بارگذاری سوله در SAP چگونه است؟

بارگذاری سوله در SAP یکی از مراحل کلیدی است که تأثیر مستقیمی بر تحلیل، طراحی و پایداری سازه دارد.

بارگذاری صحیح یکی از مهم‌ترین مراحل در طراحی سوله است که تاثیر مستقیم بر ایمنی و عملکرد سازه دارد.

در نرم‌ افزار SAP، انواع بارهای مرده، زنده، برف، باد و زلزله به ‌صورت دقیق مدل‌ سازی و اعمال می‌شوند تا تحلیل‌های کامل و بهینه‌ ای به دست آید.

با تعریف درست این بارها و ترکیب آن‌ها در مدل، می‌توان سازه‌ای مقاوم و اقتصادی طراحی کرد که در برابر نیروهای وارده پایدار و ایمن باشد.

استفاده از SAP در بارگذاری سوله، امکان بررسی دقیق شرایط مختلف بارگذاری را به مهندسان می‌دهد و در تصمیم ‌گیری‌های فنی بهتر به آنها کمک می‌کند.

در این مقاله به بررسی بارگذاری سوله در SAP همراه با اعمال انواع بار می‌پردازیم.

1# بارگذاری سوله در SAP

بارگذاری سوله‌ در SAP شامل تعیین و اعمال انواع بارهای:

• مرده
• زنده
• برف
• باد
• زلزله

می‌شود که باید با توجه به شرایط محیطی، نوع کاربری و مقررات ملی و بین ‌المللی انجام گیرد.

در فرآیند بارگذاری سوله در SAP، ابتدا بارهای مربوط به وزن مصالح و اجزای سازه (بار مرده) تعریف می‌شود، سپس بارهای متغیر و محیطی نظیر بار زنده، بار برف و بار باد در مدل بررسی می‌شود.

همچنین، بارهای لرزه ‌ای با توجه به موقعیت جغرافیایی و مشخصات زمین ‌شناسی منطقه توسط نرم ‌افزار تحلیل و سپس، وارد مدل خواهند شد.

انجام این مراحل با دقت و به روش‌های استاندارد، پایه‌ ای محکم برای طراحی ایمن و اقتصادی سوله فراهم می‌کند.

در نهایت، بارگذاری صحیح و جامع در SAP سبب می‌شود تا سازه در برابر نیروهای وارده مقاومت کرده و عملکرد مطلوبی در طول عمر خود داشته باشد، ضمن این که از هدر رفت منابع و هزینه‌های اضافی نیز جلوگیری می‌کند.

در ادامه به بررسی انواع بار وارده بر سوله می‌پردازیم.

1-1# انواع بار در بارگذاری سوله در SAP

• بار مرده (Dead Load) وزن ثابت سازه و اجزای آن شامل موارد زیر است:
• اعضای فلزی، پوشش سقف، دیواره‌ها، خرپشته‌ها
• تجهیزات ثابت، کابل‌ها، دیوارهای داخلی
• تخمین دقیق با استفاده از مقطع و چگالی مصالح
• بار زنده (Live Load) که عبارت است از:
• نیروهای ناشی از استفاده انسان، تجهیزات و کالا
• بار جرثقیل سقفی (در صورتی که سوله برای جا به جایی مواد طراحی شده باشد.)
• وابسته به کد ملی ایران یا آیین‌ نامه AISC برای مقادیر استاندارد
• بار باد (Wind Load)که شامل موارد زیر است:
• فشارهای مثبت و منفی ناشی از باد مطابق آیین‌ نامه‌های ASCE 7 یا  EN 1991-1-4
• محاسبه بر اساس سرعت باد، ارتفاع، ضریب زنجیره ‌ای سطح و شکل سوله
• بار برف (Snow Load) که عبارت است از:
• وزن برف روی سقف متناسب با اقلیم منطقه، شیب و جنس سقف
• بار زلزله (Seismic Load) نیز که شامل موارد زیر خواهد بود:
• براساس آیین ‌نامه 2800 ایران یا استاندارد ASCE7
• وارد کردن با تحلیل طیفی یا مودال در SAP2000

1) نحوه تعریف بارگذاری سوله در SAP

نحوه تعریف بارگذاری سوله‌ در SAP به صورت زیر است:

1. ایجاد Load Patterns با استفاده از مسیر: Define → Load Patterns

• • Dead ,Live ,Wind ,Snow ,Seismic

بارها را با توجه به نوع (DEAD, LIVE, WIND) آن نام گذاری کرده و واحد تعریف می‌شود.

2. اعمال بارها به اعضا:

• • Line Loads برای تیرها و ستون‌ها
  • Area Loads برای سقف و دیواره‌ها (مثل فشار برف یا باد)
  • تعریف آیتمی یا عمومی با توجه به نوع بار و هدف طراحی

3. استفاده از Auto Wind / Snow Load

• • برخی نسخه‌ها امکان خودکارسازی بار باد به صورت منحنی و فشار طبق کد را دارند.
  • با فعال‌ کردن گزینه Expose to area object و انتخاب نوع دیافراگم می‌توان بار را به‌ شکل اتوماتیک اعمال کرد.

4. تعریف ترکیب بارگذاری (Load Combinations)

• ترکیب بارها طبق آیین ‌نامه IBC یا AISC به عنوان مثال 1.2DL + 1.6LL + 0.5WL و توسط Define → Load Combos یا از طریق Design → Preferences قابل تعریف است.

2-1# اعمال بار باد در SAP

برای اعمال باد در بارگذاری سوله‌ در SAP  ابتدا به تعریف Load Pattern WIND در منوی Define می‌پردازیم.

1. انتخاب گزینه Auto Wind Load با استفاده از Exposure Zones (Rigid Diaphragm)
   • برمبنای  ASCE7 یا EN 1991
2. اعمال به نواحی (Area Objects) برای سقف یا دیواره
3. تحلیل و بررسی نتایج فشارهای وارد شده روی مدل
4. ساخت ترکیب بار و اجرای تحلیل نهایی

1) ایجاد و تعریف دیافراگم صلب (Rigid Diaphragm)

1. مسیر انجام کار:
   • منوی Define → Joint Constraints  را باز کنید.
   • نوع Constraint را روی  Diaphragm بگذارید.
   • دیافراگم را برای هر طبقه یا سطح (سقف یا کف) تعریف کرده و Axis آن را روی جهت Z (افقی) تنظیم کرده و سپس در پلان XY اعضا را انتخاب و در نهایت این Constraint را اعمال کنید.
2. این کار تضمین می‌کند که وقتی بار جانبی (مثل باد) روی سقف وارد می‌شود، تکیه‌ گاه‌ها به‌ صورت یکپارچه واکنش نشان دهند، نه به صورت گره‌ای.

2) تعریف بار باد (Wind Load Pattern)

برای تعریف باد مراحل زیر را طی کنید:

1. ابتداDefine  و سپس Load Patterns را انتخاب کرده و گزینه‌ای برای بار باد مثل WIND تعریف ‌کنید.
2. مشخصات بار باد را وارد کنید؛ مثل:
   • سرعت باد (3 – sec gust)
   • عوامل مربوط به فرم و جهت‌ گیری باد
   • ضریب فشار باد؛ Cp برای جبهه رو و Ce برای پشت
   • ضریب زنجیره‌ ای (که تابعی از Roughness منطقه است.)
3. این اطلاعات باید مطابق استاندارد ASCE 7‑10 یا مقررات ملی هر کشور وارد شود.

3) استفاده از قابلیت Auto Wind Load

در تعریف Load Pattern مربوط به باد، گزینه‌ای با نام Create All Cases را نیز می‌توان انتخاب کرد.

SAP با استفاده از Exposure Zone (نواحی مستعد باد) و دیافراگم صلب:

• • بار مثبت و منفی را روی دیواره‌های بادگیر
  • بار مکش (خلق) را روی سایر سطوح
  • بارهای جانبی ضربه‌ای و مداوم

را لحاظ می‌کند.

در این حالت، دیگر لازم نیست که به صورت دستی بارها را اختصاص دهید؛ بلکه نرم‌ افزار به صورت خودکار بارگذاری را اعمال خواهد کرد.

4) تحلیل سازه و بررسی نتایج

پس از تعریف دیافراگم و بار Pattern، تحلیل را اجرا می‌کنیم؛ یعنی از Analyze به Run Analysis می‌رویم.

خروجی تحلیل شامل:

• نیروها و لنگرهای ایجاد شده بر اساس ترکیب‌های بار باد
• مؤثرترین جهت‌های بارگذاری (مثلاً باد از سمت شمال یا جنوب)
• بررسی پایداری سازه، جا به جایی‌ها و جا به ‌جایی‌های جانبی

5) ساخت ترکیب نهایی بار (Load Combination)

دو روش وجود دارد:

1. به صورت تک تک و ترکیب دستی
2. انتخاب آیین‌ نامه از نرم ‌افزار:
   • مسیر Design Concrete → Steel یاFrame Design → View/Revise Preferences

آیین ‌نامه‌ای مثل  ACI 318‑14 یا AISC را انتخاب کرده و SAP به صورت اتوماتیک ترکیب‌های استاندارد را تولید می‌کند.

3-1# بار مرده (Dead Load)

بار مرده به تمامی وزن‌های ثابت و دائمی سازه گفته می‌شود که در طول عمر سازه تغییر نمی‌کنند.

این بار شامل وزن مصالح سازه‌ ای (مانند تیر و ستون، سقف، دیوارها)، وزن سازه‌های جانبی ثابت (مثل سقف کاذب، تأسیسات ثابت، پوشش‌ها) و هرگونه وزن دائمی دیگر است.

بار مرده مهم‌ترین بار در طراحی سازه است چرا که به صورت مستقیم وزن سازه را مشخص می‌کند و پایه اصلی تحلیل پایداری و مقاومت سازه به حساب می‌آید.

این بار همواره باید با دقت بسیار زیاد محاسبه و در نرم ‌افزار وارد شود.

1) نحوه تعیین بار مرده در SAP

در نرم‌ افزار SAP، بار مرده معمولاً به دو روش وارد می‌شود:

• وزن خودکار مقاطع (Self-weight): نرم افزار SAP این امکان را دارد که به ‌صورت خودکار وزن مقاطع تعریف شده را در تحلیل وارد کند.
  این ویژگی تحت عنوان Self-weight فعال می‌شود و سبب می‌شود تا نرم‌ افزار وزن کلی سازه را به عنوان بار مرده لحاظ کند.
• بارگذاری دستی: علاوه بر وزن خودکار، بارهای مرده اضافی مانند دیوارهای غیر سازه ‌ای، تجهیزات ثابت و سایر بارهای دائمی به صورت دستی به اجزای سازه اعمال می‌شوند.
  این بارها معمولاً به صورت بارهای یکنواخت (Uniform Load) یا بار متمرکز (Point Load) وارد می‌شوند.

2) تعریف بار مرده در SAP

نحوه تعریف بار مرده در SAP به صورت زیر است:

1. ابتدا به مسیر Define سپس Load Patterns می‌رویم و یک الگوی بار به نام Dead Load با نوع بار Dead تعریف می‌کنیم.
2. سپس از طریق Assign > Frame Loads یا Assign > Area Loads، بار مرده را به اجزای مورد نظر اختصاص می‌دهیم.
3. به‌ عنوان مثال، بار پوشش سقف را می‌توان به صورت بار یکنواخت روی صفحات سقف اعمال کرد.

3) اعمال بار اضافی

اعمال بارهای اضافی (اختیاری) نیز به صورت زیر است:

1. • اگر اجزای اضافی ثابت هستند، می‌توان بارهای نقطه‌ای یا خطی را به تکیه‌ گاه‌ها یا اعضا اختصاص داد.
   • اجرای تحلیل برای بررسی اولیه شکست، جابه‌جایی‌ها و نیروهای داخلی بررسی شوند.
   • اولین تحلیل معمولاً فقط بر اساس بار مرده تنظیم می‌شود.

نکات مهمی که در تحلیل بار مرده وجود دارد، عبارت اند از:

• دقت در تعیین وزن مصالح به کار رفته (چگالی فولاد، بتن و مصالح پوششی)
• توجه به وزن تأسیسات ثابت و تجهیزات دائمی روی سازه
• در نظر گرفتن وزن اتصالات و جوش‌ها در طراحی دقیق

4-1# بار زنده (Live Load)

بار زنده بارهای متغیر و موقتی هستند که روی سازه اعمال می‌شوند و ممکن است در طول زمان تغییر کنند.

این بارها شامل موارد زیر است:

• بار انسانی (مثلاً کارکنان، بازدیدکنندگان)
• بار تجهیزات متحرک یا کالاهای انبارشده
• بار ناشی از حرکت ماشین‌ آلات و وسایل نقلیه داخل سوله
• بارهای موقت ناشی از تعمیرات یا فعالیت‌های خاص

بار زنده نقش مهمی در اطمینان از ایمنی سازه در شرایط استفاده واقعی دارد.

این بار معمولاً از نظر شدت و محل اثرگذاری تغییر می‌کند و باید در طراحی‌ها با ضریب اطمینان مناسب در نظر گرفته شود.

1) تعریف بار زنده در SAP

به منظور تعریف بار زنده در نرم افزار SAP مراحل زیر را طی کنید:

1. ابتدا در بخش Define > Load Patterns  یک الگوی بار به نام Live Load تعریف کنید که نوع بار آن Live است.
2. سپس از طریق مسیرهای  Assign > Frame Loads یا Assign > Area Loads بار زنده به اجزای سازه اختصاص می‌یابد.
3. بار زنده معمولاً به صورت بار یکنواخت یا نقطه ‌ای تعریف می‌شود، به عنوان مثال، بار یکنواخت 2 کیلو نیوتن بر متر مربع برای کف سوله.

نکات مهم در رابطه با تحلیل بار زنده عبارت اند از:

• بار زنده معمولا دارای ضریب کاهشی است که در آیین‌ نامه‌های مختلف ذکر شده؛ زیرا احتمال این که کل بار زنده به صورت کامل و همزمان روی سازه اعمال شود، کم است.
• در بارگذاری، باید بار زنده با بار مرده و سایر بارهای محیطی ترکیب شود.
• در نرم ‌افزار SAP باید ترکیب بارهای مختلف به درستی تعریف شود تا تحلیل واقعی‌تری صورت گیرد.

5-1# تفاوت اصلی بار مرده و بار زنده در SAP

تفاوت بین بار زنده و بار مرده در نرم افزار SAP به صورت زیر است:

ویژگی	بار مرده	بار زنده
ماهیت	دائمی و ثابت	متغیر و موقت
منبع	وزن سازه و تجهیزات ثابت	افراد، تجهیزات متحرک و بارهای متغیر
نحوه تعریف در SAP	Self-weight + بارهای دستی	بارهای دستی  (Uniform / Point)
اهمیت در طراحی	پایه تحلیل سازه و پایداری	اطمینان از عملکرد در شرایط واقعی
ترکیب با سایر بارها	به صورت مستقیم با ضریب 1.4	با ضریب 1.2 و ترکیب با بارهای دیگر

6-1# بار زلزله (Seismic Load) در SAP

بار زلزله، از بارهای جانبی بحرانی در طراحی سازه‌ها به خصوص سوله‌ها است.

نرم ‌افزار SAP امکانات متنوعی برای اعمال بار زلزله مطابق استانداردهای بین‌ المللی دارد.

1) تعریف دیافراگم صلب (Rigid Diaphragm)

به منظور تضمین انتقال صحیح بارهای جانبی مانند زلزله، سقف‌ها باید به عنوان دیافراگم صلب تعریف شوند:

• ابتدا Define سپس Joint Constraints را انتخاب می‌کنیم، در ادامه نیز Add New Constraint و در نهایت Diaphragm را انتخاب خواهیم کرد.
• در مرحله بعد به انتخاب گره‌های سقفی و تعیین محور Z به عنوان صفحه صلب می‌پردازیم.
• این گام موجب می‌شود، سقف واکنش یکپارچه ‌ای نسبت به بار زلزله از خود نشان دهد.

2) تعریف بار زلزله (Seismic Load Pattern)

برای تعریف بار زلزله مراحل زیر را انجام دهید:

1. مسیر Define → Load Pattern را ایجاد، سپس Pattern با نام‌هایی مانند  EQX یا EQY را انتخاب کنید.
2. سپس نوع Quake را انتخاب کنید.
3. به منظور تعیین روش بارگذاری، هنگام تعریف Case بار زلزله، روش‌هایی مانند Load Case Modal Spectrum یا Response Spectrum انتخاب می‌شود.

3) انتخاب آیین ‌نامه و تحلیل مودال

SAP از دو روش داینامیکی برای بار زلزله پشتیبانی می‌کند:

1. تحلیل مودال – طیفی  (Modal / Response Spectrum)
2. تحلیل تاریخچه زمانی (Time History)

مزیت تحلیل مودال، سرعت عملکرد بالاتر برای طراحی ساختمان‌هایی با تعداد طبقات کم یا متوسط است.

خروجی تحلیل مودال، بار پایه (Base Shear) و نیروهای توزیع شده در ارتفاع است.

4) اعمال بار زلزله

پس از تعیین روش تحلیل:

1. مسیر: Define → Load Cases → Add New Load Case
2. انتخاب نوع: Response Spectrum یا  Time History
3. تعیین جهت: X یا Y و انتخاب Pattern مربوط به زلزله
4. تنظیم مقادیر آیین‌ نامه ‌ای: مانند پاسخ طیفی یا فایل تاریخچه برای حالت Time History

در این مرحله می‌توان شدت زمین ‌لرزه یا تاریخچه آن را نیز وارد کرد.

5) اجرای تحلیل و بررسی نتایج

انتخاب مسیر Analyze → Run Analysis پس از تحلیل، خروجی‌هایی مانند:

1. • Base Shear نیروی بُنیه ‌ای
   • Modal Participation Factors
   • جا به جایی گره‌ها
   • نیروها و ممان‌های داخلی اعضا

نشان‌ دهنده رفتار سازه در برابر زلزله است.

6) ترکیب بارگذاری (Load Combinations)

برای طراحی، ترکیبات بار باید تعریف شوند:

• 2 DL + 1.0 EQX
• 2 DL + 1.0 EQY
• 2 DL + 0.5 EQX + 0.5 EQY

همچنین، با انتخاب آیین ‌نامه در مسیر Design → Preferences  مثلاً IBC, Eurocode ،SAP توانایی تولید اتوماتیک ترکیبات را دارد.

نکات کلیدی که در این نوع بار وجود دارد، عبارت اند از:

• دیافراگم صلب: برای اطمینان از توزیع بار مناسب اهمیت دارد.
• روش تحلیل: Modal Spectrum برای سرعت و دقت مناسب بوده و برای محاسبه سریع Base Shear مفید است.
• بررسی نتایج: خروجی‌ها باید از صحت تحلیل و پایداری سازه در برابر زلزله اطمینان لازم را به دست آورند.
• ترکیب بار صحیح: مطابق آیین ‌نامه‌های معتبر، ترکیبات بار باید داشته باشید تا طراحی مهندسی صحیح انجام شود.

7-1# بار برف (Snow Load) در SAP

در مناطق سردسیر، بار برف یکی از بارهای بحرانی روی سقف سوله به‌ خصوص اگر شیب ‌دار باشد، محسوب می‌شود.

مراحل تعریف این نوع بار برای بارگذاری سوله در SAP به صورت زیر است:

1. تعریف  Load Pattern
   • Define → Load Patterns
   • نام SNOW :
   • نوع SNOW: یا در برخی موارد LIVE ROOF  برای مدیریت بهتر ترکیبات
2. اعمال بار برف
   • از دستور Assign → Area Loads → Uniform (Shell) یا Surface Pressure استفاده کنید.
   • سپس مقدار برف مثلاً 20–30 psf یا kg/m² را بر سقف شیب دار اعمال کنید.

در نهایت سقف یا سطح مورد نظر را انتخاب کرده، بار برف به‌ صورت یکنواخت وارد می‌شود.

در سقف‌های شیب دار یا خرپایی، بار به سطح افقی یا مماسی اختصاص می‌یابد.

1) بررسی حالت‌های دیاگرام بار برف

• حالت‌های مختلف بارگذاری بررسی می‌شوند:
  • سقف صاف (Balanced)
  • سقف شیب دار
  • بار تجمعی (snow drift) در کنج‌ها

در سقف شیب دار، بخشی از برف روی سقف نشسته و بخش دیگر ممکن است به سمت زمین روان شود؛ این حالت توسط معادلات استاندارد بررسی و اعمال خواهد شد.

2) تحلیل سازه با بار برف

• پس از اعمال بار، تحلیل سازه انجام می‌گیرد (Analyze → Run Analysis).
• سپس نتایج، مخصوصاً جا به جایی‌ها، تنش‌ها و نیروهای داخلی اعضای سقفی بررسی می‌شود تا مطمئن شویم بار به‌ درستی اعمال و تحلیل شده است.

3) ترکیب بارگذاری

ترکیب‌های مهم با فرمول‌هایی مانند  1.2 DL + 1.6 LL + 0.5 WL + 0.5 SL (Snow Load) در SAP تعریف یا از طریق انتخاب استاندارد Eurocode / AISC اعمال می‌شود.

4) نکات کلیدی عملیاتی

عنوان	توضیح
تعریف دقیق Load Pattern	ایجاد SNOW یا LIVE ROOF با انتخاب ضریب مناسب
محاسبه بار متناسب با شیب	استفاده از ضریب زاویه به عنوان مثال برای Gable
باراسی واضح drift	برای گوشه‌ها یا تلاقی سطوح شیب دار
بررسی دقیق نتایج	تحلیل جابه‌جایی، تنش و واکنش‌ها پس از اعمال بار