نیروهای جانبی وارد به یک ساختمان در دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند: نیروی زلزله و نیروی باد. اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای ساختمان باید برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی طراحی شوند و در این طراحی هر دو نیروی جانبی باد و زلزله باید بررسی شوند. در مناطق لرزه‌خیز که سرعت وزش باد نیز در آن‌ها شدید نیست، منطقی به نظر می‌رسد که نیروهای ناشی از زلزله بسیار بزرگتر از نیرویی باشند که باد می‌تواند به وجود آورد. با این حال این فرضیه در مناطق بادخیز و یا در ساختمان‌های با ارتفاع زیاد ممکن است درست نباشد. در این موارد باد نیرویی قابل توجه به اجزاء ساختمان وارد کرده و اگر این نیرو در محاسبات در نظر گرفته نشود ممکن است منجر به ایجاد آسیب‌های جدی در اجزای ساختمان شود.
دیوارهای پیرامونی ساختمان در معرض وزش باد هستند بنابراین برای مهار لرزه‌ای این دیوارها با استفاده از وال مش، باید یک بار نیروی زلزله و یک بار نیروی باد وارد به این دیوارها به طور جداگانه بررسی شوند تا مشخص شود کدام نیرو در طراحی حاکم است. این مسئله به خصوص در شهرهای بادخیز کشور و در طبقات بالای ساختمان از اهمیت بیشتری برخوردار است.
اثر نیروی باد بر دیوارهای غیرسازه‌ای
علی‌رغم آن که نیروهای باد و زلزله از نظر منشأ و ماهیتشان متفاوت هستند، نحوه تأثیر آن‌ها بر دیوارهای غیرسازه‌ای ساختمان مشابه است. هر دو بار باد و زلزله جزو نیروهای جانبی وارد به سازه دسته‌بندی می‌شوند و می‌توانند منجر به آسیب احتمالی به عناصر غیرسازه‌ای مانند دیوارهایی جداکننده شوند. باد می‌تواند باعث ایجاد اختلاف فشار در دو طرف دیوار شده و همین اختلاف فشار، نیروی جانبی بر روی دیوارهای غیرسازه‌ای وارد می‌کند. این نیروها که عمود بر صفحه دیوار وارد می‌شوند، می‌توانند باعث خمش، تاب خوردن و ارتعاش در دیوارها شوند. به طور مشابه، در هنگام زلزله، حرکت زمین شتاب‌های جانبی ایجاد می‌کند که باعث می‌شود کل سازه در راستای افقی حرکت کند و نیروهای دینامیکی حاصل به دیوارهای غیرسازه‌ای منتقل شود و به طور مشابه مانند لنگرهای خمشی به دیوار تحمیل کند.
مکانیسمی که توسط آن نیروی جانبی ناشی از باد باعث ایجاد لنگر خمشی در دیوار می‌شود، شامل انتقال فشارهای دینامیکی و توزیع نیروها بر روی سطوح ساختمان است. هنگامی که باد به یک دیوار غیرسازه‌ای می‌وزد بین دو طرف بادگیر و پشت به باد دیوار اختلاف فشار ایجاد می‌شود. سمت بادگیر فشار بیشتری را تجربه می‌کند، در حالی که سمت پشت به باد دیوار ممکن است فشار منفی یا مکش را تجربه کند. این اختلاف فشار بین دو سمت دیوار، نیروهای جانبی را به دیوار وارد می‌کند. دیوار به عنوان سطحی که در برابر این نیروها مقاومت می‌کند عمل کرده و نیروها در طول و عرض دیوار توزیع می‌شوند و یک گشتاور خمشی به وجود می‌آورند. بزرگی این خمش می‌تواند به عواملی مانند میانگین سرعت باد در منطقه، ارتفاع دیوار از سطح زمین، میزان پوشش و گرفتگی‌اي که موانع مجاور براي باد ایجاد می‌کنند و ارتفاع خود دیوار بستگی داشته باشد.
آیین‌نامه محاسبات نیروی باد
راهنمای طراحی سازه‌ای و جزئیات اجرایی دیوارهای غیرسازه‌ای (ضابطه شماره 819 مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی) در بند 1-8 محاسبات مربوط به بار باد وارد به دیوارهای خارجی ساخه شده از بلوک را بیان کرده است. با این حال، مرجع اصلی مبانی محاسباتی بار باد وارد بر دیوارها را می‌توان مبحث ششم مقررات ملی ایران در نظر گرفت. این مبحث که در مورد بارهای وارد بر ساختمان نوشته شده است در فصل دهم خود به بررسی بار باد پرداخته و روابط و جداول مربوط به محاسبه بار باد را ارائه کرده است. به عنوان مثال فرمول محاسبه فشار ناشی از باد، جدول سرعت باد در شهرهای مختلف، فشار مبناي باد بر حسب کیلونیوتن بر مترمربع در هر شهر و سایر روابط و جداول مورد نیاز به طور کامل در این فصل آمده است.
محاسبات وال مش برای کنترل نیروی باد
مهار دیوار با شبکه الیاف مستلزم انجام محاسبات فنی است. نوع خاک پروژه، لرزه‌خیزی منطقه، نوع بلوک دیوار، ضخامت بلوک، ارتفاع دیوار، میزان مقاومت کششی مش فایبرگلاس، میزان حفظ مقاومت مش پس از قرارگیری در محیط قلیایی، تعداد طبقات ساختمان و این که طراحی برای کدام طبقه انجام می‌گیرد از جمله عواملی هستند که در طراحی مهار لرزه‌ای دیوار باید در نظر گرفته شوند. در واقع این عوامل هستند که تعیین می‌کنند نوارهای وال‌مش به چه عرضی و در چه فاصله‌ای باید روی دیوار نصب شوند. فصل دوازدهم ضابطه 714 سازمان برنامه و بودجه کشور در بند 12-2-2-5 روش طراحی دیوار تقویت شده با شبکه الیاف برای مقاومت در برابر زلزله و محاسبات آن را توضیح داده است. اما همانطور که اشاره کردیم، علاوه بر محاسبات برای نیروی زلزله، همزمان نیروی باد نیز باید در نظر گرفته شود. چرا که در برخی مناطق کشور که سرعت باد زیاد است و یا برای طبقات بالای برخی ساختمان‌های بلند مرتبه نیروی باد در طراحی حاکم می‌شود.
در فرایند کلی طراحی، مهندسین شرکت وال مش محاسبه لنگر خمشی حاصل از نیروی زلزله را بر اساس روابط موجود در ضابطه 714 و لنگر خمشی حاصل از نیروی باد را بر اساس مبحث ششم مقررات ملی به طور جداگانه انجام می‌دهند. پس از مقایسه لنگر خمشی وارد بر دیوار ناشی از نیروی زلزله و باد، مقدار بزرگتر مبنای طراحی قرار می‌گیرد. در ادامه یک مثال حل شده از محاسبه لنگر خمشی ناشی از فشار باد بر دیوار را بررسی می‌کنیم. محاسبات برای طبقه اول یک ساختمان واقع در اصفهان انجام شده است.
فشار خارجی یا مکش تحت اثر باد بر دیوار یا نماي آن از رابطه زیر به دست می‌آید:
P = Ip*q*Ce*Cg*Ct*Cp*Cd
که در این رابطه :
P فشار خارجی است که به صورت استاتیکی در جهت عمود بر سطح در حالت فشار وارد بر سطح یا مکش به سمت خارج عمل می‌کند. حداقل مقدار فشار خارجی وارده به دیوار 0.77 (KN/m2) است.
q فشار مبنای باد است که از رابطه زیر و یا جداول موجود در مبحث ششم مقررات ملی بدست می‌آید. در این رابطه سرعت بر حسب متر بر ثانیه وارد می‌شود:
q = 0.000613*V2 (KN/m2)
سایر پارامترهای موجود در رابطه شامل ضریب اهمیت برای بار باد، ضریب بادگیري، ضریب اثر جهشی باد، ضریب پستی و بلندی سطح زمین، ضریب هم‌راستایی باد و ضریب فشار از جداول و روابط موجود در فصل دهم مبحث ششم مقررات ملی محاسبه می‌شوند.
بار باد وارد بر دیوار طبقه اول ساختمانی مسکونی و 5 طبقه در اصفهان مطابق زیر محاسبه می‌گردد:
Ip = 1
q = 0.57
Ce = 0.7*(h/12)0.3 hطبقه اول = 2.8+2.4 = 5.2 m
Ce = 0.7*(5.2/12)0.3 = 0.55
Cg = 2
Ct = 1
Cp = 0.9
Cd = 1
P = 1*0.57*0.55*2*1*0.9*1 = 0.5643 (KN/m2) ≈ 56.43 (kg/m2)
ضریب بارگذاری 1.6 برای بار باد در نظر گرفته می‌شود:
P = 1.6*56.43 = 90.28 (kg/m2)
با در نظر گرفتن ارتفاع دیوار (h) برابر 2.8 متر، لنگر خمشی وارد بر دیوار مطابق رابطه زیر (رابطه 12-12 ضابطه 714) محاسبه می‌شود:
Mu = 0.125*P*h2
Mu = 0.125*90.28*2.82 = 88.47 kg.m
لنگر خمشی بدست آمده با لنگر خمشی حاصل از نیروی زلزله مقایسه می‌شود و هر کدام که بیشتر بود با ظرفیت خمشی دیوار تقویت شده با وال‌مش مقایسه می‌گردد تا سطح پوشش دیوار با نوار وال‌مش بدست آید و طراحی وال‌مش (عرض نوارها و فواصل آن‌ها) مشخص شود.
سخن پایانی
کشور ایران در منطقه‌ای لرزه‌خیز واقع شده و همین مسئله باعث شده تا بار زلزله در بسیاری از پروژه‌ها بار حاکم بر طراحی در نظر گرفته شود. با این حال این مسئله به ویژه در مناطقی از کشور که سرعت وزش باد بالاست و یا در طبقات بالای ساختمان‌های بلند نیازمند انجام محاسبات دقیق است. در بسیاری از این موارد حاکم شدن بار باد بر طراحی محتمل است. محاسبه بار باد در طراحی مهار دیوارهای پیرامونی نما با شبکه الیاف امری مهم است که مهندسین شرکت وال مش برای همه پروژه‌ها این محاسبات را انجام داده و فرایند طراحی را مطابق آیین‌نامه‌های معتبر پیش می‌برند.
