۱۰-۱۰ خوانده می‌شود (برایِ سازه‌یِ اصلی و برایِ اجزایِ پوششیِ نما/بام)؛ در این حالت ضریبِ G نباید جداگانه منظور شود.
ضریبِ اثرِ بازشو، هم‌راستایی، بارگذاریِ بخشی و ضوابطِ عمومی (بندهایِ ۱۱-۱۰-۶ تا ۱۵-۱۰-۶)
•ضریبِ اثرِ بازشو (GCpi، بندِ ۶-۱۰-۱۱): سه گروه — گروهِ ۱ (بدونِ بازشویِ بزرگ، هوابندی‌شده یا بازشو<۰٫۱٪ مساحتِ بدنه) با GCpi بینِ ۰٫۱۵- تا ۰؛ گروهِ ۲ (بازشوهایِ معمولیِ قابلِ باز/بسته‌شدن)؛ گروهِ ۳ (بازشوهایِ بزرگ، بالا بودنِ احتمالِ ورودِ باد). فشارِ داخلیِ ناشی از تهویه‌یِ مکانیکی معمولاً کمتر از ۰٫۱ کیلونیوتن بر مترمربع؛ اثرِ «دودکش» با اختلافِ دمایِ ۴۰ درجه‌یِ سلسیوس می‌تواند تا ۰٫۲ کیلونیوتن بر مترمربع در هر ۱۰۰ متر ارتفاع فشار ایجاد کند.
•ضریبِ هم‌راستاییِ باد (Kd، بندِ ۶-۱۰-۱۲): به‌جز مواردِ خاص (دودکش‌ها/مخازن با مقطعِ دایره/هشت‌ضلعی، پایه‌هایِ انتقالِ نیرو)، Kd برابرِ ۰٫۸۵ اختیار می‌شود.
•بارگذاریِ بخشی (بندِ ۶-۱۰-۱۳): برایِ ساختمان‌هایِ طراحی‌شده طبقِ بندِ ۶-۱۰-۸، چهار حالتِ بارگذاری (الف تا ت) باید بررسی شود — از جمله بارگذاریِ کامل در هر دو امتداد، بارگذاریِ بخشی برایِ پیچشِ اضافی، ۷۵٪ فشارِ باد در هر دو امتدادِ هم‌زمان، و حذفِ ۵۰٪ برایِ حداکثرِ پیچش. برایِ ساختمان‌هایِ طبقِ بندِ ۶-۱۰-۹، بارگذاریِ بخشی الزامی نیست.
•ضوابطِ عمومیِ طراحی (بندِ ۶-۱۰-۱۴): ضریبِ اطمینان در برابرِ لغزش (بدونِ ضریبِ بار) نباید کمتر از ۱٫۵ باشد؛ ضریبِ اطمینان در برابرِ واژگونی نباید کمتر از ۱٫۷۵ باشد.
•کنترلِ بادِ سطحِ بهره‌برداری (بندِ ۶-۱۰-۱۵): حداکثر تغییرمکانِ جانبیِ نسبی باید به ۰٫۰۰۲۵ برابرِ ارتفاعِ هر طبقه محدود شود؛ بارِ بادِ سطحِ بهره‌برداری بر مبنایِ دوره‌یِ بازگشتِ ده‌ساله محاسبه می‌شود و می‌توان از ۰٫۸ برابرِ سرعتِ مبنایِ باد برایِ تعیینِ آن استفاده کرد.
جدولِ مرورِ سریع
مرجعِ سرعتِ مبنایِ بادمتوسطِ ساعتی در ارتفاعِ ۱۰ متر، دوره‌یِ بازگشتِ ۵۰ سال (احتمالِ فراگذشتِ کمتر از ۲٪ در سال)
حداقلِ سرعتِ مبنایِ باد برایِ ساختمان‌هایِ با اهمیتِ ویژه۸۰ کیلومتر بر ساعت
تعدادِ ایستگاه‌هایِ جدولِ ۶-۱۰-۱۳۰۵ ایستگاهِ هواشناسی
نمونه: سرعتِ مبنایِ بادِ اردبیل۱۴۰ کیلومتر بر ساعت (فشارِ مبنا ۰٫۹۳ کیلوپاسکال)
آستانه‌یِ ارتفاع/زمانِ تناوب برایِ الزامِ روشِ دینامیکی/تجربیارتفاع > ۶۰ متر یا > ۴ برابرِ عرضِ مؤثر؛ زمانِ تناوب > ۱٫۵ ثانیه (سازه‌هایِ غیرِساختمانی > ۱٫۰ ثانیه)
حداقلِ نسبتِ بارِ باد به روشِ دینامیکی/تجربی نسبت به استاتیکی۸۰٪
ضریبِ هم‌راستاییِ باد (Kd) برایِ اکثرِ ساختمان‌ها۰٫۸۵
حداکثر مقدارِ ضریبِ K3 در فرمولِ Kzt۰٫۵
محافظه‌کارانه‌ترینِ مقدارِ G برایِ فشار/مکشِ داخلی۲٫۰
ضریبِ اطمینانِ حداقلِ لغزش تحتِ بارِ باد۱٫۵
ضریبِ اطمینانِ حداقلِ واژگونی تحتِ بارِ باد۱٫۷۵
محدودیتِ تغییرمکانِ جانبیِ نسبی برایِ بادِ سطحِ بهره‌برداری۰٫۰۰۲۵ برابرِ ارتفاعِ طبقه
دوره‌یِ بازگشتِ بادِ سطحِ بهره‌برداری۱۰ سال (≈۰٫۸ برابرِ سرعتِ مبنایِ باد)
برو به آزمونِ همین فصل