فشار ناشی از باد بر ساختمان

 فشار ناشی از باد بر ساختمان

• بار باد از جمله نیروهای جانبی وارد بر سازه است. معمولاً در ساختمان‌های کوتاه و با وزن زیاد، نیروی باد (در مقایسه با نیروی زلزله) تعیین کننده نیست. اما در ساختمان‌های بلند یا سبک، ممکن است اثرات ناشی از باد شدید بوده و نیروی ناشی از باد‌، نیروی غالب سازه باشد. لازم به ذکر است که در طراحی اعضای اسازه، اثرات ناشی از بار باد با بار زلزله جمع نمی‌شوند و طراحی اعضا برای اثر هر یک از این دو که بحرانی‌تر باشد صورت می‌گیرد. توزیع نیروی باد در ساختمان علاوه بر ابعاد و شکل ظاهری آن، به موقعیت ساختمان (به لحاظ تراکم ساختمان‌ها و درخت‌های موجود در ناحیه) و بادخیز بودن منطقه نیز بستگی دارد.
• ‌مطابق مبحث ششم‌، نیروی باد وارد بر سازه‌ها، 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 می‌کند، با فرض این که این نیرو بصورت افقی در هر امتداد به ساختمان اثر می‌کند، محاسبه می‌شود.
• ‌لازم به ذکر است در ساختمان‌هایی که ارتفاع آنها بیش از ۱۲۰ متر یا یا بیشتر از ۵ برابر عرض آنهاست و در سازه‌های غیر ساختمانی، نظیر دودکش‌ها، مخازن و دکل‌ها که زمان تناوب اصلی نوسان در آنها بزرگتر از یک ثانیه است، محاسبه بار باد به روش معمول و استاتیکی کافی نبوده و باید از روش تحلیل دینامیکی یا روش تجربی و با استفاده از تونل باد، مطابق روش‌های معتبر بین المللی استفاده شود.
• در این صورت بار کل باد که برای طراحی چنین سازه‌هایی بکار می‌رود، نباید از ۸۰٪ بار، بر اساس روش استاتیکی بارگذاری باد‌، کمتر در نظر گرفته شود.

‌چگونگی تاثیر نیروی باد بر روی سطوح

در جریان وزش باد، از یک سو باعث ایجاد فشار و مکش در سطوح خارجی سازه می‌شود و از سوی دیگر در صورت وجود بازشو در سازه فشار و مکش داخلی ایجاد می‌کند.این مکش و یا فشار داخلی، در دیوارها و بام از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا ممکن است با مکش یا فشار خارجی جمع شده و اثر مضاعفی بر روی آنها داشته باشد.

فشار یا مکش خارجی

‌فشار مستقیم در سمت بادگیر

سطوحی از ساختمان که مستقیماً در مقابل باد قرار دارند، تحت تاثیر فشار خارجی باد قرار می‌گیرند که نیروی ناشی از این فشار بسیار قابل توجه است.

‌مکش در سمت پشت به باد و سطوح موازی به باد‌

به طور کلی سطوحی که پشت به باد و یا موازی با آن هستند، معمولاً تحت جریان باد تمایل به بیرون زدگی دارند و تحت مکش قرار می‌گیرند. دقت شود که مکش عملاً به عنوان یک فشار منفی در نظر گرفته می‌شوند.

فشار یا مکش داخلی

ورود جریان هوا به داخل ساختمان و یا خروج آن از ساختمان در اثر وجود بازشو، می‌تواند باعث ایجاد فشار منفی (مکش) و یا فشار مثبت داخلی در سازه شود. دقت شود که مقدار این فشار و یا مکش‌، به بزرگی مساحت بازشو نسبت به مساحت جانبی ساختمان بستگی دارد.

فشار مثبت داخلی‌

فشار مثبت داخلی هنگامی به وجود می‌آید که مساحت بازشدگی در سمت رو به باد، نسبت به پشت به باد بیشتر باشد.در این حالت جریان هوای وارد شده به ساختمان از هوای خارج شده از ساختمان بیشتر است و اصطلاحاً هوای وارد شده به ساختمان نمی‌تواند خارج شود که باعث ایجاد فشار در داخل سازه خواهد شد.

فشار منفی داخلی و یا مکش

فشار منفی داخلی زمانی بوجود می‌آید که مساحت بازشدگی‌ها در سمت پشت به باد نسبت به سمت رو به باد بیشتر باشد.در این حالت جریان هوا از سمت داخل به خارج ساختمان حرکت کرده و در داخل ساختمان مکش ایجاد می‌شود.

سرعت مبنای باد

سرعت یکی از مشخصات اصلی باد است که با افزایش ارتفاع از سطح زمین، افزایش می‌یابد. نیروی باد با توجه به سرعت آن و براساس سرعت مبنای باد محاسبه می‌شود. سرعت مبنای باد سرعت متوسطی است که در فاصله ۱۰ متری از سطح زمین اندازه گیری می‌شود. اندازه این سرعت با توجه به آمار موجود منطقه و براساس دوره بازگشت ۵۰ ساله (احتمال وقوع ۲ درصد در یک سال) تعیین می‌شود.

فشار مبنای باد

فشار مبنای باد، فشاری است که براساس سرعت مبنای باد تعیین می‌شود. بنابراین فشار مبنای باد، فشاری است که در اثر وزش باد در ارتفاع ۱۰ متری از سطح زمین به سازه وارد می‌شود. این فشار عمود بر سطح وزش باد در نظر گرفته شده است.

فشار ناشی از باد بر ساختمان‌ها

به طور کلی آیین نامه‌ها برای تحلیل بار ناشی از باد سه روش را پیشنهاد می‌کنند.

‌تحلیل دینامیکی نیروی باد

در این روش، تغییرات سرعت و فشار باد با گذشت زمان لحاظ شده و این نوع تحلیل، دقیق دشوار است.

‌تحلیل استاتیکی نیروی باد

در این روش نیروی باد را با یک نیروی استاتیکی جایگزین می‌کنند و طبیعتاً دقت نشست به روش اول کمتر بوده ولی در عوض ساده‌تر است.

تحلیل نیروی باد با کمک تونل باد‌

در این روش، نیروی باد در آزمایشگاه تخمین زده می‌شود. این روش در سازه‌های بسیار با اهمیت و حساس در برابر باد توصیه می‌شود.

دسته بندی ساختمان‌ها

• ساختمان‌ها  کوتاه و با وزن زیاد
• ساختمان‌های بلند و لاغر

ساختمان‌های کوتاه مرتبه‌

همان طور که می‌دانید با کاهش ارتفاع سازه، سرعت و فشار باد کاهش یافته و در نتیجه این دو اتفاق، نیروی ناشی از باد کاهش خواهد یافت. می‌توان گفت که در ساختمان‌های کوتاه مرتبه نیروی باد کم است و معمولاً نیروی زلزله بیشتر بوده و کنترل کننده طرح خواهد بود. مگر آنکه وزن سازه کم باشد مانند سوله‌ها. از سوی دیگر در ساختمان‌های با ارتفاع کم و متوسط، سختی سازه زیاد بوده ودر نتیجه رفتار سازه نسبتاً صلب است و در این حالت می‌توان اثرات دینامیکی باد را توسط بارهای استاتیکی معادل در نظر گرفت.

ساختمان‌های بلند مرتبه و لاغر

در این ساختمان‌ها با افزایش ارتفاع، سرعت و فشار باد افزایش چشمگیری خواهد یافت. در این گونه از سازه‌ها اثرات ناشی از باد شدید بوده و نیروی باد ممکن است از نیروی زلزله بیشتر شود و نیروی غالب سازه محسوب شود. در این ساختمان‌ها و در سازه‌های لاغر غیر ساختمانی نظیر دودکش‌ها‌، مخازن و دکل‌ها، محاسبه بار باد به روش استاتیکی کافی نبوده و باید از روش تحلیل دینامیکی و یا از آزمایش تونل باد (در صورت اهمیت زیاد سازه) استفاده کرد