اثر بار برف بر سازه چگونه است؟

بار برف در  تاریخ ۱۴۰۰/۰۵/۰۲ به‌روزرسانی شد!

شاید شما هم خبر ریزش سقف پاساژی در یافت‌آباد تهران را شنیده باشید!

حدودا ۴ سال پیش بود که ریزش سقف این پاساژ به خبر دسته اول سایت‌های خبری و روزنامه‌ها تبدیل شد. علت ریزش سقف، بارش سنگین برف و در نتیجه عدم رعايت اصول فني و مهندسي در طراحی و ساخت سازه بود. در پی این حادثه به علت شکسته شدن پایه‌های فلزی سقف کاذب، یکی از لوله‌های گاز داخل این پاساژ دچار شکستگی شد که به دنبال آن، گاز با فشار زیاد از محل آسیب‌دیدگی لوله به بیرون نشت کرد. خوشبختانه با حضور سریع و به‌موقع آتش‌نشانان و امدادگران صدمه‌ای به کسی وارد نشد و پاساژ سریعا تخلیه شد.

در اینجاست که متوجه می‌شویم با سهل‌انگاری ما طراحان سازه ممکن است چه فجایعی رخ دهد و جان انسان‌های زیادی در خطر باشد.

 

 

تمایل دارید این جلسه و جزوه آموزشی آن را دانلود کنید؟
اين جلسه حاوي

1. فيلم آموزشي بالا
2. ۲ جزوه آموزشي براي درک بهتر ويديو به زبان فارسي

ميباشد، اگر تمايل داريد تمامي۴۴ قسمت آموزش ايتبس و تمامي جلسات آموزش سيف را دانلود کنيد، بايد عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري باشيد! چنانچه تاکنون ثبت نام نکرديد از طريق دکمه زير ثبت نام کنيد.

تاکنون بيش از ۲۰۰۰ نفر عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري شده اند!

هزينه عضويت تنها ۲۹ هزار تومان

خيلي سريع من را عضو الماسي کن!

 

 

من و شما اینجاییم تا با یکدیگر نرم‌افزار ETABS و طراحی سازه را یاد بگیریم تا بتوانیم با طراحی یک سازه خوب جان انسان‌ها را حفظ کنیم.
از چندی پیش وارد بارگذاری سازه شدیم. گفتیم بارگذاری سازه به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. یکی از این بارها، بارهای قائم و یا بارهای رو به سطح زمین در سازه‌هاست. از جمله این بارهای قائم، می‌توان به بار برف اشاره کرد. در این جلسه به‌طور کامل در مورد بار برف صحبت خواهیم کرد. اما به رسمی که داشتیم ابتدا مروری بر جلسات گذشته می‌کنیم تا ببینیم از ابتدای کار تا به اینجا چه کارهایی را انجام داده‌ایم و در آینده قرار است چه کارهایی را انجام دهیم.

من و شما درون یک مسیر قرار گرفتیم. در این مسیر تابلوهای راهنمایی و رانندگی زیادی وجود داشت. اولین تابلو به ما می‌گفت یک پلان طراحی معماری وجود دارد که شما طراحان سازه باید پلان خود را کنترل کنید. در جلسات مربوط به کنترل پلان معماری، این موضوع را به‌طور کامل با یکدیگر بررسی کردیم.

در ادامه راه به سیستم‌های باربر سازه‌ای رسیدیم. آن‌ها را تعریف کردیم و در مورد قاب ساده ساختمانی، قاب خمشی ساختمانی، دیوار برشی و سیستم‌های پیشرفته‌تر صحبت کردیم.
سپس سازه خود را مدل‌سازی کردیم و Definitionها را با یکدیگر شروع کردیم.

اکنون در مرحله تعریف کردنی‌ها قرار داریم. بعد از این مرحله سازه را آنالیز و تحلیل می‌کنیم و در نهایت سازه را کنترل و طراحی می‌کنیم.

در مرحله تعریف کردنی‌ها بود که متوجه شدیم چه مسائلی پیش روی ما هستند. در این مرحله به‌طور کامل درباره انواع میلگردها، بتن‌ها و مصالح صحبت کردیم و مقاطع خود را که شامل تیرها، ستون‌ها و سقف‌ها می‌شوند را وارد نرم‌افزار ایتبس کردیم.

اکنون نیز به‌سراغ بارهای ساختمانی می‌رویم و بارها را با یکدیگر بررسی می‌کنیم. بارگذاری و اعمال بارهای وارده بر سازه برای مهندسان در هنگام طراحی سازه‌های ساختمانی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در جلسات گذشته گفتیم که بارهای وارده به سازه ما به ۲ دسته تقسیم می‌شوند.
۱) بارهای جانبی
۲) بارهای قائم
هر کدام از این بارها نیز خود به دسته‌هایی تقسیم می‌شوند. به شکل زیر دقت کنید.

 

در آموزش رایگان نرم‌افزار ایتبس ما در مورد بارهای زنده، مرده، برف، لرزه‌ای، باد و زمین صحبت خواهیم کرد.
در جلسات گذشته آموزش نرم‌افزار ایتبس در مورد بار مرده و انواع آن صحبت کردیم. آن‌ها را به دست آوردیم و وارد نرم‌افزار کردیم.

سپس به‌سراغ بارهای زنده رفتیم و تمام بارهای زنده را وارد نرم‌افزار ایتبس کردیم.

 

 

اکنون نوبت به بار برف می‌رسد. بار برف نیز همانند بار زلزله و بار باد حائز اهمیت است که در این مقاله از شهر نوین عمران و معماری قصد داریم تا شما مهندسان عمران را با بار برف و خصوصیات آن آشنا کنیم.

مناطق سردسیر در فصل زمستان برف گیرترهستند و زمان که برف بر بام ساختمان می‌نشیند باری را تحت عنوان بار برف بر بام سازه وارد می‌کند.

بنابراین بار برف برای ساختمان‌های این مناطق از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ زیرا اگر بارف برف برای ساختمان‌های این مناطق در نظر گرفته نشود ممکن است باعث تخریب و ریزش سقف ساختمان شود. پس می‌توان گفت که یکی از بارهای تاثیرگذار بر سازه بار برف است که در هنگام طراحی سازه و انجام محاسبات بارگذاری سازه باید در نظر گرفته شود.

 

بار برف چیست؟

همانطور که از اسم آن مشخص است، بار برف ناشی می‌شود از بار برفی که روی سقف‌ها و بام‌ها لحاظ می‌شود.

در مبحث ششم، بار برف به دو دسته بار برف زمین و بار برف بام تقسیم‌بندی شده است که به توضیح مختصر هر یک می‌پردازیم:

۱) بار برف زمین 

بار برف زمین Pg ، وزن لایه برف بر روی سطح افقی زمین است که براساس آمار موجود در منطقه، احتمال تجاوز آن در سال برابر ۲ درصد می‌باشد.

۲) بار برف بام 

بار برف بر روی بام Pr، با توجه به شیب و دمای بام، برف‌گیری و اهمیت سازه، برای هر مترمربع تصویر افقی سطح آن، به کمک رابطه زیر به‌دست می‌آید:

 

Pr = Is * Cn * Ch * Cs * Ps

Ps: بار برف مبنا

Is: ضریب اهمیت بار برف

Cn: ضریب برف‌گیری

Ch: ضریب شرایط دمایی

Cs: ضریب شیب

در ادامه هر کدام را طبق مبحث ششم، به‌طور مختصر برای شما عزیزان توضیح خواهیم داد.

 

نکته بسیار مهم این است که بار برف Pr بیانگر بار برف متوازن می‌باشد که به‌عنوان یک احتمال در بارگذاری در نظر گرفته می‌شود.

 

روش تعیین ضریب اهمیت ساختمان با توجه به خطر پذیری سازه برای محاسبه بار برف (Is):

ساختمان‌ها با توجه به کاربری‌های متفاوت داری خط پذیری متفاوتی هستند. طبق مبحث ششم، ساختمان‌هایی که ما مهندسین عمران طراحی و اجرا می‌کنیم به ۴ گروه زیر تقسیم بندی می‌شوند:

ساختمان با اهمیت خیلی زیاد (گروه ۱):

از جمله ساختمان‌هایی با ضریب اهمیت خیلی زیاد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بیمارستان‌ها و مراکز درمانی
• مراکز آتش‌نشانی
• مراکز و تاسیسات آب‌رسانی
• نیروگاه‌ها و تاسیسات برق‌رسانی
• برج‌های مراقبت فرودگاه
• مراکز مخابرات
• تاسیسات نظامی و انتظامی
• صدا و سیما
• تاسیسات هسته‌ای و کارخانجات تولید کننده مواد شیمیایی خاص

این ساختمان‌ها اگر درهنگام بهره‌برداری آسیب ببینند و نابود شوند به‌طور غیر مستقیم باعث افزایش تلفات انسانی می‌شوند. مثلا هنگام زمین‌لرزه، آتش‌سوزی و یا زمانیکه یک سازه تخریب می‌شود، برای ما اهمیت دارد که نیروی انتظامی و یا بیمارستان‌ها وظایف خود را به‌درستی انجام دهند. درست است که اگر این ساختمان‌ها تخریب شوند به مشکل بر نمی‌خوریم ولی باید بیمارستانی باشد که به مصدومین رسیدگی کند.

ساختمان‌ها با اهمیت زیاد (گروه ۲):

ساختمان‌ها با کاربری‌های زیر و مشابه آن جزء ساختمان‌ها با اهمیت زیاد محسوب می‌شوند مانند:

• مدارس، مساجد، استادیوم‌ها، ترمینال مسافربری، سینما و..، تخریب این سازه موجب افزایش تلفات جانی می‌شود.
• موزه‌‎ها، کتابخانه‌ها و…، که موجب هدر رفتن ثروت یا مدارک ملی می‌شود.
• پالایشگاه‌ها، مراکز گازرسانی و..، که موجب آتش‌سوزی و یا آلودگی محیط زیست می‌شود.

در این گروه از ساختمان‌ها تعداد نفرات زیادی در ساختمان قرار می‌گیرند.

 

ساختمان‌ها با اهمیت متوسط (گروه ۳):

از جمله ساختمان‌هایی با ضریب اهمیت متوسط می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساختمان‌های مسکونی
• هتل‌ها
• ساختمان‌های اداری
• و …

در این دسته از ساختمان‌ها اگر سازه تخریب شود، برای ما چندان اهمیتی ندارد. ولی تمام تلاشمان را می‌کنیم که جان انسان‌های درون ساختمان به‌خطر نیوفتد و حفظ شود.

ساختمان‌های با اهمیت کم ( گروه ۴):

سازه‌هایی که خرابی آن‌ها تلفات جانی و خسارات مالی نسبتا کمی را به همراه دارند جزء این دسته محسوب می‌شوند که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مرغداری
• سازه‌های موقت
• سازه‌هایی با مدت بهره‌برداری زیر دو سال
• انبارهای کشاورزی
• و…

 

سپس گفته شده است که هر کدام از این ۴ نوع سازه یک ضریب اهمیت برای نیروی باد، نیروی زلزله، بار یخ و بار برف دارند.

روش تعیین ضریب اهمیت بار برف:

پس از تعیین خطر پذیری سازه با توجه به جدول زیر ضریب اهمیت بار برف ( I_S ) را مشخص می‌کنیم:

گروه خطر پذیری	ضریب اهمیت بار برف ( IS )
۱	۱٫۲
۲	۱٫۱
۳	۱
۴	۰٫۸

 

با توجه به اینکه ساختمان ما مسکونی است و ما می‌خواهیم بار برف را در این قسمت محاسبه کنیم، Is ما برابر ۱ می‌شود. به همین راحتی ضریب اول فرمول ما به‌دست می‌آید.

یکی از بارهای وارده بر سازه بار زلزله است برای مطالعه بیشتر با شهر نوین عمران و معماری همراه باشید.

 

ضریب برف‌گیری بام ساختمان (Cn):

جهت محاسبه بار برف وارده بر سازه، ضریب برف‌گیری بام ساختمان (Cn) با توجه به اینکه سازه در چه نوع ناهمواری محیطی قرار دارد و با توجه به نوع برف‌گیری بام از جدول زیر تعیین می‌شود که در ادامه به توضیح انواع ناهمواری محیطی و انواع بام‌های برف‌گیر می‌پردازیم.

گروه ناهمواری محیطی	بام برف‌ریز	بام نیمه برف‌گیر	بام برف‌گیر
پر تراکم	۰٫۹	۱	۱٫۱
باز	۰٫۸	۰٫۹	۱

 

انواع ناهمواری محیطی:

ساختمان‌ها از نظر ناهمواری‌های محیطی به ۲ دسته زیر تقسیم می‌شوند:

ناحیه پرتراکم:

مناطق با تراکم ساختمان شهری یا در مجاورت جنگل‌های انبوه شامل ناهمواری و موانع متعدد و متراکم با ارتفاع ۹ متر یا بیشتر

ناحیه باز:

محدوده‌ای که در آن ساختمان‌ها، درختان یا موانع دیگر به‌صورت پراکنده قرار گرفته یا در مجاروت دریاچه، دریا، ساحل باز یا همراه با پوشش گیاهی‌های کم ارتفاع واقع شده است، ضمنا مناطقی که در آن‌ها تراکم ساختمان‌ها یا موانع یا ارتفاع آن‌ها شرایط ناحیه پرمتراکم را نداشته باشند، مشابه ناحیه باز تلقی می‌شوند.

بام برف‌ریز

بام برف‌ریز بالاتر از محیط اطراف است و محافظتی از اطراف وجود ندارد.

بام برف‌گیر

بام برف‌گیر از تمام جوانب پایین‌تر از موانع متصل به آن و یا موانع اطراف می‌باشد.

بام نیمه برف‌گیر

بامی که نه برف‌ریز باشد و نه برف‌گیر جزء بام نیمه برف‌گیر محسوب می‌شود.

برای یافتن ضریب برف‌گیری ما بدترین حالت را در نظر می‌گیریم تا در جهت بهینه و اطمینان کار کنیم. پس، بیشترین ضریب یعنی ۱٫۱ را در نظر می‌گیریم.

 

ضریب شرایط دمایی برای محاسبه بار برف (Ch):

در این بند از مبحث ششم، مجددا جدولی وجود دارد که ساختمان‌ها را به ۴ دسته تقسیم کرده است. با توجه به روش نگهداری سازه در طول عمر مفیدش، ضریب شرایط دمایی (Ch) با توجه به جدول زیر تعیین می‌شود:

تمام ساختمان‌ها به جز موارد زیر	۱
سازه‌هایی که همیشه در دمای کمی بالاتر از صفر درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شوند.	۱٫۱
سازه‌هایی با زیر بام باز و سازه‌های بدون گرمایش	۱٫۲
سازه‌هایی که همیشه دمای آن‌ها زیر صفر درجه نگه داشته می‌شوند.	۱٫۳

 

با توجه به اینکه ساختمان ما مسکونی می‌باشد، ضریب شرایط دمایی را ۱ در نظر می‌گیریم.

 

اگر علاقه دارید بار باد را بیشتر بشناسید با شهر نوین عمران و معماری همراه باشید.

 

ضریب شیب بام جهت محاسبه بار برف (Cs):

پیش از محاسبه ضریب شیب بام باید بدانیم بام سازه در حال طراحی جزء کدام یک از موارد زیر است:

• بام مسطح
• بام با سطح لغزنده
• بام با سطح شیبدار بدون مانع
• بام با سطح شیبدار با مانع
• بام قوسی
• بام کنگره‌ای
• بام شیبدار دندانه‌ای
• بام‌های دارای طره در لبه پایین بام

طبق بند ۶-۷-۶ مبحث ششم، برای بام‌های مسطح، ضریب شیب، برابر واحد می‌باشد. از آنجایی که ساختمان مسکونی ما جز ساختمان‌هایی است که شیب آن مسطح می‌باشد پس ضریب شیب را برابر ۱ در نظر می‌گیریم.

 

تقسیم‌بندی مناطق کشور برای محاسبه بار برف چگونه است؟

زمانی که به مبحث ششم مراجعه می‌کنیم، در ابتدای کار با جدولی طولانی روبرو می‌شویم. در این جدول با توجه به شرایط آب و هوایی، مناطق کشوربه شش منطقه تقسیم می‌شوند که شامل منطقه یک تا شش می‌باشد.

بنابراین در ابتدای محاسبه باربرف باید منطقه سازه را با توجه به جدول زیر تعیین کنید:

شهر	منطقه
آستارا	۵
اراک	۴
اردبیل	۵
اردستان	۲
ارومیه	۴
اسلام آباد غرب	۴
اصفهان	۳
الیگودرز	۵
امیدیه	۱
انار	۲
اهر	۴
اهواز	۲
ایرانشهر	۱
ایلام	۴
ایوان غرب	۳
آبادان	۲
آباده	۳
آبعلی	۵
آستانه اشرفیه	۵
انزلی	۴
بافت	۳
بافق	۲
بانه	۵
بجنورد	۴
بروجرد	۴
بستان	۲
بشرویه	۲
بم	۲
بندر عباس	۱
بندر لنگه	۱
بوشهر	۱
بیجار	۴
بیرجند	۲
پیرانشهر	۵
تبریز	۴
تربت جام	۴
تربت حیدریه	۳
تکاب	۴
تهران جنوب	۴
تهران شمال	۴
جاسک	۱
جلفا	۴
جیرفت	۲
چابهار	۱
خاش	۱
خدابنده	۴
خرم آباد	۴
خرم دره	۴
خلخال	۵
خور بیابانک	۱
خور بیرجند	۲
خوی	۴
داران	۵
درود	۵
دزفول	۳
دهلران	۳
دو گنبدان	۲
رامسر	۴
رامهرمز	۲
رباط پشت بام	۲
رشت	۵
رفسنجان	۳
روانسر	۴
زابل	۲
زرینه اوباتو	۵
زنجان	۴
سبزوار	۳
سراب	۴
سراوان	۱
سرپل ذهاب	۳
سرخس	۳
سردشت	۶
سقز	۵
سمنان	۳
سنندج	۴
سیرجان	۴
شاهرود	۳
شهر بابک	۳
شهرکرد	۴
شیراز	۳
طبس	۲
فردوس	۲
فسا	۳
فیروزکوه	۴
قائن	۲
قراخیل	۴
قروه	۴
قزوین	۴
قم	۳
قوچان	۴
کاشان	۳
کاشمر	۲
کرج	۴
کرمان	۳
کرمانشاه	۴
کنگاور	۴
کهنوج	۱
کوهرنگ	۶
گرگان	۳
گرمسار	۳
گلپایگان	۵
گلمکان	۴
گناباد	۲
لار	۱
ماکو	۴
مراغه	۴
مریوان	۵
مسجدسلیمان	۳
مشهد	۴
ملایر	۴
مهاباد	۴
میانه	۴
نایین	۲
نهاوند	۴
نهبندان	۲
نیشابور	۴
همدان	۴
همدان نوژه	۴
یاسوج	۴
یزد	۲

 

شما جزء کدام یک از مناطق بالا محسوب می‌شوید؟

 

چگونگی تعیین بار برف زمین با توجه به نوع منطقه (Ps):

وزن لایه برف بر روی سطح زمین را بار برف زمین می‌گویند که بر اساس آمار موجود در هر منطقه احتمال تجاوز آن از دو درصد در سال وجود دارد.

حال با توجه به جدول بالا و تعیین منطقه به تعیین ضریب بار برف زمین ( Ps ) می‌پردازیم:

1.  منطقه ۱ (برف نادر) :                         ۰٫۲۵ کیلونیوتن بر متر مربع
2. منطقه ۲ (برف کم) :                           ۰٫۵ کیلونیوتن بر متر مربع
3. منطقه ۳ (برف متوسط) :                      ۱ کیلونیوتن بر متر مربع
4. منطقه ۴ (برف زیاد) :                         ۱٫۵ کیلونیوتن بر متر مربع
5. منطقه ۵ (برف سنگین) :                       ۲ کیلونیوتن بر متر مربع
6. منطقه ۶ (برف فوق سنگین) :                  ۳ کیلونیوتن بر متر مربع

با توجه به اینکه ما در شهر اصفهان طراحی را انجام می‌دهیم پس جز منطقه ۳ محسوب می‌شویم و ضریب برف مبنا برابر ۱ می‌باشد.

 

سوال: اگر شهری که ما در آن طراحی سازه انجام می‌دهیم جز جدول بالا نبود، چه کاری انجام دهیم؟

از نزدیک‌ترین شهری که به شما قرار دارد و در درون جدول نیز می‌باشد استفاده کنید.

 

 

دید سوپرمارکتی در نرم‌افزار ایتبس:

در جلسات قبلی آموزش ایتبس بیان کردیم که در هنگام بارگذاری ما باید دید سوپر مارکتی داشته باشیم. وقتی که ما وارد سوپر مارکت می‌شویم از فروشنده می‌پرسیم ماست داری؟ او جواب می‌دهد: بله دارم. سپس از او در مورد برند ماست و یا قیمت ماست سوال خواهیم کرد. پس یکی برند ماست اهمیت دارد و یکی مقدار ماست.
دقیقا در نرم‌افزار ایتبس نیز ما همین مسئله را داریم. یک اینکه وجود بار برف اهمیت دارد و دیگری مقدار بار برف.
باید در نرم‌افزار ایتبس Load Patterns را بسازیم و بار برف را مشخص کنیم. سپس به آن مقدار می‌دهیم.

 

روش محاسبه بار برف بام و نحوه وارد کردن آن در نرم‌افزار ایتبس:

 

اکنون وارد نرم‌افزار ایتبس می‌شویم و بار برف را وارد می‌کنیم.

۱) نرم‌افزار ایتبس را اجرا کرده و فایل جلسه گذشته را باز می‌کنیم.

 

۲) از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Define و سپس گزینه Load Patterns را انتخاب می‌کنیم تا پنجره Define Load Patterns باز شود.

 

۳) در قسمت Load نام بار خود را به Snow تغییر می‌دهیم.

 

۴) در قسمت Type، Snow را از بین گزینه‌ها انتخاب می‌کنیم.

 

۵) روی عبارت Add New Load کلیک کرده تا بار Snow وارد نرم‌افزار شود.

 

۶) وارد طبقات بالاتر یعنی پشت‌بام و خرپشته می‌شویم و کف‌های خود را انتخاب می‌کنیم.

 

۷) از سربرگ بالای نرم‌افزار، گزینه Assign، سپس گزینه Shell Loads را انتخاب می‌کنیم. در ادامه عبارت Uniform را را انتخاب کرده تا پنجره Shell Load Assign – Uniform باز شود.

 

۸) در قسمت Load Pattern Name نام آن را به Snow تغییر می‌دهیم.

 

۹) در قسمت Load مقدار بار برف را برابر ۱۱۰ قرار می‌دهیم.

 

۱۰) Direction را از نوع Gravity انتخاب کرده و در نهایت OK می‌کنیم.

 

۱۱) فایل را Save می‌کنیم. می‌بینیم به همین راحتی می‌توان بار برف را لحاظ کرد.

 

نکته‌ای در مورد بارگذاری در مبحث ششم:

در مبحث ششم در مورد بار برف انباشتگی نیز صحبت شده است که ما باید این بار را لحاظ کنیم. اما بار برف انباشتگی به چه معناست؟
اگر ما حالت ۳ بعدی سازه خود را در نظر بگیریم؛ در قسمت خرپشته در کنار دیوارها بار برف انباشته می‌شود که این بار باید در سازه لحاظ شود. به دلیل آنکه بار برف انباشتگی تخصصی‌تر می‌باشد ما این مبحث را در دوره جعبه ابزار طراحی سازه‌های بتنی به‌طور کامل برای شما عزیزان بررسی کرده‌ایم.