بخش سوم : رفتار ساختمان و سازه کرتین وال حین وقوع زلزله و بحران

بارهای وارد بر سـاختمانها به دو دستـه کلـی بارهای ژئـو فیزیکی ناشی از طبیعت و بارهای مصنوعی که به وسیله انسـان به وجود می آیند تقسـیم می شـوند. نیـروی های ناشـی از وزن خود ساخـتمان که مـتاثر از جاذبـه زمیـن است را بار مرده می نامند و در ساختمان ثابت است .

درکل از نقطه نظر سازه ای انتخاب یک سیستم سازه ای مناسب به سه عامل بستگی دارد:

اول : بارهایی که باید توسط سازه حمل شوند.

دوم : خواص مصالح ساختمانی

سوم : عمل سازه ای که توسط آن نیروی به وجود آمده به وسیله اجزاء ساختمانی به زمین منتقل می شوند. لازم به ذکراسـت اغلب برای پیش بینی شدت بارگذاری ازمقادیرتجربی آئین نامه ها استفاده می شود وپیش بینی دقیق شرایط بارگذاری واقعی دراثر تحقیق و آزمایشهای تجربی به دست می آید.

در ساخت ساختمانهای اولیه بدلیل وزن زیادشان در برابر نیروهای باد آسیب پذیرنبودند لیکن در برابر زلزله بشدت آسیب پذیر بودند چـرا که دیوارهای باربر ازمصالح بنایی با عرض و قطر طویل ساخته شده و لنگرهای واژگونی غلبه ناپذیر بودند اما از زمانی که ساختمانهای بلند با دیـوارهای شـیشـه ای ( کرتـین وال ) و با فضـای باز داخلـی و سـازه های فولادی سبک ساخـته شدند به دلیل وزن کم شان این واکنش معکوس گردید.

امروزه درسـاختمانها برای کاهش وزن مرده ساختمان وایجاد فضاهای بزرگتروانعطاف پذیری دربرابر زلزله ازتیرهای با دهانه های طویل ، جداکننده های داخلی غیر فعال متحرک و دیواره های پیرامونی بدون توان حمل بار استفاده می کنند که این موارد ازصلبیت کلی سازه و وزن آن می کاهد به گونه ای که اکنون سختی جانبی یک ساختمان ممکن است تعیین کننده مقاومت آن باشد.

علل وقوع زلزله :

پوسته زمین مرکب از صفحه هایی است که میل به لغزش دارند ، این صفحات که به صورت لایه به لایه روی هم قرار دارند پس از لغزش ، زلزله را تولید می کنند ( نظریه حرکت زمین یا تکنونیک صفحه ای ، یکی از قوی ترین نظریه ها در خصوص زلزله است) .

زلزله به طور معمول در ناحیه ای که صفحه سنگی در داخل زمین فرو میرود و یا در نقاطی که صفحه ها روی هم می لغزند ، رخ می دهد. بدین ترتیب تکانهایی در اثر آزاد شدن ناگهانی انرژی اندوخته شده در پوسته زمین ایجاد می شود. از اواخر قرن نوزدهم ، ثبت موجهای حاصل از زلزله در ژاپن و سایر نقاط دنیا آغاز گردید . نحوه انتشار این موجها به گونه ای بود که از یک مرکز واحد منتشر شده اند که به آن کانون زیر مرکز می گویند .focus) ) فاصـله نقـطه احساس زلـزله از کانون و از مرکز زلزله به ترتیب فاصله کانونی و فاصله مرکزی نامیده می شود و فاصله بین کانون و مرکز زلزله عمق نامیده می شود . اگر عمق زلزله از ۷۰km کمتر باشد زلزله سطحی رخ میدهد و اگر این عمق بیش از ۳۰۰km   باشد زلزله در عمق رخ داده است .

زلزله های سطحی دارای محدوده اثر کمتر و البته قدرت تخریب بالاتری دارند و زلزله های عمقی بر عکس زلزله های سطحی می باشند.

انواع امواج زلزله :

1. امواج اولیه : شبیه به امواج موج بوده و باعث انبساط و انقباض صخره ها می شوند .
2. امواج برشی : در مایعات قابل انتشار نمی باشد . از امواج مخرب بوده و حرکتهای افقی و عمودی در پایه ساختمان ایجاد میکند.
3. امواج سطحی : که به امواج لا و(love  ) معروف هستند .
4. امواج ریلی : سطح زمین را هم در جهت قائم و هم درجهت افقی ، در امتداد انتشار امواج مرتعش می کند.
5. امواج S: مانند امواج لاو و با تغییر مکان قائم هستند.

از آنـجا که فونداسیـونهای سـاختمانها ، نقطه تماس بین ساختمان و زمین است ،حرکت زلزله روی ساختمان به صورت لرزاندن فونداسیون به جلو و عقب اثر می کند. جرم ساختمان دربرابر این حرکت مقاومت نموده و درسراسر سازه نیروهای اینرسی ایجاد میکند . البته از نیروهای قائم غالباً صرف نظر می شود و نیروهای افقی در نظر گرفته می شود .

البته لازم به ذکر است که ساختمانهای بلندمانند پاندولهای بلند ،پریود ارتعاشی طویل تری دارندودر نتیجه نسبت به ساختمانهای کوتاه و سخت تحت تاثیرنیروهای اینرسی کوچکترهستند.( مطالب مطرح شده را به صورت مبسوط می توان درآیین نامهANSI  ایالات متحده بررسی نمود).

افزایش ارتفاع بنا موجب افزایش زمان تناوب T می شود و افزایش پریود سازه موجب کاهش ضـریبC  شده ودرنتیجه درساختـمانهای بلند از نیروهای جانبی ناشی از زلزله کاسته میشود .

همانگونه که مطرح گردید با توجه به اینکه امروزه دیوارهای پیرامونی که جهت سبک سازی دربناها کاربرد بیشتری پیدا کرده اند وازطرفی می بایست بار وزن خود و نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله را تحمل نمایند می بایست از ویژگیهای طراحی زیر پیروی نمایند .

هرسـازه ای بایـد در برابر عمل واژگونی ایجاد شده به وسیله باد یا زلزله (هر کـدام که تاثیر بیشتری دارد ) مقاومـت نماید . این بارگذاری بر اساس پوشش برشهای حداکثر می باشد.

تمام قسمتهای سازه باید به گونه ای طراحی شونددرموقع مقاومت در برابر نیروهای افقی به صورت یکپارچه و واحد عمل نماید و ازآنجا که ارتعاشات زلزله باعث تغییر جهت سریع تنش ها در اعضاء سازه می نماید سازه باید قادر به تحمل آثار ناشی از خستگی باشد .

در اثر انقـباض ، خـزش و آثار حرارتی در حجـم مصالح تغییرات ایجاد می شود . زمانی که از واکنش طبیعی و آزاد اعضاء سازه جلوگیری بعمل آید در آنها نیرو و تنش ایجاد می شود . لذا طراحی این اعضاء برای این تنشها نیز می بایست لحاظ گردد.

تقـریبـا پـس از جنـگ جهـانی دوم طراحـی های جـدید برای زیبـایی ساخـتمان توسعـه یافـته و جهت کاهش وزن و مخارج ساختمان ، نماهای اکسپوز ( کرتین وال ) رونق بیشتری پیدا کرد. ساختـمانهای بلند صلبیت کمتری دارند و در اثر حرکات و بارهای ایجادشده در نتیجه تغییرات درجه حرارت به شدت آسیب پذیر هستند. اختلاف درجه حرارت نیزدراین نوع سازه ها درداخـل بنـا وخـارج بنـا موجب حرکـت قائم درقسـمت خارجی ساختمان می شود . البته عکس العمل سازه در مقابل حرکت ناشی از درجه حرارت متناسب با تعداد طبقات ساختمان می باشد .

درسازه های قاب صلب براثرهرتغییر مکان قائم درپروفیلهای عمودی درمحل اتصال سازه به نمای اصلی ساختمان صدمه وارد می گردد.

این حـرکت تفـاضـلی جمـع شـونده است و همـواره مقـدار آن در دهانه خارجی بالاترین طبقه حداکثر است . در هنگام رخ دادن این حـرکت به سازه های پنجره ای و دیوارهای خارجی و دیوارهای جداکننده داخلی  نسبت به عمل بارو جدایی مصالح آسیب پذیر نشان داده اند .

همانگونه که مطرح گردید سـازه های کرتـین وال درصورتیکه مطابق ضوابط واستانداردهای لازم اجرا شوند در برابر حرکات جانبی ( افقی) وحرکات عمودی ازمقاومت لازم برخـوردارهـستـند وبه صورت مـستقـل به سـازه اصلی متـصل شـده ونیــروهای ناشی اززلـزله وباد و… را تحمل می نمایند .

یعنی دراجرای سازه های کرتین وال امکان حرکات افقی وعمودی به همـراه مفاصـل پیچ ومهره ای می بایست تامین گردد وتا رفتارسـازه را مطابق پیش بینیها و محاسبات تجربه نماییم .

نمونه سازه کرتین وال به روش Stick در پروژه ای با سازه اسکلت فلزی به صورت اکسپوز در تمامی جهات – ایران- تهران ( محاسبات – طراحی و اجرا توسط شرکت آلوکد )

جزئیات اجرایی                                                     جزئیات اجرایی                                                      جزئیات اجرایی

البته امروزه ملاحظات ناشی از انفجار و آتش سوزی نیز از اهمیت ویژه برخوردارشده اند .به ساختمـانها ،امروزه از جهـت آسیـب پذیری به دلیل اهمیت بالایی که برای تعداد سکنه ، ارزش اقتصادی و غیره دارند باید توجـه بیشـتری شود . احـتمال انفـجار ناشـی از گـاز و یا مـواد منفجره همواره وجود دارد.در اثر انفجار فشار بسیار زیادی درمنطقه منفجر شده ایجاد می شودو بارهای بزرگـی به عـناصر ساختـمان وارد می گرددکه منجر به ترکیدن و به خارج پرتاب شدن نماهای شیشه ای ، پنجره ها و دیوارها می شود .

این فشار داخلی باید به صورت موضعی کنترل شود و نباید باعث فروریختگی کل سازه گردد.

آتش سوزی به دو دلیل از ملاحظات مهم محسوب می گردد.

اول : اکثر  واحدها قابل دسترسی آتش نشانان در حین آتش سوزی نمی باشد.

دوم : تخلیه اضطراری کامل در مدت زمان کوتاه ممکن نیست .

در یک آتش سوزی ، گرمای آتش در مقایسه با دود و گازهای سمی حاصله که باعث تلفات بیشتر می شوند، خطر کمتری دارند .

از این رو برای حفاظت ساختمان در برابر آتش سوزی باید ملاحظاتی در نظر گرفت .

۱- تمامیت سازه نما برای مدت زمان معینی با استفاده از مصالح غیر قابل احتراق که در اثر آتش سوزی سوخته و دود نکند ، حفظ شود .

۲- سیستم های خروجی برای خروج اضطرای ساکنان در هنگام آتش سوزی فراهم گردد.

۳- محدود کردن آتش و جلوگیری از گسترش آن با قراردادن آب فشان ها و شیرهای خودکار در نزدیکی سازه تا در صورت ذوب سازه نما جریان آب به بیرون پاشیده شود و از گسترش آتش جلوگیری گردد.

البته باید توجه نمود در اثر نفوذ آتش به طور کامل در یک طبقه ، امکان گسیختگی نیز به وجود می آید که این گسیختگی باعث فرو ریختن سـازه نـما وحتـی ساختمـان میگـردد. درصـورت اجـرای صـحـیح سـازه هـای کـرتیـن وال گسیختگی و فروریـختـن فــقط در طبـقه بحـرانی ( آتش گرفته ) اتفاق خواهد افتاد. البته لازم به ذکر است استفاده از مصالح موغوب ( در برابر آتش سوزی ) نیز از اهمیت ویژه ای در این زمینه برخوردار می باشد چرا که در حین آتش سوزی اگر چه می بایست سازه از محاسبات و ایستایی لازم برخوردار باشد ، مصالح به کار رفته نیز در سرعت گسترش حریق نقش مهمی دارد که در این صورت شعله های آتش و دود ناشی ازآن خسارات و صدمات جبران ناپذیری را به پیکره بنا وارد می نماید .

به عنوان مثال : طی یک آتش سوزی که در ساختمان ۶۳ طبقه در دبی اتفاق افتاد و بر اساس نظر متخصصین ساخت وساز و ایمنی ، دلی این آتش سوزی غیرقابل کنترل  استفاده از مصالح ساختمانی نامرغوب در نمای ساختمان بوده و همچنین براساس استانداردهای معتبر آتش سوزی طراحی نشده و ساختمان به گونه ای پوشانیده شده که بین آن هیچ فاصله ای برای توقف آتش سوزی یا آرام تر کردن روند آن پیشبینی نشده بود . آتش از پنلهای بیرونی به عنوان سوخت استفاده کرده و ازیک سمت ساختمان به سمت بالا حرکت کرده است . 

همچنین در ملبورن نیز سال ۲۰۱۴ طی آتش سوزی یک ساختمان ۲۳ طبقه به سرعت دچارحریق شده و شعله های آتش درکمتر از ۱۰دقیقه ۸۰ درصد ساختمان را طعمه حریق کرده . دلیل این آتش سوزی به گفته مسئولین استفاده از مصالح نامرغوب در برابر آتش بوده است.

اقتـباس از : بارگـذاری سـازه ها ( داوود مسـتوفی نژاد ) / زمین لرزه چگونه به وجود می آید؟( حمید نقی زاده ) / همه چیز در مورد ساختمانهای بلند ( محمود رضا معینی )