محاسبه بار باد: محاسبه بار باد یک مرحله مهم در طراحی سازه ها برای اطمینان از پایداری و ایمنی آنها است. بار باد به نیرویی اطلاق می شود که باد بر سازه وارد می کند که می تواند باعث تنش و تغییر شکل شود. برای محاسبه بار باد، فاکتورهای متعددی از جمله سرعت باد، ارتفاع ساختمان، شکل و طبقه بندی نوردهی باید در نظر گرفته شود. در اینجا مراحل مربوط به محاسبه بار باد آمده است:

مرحله 1: تعیین سرعت باد طراحی: اولین گام تعیین سرعت باد طراحی برای مکانی است که سازه در آن ساخته خواهد شد. این را می توان از کدهای ساختمان محلی یا داده های هواشناسی به دست آورد.

مرحله 2: تعیین رده نوردهی: مقوله نوردهی به زمین اطراف سازه و تأثیر آن بر جریان باد اشاره دارد. این به دسته‌های مختلف از B تا D طبقه‌بندی می‌شود که B کمترین و D بیشترین در معرض قرار گرفتن است.

مرحله 3: تعیین ضریب اهمیت: عامل اهمیت نشان دهنده اهمیت سازه و پیامدهای بالقوه آن در صورت شکست آن است. بر اساس عملکرد ساختمان و رده اشغال آن اختصاص داده می شود.

مرحله 4: سرعت پایه باد را تعیین کنید: سرعت اولیه باد با ضرب سرعت باد طراحی شده در عوامل تنظیمی که ناهمواری و توپوگرافی زمین را در نظر می گیرند، محاسبه می شود.

مرحله 5: فشار سرعت را تعیین کنید: فشار سرعت با استفاده از فرمولی محاسبه می‌شود که شامل دسته بندی سرعت باد و قرار گرفتن در معرض اصلی است. این نشان دهنده فشار دینامیکی است که باد بر یک سازه وارد می کند.

مرحله 6: تعیین ضرایب فشار خارجی: ضرایب فشار خارجی به شکل و هندسه سازه بستگی دارد. از آنها برای محاسبه فشار خالص وارد بر سطوح مختلف ساختمان استفاده می شود.

مرحله 7: محاسبه فشار باد: فشار باد با ضرب فشار سرعت در ضرایب فشار خارجی برای هر سطح مورد نظر (دیوارها، سقف و غیره) محاسبه می‌شود. نتیجه برای مناطق تحت فشار مثبت (سمت باد) مثبت و برای مناطق تحت فشار منفی (سمت بادگیر) منفی است.

مرحله 8: محاسبه بار باد: در نهایت، بار باد با ضرب فشار باد در مساحت هر سطح و جمع‌بندی نتایج تعیین می‌شود. بار حاصل را می توان در تحلیل سازه برای اطمینان از پایداری و یکپارچگی ساختمان استفاده کرد.

بهینه سازی و روش های جدید:علاوه بر مراحل ذکر شده در بالا، راه های مختلفی برای بهینه سازی طراحی سازه ها برای تحمل بار باد وجود دارد. در اینجا چند نکته و روش های جدیدی وجود دارد که می توان از آنها استفاده کرد:

1. اشکال آیرودینامیکی: طراحی سازه هایی با اشکال ساده می تواند به کاهش مقاومت باد و به حداقل رساندن بار باد کمک کند. این شامل استفاده از سطوح منحنی و پروفایل های مخروطی است.
2. آزمایش تونل باد: انجام آزمایش‌های تونل باد بر روی مدل‌های مقیاس می‌تواند داده‌های ارزشمندی در مورد نحوه رفتار یک سازه در شرایط مختلف باد ارائه دهد. این امکان تنظیم دقیق طراحی را برای بهینه سازی عملکرد آن فراهم می کند.
3. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD): شبیه سازی های CFD را می توان برای تجزیه و تحلیل جریان هوا در اطراف سازه و پیش بینی بارهای باد به طور دقیق مورد استفاده قرار داد. این روش از الگوریتم های عددی برای حل معادلات جریان سیال استفاده می کند.
4. شکست‌ها و موانع باد: قرار دادن موانع یا موانع باد به صورت استراتژیک در اطراف سازه می‌تواند به انحراف یا کاهش جریان باد کمک کند و در نتیجه بار باد را کاهش دهد.
5. کنترل ریزش گرداب: ریزش گرداب زمانی اتفاق می‌افتد که گردابه‌ها به دلیل جریان باد از یک سازه خارج می‌شوند و باعث نوسانات و افزایش بار باد می‌شوند. اجرای اقداماتی مانند دمپرهای جرم تنظیم شده یا مولدهای گردابی می تواند این اثر را کاهش دهد.
6. بهینه‌سازی سازه: استفاده از تکنیک‌های بهینه‌سازی پیشرفته می‌تواند به بهینه‌سازی عناصر سازه‌ای مانند ستون‌ها، تیرها و اتصالات برای به حداقل رساندن استفاده از مواد و در عین حال حفظ استحکام و پایداری کمک کند.
7. دستگاه‌های کاهش بار باد: نصب دستگاه‌هایی مانند کفپوش بریز، لوور یا صفحه‌نمایش می‌تواند با ایجاد اختلال در جریان هوا و کاهش اختلاف فشار در سطوح ساختمان، به کاهش بار باد کمک کند.
8. انتخاب مواد: انتخاب مواد با نسبت استحکام به وزن بالاتر می تواند به کاهش وزن کلی سازه کمک کند و در عین حال یکپارچگی سازه را حفظ کند.

اینها تنها چند نمونه از راه‌های بهینه‌سازی طراحی و کاهش بار باد بر سازه‌ها هستند. هر پروژه ممکن است به یک رویکرد مناسب بر اساس شرایط سایت خاص، نوع ساختمان و عملکرد مطلوب نیاز داشته باشد.

منابع : 

1. آمریکاییانجمن مهندسین عمران (ASCE): ASCE دستورالعمل ها و استانداردهای جامعی را برای محاسبات بار باد و طراحی سازه ارائه می دهد. انتشارات آنها، مانند ASCE 7-16 “حداقل بارهای طراحی و معیارهای مرتبط برای ساختمان ها و سازه ها"، به طور گسترده به عنوان مرجع معتبر در این زمینه شناخته می شوند.
2. کد بین المللی ساختمان (IBC): IBC یک کد ساختمان نمونه است که توسط بسیاری از حوزه های قضایی در سراسر جهان پذیرفته شده است. این شامل مقرراتی برای محاسبات بار باد است و راهنمایی های ارزشمندی برای معماران، مهندسان و سازندگان ارائه می دهد.
3. موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST): NIST تحقیقاتی را انجام می‌دهد و دستورالعمل‌های مربوط به مهندسی باد و طراحی سازه را توسعه می‌دهد. انتشارات، گزارش های فنی و مقالات تحقیقاتی آنها به پیشرفت دانش در این زمینه کمک می کند.

این منابع معتبر اطلاعات گسترده ای در مورد محاسبات بار باد، تکنیک های بهینه سازی و بهترین شیوه ها در طراحی سازه ارائه می دهند.