طراحی دیوار برای بار باد وارده در وال مش

چرا طراحی دیوار برای بار باد در وال مش اهمیت دارد؟

یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی وال مش، کنترل عملکرد دیوار در برابر بارهای خارج از صفحه است. اگرچه بسیاری از مهندسان در طراحی دیوارهای غیرباربر، تمرکز خود را بر نیروهای ناشی از زلزله قرار می‌دهند، اما در دیوارهای خارجی، بار باد نیز می‌تواند به عنوان یکی از بارهای حاکم، نقش تعیین‌کننده‌ای داشته باشد. به همین دلیل، نشریه الزام کرده است که دیوارهای در معرض باد، به صورت مستقل برای اثر فشار و مکش باد طراحی و کنترل شوند.

در سیستم وال مش، مقاومت دیوار در برابر بار باد تنها به مصالح بنایی وابسته نیست، بلکه عملکرد اجزایی مانند مش فایبرگلاس، پلاستر سیمانی یا پلاستر گچی، نبشی وال مش و نحوه اتصال آن‌ها به سازه، تعیین می‌کند که دیوار بتواند فشار یا مکش ناشی از باد را بدون ایجاد ترک، تغییرشکل بیش از حد یا ناپایداری تحمل کند. بنابراین، محاسبات طراحی باید همسو با انتخاب مصالح و ضوابط اجرای وال مش انجام شود.

نکته مهم دیگر این است که مطابق نشریه والمش، اثر بار باد از برآیند فشار یا مکش وارد بر سطوح خارجی و داخلی ساختمان به دست می‌آید و همزمان با بار زلزله در طراحی لحاظ نمی‌شود. از این رو، مهندس طراح باید بار باد و بار زلزله را به صورت مستقل بررسی کرده و هر کدام شرایط بحرانی‌تری ایجاد کند، مبنای طراحی دیوار قرار گیرد.

بار باد چگونه بر دیوارهای غیر باربر اثر می‌گذارد؟

بار باد یکی از بارهای جانبی مؤثر بر دیوارهای غیر باربر است که به صورت عمود بر صفحه دیوار وارد می‌شود. این بار می‌تواند به شکل فشار یا مکش بر سطح دیوار اثر بگذارد و در صورت عدم طراحی مناسب، باعث ایجاد ترک، افزایش تغییرشکل خارج از صفحه و حتی ناپایداری دیوار شود. به همین دلیل، در ” دستورالعمل طراحی و اجرای ملات مسلح شده با مش الیاف شیشه برای مهار دیوارهای بلوکی” تأکید شده است که دیوارهای در معرض باد باید به صورت مستقل برای اثرات ناشی از باد طراحی و کنترل شوند.

برخلاف تصور رایج، مقدار بار باد تنها به سرعت باد منطقه وابسته نیست. عواملی مانند ارتفاع ساختمان، موقعیت جغرافیایی پروژه، شکل هندسی ساختمان، میزان باز بودن یا محصور بودن محیط اطراف و حتی نوع نمای ساختمان نیز بر فشار یا مکش وارد بر دیوار تأثیر می‌گذارند. به همین دلیل، محاسبه بار باد باید مطابق ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان انجام شود و تمامی ضرایب مؤثر در این محاسبات در نظر گرفته شوند.

نکته مهم دیگر این است که نحوه انتقال بار باد به دیوار، به نوع سیستم نما بستگی دارد. در نماهای چسبیده، دیوار باید اثر همزمان فشار یا مکش خارجی و داخلی را تحمل کند، در حالی که در نماهای پرده‌ای، فشار یا مکش خارجی توسط سیستم نما و زیرسازی آن جذب شده و تنها فشار یا مکش داخلی به دیوار منتقل می‌شود. این تفاوت می‌تواند بر مقدار بار طراحی دیوار و در نتیجه بر جزئیات اجرای وال مش و میزان استفاده از مش فایبرگلاس یا توری فایبرگلاس تأثیرگذار باشد.

برای درک بهتر عوامل مؤثر بر بار باد، جدول زیر مهم‌ترین پارامترهای تأثیرگذار در طراحی دیوارهای غیرباربر را نشان می‌دهد.

محاسبه فشار یا مکش ناشی از باد بر سطح دیوار

پس از تعیین مشخصات پروژه و عوامل مؤثر بر بار باد، نوبت به محاسبه فشار یا مکش وارد بر دیوار می‌رسد. بر اساس نشریه والمش، در اغلب ساختمان‌های متعارف از روش استاتیکی برای محاسبه بار باد استفاده می‌شود. در این روش، فشار یا مکش وارد بر دیوار با در نظر گرفتن سرعت مبنای باد، شرایط ساختمان و ضرایب تعیین شده در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان محاسبه می‌شود.

رابطه محاسبه فشار یا مکش باد در دستورالعمل به صورت زیر ارائه شده است:

P=0.00613V²L_WC_eC_tC_d(C_pC_g+C_p^*C_gi)

در این رابطه، فشار نهایی وارد بر دیوار از برآیند فشار یا مکش خارجی و داخلی ساختمان به دست می‌آید. به همین دلیل، مقدار بار طراحی تنها به سرعت باد منطقه وابسته نیست و پارامترهای مختلفی در تعیین آن نقش دارند. هر یک از این ضرایب بیانگر یکی از شرایط واقعی پروژه، مانند ارتفاع ساختمان، موقعیت زمین، شکل ساختمان یا میزان بازشوهای نما هستند و باید مطابق ضوابط مبحث ششم انتخاب شوند.

در بخش بعد، هر یک از ضرایب این رابطه را به زبان ساده معرفی می‌کنیم و نقش آن‌ها را در محاسبه بار باد توضیح خواهیم داد.

معرفی پارامترهای مؤثر در محاسبه بار باد

همان‌طور که در رابطه محاسبه فشار یا مکش باد مشاهده می‌شود، مقدار بار نهایی تنها به سرعت باد وابسته نیست و پارامترهای مختلفی در آن تأثیر دارند. هر یک از این ضرایب، بخشی از شرایط واقعی پروژه مانند ارتفاع ساختمان، موقعیت زمین، نوع نما یا میزان بازشوهای ساختمان را در محاسبات لحاظ می‌کنند. بنابراین انتخاب صحیح این ضرایب، نقش مهمی در تعیین بار طراحی دیوار خواهد داشت.

جدول زیر، مهم‌ترین پارامترهای مورد استفاده در رابطه محاسبه بار باد را به همراه کاربرد هر یک نشان می‌دهد.

نکته مهم این است که تمامی این ضرایب باید مطابق ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان انتخاب شوند. به همین دلیل، دقت در تعیین شرایط پروژه و انتخاب صحیح ضرایب، تأثیر مستقیمی بر مقدار فشار یا مکش طراحی و در نهایت بر طراحی دیوار با سیستم وال مش خواهد داشت.

تفاوت بار باد در نماهای چسبیده و نماهای پرده‌ای

یکی از نکات مهم در طراحی دیوار برای بار باد، توجه به نوع نمای ساختمان است. بر اساس ” دستورالعمل طراحی و اجرای ملات مسلح شده با مش الیاف شیشه برای مهار دیوارهای بلوکی”، نحوه انتقال بار باد به دیوار در نماهای چسبیده و نماهای پرده‌ای یکسان نیست و این موضوع می‌تواند بر بار طراحی دیوار تأثیرگذار باشد. بنابراین، پیش از انجام محاسبات، مهندس طراح باید نوع سیستم نما را مشخص کند.

در ساختمان‌هایی که از نمای چسبیده استفاده می‌شود، پوشش نما مستقیماً به دیوار متصل است؛ بنابراین دیوار باید اثر توأم فشار یا مکش خارجی و فشار یا مکش داخلی را تحمل کند. به عبارت دیگر، بار نهایی وارد بر دیوار از برآیند این دو مؤلفه به دست می‌آید و در محاسبات طراحی لحاظ می‌شود.

در مقابل، در نماهای پرده‌ای غیرشفاف، فشار یا مکش خارجی ابتدا توسط سیستم نما و زیرسازی آن جذب و به سازه اصلی منتقل می‌شود. در این حالت، دیوار مستقیماً تحت اثر بار خارجی قرار نمی‌گیرد و تنها فشار یا مکش داخلی ساختمان به آن وارد می‌شود. به همین دلیل، نحوه محاسبه بار طراحی دیوار در این نوع نما با نماهای چسبیده متفاوت خواهد بود.

جدول زیر تفاوت این دو نوع سیستم نما را از نظر انتقال بار باد نشان می‌دهد.

بنابراین، در پروژه‌هایی که از نماهای پرده‌ای استفاده می‌شود، طراحی سیستم نما و طراحی دیوار باید به صورت هماهنگ انجام شود تا مسیر انتقال بار باد به درستی در نظر گرفته شود. بی‌توجهی به این موضوع می‌تواند منجر به برآورد نادرست بار طراحی و در نتیجه طراحی غیر اقتصادی یا حتی نامطمئن دیوار شود.

روش‌های محاسبه بار باد در طراحی دیوار

بر اساس دستورالعمل برای محاسبه فشار یا مکش وارد بر دیوار می‌توان از سه روش استاتیکی، دینامیکی و تجربی استفاده کرد. انتخاب روش مناسب به مشخصات ساختمان، به ویژه ارتفاع و هندسه آن، بستگی دارد. در اغلب ساختمان‌های متعارف، از روش استاتیکی برای محاسبه بار باد استفاده می‌شود و روابط ارائه شده در دستورالعمل بر همین مبنا تدوین شده‌اند.

با این حال، برای برخی ساختمان‌ها که رفتار آن‌ها در برابر باد پیچیده‌تر است، استفاده از روش استاتیکی مجاز نیست. مطابق دستورالعمل، در ساختمان‌هایی با ارتفاع بیش از ۶۰ متر یا نسبت عرض به ارتفاع بیشتر از ۴، بار باد باید با استفاده از روش‌های دینامیکی یا تجربی و بر اساس ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان محاسبه شود.

جدول زیر، کاربرد هر یک از روش‌های محاسبه بار باد را نشان می‌دهد.

بنابراین، پیش از شروع محاسبات، مهندس طراح باید اطمینان حاصل کند که ساختمان در محدوده مجاز استفاده از روش استاتیکی قرار دارد. انتخاب روش صحیح، اولین گام برای محاسبه دقیق بار باد و طراحی ایمن دیوار در سیستم وال مش محسوب می‌شود.

معیارهای پذیرش طراحی دیوار در برابر بار باد

پس از محاسبه بار باد، صرف به دست آوردن مقدار فشار یا مکش برای پایان طراحی کافی نیست. بر اساس دستورالعمل، عملکرد دیوار باید از دو جنبه اصلی مورد ارزیابی قرار گیرد؛ مقاومت کافی در برابر نیروهای ناشی از بار باد و کنترل تغییرشکل خارج از صفحه. در صورتی که هر یک از این دو معیار تأمین نشود، دیوار عملکرد مطلوبی در برابر بار باد نخواهد داشت.

کنترل مقاومت دیوار و اتصالات

اولین معیار پذیرش، کنترل ظرفیت مقاومتی دیوار و اتصالات آن است. در این مرحله، تنش‌های ایجاد شده در اثر بار باد با ظرفیت قابل تحمل اجزای مختلف مقایسه می‌شوند. علاوه بر ظرفیت خمشی دیوار، لازم است تنش‌های برشی، کششی و فشاری ایجاد شده در اتصالات دیوار به سازه نیز کنترل شوند تا از عملکرد مناسب کل سیستم اطمینان حاصل شود. این موضوع اهمیت اجرای صحیح اجزایی مانند مش فایبرگلاس، پلاستر سیمانی یا پلاستر گچی و همچنین نبشی وال مش را در کنار طراحی مناسب نشان می‌دهد.

کنترل تغییرشکل مجاز

علاوه بر مقاومت، میزان تغییرشکل خارج از صفحه دیوار نیز باید کنترل شود. تغییرمکان ناشی از فشار یا مکش باد نباید از L/120 بیشتر شود؛ در این رابطه L فاصله بین تکیه‌گاه‌های دیوار است. این محدودیت با هدف جلوگیری از تغییرشکل بیش از حد، ایجاد ترک در دیوار یا آسیب به نازک‌کاری و اجزای متصل به آن در نظر گرفته شده است.

برای ارزیابی این معیار، می‌توان از روش‌های مختلفی مانند مدل‌سازی اجزای محدود، محاسبات مکانیک مهندسی یا نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی استفاده کرد. انتخاب روش ارزیابی به پیچیدگی پروژه و اطلاعات در دسترس مهندس طراح بستگی دارد.

جدول زیر، معیارهای اصلی پذیرش دیوار در برابر بار باد را خلاصه می‌کند.

مثال محاسبه بار باد برای طراحی دیوار با سیستم وال مش

برای آشنایی بیشتر با روند طراحی، در این بخش یک مثال ساده ارائه شده است. هدف این مثال، نمایش مراحل کلی محاسبه بار باد و نحوه استفاده از نتایج آن در طراحی دیوار با سیستم وال مش است.

مشخصات پروژه

فرض کنید یک ساختمان مسکونی با مشخصات زیر در حال طراحی است.