ایمن کناف با زلزله 01
قسمت دوم این مقاله را از اینجا مطالعه بفرمایید
مقدمه
زلزله هاي بزرگ و ويرانگر هر از چندگاهي بخشي از كره زمين را به لرزه درآورده و موجب تلفات و خسارات جاني و مالي فراوان مي گردند. تنها طي يك قرن اخير حدود 1000 بار زلزله به صورت مخرب در جهان روي داده و بيش از يك ميليون نفر را به كام مرگ كشانده است. آنچه كه در اين ميان نگران كننده است اين كه حدود 20 درصد زمين لرزه هايي كه طي اين مدت در دنيا رخ داده است به ايران مربوط مي شود و حدود 80 درصد تلفات ناشي از زلزله نيز مربوط به 6 كشور دنيا از جمله ايران است.
كشور ايران بر روي كمربند جهاني زلزلۀ آلپ و هيماليا واقع شده است. بررسي ها نشان مي دهد كه بيش از 90 درصد از خاك ايران زلزله خيز است و اكثر شهرهاي ايران را خطر وقوع زلزله هاي شديد تهديد مي كند. آمارها نشان مي دهند كه به طور متوسط در هر دهه، زلزله اي با قدرت بالاي 7 ريشتر در ايران رخ مي دهد و در سه دهۀ اخير، افزون بر 130 هزار نفر از هموطنان بر اثر زلزله جان خود را از دست داده اند.
وقوع اين حوادث موجب شد كه بازنگريهايي در صنعت ساختمان كشور صورت پذيرد و استفاده از مصالح و ساختارهاي سبك و انعطاف پذير در اجزاي غيرسازه اي، به عنوان راهكاري موثر در ساخت بناهاي ايمن در برابر زلزله ، در دستور كار قرار گيرد. (بندهاي 1-8- خ و 1-8- د آيين نامۀ 2800 زلزلۀ ايران). استفاده از اجزاي غيرسازه اي سنگين و صلب باعث افزايش نيروهاي وارده از زلزله گرديده و تأثير منفي بر رفتار لرزه اي سازه ها دارد، به طوري كه اين آثار مي توانند موجب نابودي كامل ساختمانها شوند.
يكي از ساختارهاي مناسب جهت اجراي اجزاي غيرسازه اي مانند ديوارهاي داخلي و خارجي، نماها و سقفهاي كاذب، سيستمهاي ساخت و ساز خشك (Drywall Systems) مي باشد. ساختار كلي سيستمهاي ساخت و ساز خشك، شامل صفحات روكش دار گچي (و يا صفحات مسلح سيماني) و مقاطع فولادي سبك مي باشد، كه اين صفحات به عنوان پوشش و مقاطع فولادي به عنوان زيرسازي عمل مي نمايند. در حال حاضر بيش از 90 درصد ساختمان سازيها در كشورهاي پيشرفتۀ جهان با استفاده از اين ساختارها انجام مي شود. خوشبختانه اين فناوري توسط شركت كناف ايران وارد كشور شده و تاكنون پروژه هاي بسيار مهمي در سطح كشور با موفقيت اجرا شده است.
1- آثار زيانبار ناشي از جرم زياد
1-1- اثر كلي بر سازه: اگر معادله پايه در محاسبات مهندسي زلزله سازه ها را قرار دهيم، درمي يابيم كه آزاد شدن ناگهاني انرژي پوستۀ زمين در مرز بين گلسها (زلزله) باعث حركت يا شتاب زمين مي شود كه خود به صورت يك نيروي موثر خارجي به سازه اعمال مي گردد. اين نيروي خارجي سبب تحريك عكس العملهايي در سازه به صورت نيروهاي اينرسي ، نيروهاي ميرايي و نيروهاي سختي مي شود. اما نكتۀ قابل توجه اين است كه جرم مهمترين نقش را در ايجاد نيروهاي زلزله در سازه ها ايفا مي كند. به عبارت ديگر، بدون وجود جرم، حركات ديناميكي سازه وجود نخواهد داشت. هر قدر كه جرم بيشتر باشد نيروي زلزلۀ بزرگتري به سازه وارد مي شود. مسلماً حذف جرم در ابنيه غيرممكن است، ولي مي توان با به كارگيري مصالح نوين، مقدار آنرا به حداقل رساند. بررسيها نشان مي دهد كه ديوارهاي كناف، 60-90% از ديوارهاي بنايي متداول سبكتر هستند.
به طور كلي، سبك سازي موجب مي شود كه شتاب زلزله كمتر بر ساختمان اثر كند و نيروهاي مخرب ناشي از زلزله كاهش يابند. بررسي موردي يك ساختمان هفت طبقه نشان مي دهد كه استفاده از ديوارهاي سبك كناف به جاي ديوارهاي سنگين بنايي، موجب كاهش وزن ساختمان به ميزان 36% و كاهش نيروي زلزله به ميزان 59% شده است. به لحاظ اقتصادي، سبك سازي موجب مي شود كه مخارج تامين ايمني سازه در برابر زلزله كاهش يابد. سبك كردن اجزاي غيرسازه اي علاوه بر اينكه نيروهاي جانبي ناشي از زلزله را كاهش مي دهد، نيروهاي قائم (بار مرده) وارده بر ساختمان را نيز كاهش داده و در نتيجه پي و مقاطع مورد نياز براي تأمين ايستايي سازه بسيار بهينه و اقتصادي مي گردند.
1-2- اثر موضعي بر اجزاي غيرسازه اي : به كارگيري ديوارهاي سنگين ، نه تنها جرم كلي ساختمان را افزايش مي دهد و باعث هدايت نيروهاي بيشتري از زلزله به سازه مي شود، بلكه سبب مي شود كه اين اجزاء به خاطر وجود جرمهاي زياد، تحت اثر شتاب زلزله، در امتداد عمود بر صفحۀ خود دچار ناپايداري و انهدام خارج از صفحه شوند؛ خصوصاً وقتي كه اين اجزا با وجود وزن زياد ، به سازه مهار نشده باشند. اجزاي غيرسازه اي بايد خود در مقابل زلزله مقاوم باشند. آزمايشات نشان مي دهد كه ديوارهاي كناف به خوبي در برابر شتابهايي به بزرگي بيش از g5 مقاومت دارند. اين در حالي است كه شتاب مبناي طرح در زلزله خيزترين مناطق ايران حداكثر g35/0 در نظر گرفته مي شود. عوامل مهمي كه باعث پايداري ديوارهاي كناف شده است، وزن بسيار كم و ساختار تركيبي لايه هاي پوششي با سازه هاي فولادي سبك به كار رفته در آنها مي باشد.
اثر موضعي نيروهاي ناشي از زلزله بر روي اجزاي غيرسازه اي به خصوص ديوارها را بايد جدي گرفت. فروريزي ديوارها همواره خطري مرگبار براي انسانها به حساب مي آيد و آوارهاي به جاي مانده از تخريب زلزله، دسترسي و امدادرساني را به آسيب ديدگان دشوار مي سازد و مسلماً هر چه حجم و گستردگي آوار بيشتر باشد، شانس نجات و زنده ماندن مصدومين نيز كاهش مي يابد. به علاوه، چنانچه ديوارهاي بنايي نقش باربري را در ساختمان داشته باشند، فروريزي آنها موجب نابودي كل بنا خواهد شد. از نظر اقتصادي نيز از بين رفتن اجزاي غيرسازه اي مي تواند خسارتهاي فراواني به ساختمان وارد سازد؛ به طوري كه پس از وقوع زلزله هاي شديد، بعضاً در ساختمانها مشاهده شده است كه خرابي اسكلت سازه ها گسترده نبوده ولي خرابي اجزاي غيرسازه اي به حدي است كه كل ساختمان بايد جمع آوري گردد. در ايران قيمت اسكلت به طور ميانگين و تقريبي 25% قيمت كل ساختمان است و هزينه هاي مربوط به اجزاي غيرسازه اي حدود 75% قيمت كل ساختمان را دربرمي گيرد. بنابراين ، در صورت خرابي يك ساختمان ، علاوه بر اسكلت، هزينۀ سنگيني به اجزاي غيرسازه اي تعلق مي گيرد و به لحاظ مسائل اقتصادي شايد صلاح باشد كه در صورت تخريب گستردۀ اين اجزا، اسكلت ساختمان نيز تخريب و از نو ساخته شود. به علاوه، موضوع استفاده از ساختارهاي مناسب جهت ديوارهاي تاسيساتي و حفاظت از تاسيسات ساختمان نيز اهميت زيادي دارد؛ زيرا علاوه بر هزينه هاي سنگين بازسازي تاسيسات ساختمان و ملاحظات اقتصادي، اهميت اين موضوع به ويژه براي ساختمانهايي مانند بيمارستانها، كه پس از وقوع زلزله ملزم به سرويس دهي بلادرنگ هستند، مشخص مي شود.
1-3- تشديد اثر : وجود اجزاي غيرسازه اي سنگين در ابنيه، كه معمولاً از مصالح بنايي سنتي ساخته مي شوند، موجب افزايش نيروهاي ثقلي و در نتيجه افزايش مي شود. اثر ، اثر نانوي بر روي برشها و لنگرهاي اجزاي قاب است، كه به واسطۀ عملكرد بارهاي قائم بر روي سازه تغيير شكل يافته به وجود مي آيد. اين عامل بايد به طور جدي مدنظر قرار گيرد. (بند 2-4-14 و پيوست 5 آيين نامۀ 2800 زلزلۀ ايران).
2- آثار زيانبار ناشي از سختي جانبي كاذب ميانقابهاي بنايي متداول
اثرات مثبت سبك سازي، به عنوان يكي از راهكارهاي مؤثر در افزايش ايمني ساختمانها در برابر زلزله، خوشبختانه در كشور به خوبي شناخته شده است. اما متأسفانه آنچه كه معمولاً در تحليل و طراحي سازه ها مدنظر قرار نمي گيرد، اثرات اجزاي غيرسازه اي، به ويژه سختي پركننده هاي ميانقابي، بر رفتار كلي سازه است. در عرف تحليل و طراحي، اثرات متقابل ديوارهاي ميانقابي و اسكلت ساختمان در نظر گرفته نمي شود؛ اما در عمل اين اجزا وجود دارند و اثرات قابل توجهي بر رفتار لرزه اي سازه ها دارند (در اين صورت مدل سازه در هنگام تحليل، با رفتار واقعي سازه مغايرت خواهد داشت). اين اجزا در ناحيه ارتجاعي، سختي جانبي سازه را به مقدار قابل توجهي افزايش مي دهند. بنابراين به علت وجود همين سختي غيرماندگار و كاذب اوليه، بارهاي بزرگ پيشبيني نشده اي در هنگام وقوع زلزله به سازه وارد مي شود كه اجزاي سازه براي مقابله با آنها طراحي نشده و مقاومت كافي در برابر آنها را ندارند و به همين علت، ساختمان ممكن است ويران نشود. از سوي ديگر ، از آنجا كه خود ميانقابها جهت مقابله با اين نيروها طراحي نشده اند، مقاومت كافي در برابر بارها و ضربات متوالي را نداشته و تخريب مي شوند.
لذا جهت حل اين معضلات، يا بايد ديوارهاي ميانقابي در مدل سازه به عنوان اجزاي سازه اي در نظر گرفته شوند و محاسبه گردند و اثرات متقابل ميان آنها و سازه ملحوظ گردد؛ يا بايد با تمهيداتي ، ديوارهاي ميانقابي را از اسكلت سازه مجزا نمود و يا از ساختارهايي استفاده شود كه داراي انعطاف كافي در برابر حركات زلزله باشند، تا از مشاركت اين اجزا در باربري جانبي سازه جلوگيري شود. رعايت اين توصيه ها ، به ويژه در اجراي ساختمانهاي مهم و بلند مرتبه، اهميت فراواني دارد (بندهاي 1-8-ر ، 1-9- و 2-11-1 آيين نامۀ 2800 زلزلۀ ايران). ذيلاً به بررسي برخي آثار ناشي از صلبيت پركننده هاي ميانقابي، در رفتار لرزه اي ساختمانها مي پردازيم:
2-1- تشديد پاسخ ديناميكي سازه : استفاده از ديوارهاي ميانقابي صلب، باعث افزايش سختي جانبي سازه (در ناحيه ارتجاعي) و كوتاه شدن دوره تناوب طبيعي آن مي شود كه در اين صورت ، اثر زلزله ورودي به سيستم تغيير نموده و پاسخ ديناميكي سازه شديدتر مي گردد.
2-2- اثر طبقه نرم: اگر پركننده هاي ميانقابي صلب در ارتفاع توزيع غيريكنواختي داشته باشند، اين امر مي تواند باعث تمركز ناخواسته و پيشبيني نشدۀ نيروها در يك تراز (طبقه) خاص مي شود و با اعمال نيرو و ضربه هاي متوالي موجب ناپايداري و انهدام كلي سازه شود. در ساختمانهاي چند طبقه كه به صورت پيلوتي ساخته مي شوند مشاهده شده است كه در طبقات فوقاني ، ديوارهاي ميانقابي مانند بادبندهاي قوي عمل نموده و بخش فوقاني سازه را سخت مي نمايند، در حالي كه در طبقه زيرين (پيلوت) ديوارهاي كمتري به كار رفته و آن سختي وجود ندارد. در نتيجه در هنگام وقوع زلزله، صلبيت طبقات فوقاني سازه موجب انتقال نيروهاي بيشتري به طبقۀ نرم تحتاني گرديده و ساختمان عملاً از پايه درو مي شود.
2-3- اثر ستون كوتاه : سختي ديوارهاي ميانقابي، موجب تغيير توزيع نيروهاي برشي در طبقه شده، كه در اين صورت به بعضي ستونها نيرويي بيشتر از نيروي طراحي اوليه وارد مي گردد. در عين حال ، ديوارهاي احاطه كنندۀ ستون، طول مؤثر آن را كوتاه نموده و رفتار خمشي ستون به رفتار برشي ميل
مي كند. در اين حالت ممكن است در ستونها شكست ترد برشي رخ دهد يا مفصل پلاستيك ايجاد شود كه خود مي تواند باعث ناپايداري و ويراني كامل سازه شود. به اين پديده اصطلاحاً اثر ستون كوتاه گفته مي شود.
2-4- اثر پيچش : اگر پركننده هاي ميانقابي صلب در پلان توزيع نامتقارني داشته باشند، اين امر باعث ايجاد پيچش ناخواسته و پيش بيني نشده در سازه مي شود. اين عامل خود موجب تغيير توزيع نيروها در اجزاي باربر جانبي مي گردد و عدم بررسي اين موضوع مي تواند باعث ناپايداري و انهدام كلي سازه شود.
2-5- شكست انفجاري ديوارها: اگر ديوارهاي پر كننده به طور صلب به قاب سازه اي متصل شده باشند، ديوار به تبعيت از تغيير شكل قاب، تغيير شكل مي يابد. اگر ديوار تحمل تغيير شكل بيش از حد را نداشته باشد،به صورت انفجاري گسيخته مي گردد. دليل اين امر، سختي بالاي مصالح بنايي سنتي مي باشد كه باعث ورود بيش از حد نيروهاي زلزله به ديوار مي شود.
اگر در ديوارهاي ميانقابي از مصالح و ساختارهاي انعطاف پذير استفاده شود، اثرات فوق الذكر در طراحي قابل صرف نظر كردن خواهند بود. در عمل، پركننده هاي ميانقابي از مصالح سخت مانند بلوكهاي بتني، سفالي و آجر ساخته مي شوند كه اثرات فوق الاشاره در آنها قابل ملاحظه است؛ در صورتي كه ديوارهاي كناف كاملاً انعطاف پذير بوده و با استفاده از جزئيات خاص و با اجراي اتصالات كشويي لغزان، مي توان آنها را كلاً از قابهاي سازه منفك نمود. در اين حالت، از اثرات متقابل بين ديوار و سازه به طور كامل جلوگيري مي شود.
3- آثار زيانبار ناشي از روشهاي نادرست اجرايي (اتصالات نامناسب اجزاي غيرسازه اي)
يكي از مسائلي كه مي تواند در هنگام وقوع زلزله بسيار خطر آفرين باشد، عدم رعايت اصول اجرايي صحيح مربوط به اتصال ديوارها به سازه و همچنين عدم ايجاد اتصال مناسب در قطعات نما، سقفهاي كاذب و سقفهاي تزئيني معلق مي باشد. همان گونه كه قبلاً اشاره شد، ديوارهاي سنگين تحت اثر شتاب زلزله ممكن است دچار ناپايداري خارج از صفحه شوند. اين پديده به خصوص در محلهايي كه اتصال مناسب ميان ديوار و سازه صورت نگرفته باشد، تشديد مي گردد. در ديوارهاي كناف، به دليل سبكي وزن از يك سو و ايجاد اتصالات مناسب ميان ديوار و سازه از سوي ديگر، اين پديده رخ نمي دهد و خطر فروريزي ديوارها بر ساكنين و ايجاد آوار برطرف مي گردد.
يكي ديگر از خطرات جدي در هنگام وقوع زلزله، جدا شدن و فروريزي قطعات نما است. در ايران معمولاً از قطعات سنگ و آجر پلاك در نماها استفاده مي شود كه به صورت دوغابي بر بدنۀ ديوارهاي خارجي اجرا مي شوند. عدم وجود اتصال مناسب ميان اين قطعات و بدنۀ ديوارهاي خارجي موجب مي شود كه در هنگام وقوع زلزله، جابجايي و لرزشها تحمل نگشته و نما فرو بريزد. حتي در صورت استفاده از اندودهاي كم ضخامت در نما (مانند نماهاي سيماني)، ممكن است كل بدنۀ ديوار خارجي ساختمان دچار گسيختگي انفجاري يا ناپايداري خارج از صفحه گردد، كه در اين صورت نيز خطر فروريزي نما وجود خواهد داشت. يكي از راه هاي حل مشكلات فوق الذكر، استفاده از سيستم ساخت و ساز خشك ديوارهاي خارجي ساختمان مي باشد. اين ساختار متشكل از قابهاي فولادي سبك (متصل به سازه اصلي) و صفحات مسلح سيماني موسوم به Aquapanelمي باشد. يكي ديگر از مزاياي اين ساختار، استفاده از عايق پشم معدني مي باشد كه به طور همزمان موجب بهسازي حرارتي و صوتي ساختمان مي شود.
در انتها لازم است به معضل ساخت سقفهاي كاذب و سقفهاي تزئيني معلق با استفاده از رابيتس و گچكاري سنتي اشاره نماييم. اين ساختار از يك سو سنگين بوده و از سوي ديگر معمولاً در اجراي اتصالات و مهارهاي شبكۀ نگهدارندۀ معلق توجه كافي صورت نمي گيرد. در نتيجه در هنگام وقوع زلزله، شبكۀ نگهدارنده در محل اتصالات از بدنه اصلي ساختمان جدا شده و كل ساختار فرو مي ريزد يا تكانهاي ناشي از زلزله موجب مي شود كه سقف كاذب به ديوارهاي مجاور خود ضربه وارد نمايد و آنها را تخريب كند. با استفاده از سيستمهاي سقف كاذب كناف، خطرات فوق الذكر مرتفع مي گردد. سقفهاي كاذب كناف سبك بوده و داراي اتصالات و مهارهاي استاندارد و مستحكم مي باشند. آزمايشات نشان مي دهد كه سقفهاي كاذب كناف به خوبي در برابر شتابهايي به بزرگي g5/0 از خود مقاومت و پايداري نشان مي دهند.
برای دسترسی به مطالب و تصاویر بیشتر ما را از طریق تلگرام دنبال نمایید.
کناف تبریز : www.telegram.me/kanafir
کپی برداری از ابزار و مطالب و عکس های سایت بدون اجازه ممنوع است.