فشار ناشی از باد و تاثیر آن بر ساختمان

در این مطلب از خانه معماری قصد داریم به بررسی تاثیر فشار ناشی از باد بر ساختمان بپردازیم. با ما همراه باشید.

بار باد یکی از نیروهای جانبی است که بر سازه وارد می شود. معمولاً در ساختمانهای کوتاه و سنگین ، نیروی باد، در مقایسه با نیروی زمین لرزه، تعیین کننده نیست. اما در ساختمانهای بلند یا سبک ، ممکن است اثرات باد، شدید باشد و نیروی باد ممکن است نیروی غالب سازه باشد. خوب است بدانید که در طراحی اعضای سازه، اثرات بار باد با بار زمین لرزه ترکیب نمی شود و اعضا برای اثر هر یک از این دو طراحی می شوند که از اهمیت بیشتری برخوردار است. توزیع نیروی باد در ساختمان علاوه بر ابعاد و شکل ظاهری آن ، به موقعیت ساختمان، از نظر تراکم ساختمانها و درختان منطقه و همچنین به باد خیز بودن منطقه مورد نظر نیز بستگی دارد.

محاسبه بار و فشار ناشی از باد بر ساختمان

‌طبق مبحث ششم ، نیروی باد بر سازه ها ، بر اساس حداکثر سرعت باد در منطقه ، ارتفاع و شکل هندسی ساختمان ها و میزان حفاظتی که موانع مجاور برای آنها در برابر باد ایجاد می کنند ، با فرض اینکه نیرو به صورت افقی در هر جهت، ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهد ، محاسبه می شود.

‌لازم است بدانید، در ساختمانهایی با ارتفاع بیش از 120 متر یا بیش از پنج برابر عرض آنها و در سازه های غیر ساختمانی ا ز قبیل: دودکش ها ، مخازن و دکل ها که در آنها زمان نوسان اصلی بیش از یک ثانیه است ، بار باد محاسبه می شود. برای این منظور روش معمول و استاتیک کافی نیست و روش تجزیه و تحلیل دینامیکی یا روش تجربی باید با استفاده از تونل های باد مطابق با روش های معتبر بین المللی استفاده شود.در این حالت ، کل بار باد مورد استفاده برای طراحی چنین سازه ها ، نباید بر اساس روش بار استاتیک باد ، کمتر از 80٪ بار باشد.

نیروی باد چگونه بر روی سطوح تاثیر می گذارد؟

در هنگام وزش باد از یک طرف باعث ایجاد فشار و مکش بر روی سطوح خارجی سازه می شود و از طرف دیگر در صورت وجود بازشو در سازه باعث ایجاد فشار داخلی و مکش می شود. این نیروی مکش یا فشار داخلی برای دیوارها و سقف ها بسیار مهم است. است. زیرا می تواند با مکش یا فشار خارجی ترکیب شده و اثر دوگانه ای بر روی آنها بگذارد.

فشار ناشی از باد بر ساختمان: فشار خارجی

‌فشار مستقیم در سمت بادگیر: سطوح ساختمان مستقیماً در مقابل باد تحت تأثیر فشار خارج قرار می گیرد که این یک نیروی بسیار قابل توجه است. ‌مکش در سمت پشت به باد و سطوح موازی به باد: ‌به طور کلی ، سطوحی که در پشت باد یا موازی با آن قرار دارند تمایل به بیرون زدگی و مکیدن زیر باد دارند. توجه داشته باشید که مکش عملاً یک فشار منفی تلقی می شود.

فشار ناشی از باد بر ساختمان: فشار داخلی

به دلیل وجود بازشو در سازه، ورود هوا به داخل ساختمان یا خروج آن از ساختمان می تواند باعث به وجود آمدن فشار منفی یا مکش یا فشار داخلی مثبت در ساختمان شود. توجه داشته باشید که میزان فشار یا مکش، متناسب با اندازه بازشو به اندازه یا مساحت جانبی ساختمان است. فشار داخلی مثبت زمانی اتفاق می افتد که ناحیه بازشو در سمت باد بیشتر از سمت پشت به باد باشد.

در این حالت جریان هوای ورودی به ساختمان بیشتر از هوای خارج شده از ساختمان است و اصطلاحاً هوای ورودی به ساختمان نمی تواند خارج شود که این امر باعث ایجاد فشار در داخل سازه می شود. فشار داخلی منفی یا مکش زمانی ایجاد می شود که سطح بازشدگی ها در سمت عقب باد بیشتر از سمت رو به باد باشد. در این حالت جریان هوا به سمت خارج از ساختمان می رود و مکش در داخل ساختمان به وجود می آید.

سرعت و فشار مبنای باد

سرعت یکی از مشخصه های اصلی باد است که با افزایش ارتفاع افزایش پیدا می کند. قدرت باد بر اساس سرعت آن و سرعت پایه باد محاسبه می شود. سرعت باد پایه میانگین سرعت اندازه گیری شده در فاصله 10 متری سطح زمین است. میزان این نرخ بر اساس آمار موجود در منطقه و بر اساس دوره بازگشت 50 ساله (احتمال وقوع 2٪ در یک سال) تعیین می شود. فشار باد پایه ، فشاری است که با سرعت باد پایه تعیین می شود. بنابراین فشار مبنای باد ، فشاری است که در اثر وزش باد در ارتفاع 10 متری سطح زمین وارد سازه می شود. این فشار عمود بر سطح باد در نظر گرفته می شود.

‌تحلیل های فشار ناشی از باد بر سازه ها

تحلیل دینامیکی: در این روش ، تغییر در سرعت باد و فشار طولانی مدت امکان پذیر است و تعیین دقیق این نوع تحلیل دشوار است. ‌تحلیل استاتیکی: در این روش یک نیروی استاتیکی جایگزین نیروی باد می شود و دقت نشست در روش اول کمتر است. روش تحلیل دینامیکی در مقایسه با روش استاتیکی ساده تر است. تحلیل با کمک تونل باد‌: این روش برای برآورد مقاومت باد در آزمایشگاه استفاده می شود. این روش برای سازه های بسیار مهم و حساس به باد مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع سازه ها و ساختمان‌ها

ساختمان‌ها کوتاه و با وزن زیاد: زمانی که ارتفاع سازه کاهش می یابد ، سرعت و فشار باد نیز کاهش یافته و در نتیجه ، نیروی باد نیز کاهش می یابد. در ساختمانهای کم ارتفاع نیروی باد کم و معمولاً نیروی لرزه ای زیاد است و طراحی را کنترل می کند، مگر این که وزن سازه زیاد نباشد. از طرف دیگر ، در ساختمانهای با ارتفاع کم و متوسط ، استحکام سازه زیاد است و رفتار سازه نسبتاً صلب است، در این حالت می توان اثرات دینامیکی باد بر بارهای استاتیکی معادل را در نظر گرفت.

ساختمان‌های بلند مرتبه و لاغر: در ساختمان‌های بلند مرتبه و لاغر، سرعت و فشار باد به طور قابل توجهی افزایش می یابد. در این نوع سازه ها ، اثر باد شدید است و مقاومت باد ممکن است از نیروی لرزه ای بیشتر باشد و ممکن است نیروی غالب سازه باشد. در این ساختمان ها و در سازه های غیر ساختمانی و لاغر مانند: دودکش ها ، مخازن و دکل ها ، محاسبه بار استاتیک باد کافی نیست و باید از روش تجزیه و تحلیل دینامیکی یا آزمایش تونل باد، در صورت مهم بودن سازه، استفاده شود.