Tag Archives: مقاوم سازی
ایمنی ساختمان ها در برابر حریق
ایمنی ساختمان ها در برابر آتش
یکی از عوامل تهدید کننده ساختمانها بحث حریق و آتش سوزی در آنها است. میزان حساسیت به حریق در طراحی سازهها در ساختمانهای متفاوت بسته به کاربری و تصرف آنها متفاوت است. هر چه سازه از نظر اجتماعی، سیاسی و یا اقتصادی مهمتر باشد توجه به بحث ایمنی نیز در آن اهمیت بیشتری دارد. در طراحی و ساخت چنین سازههایی باید اصول ایمنی کاملاً رعایت شوند. برای این کار طراح و مجری باید با رفتار ساختمانها و مصالح ساختمانی در برابر آتش آشنایی کافی داشته باشد. آتش سوزی علاوه بر خسارات مالی بسیار میتواند باعث آسیب به سلامت افراد و رخ دادن آسیبهای روحی نیز شود که این خسارات میتوانند در مواردی کاملاً جبرانناپذیر باشند. در نتیجه، جلوگیری از وقوع چنین حوادثی و علاج واقعه قبل از وقوع بسیار مهم بوده و میتواند این آسیبها را تا حد قابل قبولی کاهش دهد. استفاده از سیستمهای اعلام حریق، تجهیز ساختمان با تجهیزات لازم برای اطفای حریق، ایجاد راههای فرار ایمن برای ساکنین و ایجاد دسترسی مناسب برای آتشنشانان برای زمان وقوع آتش، همگی در ایمن سازی هر چه بهتر یک ساختمان نقش دارند و میتوانند در کنار استفاده از مصالح مناسب و غیرقابل اشتعال و روشهای ایمنی ساختمان ها در برابر آتش بسیار مؤثر باشند.
مکانیزم ایجاد آتش سوزی
برای ایجاد حریق باید اعضای سهگانهی مثلث آتش در محل موجود باشد. برای شکلگیری آتش سه عامل ماده قابل اشتعال، اکسیژن کافی و درجه حرارت باید در محل فراهم باشند تا ماده با رسیدن به دمای اشتعال خود بسوزد. گسترش آتش دارای دو مرحله است. در مرحله ابتدایی حریق ایجاد میشود و رفتار مصالح در برابر آتش در این مرحله مهم است.
در این مرحله شعله ایجاد شده و در کنار یک ماده قرار میگیرد. طولانیتر بودن این مرحله مطلوب است. در این مرحله دمای ماده بالا میرود تا به نقطه اشتعال برسد. سپس آتش وارد مرحله دوم میشود. مرحله دوم مرحله حریق کامل است. در این مرحله اجزا مهم هستند؛ این مسئله که ساختار کلی و اجزای سازه چه قدر میتوانند در برابر آتش مقاومت داشته باشند و اجازهی عبور آن را ندهند.
پس از ایجاد آتش در ساختمان، گسترش و ادامهی آتش سوزی به عوامل مختلفی در ساختمان بستگی دارد. برای مثال؛ هندسه فضاها، بازشوها، دما، امکان خروج حرارت و ورود هوا در محیط تعیینکننده هستند. اجزای سازهای در برابر حریق باید چند ویژگی از خود نشان دهند. باید پایداری، یکپارچگی و نارسانایی داشته باشند.
منظور از پایداری آن است که جزء سازهای در برابر افزایش حرارت و دما پایداری خود را حفظ کرده و گسیخته نشود. همچنین، جزء ساختمانی نباید دچار ترک و شکافی شود که حرارت و دود را انتقال دهد؛ در واقع باید یکپارچگی خود را حفظ کند. علاوه بر این، جزء مورد نظر باید عایق باشد تا انتقال حرارت به بخشهای دیگر با سرعت کمتری اتفاق بیفتد.
اجزای سازهای باید مقاومت یک یا دو ساعت در برابر حریق داشته باشند و از فروپاشی یکباره ساختمان جلوگیری شود. در مورد اجزای غیر سازهای لازم است از مصالحی با خطر کم از نظر آتشورزی استفاده شود. راهپلهها و راههای خروج باید حتماً ایمن باشند و مصالحی چون فومها که خطرناک هستند نباید بدون محافظ ضد آتش باشند.
حریق در ساختمانها به دو صورت هیدروکربنی و سلولزی رخ میدهد. آتش سوزیهای هیدروکربنی از ابتدا مخربتر و آسیبزنندهتر هستند. آتش سوزیهای سلولزی دیرتر به اوج رسیده و توسعه مییابند اما زمان فروکش کردن آنها نیز زیاد است. جهت گسترش آتش به دو صورت افقی و عمودی است. گسترش آتش سوزی به صورت عمودی سریعتر است و عوامل آن راهروها و پلهها، کانال آسانسورها، پنجرهها، روزنه و منافذ سقفهای کاذب، کانال کابلهای برق، کولر و تهویه است.
اثرات آتش بر مصالح مختلف
مصالح مختلف رفتارهای متفاوتی در برابر آتش از خود نشان میدهند.
- گچ:
گچ مقاومت خوبی در برابر حریق دارد و علت این امر وجود آب تبلور (حدوداً 20 درصد) در ترکیب آن است. انرژی گرمایی ناشی از آتش صرف تبخیر آب تبلور گچ میشود. همچنین لایهی باقیمانده گچ خود به عنوان یک عایق عمل میکند. علت این مسئله پایینتر بودن ضریب هدایت حرارتی آن نسبت به گچ متبلور است.
- بتن:
بتن یک مصالح کامپوزیت است و رفتار آن متأثر از رفتار تمامی اجزاء آن و اندرکنش بین آنها است. در اثر حرارت بتن دچار کاهش مقاومت و ظرفیت باربری میشود. در اثر افزایش حرارت دی هیدراسیون اتفاق میافتد. بتن متشکل از خمیر سیمان و سنگدانه است. این سیمان هیدراته دارای حفرههایی است که با آب و بخار آب پر شده است.
آب موجود در این حفرهها بر اثر حرارت تبخیر شده، رفتار خمیری کاهش یافته و مقاومت کم میشود. در اثر افزایش حرارت تجزیهی مادهی ژلهای در بتن شروع شده و به مرور زمان بتن تخریب میشود. همچنین در اثر حرارت و ایجاد گرادیان دمایی تنش حرارتی در بتن ایجاد میشود. در نتیجه افزایش دما بتن پوسته پوسته شده و این تورق سبب کاهش ضخامت و در نتیجه کاهش مقاومت میشود.
همچنین تورق سبب رسیدن حرارت به بخش فولادی یعنی میلگردهای موجود در بتن مسلح میشود. عوامل مختلفی چون درصد رطوبت و نفوذپذیری بتن بر رفتار بتن در برابر آتش مؤثر هستند. استفاده از سنگدانههای سبک، افزودنیها و فیبر میتواند در بهبود رفتار بتن مؤثر باشد.
- فولاد:
فولاد در برابر حرارت بسیار حساس است و دچار تخریب زیادی میشود. در اثر افزایش دما، کریستالهای فولاد تخریب شده و مشخصات مکانیکی و رفتاری آن کاهش مییابد.
اثرات حریق بر سازهها
عوامل مختلفی هم چون نحوهی توزیع دما، اندرکنش سازهای، قیدها و اتصالات، تأثیر مواد ضد آتش و … بر رفتار سازهها در مقابل آتش مؤثر است. آتش باعث تغییر مشخصات و خواص فیزیکی مصالح میشود و این مسئله بر رفتار کلی سازه اثر گذاشته و باعث تخریب میشود. توانایی یک عضو در حفظ استحکام و پایداری در زمان قرارگیری در معرض آتش بسیار مهم است.
برای برخی عضوها مانند دیوارها و سقفها، اقدام برای جلوگیری از گسترش آتش ضروری است. به طور معمول دوام در برابر آتش با قرار دادن یک نمونه تحت آزمایش استاندارد به دست میآید.عملکرد عضو سازهای در آتش سوزی به مشخصات مکانیکی و حرارتی آن عضو ارتباط دارد. با افزایش دما، مقاومت عضو در برابر تغییر شکل معین، ضریب کشسانی و سختی کاهش مییابد.
رفتار عضو سازهای در معرض آتش را میتوان با روشهای تحلیل سازه تخمین زد. تغییرات تغییر شکل و باقی مشخصات در مقایسه با طراحی در دمای معمولی باید در نظر گرفته شود. ممکن است تیرها و خرپاها با توجه به شرایط انتهایی، واکنشهای مختلفی را نشان دهند. عضوی که قید محوری ندارد در زمان آتش سوزی بدون ایجاد نیروی محوری تغییر شکل پیدا میکند ولی در عضوی که دارای قید محوری است، تنشهای محوری به وجود میآید.
در عضوهایی که به یکدیگر وصل نیستند، احتمال دارد با غلبه بار وارده بر مقاومت، تخریب اتفاق افتد ولی در عضوهای متصل، به دلیل کاهش یافتن ضریب کشسانی تغییر شکل بزرگی اتفاق میافتد ولی عضو دیرتر تخریب میشود. با کاهش ضریب کشسانی و ضعیف شدن اتصالات ستونها به کفها، لاغری ستون زیاد شده و در نتیجه احتمال کمانش ستون زیاد میشود.
در بحث مقاومت ساختمانها در برابر آتش باید به دو نکته توجه کرد. مقاوم سازی اجزای سازهای در برابر آتش و استفاده از مقاوم سازی در برابر حریق در بخشهای غیر سازهای. طراحی و ایمنی سازهها در برابر حریق باید بر اساس طراحی ضخامت حاصل از تست آتش در آزمایشگاه معتبر حریق و بر اساس استاندارهای معتبر باشد. لازم است ديوارهای خارجی دارای درجه مقاومت در برابر آتش بوده و بازشوهای آنها نیز در برابر آتش محافظت شده باشد.
الف) آتش در سازههای بتنی
همان طور که پیشتر توضیح داده شد، مشخصات مکانیکی بتن در اثر افزایش دما دچار تغییراتی میشود. افزایش دما باعث کاهش مقاومت مکانیکی بتن شده و با افزایش حرارت، این مقاومت میتواند تا 50 درصد مقاومت اولیه کاهش یابد. افزایش حرارت رخ داده در هنگام آتش سوزی سبب خرد شدن در بتن میشود.
پس از خردشدگی و ایجاد ترک در بتن، حرارت ناشی از آتش سوزی به داخل بتن منتقل شده و باعث افزایش حرارت لایههای داخلی و میلگردها میشود. تبخیر آب در اثر حرارت باعث ایجاد فشار در داخل بتن میشود و نهایتاً انفجار و خردشدگی رخ میدهد. هر چه نفوذپذیری بتن کمتر شود، میزان خردشدگی افزایش مییابد. در اثر تبخیر آب بتن متلاشی شده و خساراتی به بار میآورد.
ب) آتش در سازههای فولادی
سازههای فولادی در مقابل آتش بسیار حساس هستند و در آنها باید حتماً مقاوم سازی گیرد. در یک سازه اسکلت فلزی، كاهش مقاومت مكانيكی و مقاومت كششی، افزايش طول، تغيير شكل و خم شدن اسكلت فلزی رخ داده و احتمال تخريب یک ساختمان اسکلت فلزی در صورت افزايش زمان آتش سوزی بسیار بالا است.
آتش و ایمنی در ساختمانهای بلند
در ساختمانهای بلند در هنگام آتش سوزی به دلیل ارتفاع امکان دسترسی به نقاط بالایی با نردبان نیست. در نتیجه این ساختمانها به تمهیدات ویژهای نیاز دارند. برای ساختمانهای بلند لازم است تا یک ساختمان خاموش کنندههای دستی و تجهيزات كافی اطفای خودكار نيز داشته باشد.
در ساختمانهای بلند از آسانسورهای حفاظت شده استفاده میشود. این آسانسورها به افراد ساکن و آتشنشانان در زمان حریق کمک میکند. در ساختمانهای بلند نیز سیستمهای اعلام و اطفای حریق و کنترل دود تعبیه میشوند.
سیستمهای کشف و اعلام حریق
سیستمهای کشف و اعلام حریق برای ایجاد آگاهی سریع اولیه بوده و میتواند در اطفای حریق پیش از رخ دادن شرایط بحرانی مؤثر باشد. استفاده از این سیستمها سبب کاهش قابل توجه حجم خسارات میشود. کنترل، نصب و طراحی این سیستمها باید توسط استانداردهای معتبر داخلی یا خارجی بررسی شود.
عمدتاً کاشفهای از نوع دودی مناسب هستند مگر آن که بسته به شرایط موجود مانند ارتفاع سقف این کاشفها مناسب نباشند. سیستمهای اعلام حریق انواع مختلفی دارند و به دو صورت دستی و خودکار هستند.
سیستمهای اطفای حریق و کنترل دود
سیستمهای اطفای حریق میتوانند به صورت دستی و یا خودکار باشند. نوع، تعداد، اندازه و فواصل خاموش کنندهها مهم بوده و باید بر اساس استانداردهای ملی و بینالمللی تعیین و کنترل شوند. خاموش کنندههای آتش باید به طور مطمئن در محل قرار گیرند و دچار سقوط و آسیب نشوند. خاموش کنندهها باید همواره در حالت شارژ و قابل استفاده باشند.
جهت کنترل دود باید تهویه (طبیعی و مکانیکی) مناسب صورت گیرد و سیستمهای تهویه در محل قرار گیرند. توجه به راهكار تنظيم فشار برای محافظت شفت آسانسور در برابر دود طبق مقررات ملی ساختمان ضروری است. آشکارسازهای دودی دارای انواع مختلفی مانند نوری و لیزری هستند.
خروج از ساختمان و فرار در هنگام آتش سوزی
پیشبینی راههای خروج و حفظ ایمنی افراد در هنگام آتش سوزی بسیار مهم است و باید تمهیدات مناسبی برای آن انجام شود. مسیرهای خروج و فرار اضطراری باید امن و مؤثر بوده و در تمام اوقات و برای تمامی افراد به صورت مناسب و عادلانه قابل استفاده باشد. راههای خروج باید اصولی، كافی و بدون مانع باشند.
طبق تعریف مقررات ملی ساختمان راه خروج به مسير پيوسته و بدون مانعی گفته میشود كه از هر نقطهی بنا شروع و به صورت ايمن تا معبر عمومی (كوچه يا خيابان) امتداد يابد. یک راه خروجی شامل سه بخش دسترس خروج، خروج و تخلیه خروج است. دسترس خروج بخش ابتدایی و مهمترین بخش از مسیر خروج است.
حداکثر طول مسیر طی شده برای دسترسی و مسیر پیمایش دارای محدودیتهایی است. برای طراحی یک راه خروج بر اساس نوع تصرف ساختمان باید ضوابط و محدودیتهایی شامل پهنای مفید، چگونگی قرارگیری درهای خروجی، روشنایی مسیر و … رعایت شود. برای مثال در ضوابط مربوط به پهنای مفید درهای خروج و اشغال فضای درهای خروجی اشاره شده است که درهايی كه به مسير راه خروج باز میشوند، نبايد طی باز شدن پهنای الزامی را به كمتر از نصف آن كاهش دهند.
ایمنی ساختمان ها در برابر آتش
ایمنی ساختمان ها در برابر آتش بسیار ضروری بوده و از بروز فجایع بسیاری جلوگیری میکند. برای مثال در مواردی پس از وقوع زلزله آتش سوزی ایجاد میشود که آتش ایجاد شده میتواند از زلزله مخربتر عمل کند. تمامی کارهای مرتبط با ایمنی ساختمان ها شامل طراحی، تأمین کالا و اجرا باید زیر نظر سازمان آتشنشانی و تأییدیه آن صورت گیرد.
در یک نگاه کلی سازههای بتنی و اجزای آنها در مقایسه با سازههای فولادی دارای اینرسی بیشتری هستند و اگر سازههای بتنی دچار آتش سوزی شوند، زمان بیشتری نسبت قطعات فولادی صرف میشود. پس میتوان اینطور استنباط که سازههای بتنی در برابر سازههای فولادی کمتر آسیب میبینند و مقاوم سازی در برابر حریق در آنها کمتر اهمیت دارد.
در مقاطع بتنی پر از میلگرد در ستونها، حریق مهم است. درصورتیکه درصد میلگردهای یک ستون از حدی افزایش یافت باید اقدامات لازم صورت گیرد که یکی از این اقدامات بهکارگیری پوششهای ضد حریق برای ایمنی ساختمان در برابر آتش سوزی است.
ایمنی سازههای فولادی در برابر حریق بیشتر اهمیت دارد هر چند در مواردی این اهمیت کمتر است. برای مثال در ساختمان اسکلت فولادی مسکونی که ۴ طبقه روی زمین دارند نیازی به ایمنی در برابر حریق نیست.
پوششهای ایمن در برابر آتش
هر ماده مقاوم ساز در برابر آتش باید دارای گواهینامههای ایمنی و بهداشت باشد تا باعث ضرر رساندن به سلامت ساکنان و بهرهبرداران نشود. ایجاد پوششهای مقاوم در برابر آتش علاوه بر ایجاد پایدارسازی در سازه و جلوگیری از سرایت حریق، فرصت فرار و امدادرسانی را نیز فراهم میکند.
یکی از مؤثرترین و متداولترین روشهای حفاظت از سازهها و ایمنی در برابر حریق استفاده از پوششهای محافظ در برابر حریق است. تیرها و ستونها باید در برابر آتش عایق سازی شوند. در انتخاب و اجرای پوششهای مقاوم در برابر آتش عوامل مختلفی مؤثر هستند. این عوامل عبارتاند از:
- میزان مقاومت در برابر آتش
- راحتی اجرا
- سبک بودن
- ایجاد یکپارچگی پس از اجرا
- داشتن ماندگاری و سختی
- تولید نکردن دود و گازهای سمی در هنگام وقوع آتش
- عایق بودن در برابر حرارت و کاهش انتقال حرارت
- داشتن قابلیت ترمیم ساده
انواع پوششها شامل پوششهای معدنی و رنگهای منبسط شونده است. پوششهای معدنی بسته به نیاز با ضخامتهای مختلف اجرا میشوند. این مواد خواص مقاومتی مناسبی داشته و به سرعت قابل اجرا است. سازههای بتنی یا فولادی پوشیده شده با پوشش ضد حریق با مواد معدنی پاششی در برابر شوک اولیه انفجار هم از خود مقاومت نشان میدهند که این مسئله میتواند امتیاز بزرگی برای پوشش ضد حریق پاششی معدنی به حساب بیاید.
رنگهای منبسط شونده عملکرد ویژهای دارند. در دماهای بالا به علت یک سری واکنشهای شیمیایی، گازهای خنککنندهای آزاد کرده و با پف کردن (حدوداً 20 برابر ضخامت اولیه) دچار ازدیاد حجم شده و یک لایه عایق زغالی تولید کرده و از ساختمان در برابر حریق محافظت میکند. این لایه مانع رسیدن حرارت به سطح زیرین میشود. چهار ترکیب در رنگهای منبسط شونده استفاده میشود که شامل ترکیب پلیهیدریک جهت تولید کربن در حین حریق، عامل آبزدایی، عامل اسفنجی کننده یا تولید گاز و رزین که عامل چسباننده رنگ است.
برخی اندودهای پاششی مقاوم در برابر حریق بر پایهی گچ جهت محافظت تیر و ستونهای فولادی و بتنی، دیوارها و سقفهای بتن مسلح و سقفهای بتنی مسلح با عرشه فولادی استفاده میشوند. اجزای اصلی تشکیلدهنده این محصول ورمیکولیت، گچ، پرلیت و افزودنیهای سبک است. پوشش ضد آتش بر پایهی گچ امکان استفاده به صورت پانلهای پیشساخته را نیز دارد. از دیگر انواع پوششهای ایمن در برابر حریق میتوان به پانلها اشاره کرد.
قبل از شروع عملیات پاشش و ایمنی با پوششها باید توجه شود که سطح فولاد عاری از روغن، گریس، پوسته و یا هر مادهای که چسبندگی را کاهش میدهد، باشد. در همین راستا، پیش از شروع عملیات، سطوح اسکلت باید با دستگاه واترجت شسته شوند تا سطوح عاری از هرگونه گردوخاک شود.
مستندات مورد نیاز جهت دریافت تأییدیه ایمنی ساختمان ها در برابر حریق با مواد پاششی از آتشنشانی
- نامه از سوی کارفرما (مالک) و اعلام مشخصات پروژه مانند کاربری، تعداد طبقات، ارتفاع ساختمان، نوع ساختار کف، جزییات کف سازی و … .
- آخرین نقشههای معماری و سازهای ممهور به مهر اشخاص حقیقی و حقوقی صاحب صلاحیت در ابعاد A3.
- گزارش میزان مقاومت مورد نیاز تمامی المانها بر اساس اصلاحیه فصل دوم و سوم مبحث سوم مقررات ملی ساختمان.
- نامه نمایندگی از شرکت سازنده مواد در زمینهی طراحی، تأمین مصالح و اجرا برای شرکت مجری.
- مستندات روش طراحی بر اساس استانداردهای معتبر جهانی.
- نقشههای کارگاهی.
- مشخصات فنی مواد به صورت جداگانه که حاوی مشخصات فیزیکی و شیمیایی مواد باشد.
- مشخصات ایمنی مواد بر مبنای آزمایشهای انجام شده در حوزه ایمنی و بهداشت.
- کپی برابر اصل گواهی مبدأ قابلپیگیری محمولههای مواد مقاوم در برابر حریق حمل شده به کارگاه.
- مستندات مبنی بر حمل کالا مطابق استانداردها.
- تمامی کیسههای وارد شده به کارگاه باید دارای برچسب استاندارد معتبر باشند.
- استفاده از ماده ایمنی در برابر حریق پایه سیمانی بر روی المانهای سازه در شرایط داخلی نمایان مانند طبقات زیر همکف الزامی است.
- تأییدیه برای تمامی پرسنل پاشش کار از کارخانه تولیدکننده مصالح.
- دستورالعملهای اختلاط و اجرا بر اساس دستورالعمل سازنده.
- دستگاههای پاشش مورد استفاده باید الزامات درخواستی شرکت سازنده را در رسیدن به کیفیت نهایی پاشش دارا باشد
- شرکت مجری موظف به دریافت تضمین از کارخانه تولیدکننده برای هر پروژه است.
- سوابق اجرایی و رضایتنامهها.
آئیننامههای مرتبط با آتش سوزی در سازهها
- نشریه 682 مرکز تحقیقات مسکن، راه و شهرسازی: آییننامه محافظت ساختمانها در برابر آتش.
- مبحث سوم مقررات ملی ساختمان: حفاظت ساختمانها در مقابل حريق.
- نشریه 112 سازمان برنامه و بودجه: دستورالعمل اجرایی محافظت ساختمانها در برابر آتش سوزی.
- مقررات و الزامات ایمنی ساختمان سازههای فولادی در برابر حریق توسط مواد پاششی معدنی سازمان آتشنشانی کشور.
جمعبندی
سازهها باید با توجه به خطراتی مانند زلزله، آتش، باد و… طراحی شوند. آتش یکی از عوامل تهدیدکننده برای ساختمانها است. لذا ایمنی ساختمان ها در برابر حریق امری ضروری است و باعث میشود در ترکیب با سیستم اطفاء و اعلام حریق ایمنی ساختمان بسیار بالا رود. سازه مقاوم در برابر حریق در فزایش زمان امدادرسانی و کاهش خسارات جانی بسیار مؤثر است.
در گام نخست تمامی مهندسین باید با توجه به کاربری ساختمان، تعداد و مساحت طبقات مقاوم سازی و طرح مناسب در برابر حریق را ارائه دهند. پیشبینی راههای خروج، تأمین امکانات لازم جهت جلوگیری از بروز آتش در سازه، فراهم ساختن امکانات لازم جهت اطفای حریق و جلوگیری از گسترش حریق در بین فضاها در کنار ایمنی ساختمان ها در برابر حریق، امری ضروری است.
در مواجه با بحث حریق در ساختمانها توجه به سه نکته ضروری است. پیشگیری از ایجاد حریق، آموزش افراد و عملیات در زمان وقوع آتش سوزی. پیشگیری از حریق و گسترش آن با ایمنی ساختمان ها و استفاده از مصالح مناسب میسر میشود. همچنین باید آموزش به افراد و بهرهبرداران ساختمانها جهت جلوگیری از انجام رفتارهای پرخطر و استفاده از سیستمهای اطفای حریق صورت گیرد.
لزوم اجرای اصول ایمنی ساختمان ها مانند مقاومسازی در برابر حریق و لزره بسیار مهم است چرا که هیچ چیز گرانبهاتر از جان افراد نیست. یک مجری مناسب باید تمامی نکات مرتبط با ایمنی ساختمان ها را با دقت اجرا کرده و در این زمینه از دانش روز و تجهیزات موجود بهترین بهره را ببرد.
مطالب مرتبط:
مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله
مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله چگونه است؟
زلزله پدیده طبیعی است که در اثر وقوع، خسارات و آسیبهای زیادی به بار میآورد. کشور ایران روی کمربند آلپ-هیمالیا قرار گرفته است و زلزلههای شدیدی تا بزرگی 7.5 ریشتر را تجربه کرده است. پهنهبندی نقشههای زمینلرزه خیزی، نشان میدهد که وسعت قابلتوجهی از ایران بر محور لرزهخیزی پرخطر قرار گرفته است که شامل بسیاری از شهرهای پرجمعیت میشود. به همین دلیل ایران از مناطق مهم لرزهخیز دنیا به حساب میآید و همین نکته باعث میشود تا توجه به مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله در ایران اهمیتی دوچندان داشته باشد. به همین علت علم مقاوم سازی ساختمان علیالخصوص در کشورهای زلزلهخیز روز به روز در حال پیشرفت است. امروزه از روشهای نوینی مانندFRP، جداگرها و ژاکتهای بتنی و فلزی استفاده میشود. رخداد زلزله میتواند خرابیهای زیادی به بار آورد اما به راستی زلزله به تنهایی بسیار ویرانکننده است یا ساخت غیر اصولی بدون رعایت ضوابط لرزهای و مقاوم سازی لرزهای این تخریب را چندین برابر میکند؟ روشهای مختلفی جهت مقاوم سازی سازهها در برابر زلزله وجود دارد که روش مناسب باید به فراخور شرایط و ویژگیهای هر سازه انتخاب شود. بخش زیادی از هزینههای مرتبط با کاهش خسارات ناشی از زلزله را هزینه مقاوم سازی ساختمانهای با مقاومت ناکافی در برابر زلزله در برمیگیرد، ازاینرو انتخاب سازههایی که نیاز به مقاوم سازی دارند و شیوه صحیح برای مقاوم سازی ساختمان بسیار مهم است.
ساختمانها در برابر زلزله
شکلپذیری یک پارامتر مهم در سازهها است. عملکرد شکلپذیری در سازه مانند یک فیوز است. در طراحی نیز تیرها ضعیفتر از ستونها طراحی میشوند تا مفصل پلاستیک ایجاد شود. در این حالت بخشی از تیر حالت خمیری پیدا کرده و استهلاک انرژی رخ میدهد. در هنگام زلزله وجود اعضا شکلپذیر این امکان را به ساکنین ساختمان میدهد تا فرصت خروج داشته باشند. در واقع آنچه از عملکرد ساختمان در هنگام لرزه مدنظر است فرونریختن یکباره است. در مقاطعی مانند تیرها باید مفاصل پلاستیک ایجاد شود تا عملکرد لرزهای مناسبی داشته باشد.
طراحی لرزهای سازهها بر اساس عملکرد انجام میشود بدین معنا که در کمترین حالت انتظار، بایستی سازه شکلپذیری حداقلی را از خود در هنگام زلزله نشان دهد. در این روش انتظار میرود ساختمان مقاوم در برابر زلزله در برابر مقدار مشخصی نیرو، مقاومت کرده و بتواند مقدار تغییر مکان تعیین شدهای را بدهد که مقدار تغییر مکان و نیروی مذکور با توجه به سطح عملکرد ساختمان تعیین میگردد.
در تحلیل و طراحی ساختمانها در برابر زلزله توجه به اعضای سازهای و غیر سازهای مهم است. برای بررسی اثر خرابی غیر سازهای بر روی رفتار لرزهای سازهها دو عامل جرم و سختی مطرح است. هر قدر که جرم سازه بيشتر باشد نيروی زلزله بزرگتری به سازه وارد میشود، استفاده از روش های نوین ساخت و مصالح سبک میتواند در کاهش وزن بسیار مؤثر باشد. توجه به اجرا غیر سازهای به ویژه دیوارها بسیار مهم است.
به کارگيری ديوارهای سنگين، جرم کلی ساختمان را افزايش داده و نيروهای بيشتری از زلزله به سازه هدایت میکند، همچنین اين اجزا به خاطر وجود جرمهای زياد و به دلیل اتصال به سازه، تحت اثر شتاب زلزله، در امتداد عمود بر صفحه خود دچار ناپايداری و انهدام خارج از صفحه میشوند. فروریزش دیوارها باعث ایجاد آوار بسیار زیادی میشود که جان افراد را به خطر انداخته و امدادرسانی را نیز دشوارتر میکند. همچنین، جرم زیاد باعث افزایش اثر P-Δ میشود.
اثر سختی پرکنندههای ميانقابی بر رفتار کلی سازه بسیار مهم است. اين اجزا در ناحیهی ارتجاعی، سختی جانبی سازه را به مقدار قابلتوجهی افزايش میدهند. در نتیجه به علت وجود این سختی کاذب اوليه، بارهای بزرگ و پیشبینینشدهای در هنگام وقوع زلزله به سازهها وارد میشوند. اجزای سازه برای مقابله با این بارها طراحی نشدهاند پس مقاومت کافی در برابر آنها را ندارند. آثار ناشی از صلبيت پرکنندههای ميانقابی در رفتار لرزهای عبارتاند از:
- تشدید پاسخ دینامیکی سازه
ديوارهای ميانقابی صلب، باعث افزايش سختی جانبی سازه (در ناحيه ارتجاعی) و کوتاه شدن دوره تناوب طبيعی آن میشود در نتیجه، اثر زلزله ورودی به سيستم تغيير میکند و غالباً برش زلزله زیاد خواهد شد.
2. ایجاد طبقه نرم
اگر پرکنندههای ميانقابی در ارتفاع به صورت یکنواختی توزیع نشوند باعث تمرکز پيش بينی نشده جا به جاییها دريک تراز خاص شده و با اعمال نيرو و ضربههای متوالی موجب ناپايداری و انهدام کلی سازه میشود.
3. اثر ستون کوتاه
سختی ديوارهای ميانقابی، موجب تغيير توزيع نيروهای برشی در طبقه شده که در اين صورت به بعضی ستونها نيرويی بيشتر از نيروی طراحی اوليه وارد میشود. همچنین، ديوارهای احاطه کننده ستون، اگر در تمام ارتفاع، ستون را در بر نگرفته باشند، طول مؤثر آن را کوتاه نموده و رفتار ستون برشی خواهد شد. سختی جانبی ستون به شدت زیاد شده و در نتیجه برش بیشتری جذب میکند که در بیشتر موارد قادر به تحمل این برش اضافه نخواهد بود.
4. اثر پیچش
در صورتی که پرکنندههای ميانقابی صلب در پلان توزيع نامتقارنی داشته باشند، باعث ايجاد پيچش ناخواسته و پيش بينی نشده در سازه میشود.
5. شکست انفجاری ديوارها
در صورتی که ديوارهای پرکننده به طور صلب به قاب سازهای متصل شده باشند، ديوار به تبعيت از تغيير شکل قاب، تغيير شکل میدهد. اگر ديوار تحمل تغيير شکل بيش از حد را نداشته باشد، به صورت انفجاری در خارج از صفحه خود گسيخته میگردد.
رفتار سازهها پس از وقوع زلزله
پس از وقوع زلزله در سازهها، برخی سازهها تغییر شکل داده و باید بازسازی شوند. برخی دیگر از نیز ترکخورده، از حالت ارتجاعی خارج شده و بخشی از مقاومت خود را از دست دادهاند.
مقاوم سازی
فرآیند ارتقاء سیستم ساختاری یک ساختمان که به منظور بهبود عملکرد آن تحت بارهای موجود و یا برای افزایش
قدرت حمل بارهای اضافی بر روی ساختمان توصیف میشود، مقاوم سازی ساختمان نامیده میشود.
در سازههای ترد جذب و اتلاف انرژی زلزله فقط از طریق تغییر شکلهای ارتجاعی ممکن است و اجزا سازهای بدون خرابی قادر به تغییر شکلهای فرا ارتجاعی نیستند، برای افزایش حاشیه ایمنی در برابر زلزله باید ابعاد عناصر سازهای افزایش یابد و در واقع مقاوم سازی به کار برده میشود.
به طور خلاصه بالا بردن مقاومت یک سازه در برابر نیروهای وارده را مقاوم سازی میگویند. مقاوم سازی ساختمانها در برابر زلزله، به نوع ساختمان (فولادی، بتنی، دیوار باربر و…) بستگی دارد و شیوههای مقاوم سازی ساختمان و بهسازی لرزهای در هر کدام متفاوت است. مقاوم سازی با دو رویکرد صورت میگیرد؛ افزودن عضو جدید مانند جداگرها و یا تقویت اجزا موجود مانند استفاده از الیاف.
ضرورت مقاوم سازی سازهها
مقاوم سازی ساختمان یک امر ضروری است چرا که مانع آسیب رسیدن به سازه در طول عمر آن در اثر عوامل آسیبزا میشود. شاید به کمک مقاوم سازی نتوان به طور کامل از خرابیها جلوگیری کرد اما میتوان میزان و دامنه خرابیها را کاهش داده و در محدوده مطلوب قرار داد.
علاوه بر تأثیر مقاوم سازی ساختمان بر حفظ ایمنی و جان افراد، مقاوم سازی ساختمان سبب ایجاد صرفه اقتصادی هم میشود چرا که مانع هدر رفت مصالح و امکانات میشود. از سوی دیگر تخریب یک سازه در اثر زلزله اثرات سوء محیط زیستی به همراه دارد. در نتیجه ترمیم و مقاوم سازی سازهها امری بسیار سودمند و مهم است.
اهداف روشهای مقاومسازی
مقاومسازی سازهها به دنبال اهداف مختلفی صورت میگیرد. این اهداف به صورت خلاصه عبارتاند از:
- ارتقاء توان باربری و افزایش عمر مفید سازهها
- افزایش شکلپذیری اعضای سازه
- پیشگیری از آسیبدیدگی در صورت وجود نقص در طراحی اولیه
روشهای مقاوم سازی ساختمان
مقاوم سازی ساختمان ها به روشهای گوناگونی انجام میشود. باید در شرایط متفاوت اجراییترین و اقتصادیترین حالت ممکن انتخاب شود. در برخی موارد میتوان از چند روش بهسازی و مقاومسازی لرزهای به صورت همزمان استفاده کرد. هر کدام از روشهای مقاومسازی مزایا و معایب خود را به همراه دارند.
- جداگر های لرزهای
جداگرهای لرزهای در دو نوع اصطکاکی و لاستیکی وجود دارند. جداسازهای لرزهای لاستیکی شامل انواع زیر است:
- لاستیکی با هسته سربی
- لاستیکی با میرایی زیاد
انواع جداسازهای اصطکاکی عبارتاند از:
- الاستیک اصطکاکی
- اصطکاکی پاندولی
جداگر لرزهای اثر زمین لرزه بر ساختمانها را کاهش داده و مانع ایجاد آسیب در ساختمان میشود. عملکرد لرزهای بر مبنای کاهش جابهجایی جانبی سازه به واسطه تغییر دوره و شتاب اعمال شده ناشی از بار زلزله به ساختمان است. نصب سیستمهای جداساز لرزهای زمان تناوب اصلی سازه را افزایش داده و نیروهای وارد بر آن را کاهش میدهد. این روش برای ساختمانهای کوتاه و متوسط به دلیل پایین بودن زمان تناوب آنها، مؤثرتر از ساختمانهای بلند است. جداساز، باعث افزایش زمان تناوب و میرایی سازه میشود.
هدف اصلی، جداسازی سازه از زمین است. جداسازها اغلب در تراز بین سازه و پی نصب میشوند و چون سختی افقی تقریباً کمی دارند، سازه را از مؤلفههای افقی زمینلرزه جدا میکنند. این امر فرکانس طبیعی سازه را نسبت به فرکانس حالت جداسازی لرزهای نشده به میزان قابلتوجهی کاهش داده و آن را از محدودهی تشدید که معمولاً در فرکانسهای بالا رخ میدهد دور میسازد. در این روش تمرکز بر روی کاهش پاسخ لرزهای و نیرو و شتاب ورودی زلزله به سازه است.
ویژگیهای جداگرهای لرزهای به صورت زیر است:
- قابلیت جذب انرژی
- انعطاف در جهت افقی
- تحمل نیروهای قائم (ناشی از زلزله و وزن)
جداساز لرزهای مانند هر روش دیگری مزایا و معایب زیادی دارد.
مزایای جداساز لرزهای:
- افزایش زمان تناوب سازه
- استهلاک انرژی ورودی سازه
- کم کردن و یا حذف آسیبهای سازهای و غیر سازهای.
معایب جداساز لرزهای:
- محدودیت به سازههای کوتاه
- پرهزینه بودن روش جداساز لرزهای
- FRP
یکی از روشهای مقاوم سازی ساختمان، استفاده از FRP در سازههای بتنی است. FRP ترکیب الیاف و رزین است. دستههای الیاف به رزین آغشته میشوند و بعد از عبور از یک قالب در کنار هم قرار میگیرند. این روش برای تقویت تیرها، ستونها و اتصالات دیوارها کاربرد دارد.
FRP سبب افزایش هر چه بیشتر سطح زیر منحنی تنش-کرنش میشود. همچنین، باعث افزایش نسبت کرنش محوری به کرنش تسلیم شده که به عنوان معیارهایی برای شکلپذیری سازه و جذب انرژی است. به علت وجود رفتار کشسان در FRP ها، رفتار نهایی آنها باید به دقت ارزیابی شود. استفاده از FRP ها مانند هر روش دیگری مزایا و معایبی به دنبال دارد. برخی از مزایای FRP عبارت است از:
- افزایش مقاومت FRP
- افزایش مقاومت برشی تیر
- افزایش شکلپذیری تیر
- افزایش مقاومت در برابر خوردگی
- افزایش دوام و عمر
- کنترل عرض ترك
- ضخامت کم ورقههای FRP و عدم تغییر قابلتوجه در ابعاد تیر
- سهولت در اجرا
- ترمیم ناشی از خوردگی
برای اجرای FRP باید ابتدا بتن آن بخش آسیب دیده را برداشت و سپس سطح را از آلودگی پاک کرد تا بتوان FRP را اجرا کرد. سطح باید به نحوی آماده شود که باعث پارگی الیاف نشود. برای طراحی و استفاده از FRP آئیننامهها و استانداردهای متفاوتی وجود دارد. برای مثال:
ACI 440.2R-08
Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures.
AC178
Acceptance Criteria for Inspection and Verification of Concrete and Reinforced and Unreinforced Masonry Strengthening Using Fiber-Reinforced Polymer (FFP) Composite Systems.
AC125
Acceptance Criteria for Concrete and Reinforced and Unreinforced Masonry Strengthening using Fiber-Reinforced Polymer (FFP) Composite Systems.
- ژاکتهای فلزی و بتنی:
به کمک ژاکتها میتوان به طور موضعی مقاوم سازی ساختمان انجام داد. ژاکتها در دو نوع بتنی و فلزی وجود دارند. در ژاکتها باید کل بخش خراب بتن برداشته شود. ژاکت فلزی برای مقاوم سازی سازههای بتنی استفاده میشود و در سه نوع دور پیچ، نواری یا موضعی اجرا میشود. ژاکتهای فلزی سبب افزایش شکلپذیری و مقاومت میشود.
ژاکت بتنی یک روکش برای عضو بتنی است که از میلگردهای فولادی و بتن تشکیل شده است. برای اجرای ژاکت بتنی ابتدا شبکهای از میلگردها را بر روی عضو قدیمی آرماتوربندی میکنند و سپس بعد از قالببندی بتنریزی میشود. این ژاکت اطراف المان اصلی را پوشش داده و مانند ژاکت فولادی از طریق افزایش سطح مقطع و همچنین ایجاد تنش سه محوره در المانهای اصلی به تحمل تنش بیشتر کمک میکند.
ژاکت بتنی همجنس و همگن با اجزا سازه بوده و به پوشش ضد حریق نیاز ندارد اما معایبی نیز به همراه دارد برای مثال، با افزایش ابعاد اجزای سازه و مقاومت آن باید اقداماتی برای جلوگیری از مشکلاتی مثل تیر قوی و ستون ضعیف صورت گیرد. از سوی دیگر ژاکت فلزی سادهتر اجرا میشود و نیاز به قالببندی ندارد اما مستعد زنگزدگی است و برای ایجاد پوشش ضد حریق بر روی آن نیازمند هزینه زیادی است.
- سیستمهای کنترل غیرفعال:
سیستمهای کنترل غیرفعال برای کاهش و میراندن یک بخش بسیار زیاد از انرژی ورودی زلزله طراحی شدهاند. سیستمهای کنترل غیرفعال تشکیل شده از ابزارها و یا اجزای اتصال ویژهای هستند که در طول زمان زلزله، تسلیمشده یا تغییر شکل میدهند.
به این طریق خسارت وارد شده به سایر نقاط سازه کاهش مییابد چرا که تغییر شکل یا تسلیم شدن اصلی در یک وسیله یا اتصال متمرکز شده است. در این حالت، از هیچ منبع انرژی اضافهای برای به کار انداختن این سیستمها استفاده نمیشود و به صورت غیرفعال هستند.
در زمان وقوع زلزله موج وارد شده در اثر زلزله سیستم را فعال کرد و انرژی زیادی را مصرف میکند و در نتیجه سازه را تا مقدار زیادی از اثرات زلزله حفظ میکند. دو نمونه بارز از سیستمهای کنترل غیرفعال جداکنندههای لرزهای یا سیستمهای جداساز پایه و سیستمهای میراگر انرژی غیرفعال مانند دمپرها میباشد.
عوامل خرابی در سازههای بتنی:
در اثر سه عامل عمر سازهها کاهش مییابد، این عوامل شامل موارد زیر است:
- اشتباهات طراحی
اشتباهات طراحی در اثر استفاده از استانداردها و مشخصات فنی اشتباه رخ میدهد.
- اشتباهات اجرایی
نقصهای ایجاد شده در حین اجرا و ساخت که میتواند به دلیل عدم نظارت مناسب ایجاد شود.
عوامل مخرب محیطی و شیمیایی
این عوامل شامل رطوبت، فرسایش، حملات کلریدی در سازههای بتنی، آتشسوزی و … است.
استانداردهای مرتبط با مقاوم سازی لرزهای
استانداردهای مختلفی در خصوص بهسازی لرزهای و مقاومسازی سازهها وجود دارد. در این خصوص میتوان به استانداردهای زیر اشاره کرد:
- Asce41-17 (استاندارد بینالمللی): بررسی روشهای ارزیابی آسیبپذیری و بهسازی ساختمانها.
- نشریه 360 سازمان برنامه و بودجه که ترجمهای از استانداردهای FEMA273 و FEMA356 است: دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود.
- نشریه 254 سازمان برنامه و بودجه کشور: ارائه روشها و شیوههای بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود و جزئیات اجرایی.
جمعبندی
ایران کشوری لرزهخیز است و توجه به مقاوم سازی ساختمان در آن امری ضروری است. توجه به مقاوم سازی ساختمان سبب کنترل هزینهها و حفظ ایمنی و جان افراد میشود. نظارت دقیق بر اجرای سازهها و طرحهای عمرانی و استفاده از افراد متخصص و ماهر در طراحی و اجرا سبب میشود تا مقاوم سازی ساختمان به خوبی اجرا شود.
مطالب مرتبط: