بررسی اصولی تفاوت های بار لرزه ای و باد وارد بر ساختمان

بارهای وارده به سازه های مختلف معمولاً به صورت بارهای عمودی و جانبی مشاهده می شوند.

بار عمودی شامل بار مرده و بارهای تحمیل شده بوده و به طور کلی، رفتار سازه در مواجهه با بارهای عمودی مختلف یکسان و قابل پیش بینی است.

از سوی دیگر، بار جانبی شامل نیروهای لرزه ای، بار باد، سونامی و غیره می شود؛ از این میان، بار لرزه ای و بار باد جزء متداول ترین نیروهای وارده به سازه ها هستند.

عملکرد این نیروها و رفتار سازه در مواجهه با این عوامل مختلف است. پیش از بررسی تفاوت های موجود میان بار لرزه ای زلزله و بار باد، باید با عملکرد کلی این نیروها آشنا شویم.

نحوه عملکرد بارهای لرزه ای و باد:
بار باد مستقیماً به قسمت های بدون پوشش ساختمان یا سازه وارد می شود و به واسطه هر ورودی در ساختمان، فشار باد در داخل ساختمان شکل می گیرد.

نیروی وارده به دیوار یا سقف یک سازه نیز نشان دهنده تفاوت نسبی میان باد خارجی، فشار باد و فشار باد داخلی است.

از سوی دیگر، بار لرزه ای زلزله به طبقات بالایی یک سازه وارد می شود. با این حال، همان طور که می دانید، موج های زمین لرزه به صورت موج های عرضی، فشرده و یا موج های چرخشی به طبقات همکف ساختمان ها منتقل خواهند شد.

این امواج موجب تشکیل نیروی برشی یا نیروی جانبی در سطح همکف می شوند، لیکن اینرسی ساختمان ها باعث توزیع این بار در سطوح بالاتر خواهد شد.

با این حال، بار لرزه ای زلزله نمی تواند به طور مستقیم بر طبقات بالایی تأثیر بگذارد و ساکنین طبقات بالا تنها تکان خوردن طبقات را حس می کنند.

نحوه عملکرد بارهای لرزه ای و باد:
از این رو، بار لرزه ای زلزله به عنوان نوعی بار القایی در نظر گرفته می شود. بر اساس قانون نیوتن، تمامی اشیا تمایل دارند در حالت اولیه خود باقی بمانند تا زمانی که در معرض یک نیروی خارجی قرار گیرند.

به عبارت دیگر، می توان گفت بار لرزه ای زلزله نیز نوعی بار اینرسی است.

سرنشینان صندلی عقب خودرو را در نظر بگیرید. در زمان حرکت خودرو، این سرنشینان نوعی فشار به سمت عقب را حس می کنند، با این حال، این نیروی خارجی به طور مستقیم آن ها را به عقب هل نمی دهد.

نیروی وارده به طبقات بالا را نیز می توان به همین شکل در نظر گرفت. علی رغم وارد شدن نوعی نیروی خارجی به سازه، طبقه به طور مستقیم تحت تأثیر نیرو قرار نخواهد گرفت.

فشار رو به عقب سرنشینان خودرو یا تکان خوردن ساکنین طبقات مختلف یک ساختمان در اثر زلزله، هر دو از جمله نیروهای اینرسی هستند.

نیروی لرزه ای زلزله خطرناک تر است یا بار باد؟
اگرچه هر دو این نیروها از نوع دینامیک هستند، با این حال، طوفان و بادهای شدید به گونه ای هستند که امکان پیش بینی و هشدار پیش از وقوع فاجعه برای آن ها امکان پذیر است.

از سوی دیگر، پیش بینی زمین لرزه غیر ممکن است و محققان و زمین شناسان بسیاری در حال بررسی شرایط تعیین کننده زمان، مکان و تاریخ این رخداد هستند.

از این رو، وقوع هم زمان زلزله و سونامی موجب مرگ و میر بسیار زیادی از ساکنین شهرهای ساحلی می شود.

با در نظر گرفتن شدت باد و زمین لرزه می توان گفت هر دو این بلایا بسیار خطرآفرین می باشند، لیکن طبیعت غیرقابل پیش بینی زمین لرزه باعث می شود این پدیده آسیب های بیشتری به موجودات زنده و سازه های مختلف وارد کند.

بار لرزه ای زلزله بار باد:
1 بار لرزه ای ارتباط مستقیم با حجم سازه و حجم توزیع شده دارد.

این بار به مرکز حجم کلی سازه وارد می شود. نیروی باد به بزرگی سطح بدون پوشش (سطحی که در معرض مستقیم باد قرار می گیرد) بستگی دارد.

2 نیروی لرزه ای در مسیر چهارچوب های داخلی و خارجی و ستون های سازه توزیع می شود. به عبارت دیگر، این نیرو بر اجزای حجیم سازه تأثیر دارد.

به طور کلی، بار باد بر چهارچوب های بدون پوشش تأثیر گذاشته و ممکن است، با توجه به نوع سازه، به چهارچوب های داخلی نیز منتقل شود.

3 سازه های کم حجم عملکرد بهتری در طول زمین لرزه خواهند داشت، زیرا این سازه ها بار کمتری را جذب می کنند و سطح بدون پوشش سازه هیچ تأثیری بر عملکرد آن در طول زمین لرزه نخواهد داشت.

هر چه حجم سازه بیشتر باشد، تحمل بار باد آسان تر خواهد بود و سازه هایی که سطح کمتری از آن ها در تماس مستقیم با باد است نیز نیروی باد کمتری به خود جذب می کنند.

4 سفتی و سختی سازه بر بار لرزه ای وارد بر آن تأثیر دارد. سفتی و سختی سازه هیچ تأثیری بر نیروی باد تولید شده ندارد.

5 هر چه پایین تر باشید، مقدار (اندازه) نیروی برشی اولیه کمتر خواهد بود و افزایش ارتفاع موجب کاهش آن می شود زیرا در این صورت، وزن تجمعی کاهش یافته است.

در صورتی که سطح بیرونی سازه تغییری نکند، نیروی باد با افزایش ارتفاع، بیشتر خواهد شد.

6 برای محاسبه نیروهای لرزه ای، نسبت میرایی نیز در نظر گرفته می شود. در شرایط عادی، نسبت میرایی در محاسبات مربوط به بار باد در نظر گرفته نمی شود.

7 نیرو و بار لرزه ای معمولاً در پایه سازه تولید می شود. نیروی باد در تمامی بندهای سطح در تماس با باد تولید می شود.

8 نوع خاک نگهدارنده سازه نیز بر عملکرد سازه در زمان وارد شدن بار لرزه ای تأثیر دارد. نوع خاک هیچ تأثیری بر عملکرد سازه در زمان وزش باد ندارد.

9 با استفاده از جداکننده های لرزه ای می توان عملکرد سازه در طول زمین لرزه را بهبود بخشید. این جداکننده ها قادر هستند بار لرزه ای منتقل شده از زمین به سازه را کاهش دهند.

با اصلاح شکل سازه و ساخت لبه های منحنی در نمای سازه می توان عملکرد سازه در زمان وزش بادهای شدید را بهبود بخشید.

10 انحراف سازه حول مرکز حجم اتفاق خواهد افتاد و موجب تنش معکوس در اجزای سازه می شود.

در مواجهه با بار باد، انحراف سازه حول محور استاتیک اولیه رخ می دهد و حرکت سازه در مواجهه با نیروی باد کمتر از زمین لرزه خواهد بود؛ در این صورت، تنش معکوس نیز کمتر می شود.

بار لرزه ای زلزله و بار باد از جمله نیروهای جانبی هستند که در شرایط خاص به سازه های مختلف وارد می شوند.

به طور کلی، بار باد بر قسمت هایی از سطح سازه تأثیرگذار خواهد بود که مستقیماً در معرض بادهای شدید قرار گیرند.

از سوی دیگر، بار لرزه ای زلزله به مرکز و پایه سازه وارد می شود. هر دو این نیروها می توانند آسیب های جبران ناپذیر مالی و جانی به همراه داشته باشند، لیکن می توان گفت ناتوانی در پیش بینی زمین لرزه، خطر و ریسک مواجهه با آن را دو چندان می کند.

از عوامل مؤثر بر بار لرزه ای زلزله می توان به ارتفاع، نوع زمین، حجم سازه و مرکز زمین لرزه اشاره کرد.

در مقابل، سطح تماس، حجم سازه، شکل ظاهری، مدت زمان و ارتفاع از جمله مواردی هستند که برای مواجهه با بار باد باید در نظر گرفته شوند.