ثاثیر بار برف در طراحی سقف شیشه ای و بارانگیر شیشه ای

محاسبه بار برف طبق مقررات ایران، به‌ویژه برای سازه‌ها و بام‌ها، شامل دو بخش اصلی است: بار برف زمین و بار برف بام. این بارها باید با توجه به شرایط خاص جغرافیایی، نوع سازه و ویژگی‌های بام محاسبه شوند.

بار برف بام (P)

برای محاسبه بار برف بام، باید به ویژگی‌هایی چون شیب، دما، گیره، و اهمیت سازه توجه کرد. فرمول کلی برای بار برف بام به‌صورت زیر است:

$$P = \frac{0.7 \cdot C_s \cdot C_e \cdot C_t \cdot I_s \cdot P_g}{}$$

که در آن:

• $P$: بار برف بام
• $P_g$: بار برف زمین
• $C_s$: ضریب شیب
• $C_e$: ضریب برف‌گیری
• $C_t$: ضریب شرایط دمایی
• $I_s$: ضریب اهمیت

ضریب‌ها

بار برف زمین (Pg)

بار برف زمین به وزن لایه برف روی سطح افقی زمین گفته می‌شود که احتمال تجاوز از آن در سال دو درصد (دوره بازگشت 50 سال) وجود دارد. مقادیر بار برف زمین بر اساس تقسیم‌بندی مناطق مختلف کشور  به شرح زیر تعیین می‌شود:

• منطقه 1: برف بسیار کم (نادر) = 0.25 کیلو نیوتن/ متر مربع
• منطقه 2: برف کم = 0.5 کیلو نیوتن/ متر مربع
• منطقه 3: برف متوسط = 1 کیلو نیوتن/ متر مربع
• منطقه 4: برف زیاد = 1.5 کیلو نیوتن/ متر مربع
• منطقه 5: برف سنگین = 2 کیلو نیوتن/ متر مربع
• منطقه 6: برف فوق سنگین =  3 کیلو نیوتن/ متر مربع

این بار را می‌توان با انجام مطالعات دقیق‌تر آماری برای منطقه مورد نظر تعیین کرد، اما مقدار آن نباید کمتر از مقادیر مذکور باشد مگر اینکه به تأیید سازمان هواشناسی کشور برسد.

ضریب اهمیت (Is)

گروه خطرپذیری ساختمان‌ها طبق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران به چهار گروه تقسیم می‌شود که این گروه‌بندی بر اساس میزان خطرات جانی و آسیب‌پذیری ساختمان‌ها در برابر بارهای مختلف (از جمله بار برف) و آسیب‌های وارده در مواقع وقوع حوادث طبیعی تعیین می‌شود. این تقسیم‌بندی به منظور ارزیابی اهمیت و اولویت‌های مختلف طراحی سازه‌ها بر اساس کاربری آن‌ها و میزان خطرات موجود انجام می‌گیرد.

گروه‌بندی خطرپذیری ساختمان‌ها:

گروه اول (خطرپذیری زیاد): ساختمان‌های اضطراری و حیاتی مانند بیمارستان‌ها و ایستگاه‌های آتش‌نشانی.

گروه دوم (خطرپذیری متوسط): ساختمان‌هایی با اهمیت متوسط، مانند اداری و آموزشی.

گروه سوم (خطرپذیری کم): ساختمان‌های مسکونی و تجاری که کمترین خطر را دارند.

گروه چهارم (خطرپذیری خیلی کم): سازه‌های صنعتی و انبارها که کمترین تاثیر بر افراد دارند.

ضریب برف‌گیری (Ce)

در صورتی که وزش باد در منطقه‌ای رخ دهد، برف از روی بام جابجا می‌شود و در صورتی که سطحی با ارتفاع کمتر در مجاورت ساختمان وجود داشته باشد، برف جابجا شده از بام به روی سطح بالاتر انباشت می‌شود. این پدیده باعث ایجاد بار برف اضافی در نواحی خاص می‌شود که به این پدیده «برف‌گیری» گفته می‌شود. مقدار ضریب برف‌گیری در محدوده 0.8 تا 1.1 قرار دارد و بستگی به شرایط محیطی دارد.

عوامل موثر بر ضریب برف‌گیری:

تراکم محیط: در مناطقی که تراکم زیادی از ساختمان‌ها، درختان یا موانع دیگر وجود دارد، سرعت وزش باد کاهش می‌یابد و برف کمتری جابجا می‌شود. در این مناطق ضریب برف‌گیری معمولاً کمتر است.

نوع ناحیه:

ناحیه پرتراکم: مناطق با تراکم بالای ساختمان‌ها یا جنگل‌های انبوه که دارای موانع متعدد و متراکم با ارتفاع 9 متر یا بیشتر هستند. در این مناطق، اثر برف‌گیری بیشتر است.

ناحیه باز: مناطقی که ساختمان‌ها و موانع به صورت پراکنده قرار دارند، یا در مجاورت دریاچه‌ها، دریا، ساحل باز یا پوشش گیاهی کم ارتفاع واقع شده‌اند. در این مناطق، اثر برف‌گیری کمتر است.

تعیین نوع ناحیه: برای تعیین ضریب برف‌گیری، باید جهت وزش باد را در نظر گرفته و دو قطاع 45 درجه در دو طرف جهت باد تعیین شده و ناحیه‌ای که بیشترین اثر را دارد انتخاب می‌شود.

ضریب برف‌گیری به‌منظور محاسبه بار برف موثر بر روی بام‌های ساختمان‌ها با توجه به شرایط محیطی و تراکم موانع در اطراف ساختمان استفاده می‌شود.

ضریب شرایط دمایی (Ct)

این ضریب شرایط دمایی برای محاسبه بار برف روی بام ساختمان‌ها استفاده می‌شود:

1.1: ساختمان‌هایی که همیشه در دمایی کمی بالاتر از صفر درجه نگه داشته می‌شوند.

1.2: ساختمان‌های بدون گرمایش یا ساختمان‌هایی که زیر آنها باز است.

1.3: ساختمان‌هایی که همیشه دمای آن زیر صفر نگه داشته می‌شود.

1: سایر ساختمان‌ها.

این ضرایب بر اساس شرایط دمایی داخلی ساختمان در طول عمر مفید آن تعیین می‌شوند.

ضریب شیب (Cs)

• برای بام‌های مسطح و بام‌های کنگره‌ای و شیبدار دندانه‌ای: ضریب شیب برابر با 1 است (برای تمام سطوح).
• برای بام‌های شیب‌دار: ضریب شیب با توجه به زاویه شیب محاسبه می شود.
• برای بام‌های با شیب بیشتر از 70 درجه، ضریب شیب برابر صفر است و بار برف بر این بام‌ها محاسبه نمی‌شود.

بار برف در طراحی سقف های شیشه ای

سقف شیشه ای و بارانگیر شیشه ای به دلیل ویژگی‌های خاص ممکن است با مشکلاتی در خصوص بار برف مواجه شوند که باید در طراحی آنها لحاظ شود. در صورتی که بار برف به درستی در نظر گرفته نشود، می‌تواند به مشکلات سازه‌ای منجر شود. در طراحی این سقف‌ها، باید موارد زیر را در نظر گرفت:

سطح صاف و لغزنده سقف های شیشه ای: سقف‌های شیشه ای به دلیل سطح صاف و لغزنده خود، تمایل به کاهش انباشت برف دارند. این ویژگی باعث می‌شود که برف به راحتی از روی بام سر بخورد، اما در صورتی که شیب سقف به اندازه کافی نباشد یا عوامل محیطی (مثل باد شدید یا دمای پایین) برف را روی سقف نگه دارند، ممکن است انباشت برف در مناطقی از سقف بیشتر شود.

خطر بار اضافی ناشی از برف گیری: در مناطقی که وزش باد شدید باشد و برف از روی سقف جابجا شود، این برف می‌تواند در نقاط پایین‌تر یا لبه‌های سقف انباشته شده و موجب بار اضافی شود. به خصوص در سقف‌های شیشه‌ای که سطح صاف دارند، این پدیده می‌تواند باعث فشار اضافی بر سقف شود. در این شرایط، باید ضریب برف‌گیری (Ce) و ضریب شیب (Cs) به‌طور دقیق در طراحی محاسبه شود.

دمای داخلی ساختمان و تأثیر آن بر بار برف: در صورتیکه فضای داخل ساختمان گرمایش داشته باشد، برف روی سقف شیشه ای سریع‌تر ذوب شده و به لبه‌ها روانه می‌شود. در این مواقع، اگر فضای بیرون ساختمان سرد باشد، ذوب شدن برف و یخ زدگی مجدد آن در لبه سقف می‌تواند باعث ایجاد سد یخی شود. این پدیده می‌تواند موجب تجمع برف در لبه‌های سقف شیشه‌ای و اعمال فشار بر آن شود.

ضرورت توجه به شرایط محیط : در طراحی سقف‌های شیشه‌ای باید به تراکم محیط اطراف ساختمان و نوع ناحیه (پرتراکم یا باز) توجه کرد. در مناطق با تراکم بالا، برف جابجا نمی‌شود و فشار بیشتری روی سقف وارد می‌آید. در نتیجه، باید محاسبات بار برف دقیق‌تر انجام شود. این نکته مخصوصاً در نواحی با هوای سرد و بارش برف زیاد اهمیت دارد.

محاسبه بار برف برای سقف‌های شیشه ای: در محاسبه بار برف برای سقف‌های شیشه‌ای، علاوه بر ضریب شیب و شرایط دمایی، باید به جنس و نوع پوشش سقف نیز توجه شود. سقف‌های شیشه‌ای، برخلاف سقف‌های فلزی یا دیگر پوشش‌ها، به دلیل شفاف بودن و خاصیت منعطف بودن شیشه ممکن است بار برف را به‌طور یکنواخت توزیع نکنند و در نواحی خاص فشار بیشتری وارد کنند. بنابراین، برای این نوع سقف‌ها، باید بار برف برای تمام سطوح به‌ویژه لبه‌ها و مناطق که احتمال تجمع برف بیشتر است، محاسبه شود.

ضریب شیب و تأثیر آن بر بار برف: به طور کلی، بام‌های شیب‌دار بار برف کمتری را نسبت به بام‌های مسطح تحمل می‌کنند. اما سقف‌های شیشه‌ای مسطح ممکن است برف بیشتری روی خود نگه دارند، به ویژه اگر شیب سقف کم یا ناچیز باشد. برای سقف‌های شیشه‌ای، ممکن است لازم باشد که ضریب شیب برابر با یک در نظر گرفته شود، به ویژه اگر سطح صاف باشد و هیچ نوع لغزش برف نداشته باشیم.

نتیجه‌گیری:

در طراحی سقف و بارانگیر شیشه ای، باید بار برف به دقت محاسبه شود، زیرا این نوع سقف‌ها ممکن است ویژگی‌هایی داشته باشند که موجب انباشت بیشتر برف یا فشار اضافی بر سقف شود. توجه به ضریب شیب، تراکم محیط، شرایط دمایی و همچنین احتمال برف‌گیری در نواحی مختلف، از جمله عواملی هستند که باید در نظر گرفته شوند تا از آسیب‌های احتمالی به سازه جلوگیری شود.