طراحی و اجرای یک ساختمان، صرفاً کنار هم قرار دادن مصالح و المان‌های سازه‌ای نیست. هر سازه باید بتواند نیروها و بارهای مختلفی را که در طول عمر مفیدش به آن وارد می‌شود، تحمل کرده و به زمین یا فونداسیون منتقل کند. این بارها که می‌توان آن‌ها را به صورت دائمی یا موقتی در نظر گرفت در کنار یکدیگر رفتار سازه را شکل می‌دهند و طراحی مهندسان را هدایت می‌کنند.
دانستن انواع بارهای وارد بر ساختمان، نخستین گام برای درک رفتار سازه‌ای است و می‌تواند ریسک‌های احتمالی را تا حد زیادی کاهش دهد. در این نوشته، به‌صورت تخصصی به مهم‌ترین بارهای وارد بر ساختمان می‌پردازیم و اشاره‌ای هم به تأثیر آن‌ها در فرایند طراحی و اجرای پروژه‌های عمرانی خواهیم داشت.
بار مرده (Dead Load)
درهر سازه، همواره بخشی از بار وجود دارد که به صورت دائمی روی اعضای سازه‌ای اعمال می‌شود. این بار که به عنوان بار مرده شناخته می‌شود، شامل وزن اجزای ثابت ساختمان است: المان‌هایی مثل تیرها، ستون‌ها، دال‌ها، سقف، دیوارها و حتی پوشش نهایی کف و نما. از آنجا که بار مرده همیشه به صورت استاتیک و پایدار روی سازه قرار دارد، پیش‌بینی و محاسبه دقیaق آن برای مهندسان امری ضروری است. در محاسبات سازه‌ای، این بار را نمی‌توان تغییر داد یا ساده‌انگارانه از آن گذشت. وقتی وزن مصالح و اجزای مختلف از ابتدا درست تخمین زده شود، طراحی بهتر و دقیق‌تری صورت می‌گیرد.
به عنوان مثال، وزن یک دال بتنی با ضخامت ۲۰ سانتی‌متر و چگالی تقریبی بتن ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، به صورت یکنواخت روی تیرها و ستون‌ها توزیع می‌شود. اگر این وزنِ بتنی یا سایر متعلقات — مثل ملات‌های روی دال یا سنگ فرش‌ها — به درستی در محاسبات بار مرده در نظر گرفته نشود، سازه‌ای ناایمن خواهیم داشت که ممکن است در طول زمان دچار مشکلاتی مانند ترک‌های گسترده یا حتی نشست موضعی شود. از سوی دیگر، کاهش مصالح بدون توجیه فنی هم می‌تواند منجر به خطر کمبود ظرفیت باربری گردد.
بار زنده (Live Load)
در مقابل بار مرده که ثابت و پایدار است، بار زنده به بارهایی اشاره دارد که توسط کاربران یا تجهیزات متحرک به ساختمان اعمال می‌شود. این بار می‌تواند شامل وزن افراد، مبلمان، ماشین‌آلات، تجهیزات اداری و حتی انبارها باشد. بار زنده علاوه بر تغییرپذیری، اغلب نامنظم است و بسته به نوع کاربری ساختمان — مسکونی، اداری، تجاری یا صنعتی — مقدار متفاوتی خواهد داشت. در آیین‌نامه‌های طراحی سازه، محدوده‌های مشخصی برای بار زنده در کاربردهای مختلف تعیین شده است. یک فضای مسکونی با یک دفتر کار حرفه‌ای یا انبار کالا، تفاوت فاحشی در میزان بار زنده دارد.
یکی از اصول مهم در طراحی سازه، در نظر گرفتن الگوهای متفاوتی است که بار زنده می‌تواند روی طبقات ایجاد کند. برای مثال، ممکن است بار زنده به‌صورت یکنواخت روی کل سقف در نظر گرفته شود یا در برخی مدل‌های طراحی، تمرکز بار روی بخشی از دال اتفاق بیفتد. دقت در تعیین این سناریوها می‌تواند توانایی المان‌های باربر را تحت بارگذاری واقعی افزایش دهد. در واقع، یک ساختمان اداری ممکن است در یک طبقه سرورهای سنگین یا فایل‌های بایگانی بزرگی داشته باشد که بار زنده را افزایش می‌دهند، در حالی که طبقات دیگر شرایط سبک‌تری دارند.
بارهای جانبی
بار زلزله
در کشورهایی که فعالیت لرزه‌ای بالایی دارند، مثل ایران، طراحی لرزه‌ای نقشی کلیدی بازی می‌کند. نیروی زلزله به صورت دینامیکی و غیرمنتظره وارد می‌شود و می‌تواند تغییر مکان‌های قابل توجهی در سازه ایجاد کند. آیین‌نامه‌های مختلفی برای محاسبه نیروی زلزله وجود دارد که با روش‌های استاتیکی معادل یا تحلیل‌های دینامیکی پیشرفته (مانند طیف پاسخ) سر‌و‌کار دارند. ساختمان‌ها برای تحمل بار زلزله باید شکل‌پذیری لازم داشته باشند تا در صورت بروز نیروهای شدید، بشکنند یا فرو نریزند. در واقع، طراحی لرزه‌ای مدرن به سمتی می‌رود که سازه تحت زلزله‌های متوسط تا شدید دچار خرابی نشود یا حداقل فروپاشی رخ ندهد.
بار باد
هرچند زلزله در نقاط لرزه‌خیز بسیار پررنگ‌تر است، اما در برج‌های بلند یا مناطقی با بادهای شدید، بار باد هم اهمیت زیادی دارد. این بار می‌تواند در طبقات بالای یک ساختمان بلند، خمش و برش‌های جدی در عناصر باربر جانبی ایجاد کند. در برخی از پروژه‌های بلندمرتبه، باد حتی می‌تواند عامل اصلی در طراحی سیستم سازه‌ای باشد. استفاده از سیستم‌های مهاربندی، دیوار برشی یا قاب‌های خمشی با مقاطع بزرگ‌تر، همگی راهکارهایی برای تحمل این بار هستند. اگر یک سازه در منطقه‌ای با وزش بادهای موسمی باشد، طراح باید سرعت‌های اوج باد را لحاظ کند تا از نوسان بیش‌ازحد یا خطر کمانش جانبی جلوگیری شود.
بارهای برف و باران
در مناطق سردسیر یا پربارش، بار برف و باران هم جزو بارهای وارد بر ساختمان هستند که در طراحی سقف و بام اهمیت پیدا می‌کنند. بار برف خصوصاً می‌تواند در مناطق کوهستانی یا شهرهایی با زمستان‌های سنگین، به‌طور قابل ملاحظه‌ای افزایش یابد و نیاز باشد ظرفیت باربری سقف‌ها مطابق آیین‌نامه مربوطه طراحی شود. اگر بار برف نادیده گرفته شود، سقف زیر فشار اضافی این انباشت، تغییرشکل خواهد داد یا حتی فرو خواهد ریخت. همچنین در برخی مناطق که بارش باران بسیار بالا است، طراحی کف‌بام‌ها و شیب‌بندی به گونه‌ای انجام می‌شود که احتمال انباشت آب یا یخ‌زدگی کمتر باشد.
بار حرارتی
ممکن است در نگاه اول، بار حرارتی را به عنوان یک بار مهم سازه‌ای نشناسیم. اما تغییرات دمایی می‌تواند انبساط یا انقباض مصالح را به دنبال داشته باشد و به اتصالات یا المان‌های داخلی ساختمان فشار وارد کند. در سازه‌های طویل مثل پل‌ها یا سالن‌های صنعتی با دهانه‌های بزرگ، تغییرات دمای محیط می‌تواند تنش‌های محوری و خمشی قابل ملاحظه‌ای تولید کند. اگر مسیر جابه‌جایی حرارتی به‌درستی پیش‌بینی نشود، درزهای انبساط مناسب تعبیه نگردد یا اتصالات غلط انتخاب شوند، ترک‌ها و خرابی‌های زودهنگام دور از ذهن نیست.
در ساختمان‌های معمولی، بار حرارتی اغلب چندان بارز نیست؛ اما در پروژه‌های خاص مثل برج‌های مرتفع شیشه‌ای یا اسکلت‌های فلزی طویل، می‌تواند اثرات چشمگیری داشته باشد.
بارهای تصادفی و ضربه‌ای
در برخی پروژه‌ها، مثلاً پارکینگ‌های طبقاتی یا کارخانه‌هایی که ماشین‌آلات و جرثقیل‌های سنگین در آن مشغول به کارند، امکان وارد شدن بارهای ضربه‌ای یا تصادفی وجود دارد. این بارها می‌توانند در لحظه به بخش‌هایی از ساختمان وارد شوند و بخش‌های سازه‌ای را تحت تنش بالایی قرار دهند. برای نمونه، سقوط یک بار سنگین در انبار صنعتی یا برخورد ماشین با ستون پارکینگ می‌تواند نمونه‌هایی از بار تصادفی باشند.
بار سیالات و مخازن
در صورتی که ساختمان شامل بخش‌هایی مثل استخر، مخزن آب یا سایر مایعات باشد، باید وزن و فشار سیال در طراحی لحاظ شود. آب یا هر مایع دیگر علاوه بر وزن استاتیک، وقتی به حرکت در می‌آید یا سطحش تغییر می‌کند، می‌تواند نیروی هیدرودینامیکی به دیواره‌های مخزن یا اعضای مجاور وارد کند. این گونه بارها اغلب در ساختمان‌های چندمنظوره یا مجتمع‌های تجاری با بخش‌های آبی مورد توجه است. طراحی مخازن باید طوری باشد که در اثر نیروهای ناشی از سیال یا حتی تلاطم زلزله، دچار شکست نشوند.
خلاصه
شناخت انواع بارهای وارد بر ساختمان موضوعی کلیدی است که نه‌تنها ایمنی ساکنان، بلکه طول عمر مفید سازه و هزینه‌های تعمیر و نگهداری را تعیین می‌کند. در نتیجه، هر چه مهندسان و مجریان پروژه‌ها شناخت بهتر و عمیق‌تری از این بارها داشته باشند، احتمال دستیابی به سازه‌ای پایدار و اقتصادی بیشتر خواهد شد.
شرکت سی اف تی که در شناخت این عوامل و راهکار های آن کمک می‌کند تا با ملاحظه دقیق ضوابط آیین‌نامه‌ای و بهره‌گیری از ابزارهای پیشرفته تحلیلی، تمام این بارها را در مدل‌سازی سازه وارد کنید و نتیجه‌ای دقیق به دست آورید. البته مسائل اجرایی هم نباید فراموش شود: اگر قرار است ساختمانی از بار زلزله در امان بماند، اجرای صحیح مهاربندی‌ها، دیوارهای برشی و کنترل کیفیت بتن در عمل شرط اساسی است .
