برخلاف گذشته صنعت ساختمان‌سازی پیشرفت‌های قابل‌توجهی پیدا کرده است و امروزه برای کاهش هزینه‌ها، افزایش سرعت ساخت‌وساز، افزایش طول عمر، افزایش راندمان و افزایش ایمنی از استانداردها و اصول ویژه‌ای در این صنعت استفاده می‌شود و تمامی جوانب کاملاً ارزیابی می‌شود. محاسبه و برآورد انواع بارهای وارد بر ساختمان نیز از جمله مهم‌ترین کارهایی است که مهندسان در زمان اجرای پروژه‌های ساختمانی انجام می‌دهند. بارهای وارد بر ساختمان در اصل می‌توانند در دو دسته اصلی بارهای بیرونی و درونی تقسیم شوند. در ادامه مطلب با انواع بارهای وارد شده بر ساختمان آشنا شده و نحوه محاسبه آنها بررسی می‌شود.
اهمیت توجه به بارهای وارده بر ساختمان
به صورت کلی در صنعت ساختمان‌سازی باید توجه ویژه‌ای به طراحی سازه‌ای بشود چرا که طراحی سازه‌ای از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و لازم است که تمامی نیروهای وارد شده بر سازه محاسبه شوند. در حقیقت بارهای مختلفی می‌توانند با ساختمان وارد شوند و هر کدام از آنها منبع مشخصی داشته و لازم است که حتماً مورد بررسی قرار بگیرند. به صورت کلی امروزه از علوم و تکنولوژی‌های مختلف و مصالح مدرن همچون بلوک یونولیت استفاده می‌شود که انواع بارهای وارده بر ساختمان به حداقل میزان ممکن برسد.
چنانچه بارهای وارده بر ساختمان در بخش‌های مختلف در نظر گرفته نشده و راهکاری برای آن اتخاذ نشود ممکن است خسارت‌ها و آسیب‌های جبران‌ناپذیر مالی و جانی به همراه داشته باشد. انواع مختلفی از بارها در ساختمان وجود دارند که هر کدام می‌توانند تحت تأثیر عوامل و فاکتورهای مختلفی باشند.
انواع بارهای وارد بر ساختمان
در حقیقت می‌توان بارهای وارد شده را بر اساس فاکتورها و پارامترهای مختلفی تقسیم‌بندی کرد اما به صورت کلی این نیروها به دو دسته بارهای خارجی و داخلی تقسیم می‌شوند. نیروهای خارجی نیروهایی هستند که از خارج سازه بر آن وارد می‌شوند و نیروهای داخلی نیز در اثر وارد شدن نیروی خارجی در عناصر سازه ایجاد می‌شوند. بارهای وارده بر ساختمان به صورت کامل به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
بار مرده
این نوع بار بارهای دائمی، ثابت و عمودی گفته می‌شوند که بر اثر وزن ناشی از المان‌های مختلف ساختمان ایجاد می‌شود. خوشبختانه امروزه استفاده از مصالحی همچون یونولیت حجم زیادی از این بار را کاهش داده است.
بار زنده
بارهای زنده در حقیقت بارهای موقتی، متحرک و عمودی هستند که می‌توانند ناشی از جابجایی و حرکت اشیا مختلف و یا افراد در بخش‌های مختلف سازه باشند.
بار باد
به نوعی از بارها گفته می‌شود که منبع و مرجع اصلی آن جریان هوا است که به سطوح مختلف سازه در بخش‌های خارجی برخورد می‌کند.
بار برف
برف نیز یکی از عوامل خارجی است که در فصل زمستان می‌تواند یک بار ویژه بر روی ساختمان‌ها وارد کند.
بار سیل
بعد از بارندگی‌های شدید معمولاً سیل به راه خواهد افتاد. نیرویی که از برخورد سیل به ساختمان وارد می‌شود با نام بار سیل شناخته می‌شود
بار زلزله
زلزله نیز از انواع بارهای وارد بر ساختمان است که در زمان وقوع زمین‌لرزه به ساختمان‌ها و بخش‌های مختلف آن وارد می‌شود.
بار ویژه
بارهای ویژه نیز نوعی از بارهای وارد شده به سازه‌های مختلف هستند که در شرایط خاص مانند جابجایی فونداسیون، فشار سیالات و خاک، ارتعاشات، جمع شدگی الاستیکی و … به ساختمان وارد می‌شود.
انواع نیروهای داخلی
نیروهای داخلی نیز می‌توانند نوعی بار به ساختمان‌ها وارد کنند. به صورت کلی می‌توان گفت نیروهای داخلی شامل انواع مختلفی هستند که مهم‌ترین آنها به شرح زیر می‌باشند:
- نیروهای محوری که شامل نیروهای کششی و فشاری هستند و در امتداد محور طولی عضو مورد نظر و به صورت عمود بر سطح مقطع وارد می‌شوند.
- نیروهای برشی که غیر هم‌جهت بوده و بخش‌های مختلف یک عضو را در جهت‌های مختلف به حرکت در می‌آورند.
- نیروی خمشی که نوعی نیروی گشتاوری هستند و باعث خم شدن عضو مورد نظر می‌شوند.
- نیروی پیچشی که باعث تاب خوردگی اعضای سازه می‌شوند.
مسیر انتقال بارهای وارد بر ساختمان
همان‌طور که گفته شد هر کدام از انواع بارهای وارد بر ساختمان دارای یک منبع مشخص هستند و می‌توانند از راه و مسیر مختلفی به ساختمان وارد شوند. در حقیقت مسیر انتقال بار به مسیری گفته می‌شود که بار از طریق اجزای ساختمان به زمین می‌رسد. وظیفه اصلی سازه‌های ساختمانی که داخل دیوار و نما پوشیده می‌شود انتقال بار و نیروها به زمین است. به همین دلیل است که امروزه از مصالح مختلف سقف‌های مدرن، دیوارهای پیش‌ساخته و … استفاده می‌شود تا به سریع‌ترین و راحت‌ترین شکل ممکن بارهای ساختمان به زمین منتقل شوند.
یکی از معایب سقف وافل ضخامت کم آنها و عدم انتقال صحیح بارها به دیوارها و در نهایت به زمین است به همین دلیل با سقف‌های دال بتنی و … جایگزین می‌شوند. در اصل تمامی نیروهای داخلی بخش‌های مختلف ساختمان‌ها مانند دال، تیرهای فرعی، تیرهای اصلی، ستون‌ها و … به دلیل وجود نیروهای خارجی ایجاد می‌شوند. چنانچه بارهای وارد از میزان ظرفیت هر کدام از این اجزا بیشتر باشد ممکن است خسارت‌های جبران‌ناپذیری به ساختمان وارد شود.
محاسبه انواع بارهای وارد بر ساختمان
محاسبه بار و نیروهای وارد بخش‌های مختلف ساختمان در اصل وظیفه مهندسی عمران است. بزرگ‌ترین مشکلی که در محاسبه این نیروها وجود دارد این است که به‌هیچ‌عنوان نمی‌تواند مقدار و میزان بارهای خارجی وارد شده با بخش‌های مختلف ساختمان را محاسبه کرد. به همین دلیل ارزیابی و محاسبه بارهای داخلی نیز عملاً غیرممکن خواهد شد. امروزه مهندسان برای محاسبه انواع بارهای وارد شده بر ساختمان از آیین‌نامه‌های مخصوص استفاده می‌کنند. در این آیین‌نامه‌ها ضرایبی با عنوان ضرایب اطمینان منطقی در دسترس مهندسان قرار می‌گیرد. آنها می‌توانند با استفاده از این ضرایب میزان بار وارد شده بر سازه‌ها را پیش‌بینی نمایند.
بهترین مصالح ساختمانی برای کاهش انواع بارهای وارد بر ساختمان
همان‌طور که گفته شد هر کدام از انواع بارها دارای منبع منحصربه‌فردی هستند و می‌توانند آسیب‌های متمایزی به بخش‌های مختلف ساختمان‌ها وارد کنند اما امروزه استفاده از مصالح نوین و مدرن باعث شده است که اثر این نیروها و بارها به حداقل میزان ممکن برسد. مصالح سنتی مانند بلوک سفالی، سنگ و … وزن ساختمان را به شدت بالا می‌برند و این باعث می‌شود ساختمان از انعطاف‌پذیری مناسبی برخوردار نباشد و در برابر عوامل و بارهای مختلف ضعیف باشد. استفاده از انواع محصولات مدرن ساختمانی مانند تری دی پانل، یونولیت‌ها، پی‌وی‌سی، کامپوزیت و … باعث می‌شوند که ساختمان‌ها در برابر انواع بارها مقاومت بالایی داشته باشند.
جمع بندی نهایی
محاسبه انواع بارهای وارد بر ساختمان از جمله مهم‌ترین مراحل ساخت‌وساز به شمار می‌روند. هرچند که محاسبه نیروهای خارجی عملاً کار غیرممکنی است اما مهندسان می‌توانند با کمک گرفتن از آئین‌نامه‌های استاندارد این بارها را تا حد بالایی پیش‌بینی کنند. استفاده از مصالح ساختمانی مدرنی همچون یونولیت دیواری و … باعث می‌شوند جم زیادی از بارها و نیروهای داخلی و خارجی ساختمان‌ها کاهش پیدا کند. چنانچه به بارهای وارد شده بر ساختمان توجه نشود.
