۶-۱۰-۶ روش استاتیکی

روش استاتیکی برای محاسبه بارهای باد روی کل ساختمان ها به جز ساختمان هایی با ضابطه تعریف شده در بخش ۴-۱۰-۶ به کار میرود.

۱–۶–۱۰–۶ ضریب بادگیری،C_e

ضریب بادگیری تغییرات سرعت باد با ارتفاع و نیز اثرات ناشی از تغییر در زمین اطراف و توپوگرافی را نشان می دهد. این ضریب براساس توزیع سرعت باد در ارتفاع روی دو نوع زمین اطراف، باز و یا پرتراکم، بشرح ذیل تعیین می شود:

الف) برای زمین باز^0.2 C_e=(h/10) و حداقل برابر ۰.۹ درنظر گرفته می شود. زمین باز زمینی است که در آن ساختمان ها، درختان و موانع دیگر بصورت پراکنده بوده و یا به دریاچه، دریا و یا کنار ساحل باز، اطلاق می شود. ارتفاع مبنا از روی سطح زمین طبق بخش ۵-۱۰-۶ در نظر گرفته می شود. فرض می شود از قانون نمائی با ضریب ۰.۲ که معادل ضریب ۰.۱ برای سرعت های باد جهشی است، پیروی می کند. باد جهشی بادی است که حدوداً ۳ تا ۵ ثانیه ادامه دارد و نمایانگر حجمی از باد است که بر روی کل سازه اثر می کند.

برای زمین پر تراکم C_e=0.7(h/12)^0.3وحداقل برابر 0.7درنظر گرفته می شود. زمین پر تراکمب) برای زمین پرتراکم، c_{e = ۰}.۷_{[ h/۱۲]}^۰.۳  و حداقل برابر ۰.۷ در نظر گرفته می شود. زمین پرتراکم به زمین حومه شهری، شهری، جنگل پرتراکم که تا یک کیلومتر و یا ۲۰ برابر ارتفاع ساختمان در بالا دست، هر کدام بیشتر باشد، امتداد پیدا کند، اطلاق می شود. فرض می شود c_e از قانون نمائی با ضریب ۰.۳ که معادل ضریب ۰.۱۵ برای سرعت های باد جهشی است، پیروی می کند.

مقادیر میان یابی شده بین دو گروه الف و ب را در مواردی که ناهمواری زمین در کمتر از یک کیلومتر و یا ۲۰ برابر ارتفاع ساختمان، هر کدام بیشتر باشد، تغییر کند، می توان استفاده نمود.

۲–۶–۱۰–۶ تغییرات در نوع زمین

مقدار  c_e که در بند ۱-۶-۱۰-۶ برای زمین ناهموار داده شده، در صورتیکه این ناهمواری در بالادست جریان حداقل ۱ کیلومتر یا ۲۰ برابر ارتفاع ساختمان، H؛ هر کدام که بزرگتر باشد؛ امتداد یابد، باید استفاده شود. هنگامی که ناهمواری زمین کمتر از ۱ کیلومتر امتداد یابد )به عبارت دیگر x<1 km (و ساختمان کوتاهتر از۱۰۰ متر باشد، مقدار c_e رامی توان با میانیابی بین زمین باز و پر تراکم با استفاده از روابط زیر محاسبه نمود:

برای x_r بزرگتر از ۰_/۰۵  km و کمتر از ۱ km، برای x_r  کوچکتر یا مساوی_. 0.05 Km،و کمتر از 1 کیلومتر.

C_e=C_er[0.816+0.184]

c_e = c_eo          (۶-۱۰-۴)                                                                

که در آن  x_r  طول زمین ناهموار در بالادست جریان باد،  c_er برابرc_e   برای زمین ناهموار و c_eo برابرc_e  برای زمین باز است.

۳–۶–۱۰–۶ خیز سرعت در بالای تپه ها و بالا آمدگی زمین

تپه ها و بالا آمدگی ها می توانند به طور قابل توجهی، سرعت باد را در نزدیکی سطح زمین افزایش دهند که باید در ضریب بادگیری برای ساختمان های واقع روی تپه یا پرتگاه درنظرگرفته شود. راه حلی که می تواند برای هر دو روش استاتیکی و دینامیکی این تشدید سرعت را لحاظ نماید، به شرح ذیل می باشد.

ساختمان های واقع روی تپه یا پرتگاه با حداکثر شیب بزرگتر از ۱ به ۱۰ (۱۰٪)۰مخصوصاً، نزدیک قله، ممکن است در معرض سرعت هایی به مراتب بزرگتر از ساختمان هایی که روی سطح زمین هستند، قرار گیرند. در صورتی که شیب تپه و پرتگاه کمتر از ٪۱۰ باشد احتمال آنکه سرعت باد افزایش قابل توجهی داشته باشد، وجود ندارد. بنابراین ضریب بادگیری در ارتفاع z بالای تراز زمین اطراف، برابر است با مقدار زمین باز ضربدر ضریب 

   

که در آن S(z)∆ ، ضریب خیز سرعت برای میانگین سرعت باد می باشد (این اثر در شکل ۱-۱۰-۶ نشان داده شده است). در نزدیکی قله و در فاصله

   

ضریب بادگیری به صورت زیر اصلاح می شود:

C*_e = C_e {۱+ ΔS_max [۱-|x|/kL_h]e^[-az/L]}^۲

   

که در رابطه بالا:

 C^*_e = مقدار متناظر اصلاح شده برای استفاده در تپه و بالا آمدگی،

 Ce = ضریب بادگیری در روی سطح زمین باز، که در بند ۱-۶-۱۰-۶ برای روش استاتیکی و در بند پ-۱-۲-۶ برای روش دینامیکی ارائه شده است،

 ΔS_max = ضریب خیز سرعت نسبی در رأس قله، نزدیک سطح،  a  ضریب کاهش برای کم شدن سرعت با ارتفاع مقادیر  a و  ΔS_max  به شکل و شیب تپه یا بالا آمدگی بستگی دارد.

مقادیر این پارامترها در جدول ۱-۱۰-۶ ارائه شده است.

جدول ۱–۱۰–۶ پارامترهای حداکثر خیز سرعت در بالای تپه ها و بالا آمدگی

K		a	ΔSmax	شکل تپه یا بالا آمدگی
x>۰	x<۰
1.5	۱.۵	۳	2.2[Hh/Lh]	تپه های ممتد یا دو بعدی (یا دره های با H منفی)
۴	۱.۵	۲.۵	۱.۳[Hh/Lh]	پرتگاهای دو بعدی
۱.۵	۱.۵	۴	۱.۶[Hh/Lh]	تپه های سه بعدی متقارن محوری

برای H_h/L_h>.0.5 فرض شود که H_h/L_h = 0.5  و 2H_h جایگزین L_h در معادله ۵-۱۰-۶ شود.

علائم جدول ۱-۱۰-۶ بشرح ذیل می باشد:

vارتفاع تپه یا بالا آمدگی، یا اختلاف تراز بین قله و زمین اطراف تپه یا بالا آمدگی در بالادست جریان فاصله قله تا جایی که تراز زمین، نصف در بالادست جریان مطابق شکل ۱-۱۰-۶ است.

حداکثر شیب برای تپه گرد،تقریباً  H_h/2L_h می باشد. در عبارت های بالا فرض می گردد که باد در امتداد جهت حداکثر شیب به سمت تپه جریان دارد. به عبارت دیگر، جهتی که بیشترین خیز سرعت را نزدیک قله ایجاد می کند.

شکل ۱–۱۰–۶ خیز سرعت در بالای تپه ها و بالا آمدگی زمین

۴–۶–۱۰–۶ ضریب اثر جهشی باد،C_g  ، C_gi
۴–۶–۱۰–۶–الف کلیات

ضریب اثر جهشی باد C_g باید مطابق با یکی از موارد ذیل اختیار شود.

الف: برای کل ساختمان و اعضای اصلی سازه C_g = 2.0    

ب: برای فشار خارجی و مکش در اعضاء کوچک از جمله نما یا پوسته خارجی C_g = 2.5

پ: برای فشارهای داخلیC_gi =2.0و یا محاسبات دقیقتری که اندازهای بازشوها را در ساختمان، فشار حجم داخلی و انعطاف پذیری ساختمان را در نظر گرفته باشد.

ت: در تحلیل های دینامیکی C مقداری است که بطور مناسبی تلاطم باد، ابعاد و فرکانس سازه را در نظر گرفته باشد.

در این بخش، روش ها برای تعیین ضریب اثر جهشی باد خارجی و داخلی مربوط به بخش ۲-۱۰-۶ ارائه شده است. این دو ضریب که به ترتیب با , نشان داده می شوند، به صورت نسبت حداکثر اثر بارگذاری به میانگین اثر بارگذاری تعریف می شوند. این دو ضریب، موارد زیر را در بر می گیرند:

الف) نیروهای نوسانی تصادفی باد که در اثر تلاطم در باد ایجاد شده و به مدت کوتاهی روی کل سازه یا بخشی از آن اثر می کنند،

ب) نیروهای نوسانی القائی به وسیله منطقه پشت سازه، پ) نیروهای اینرسی اضافی ایجاد شده توسط حرکت خود سازه، هنگامی که به نیروهای نوسانی باد پاسخ می دهد،

ت) نیروهای آیرو دینامیکی اضافی به سبب دگرگونی و تغییر جریان هوا در اطراف سازه به علت حرکت خود سازه (اثرات آیرو الاستیک).

همه سازه ها تا اندازه ای تحت تأثیر این نیروها قرار می گیرند. پاسخ کلی را می توان با جمع کردن یک مولفه زمینه که به صورت شبه استاتیکی عمل می کند و مولفه تشدیدی که به سبب نیروهای اینرسی ایجاد شده از تحریک نزدیک به فرکانس طبیعی سازه در نظر گرفته می شود، لحاظ نمود.

برای اکثر سازه ها، مولفه تشدیدی کوچک بوده و اثر دینامیکی را می توان تنها با مولفه زمینه و با استفاده از روش های استاتیکی در نظر گرفت. برای سازه هایی که مخصوصاً بلند، لاغر، سبک و انعطاف پذیر یا با میرایی کم هستند، ممکن است مولفه تشدیدی حاکم باشد. در مورد چنین سازه هایی باید از روش دینامیکی استفاده نمود.

۴–۶–۱۰–۶ب ضریب اثر جهشی باد خارجی

مقادیر ضریب اثر جهشی باد خارجی، C_g ، برای سازه ای کوچک و کوتاه مرتبه یا سازه ها و اجزایی که صلبیت نسبتاً بالایی دارند، در بند -۴-۶-۱۰-۶الف ارائه شده است.

ضرایب فشار بیشینه برخی از سازه ای کوتاه مرتبه را می توان مستقیماً از آزمایش های تونل باد تعیین نمود. این ضرایب، ترکیبی از مقادیر   C_p C_g هستند که با لحاظ کردن اثر جهشی باد علاوه بر ضریب شکل آیرو دینامیکی در تعیین ضریب فشار مورد استفاده قرار می گیرد.

۴–۶–۱۰–۶پ اصلاح ضریب  برای خیز سرعت در بالای تپه ها و بالا آمدگی

خیز سرعت در بالای تپه ها و بالا آمدگی ها،عمدتاً میانگین سرعت باد را تحت تأثیر قرار داده و بر دامنه نوسانات تلاطمی آن اثر ندارد. لذا باید ضریب اثر جهشی باد برای هر دو روش استاتیکی و دینامیکی تصحیح شود تا افزایش در دامنه جستی باد جهشی را هنگامی که ضریب C*_e از رابطه ۵-۱۰-۶ تعیین می شود، جبران نماید. رابطه ۶-۱۰-۶ ضریب اثر جهشی باد اصلاح شده را برای طراحی سازه ای واقع در روی تپه ها و بالا آمدگی بیان می کند:

     

   

                      

(۶-۱۰- ۶)

 

که در آن:

C*_g = ضریب اصلاح شده برای تپه ها و بالا آمدگی های زمین، و

Cg = ضریب اثر جهشی باد برای زمین تخت

هنگامی که از مقدار  C_p C_g ترکیبی استفاده می شود، این مقدار می تواند برای تپه ها و بالا آمدگی ها با ضرب نسبت C*_g/C_gکه از معادله ۶-۱۰-۶ محاسبه می شود در مقدار C_g = برای سازه ساختمان و 2.5  C_g=2 برای پوسته خارجی و اعضای ثانویه سازه ای استفاده شود.

۴–۶–۱۰–۶ت ضریب اثر جهشی باد داخلی

همان گونه که در بند -۴-۶-۱۰-۶الف اشاره گردید، مقدار پیش فرض ضریب اثر جهشی باد داخلی، C_gi، باید ۲ در نظر گرفته شود. برای سازه ای بزرگ که یک حجم تیغه بندی نشده منفرد را احاطه می کند، فشار داخلی زمان قابل توجهی را می گیرد تا به تغییرات در فشار خارجی پاسخ دهد و در نتیجه ضریب اثر باد جهشی را کاهش می دهد. در چنین مواردی، رابطه زیر برای  C_gi به جای مقدار پیش فرض استفاده می شود:

 

   

(۷-۱۰-۶) 

که Ʈ یک متغیر وابسته به زمان است که فشار داخلی لازم دارد تا به تغییرات فشار خارجی در بازشوها پاسخ دهد و به صورت زیر تعریف می شود:                       

   

   (۸-۱۰-۶)      

A = مساحت کل همه بازشوهای خارجی حجم مورد نظر بر حسب m^۲ ، As = مساحت کل سطح داخلی حجم مورد نظر(به استثنای دال های روی سطح زمین)، برحسب m^۲ ، وδ = میزان انعطاف پذیری پوسته ساختمان و میانگین تغییر مکان به سمت بیرون پوسته احجام در هر واحد افزایش فشار داخلی، برحسب m^۳/N

مقدار متعارف  δ  برای ساختمان های با پوسته خارجی و نمای فلزی حدوداً  ۵ * ۱۰^–۵  m^۳/N  می باشد. در مواقعی که تخمین  δ مشکل باشد، به طور محافظه کارانه صفر در نظر گرفته می شود.

۵–۶–۱۰–۶ ضرایب فشار Cp  ، C^*_p، C_pi

ضرایب فشار، نسبت های بی بعد فشارهای ایجاد شده توسط باد روی سطح ساختمان به فشار سرعتی باد در ارتفاع مبنا می باشند. این ضرایب، اثرات شکل آیرودینامیکی ساختمان، زاویه سطح باد خور به جهت جریان باد و تغییرات سرعت باد با ارتفاع را در بر می گیرد. ضرایب فشارمعمولاً از آزمایش های تونل باد روی مدل های کوچک مقیاس تعیین می شوند، هر چند بعضی اوقات اندازهگیریها روی ساختمان های در مقیاس کامل نیز انجام می گردد. شبیه سازی تغییرات سرعت طبیعی با ارتفاع، و تلاطم در تونل باد بسیار مهم است. آزمایش ها در جریان یکنواخت می توانند به شدت گمراه کننده باشند.

۶–۶–۱۰–۶ جهت باد

در هر موقعیت جغرافیایی، قویترین بادها در جهت های جغرافیایی مشخصی می باشند. احتمال اینکه جهت قویترین باد در امتداد جهتی باشد که بیشترین فشار را روی سطح مورد نظر ایجاد می کند، کمتر از % 100است. بنابراین، بار باد واقعی روی یک سطح مورد نظر، کمتر از مقداری است که از ترکیب فشار سرعتی مبنای باد برای آن محل با ضریب فشار بیشینه برای سطح محاسبه می شود. اثرات جهت وزش در بارهای ضریب دار لحاظ شده اند و نباید کاهش مجددی اعمال گردد.

۷–۶–۱۰–۶ ضرایب فشار خارجی برای ساختمان های کوتاه مرتبه

ضرایب فشار خارجی توصیه شده برای طراحی ساختمان های کوتاه مرتبه در شکل ۲-۱۰-۶ الی ۶-۱۰-۶ ارائه شده است. این ضرایب بر اساس دادهای به دست آمده از مطالعات تونل باد لایه مرزی می باشند. در موارد مختلفی، درستی این داده ها با اندازه گیری های مقیاس کامل صحت سنجی شده است. این ضرایب مبتنی بر حداکثر فشارهای باد جهشی هستند که تقریباً ۱ ثانیه به طول می انجامد، و در نتیجه شامل یک مقداری از ضریب اثر باد جهشی، می باشند. بنابراین، این ضرایب نشان دهنده حاصل ضرب هستند. ضرایب فشار خارجی به ناحیه مربوط به المان یا عضو مشخصی که فشار باد روی آن عمل می کند، اعمال می گردد.

ضرایب فشار جهشی خارجی در شکل های ۲-۱۰-۶ الی ۶-۱۰- ۶ برای ساختمان های با نسبت های ارتفاع به عرض کمتر از 0.5و ارتفاع مبنای کمتر از ۲۰ متر در حالتی که عرض ساختمان بعد کوچکتر پلان، ، باشد، توصیه می گردد. در نبود اطلاعات بیشتر، این شکل ها را می توان برای ساختمان های با نسبت های ارتفاع به عرض کمتر از ۱ و ارتفاع مبنای کمتر از ۲۰ متر نیز به کار برد. به جز این محدودیت ها، باید از شکل ۷-۱۰-۶ نیز استفاده شود.

شکل ۲-۱۰-۶ مقادیر را برای سیستم مقاوم اصلی در برابر نیروی باد ساختمان های تحت تأثیر فشار باد در بیشتر از یک وجه، مانند قاب های ساختمانی، را نشان می دهد. توزیع بار ساده شده در شکل ۲-۱۰-۶ برای نمایش هر چه نزدیکتر رفتارهای سازه ای (فشار افقی، بلندشدگی و لنگرهای قاب) از آزمایشات تونل باد بدست آمده است. این نتایج حد مجاز بارگذاری جزئی جهشی باد را که در بند ۴-۶-۱۰-۶ به آن اشاره شده است، مشخص می کند.

شکل های ۳-۱۰-۶ الی ۶-۱۰-۶ اثراتی را که باد روی وجوه منفرد، مانند طراحی پوسته خارجی و نما و اعضای سازه ای ثانویه مثل تیرهای فرعی سقف و تیرچه ها دارد را ارائه می نمایند. این شکل ها باید برای طراحی المان های سازه ای با سطوح منفرد، مانند سقف ها که در آن لنگر اتصالات در محل تقاطع سقف و دیوار در نظر گرفته نمی شود، نیز به کار رود. در اینگونه موارد، لازم است بارهای روی لبه ها تنها در مجاورت لب های رو به باد در نظر گرفته شوند، و در کل پیرامون محیط ضروری نمی باشد. برای سقف های با شیب بزرگتر از ۷° که نواحی لبه نیز در امتداد کناره ها رأس بام می باشند، این بارهای افزایش یافته تنها لازم است روی وجه پایین دست در نظر گرفته شوند. بارهای روی سایر نواحی لبه را می توان به مقادیر مشخص شده برای نواحی داخلی رجوع داد.

۸–۶–۱۰–۶ ضرایب فشار خارجی برای ساختمان های بلند مرتبه

شکل ۷-۱۰-۶ ضرایب فشار خارجی مورد استفاده برای ساختمان های مستطیلی در پلان، با ارتفاع،  H، بزرگتر از ۲۰ متر یا بعد کوچکتر پلان، D_s، را در بر می گیرد. ضرایب به صورت ضریب فشار متوسط زمانی و فضائی، C_p، یا صرفاً به صورت ضریب فشار محلی متوسط زمانی، C^*_p ، داده شده اند. ضریب فشار محلی± 0.9 =   C_p ، که در طراحی سطوح کوچک پوسته خارجی یا نما (در حدود اندازه یک پنجره) استفاده می شود، می تواند تقریباً در هر جا و در هر ترازی، به جز نزدیک گوشه ها که C^*_p محلی برابر با 1.2مناسب است، اعمال گردد.

بارگذاری الف: باد عموماً عمود بر لبه

سطوح ساختمان								شیب بام
۴E	۴	۳E	۳	۲E	۲	۱E	۱
-۰.۸	-۰.۵۵	-۰.۳	-۰.۷	-۲.۰	-۱.۳	۱.۱۵	۰.۷۵	۰° تا ۵°
-۰۱.۲	-۰.۸	-۱.۳	-۰.۹	-۲.۰	-۱.۳	۱.۵	۱	۲۰°
-۰.۹	-۰.۷	-۱.۰	-۰.۸	۰.۵	۰.۴	۱.۳	۱.۰۵	۴۵° تا ۳۰°
-۰.۹	-۰.۷	-۰.۹	-۰.۷	۱.۳	۱.۰۵	۱.۳	۱.۰۵	۹۰°

 

بارگذاری ب: باد عموماً موازی با لبه

شکل :۲–۱۰–۶ ضریب بیشینه مرکب فشارو باد جهشی خارجی C_p C_gبرای کنش های خارجی اولیه ناشی از اثر هم زمان بار باد روی کلیه سطوح

در شکل :۲-۱۰-۶

 (۱) ساختمان باید برای کلیه جهات باد طراحی شود. هرگوشه باید به نوبه خود به عنوان گوشه رو به باد مطابق شکل های مربوطه، در نظر گرفته شود. برای تمامی شیب های بام، به بارگذاری A و بارگذاری B به عنوان دو وضعیت بارگذاری جداگانه نیاز است تا سیستم سازه ای، در برابر کنشهای باد، شامل پیچش، مقاومت کند.

(۲) برای مقادیر نشان داده نشده شیب بام، ضریب C_p C_g می تواند به صورت خطی میانیابی شود.

(۳) ضرایب مثبت نشان دهنده نیروهای رو به سطح هستند، در حالی که ضرایب منفی، نیروهای دور از سطح را نشان می دهند.

(۴) برای طراحی شالوده ها، به غیر از میل مهارهای قاب ها، تنها %۷۰ بار موثر باد در نظر گرفته می شود.

(۵) ارتفاع مبنا، h، برای محاسبه فشار، ارتفاع میانه سقف یا ۶ متر، هر کدام که بزرگتر، می باشد.

ارتفاع پاشیب، H، می تواند در صورت شیب کمتر از ۷° بام، جایگزین میانگین ارتفاع شود. (۶) عرض ناحیه انتهایی، y، باید ۶m یا ۲z هر کدام بزرگتر باشد، در نظر گرفته شود. z، ناحیه انتهای دیوار ساختمان برای ترکیب بار B، تعریف شده است. از طرف دیگر، برای ساختمان های با قاب، ناحیه انتهایی می تواند فاصله بین انتها و نخستین قاب داخلی باشد.

(۷) عرض ناحیه انتهایی z برابر % 10کمترین بعد افقی یا % 40ارتفاع، H، هر کدام کمتر باشد، است. این عرض، نباید از % 4بعد افقی کوچکتر یا ۱ متر اختیار شود.

(۸) برای H/B<5در بارگذاری A، ضرایب منفی روی سطوح ۲، ۲E باید تنها روی سطحی اعمال شوند که پهنای آن از محل پاشیب رو به به باد، H 2.5باشد. فشار روی بقیه بام رو به باد باید به ضرایب مشخص شده برای بام پشت به باد (ضرایب مربوط به سطوح ۳، (3E کاهش یابد.

 

 

در شکل ۳-۱۰-۶

(۱) این ضرایب برای هر شیب بامی  (a)  اعمال می شود.

(۲) محور افقی در نمودار، مساحت تحت طراحی در ناحیه مشخص شده است.

(۴) ترکیب فشار خارجی و داخلی باید برای دستیابی به بحرانی ترین حالت بارگذاری، ارزیابی شود.

(۵) ضرایب مثبت نشان دهنده نیروهای رو به سطح هستند، در حالی که ضرایب منفی، نیروهای دور از سطح را نشان می دهند. هر المان سازه ای باید برای هر دوی این نیروها طراحی شود.

(۶) ضرایب فشار می تواند معمولاً برای پوستهای خارجی با ویژگی های معماری بکار رود، با این حال، هنگامی که اعضای عمودی سازه عمیق تر از ۱ متر روی یک پوسته خارجی قرار می گیرند،C_p C_g = -2.8  به منطقه e اعمال می شود.

                   

شکل ۴ –۱۰– ۶ ضرایب ترکیبی بیشینه فشار ـ جهش باد خارجی، C_p C_g روی سقف های با شیب ۷° یا کمتر، برای طراحی اجزای سازه ای و پوسته خارجی

   در شکل :۴-۱۰-۶

(۱)ضرایب برای بام های اویزان ‍‍پیشوند o دارندکه به مساحت های بام مشابه با انچه که نماد متناطر بدون پیشوند نشان می دهد اشاره می کند.این ضرایب مشارکتهر دو سطوح بالایی و پایینی راشامل می شوند.در مورد طاق نماها دیوار ها به سمت داخل نمای کلی سقف هستند.

(۲)r, s هم در مورد بام ها و هم در مورد سطوح بالایی سایه بان ها به کار می روند.

(۳)  محور افقی در نمودار، م ساحت تحت ط راحی در ناحیه مشخص شده است.

(۴) عرض ناحیه انتهایی z برابر % 10کمترین بعد افقی یا % 40 ارتفاع، H، هر کدام کمتر باشد، است. این عرض، نباید از % 4 بعد افقی کوچکتر یا ۱ متر اختیار شود.

(۵) ترکیب فشار خارجی و داخلی باید برای دستیابی به بحرانی ترین حالت بارگذاری، ارزیابی شود.

(۶) ضرایب مثبت نشان دهنده نیروهای رو به سطح هستند، در حالی که ضرایب منفی، نیروهای دور از سطح را نشان می دهند. هر المان سازه ای باید برای هر دوی این نیروها طراحی شود.

(۷) برای محاسبه نیروهای بلندشدگی روی سطوح تحت تاثیر بزرگتر از 100m² روی بام های تقریبا بدون مانع با جانپناه های کوتاه، و جایی که مرکز سطح تحت تأثیر، از نزدیکترین لبه حداقل دو (۷) برای محاسبه نیروهای بلندشدگی روی سطوح تحت تأثیر بزرگتر از۱۰۰ m^۲ روی بام های تقریبا بدون مانع با جانپناه های کوتاه و جایی که مرکز سطح تحت تأثیر، از نزدیکترین لبه حداقل دو برابر ارتفاع ساختمان است، مقدار  C_p C_g ممکن است در X/H = 2 به -۱.۱ و در X/H = 5 به صورت خطی به ۰.۶- کاهش یابد، که x فاصله تا نزدیکترین لبه و H ارتفاع ساختمان است.

(۸) برای بام های با یک جانپناه محیطی که ارتفاع آن ۱ متر یا بیشتر است، ضرایب C_p C_g گوشه برای سطوح تحت تأثیر کوچک، می تواند از -5.4 به -4.4 کاهش یابد.

شکل ۵ –۱۰–۶ ضرایب ترکیبی بیشینه فشار ـ جهش باد خارجی، C_p C_g، روی بام های شیروانی تک دهانه و چند شیبه با شیب ۷° یا بیشتر برای طراحی اجزای و پوسته خارجی

در شکل :۵-۱۰-۶

(۱) ضرایب برای بام های آویزان پیشوند ” o” دارند که به مساحت های بام مشابه با آنچه که نماد متناظر بدون پیشوند، نشان می دهد، اشاره می کند. این ضرایب مشارکت هر دو سطوح بالایی و پایینی را شامل می شوند. در مورد طاق نماها، دیوارها به سمت داخل نمای کلی سقف هستند.

(۲)  محور افقی در نمودار، مساحت تحت طراحی در ناحیه مشخص شده است.

(۳) عرض ناحیه انتهایی z برابر % 10کمترین بعد افقی یا % 40ارتفاع، H، هر کدام کمتر باشد، است. این عرض، نباید از % 4بعد افقی کوچکتر یا ۱ متر اختیار شود.

(۴) ترکیب فشار خارجی و داخلی باید برای دستیابی به بحرانی ترین حالت بارگذاری، ارزیابی شود.

(۵) ضرایب مثبت نشان دهنده نیروهای رو به سطح هستند، در حالی که ضرایب منفی، نیروهای دور از سطح را نشان می دهند. هر المان سازه ای باید برای هر دوی این نیروها طراحی شود.

(۶) برای بام های چند شیبه با 27°≤α≤7°، نوارهای لبه تارک و ضرایب فشار  جهش باد برای تارک های بام های شیروانی دار، در امتداد هر شیب اعمال می شوند.

 

در شکل :۶-۱۰-۶

۱) محور افقی در نمودار، مساحت تحت طراحی در ناحیه مشخص شده است.

۲) عرض ناحیه انتهایی z برابر 10%کمترین بعد افقی یا 40% ارتفاع H هرکدام کمتر باشد است. این عرض نباید از 4%  بعد افقی کوچکتر یا1 متر اختیار شود.

۳) ترکیب فشار خارجی و داخلی باید برای دستیابی به بحرانی ترین حالت بارگذاری، ارزیابی شود.

۴)ضرایب مثبت نشان دهنده نیروهای رو به سطح هستند، در حالی که ضرایب منفی، نیروهای دور از سطح را نشان می دهند.هر المان سازه ای باید برای هر دوی این نیروها طراحی شود.

۵)برای α≤10⸰ ضرایب داده شده در شکل ۷–۱۰–۶ اعمال می گردد.

 

شکل ۷–۱۰–۶ ضرایب فشار خار جی و  C_p و C^*_p ، برای ساختمان های با بام تخت

در شکل :۷-۱۰-۶

W , D W,Dبه ترتیب نشان دهنده ابعاد پلان پای ساختمان در روی شالوده، در جهت باد و جهت عمود بر باد می باشند.

(۲   ضرایب C^*_p  نشان داده شده رو به باد دیوار، هنگامی که جهت باد عمود بر دیوار است، قابل اعمال اند.

(۳) ضرایب C^*_p  برای مکش های موضعی شدید ایجاد شده توسط وزش باد با یک زاویه کوچکی به سمت دیوار می باشند. این ضرایب باید برای طراحی پوسته خارجی و سطوح بام کوچک به کار روند، لیکن نباید به همراه C_p برای کل ساختمان در نظر گرفته شوند.

(۵) ضرایب فشار نشان داده شده، معمولاً برای نماهای شیشه ای فاقد عضو نگهدارنده قائم خمیده عمیق به کار می رود. در چنین نماهائی، c_p = -۱.۲ که برای گوشه ها داده شده، برای ناحیه گوشه که عرض آن ۰.۱D است، به کار می رود. هنگامی که عضو نگهدارنده قائم خمیده عمیقتر از ۱ متر روی این نماهای شیشه ای قرار می گیرند، به یک ناحیه گوشه که عرضش ۰.۲D است، اعمال می گردد.

(۶) مقدار C^*_p  را برای بام های با جان پناهای محیطی بلندتر از ۱ متر، از -۲.۳ به -۲  باید کاهش داد.

(۷) در سطوح پایین تر بام های پله ای مسطح، ضرایب فشار مثبت، مساوی با همین مقادیر برای دیوارها، برای فاصله b اعمال می شود (به شکل۷-۱۰-۶ برای تعریف b رجوع شود). بخش هایی از دیوارها بالای بام های پایین تر، ضرایب مشابه با دیوارهای دیگری دارند که به نحو مشابهی در برابر جریان باد چرخیده باشند.

 ۹–۶–۱۰–۶ ضریب فشار داخلی C_pi

ضریب فشار داخلی C_pi، اثر باد روی فشار هوای درون ساختمان را تعریف می کند و هم در طراحی المان های پوسته خارجی و هم سازه اصلی اهمیت دارد. بزرگی این ضریب بستگی به توزیع و اندازه منافذ نشت هوا و بازشوها دارد که هوای داخلی را به بیرون انتقال می دهد. با ترک ها و منفذهای بسیار کوچک که یکنواخت توزیع شده باشند، خروج هوا آهسته صورت می گیرد. اگر چه فشار داخلی تقریباً با فشار خارجی متوسط روی سطح در معرض باد، به تعادل خواهد رسید، لیکن اثر جهش باد تقلیل خواهد یافت. اگر بازشوها بزرگتر و قابل ملاحظه تر باشند (در مقیاس با درها و پنجره ها) فشار داخلی به فشار خارجی در بزرگترین بازشوی حاکم، نزدیک خواهد شد و فشارهای جهشی در داخل احساس خواهد شد.

به خاطر قابلیت تغییر و عدم قطعیت اندازه و توزیع بازشوها، ضرایب فشار داخلی می تواند محدوده وسیعی را در برگیرد. علی رغم این عدم قطعیت ها، استفاده از ضرایب داده شده در ادامه این بخش، برای هر دو روش استاتیکی و دینامیکی، کافی است. ضریبC_pi به این بستگی دارند که بازشوهای بزرگ و یا کوچک هوا از آنها عبور می کند، به طور یکنواخت توزیع شده باشند. در اینجا، یک بازشوی بزرگ یا قابل ملاحظه به معنای یک بازشو منفرد یا ترکیبی از بازشوها روی هر دیواری است که راهرویی را برای باد فراهم می کند که مساحتی معادل دو برابر یا بیشتر از مساحت متناظر آن در سطوح باقی مانده ساختمان، شامل بام باشد. چنین بازشوی قابل توجهی، ممکن است توسط درهای اصلی، درهای مخصوص حمل و نقل پنجره ها و دریچه های تهویه در صورت باز بودن در زمان طوفان و یا شکستن ایجاد شود.

برای کنترل دامنه شرایطی که می تواند موجود باشد، سه گروه اصلی طراحی در زیر ارائه شده است. برای هر یک از این سه گروه، C_gi با استفاده از الزامات بند -۴-۶-۱۰-۶ت محاسبه شده است:

گروه :۱             صفر تا    C_pi = -۰.۱۵

این گروه، شامل ساختمان های بدون هرگونه بازشوهای بزرگ یا قابل توجه است، اما بازشوهای کوچک یکنواخت توزیع شده دارای مساحتی کمتر از ۰.۱ درصد مساحت کل سطح می شود. مقدار C_pi  باید -۰.۱۵ در نظر گرفته شود. در مواردی که چنین بازشوهایی، بار خارجی را کاهش می دهند؛ ضریبC_pi = ۰ اختیار می شود. چنین ساختمان هایی شامل ساختمان های بلند مرتبه هستند که اسماً هوابندی شده اند و هیچ پنجره و در توری قابل باز شدن نداشته و به صورت مکانیکی تهویه می شوند.

برخی ساختمان های کوتاه مرتبه کمتر متداول، مثل انبارهای بدون پنجره که در آنها سیستم های در معرض خرابی در طوفان نمی باشند، نیز در این گروه قرار دارند.

گروه :۲           ۰.۳ تا -۰.۴۵  = C_pi 

این گروه در برگیرنده ساختمان هایی است که در صورت داشتن بازشوهای بزرگ می توان به بسته شدن آنها، در طول طوفان ها اعتماد کرد، لیکن در این ساختمان ها نشت هوا از منافذ ممکن است یکنواخت توزیع نشده باشد. اکثر ساختمان های کوتاه مرتبه در این گروه جای می گیرند، مشروط بر اینکه تمام اجزای ساختمان مخصوصاً درهای حمل و نقل و پارکینگ در برابر باد کاملاً مقاوم باشند. اکثر ساختمان های بلند مرتبه با پنجرهای قابل بازشو یا درهایی که پشت بالکن باز می شوند نیز در این گروه واقع می شوند.

گروه :۳           ۰.۷ تا -۰.۷ = C_pi 

این گروه، ساختمان های بازشوهای بزرگ یا قابل توجه را در بر می گیرد که از طریق آنها بادهای جهشی به فضای داخلی انتقال می یابند. مثالهای چنین ساختمان هایی شامل پناهگاهای با یک ضلع باز یا بیشتر و نیز ساختمان های صنعتی با درهای حمل و نقل بزرگ، دستگاه های تهویه و مانند آنها هستند که احتمال باز بودن آنها در طول طوفان ها وجود دارد یاکاملاً مقاوم نیستند.

یکی از تهدیدات همیشگی در طوفان های شدید، شکستن سطوح شیشه ای بدون حفاظ و دیگر اجزای آسیب پذیر توسط ذرات و اشیاء کوچک معلق در هوا است. سازه هایی که باید قابلیت بهره برداری پس از طوفان را داشته باشند لازم است توانایی مقاومت در برابر کلیه پیامدهای شکست شیشه ها را داشته و الزامات گروه ۳ برآورده نماید. برای دیگر سازه ها که در آن، شیشه برای باد طراحی شده و حفاظت کافی در برابر بلند شدگی بام وجود دارد، احتمال وقوع خرابی شیشه به سبب ذرات و اشیاء معلق در هوا، توسط ضرایب معمول بار برای باد لحاظ شده است.

در اکثر موارد، نیازی نیست که فشارهای داخلی غیریکنواخت، جز در طراحی تیغه بندی های داخلی در نظر گرفته شود. در نتیجه، برای اکثر طراحیهای سازه ای، دو مقدار حدی فشار داخلی (در گروهای بالا) می تواند به طور جداگانه در نظر گرفته شود، مگر اینکه دیوارهای داخلی ساختمان به خوبی هوابندی شده باشند و خرابی باد و امثال آن بتواند یک سطح از ساختمان را در شرایط گروه ۳ قرار دهد، در صورتی که بقیه ساختمان در گروه ۱ یا ۲ باقی میماند و منجر به فشارهای داخلی نامتوازن می گردد.

فشارهای داخلی همچنین تحت تأثیر تهویه مکانیکی و اثر دودکش در اثر تفاضل درجه حرارت بیرون و داخل قرار می گیرند. تحت بهره برداری معمول، سیستم های تهویه مکانیکی، تفاضلی کمتر از ۰.۱ کیلونیوتن بر مترمربع در دیوارها ایجاد می کند، در حالیکه اثر دودکش به سبب اختلاف دمای ۴۰°C می تواند تفاضلی برابر ۰.۲ کیلو نیوتن بر متر مربع در هر ۱۰۰ متر ارتفاع ساختمان برسد.

 

۱۰–۶–۱۰–۶ بارگذاری جزیی

بارگذاری جزئی باد، در مواردی می تواند باعث اثرات شدیدی نسبت به بارگذاری کلی داشته باشد.

الگوهای فشار مشاهده شده در باد متلاطم، بارگذاری کاهش یافته در بخش هایی از نمای ساختمان را نشان می دهد که می تواند تولید پیچش اضافی دراثر انتقال افقی بردار بار باد نماید. بار باد کاهش یافته ولی همزمان در امتداد هر دو جهت می تواند به وسیله وزش باد به صورت قطری در ساختمان اعمال شود که تولید تنش های بزرگتری در تعدادی از اعضای سازه ای ایجاد کند. سازه ای دیگر مانند بام های قوسی احتمال دارد تنش های بزرگتری تحت اثر بارگذاری جزئی تحمل کنند. همه انواع ساختمان ها باید دربرابر بارهای جزئی طراحی و کنترل شوند.

ساختمان های کوتاه که با روش استاتیکی طرح شده اند (شکل ۶-۱۰-۲) نیازی به داشتن بارهای نامتعادل اضافی ندارند. فشار ساختمان های بلندتر علاوه بر اینکه برای بار باد کلی در امتداد هر دو جهت اصلی که در شکل ۸-۱۰-۶ حالت “الف” نشان داده شده است، طراحی می شوند، باید برای پیچش اضافی حداکثر ناشی از بارگذاری جزیی ایجاد شده توسط اعمال فشار باد به تنها یک قسمت از وجه ساختمان مطابق شکل ۸-۱۰-۶ حالت “ب”، برای ساختمان های با پلان مستطیلی، نیز کنترل گردند.

برای در نظر گرفتن اثرات شدید ناشی از بار باد قطری و همچنین برای نوسان سازه ها در جهت عمود بر باد، سازه ای بلند باید برای %۷۵ فشار باد حداکثر در هریک از جهت های اصلی که به طور همزمان اعمال می شود مطابق شکل ۸-۱۰-۶ حالت پ طراحی شوند. به علاوه اثر حذف%۵ ۰ بارهای حالت “پ” از قسمت هایی ا وجه ساختما ن که پیچش را حداکثر می کند، مطابق شکل ۸-۱۰-۶ حالت “ت” باید بررسی شود.

شکل ۸–۱۰–۶ بارگذاری باد کامل و جزئی

Pl , Pw (۱) به ترتیب فش ار درجهت رو به باد و پشت به باد می باشد.

(۲) در حالت “ب” فشار کل باد باید به تنها بخش هایی از وجه دیوار اعمال شود که پیچ ش ناشی از باد حداکثر گردد.