اجزای سازهای ساختمان
اجزای سازهای به بخشهایی از ساختمان گفته میشود که در مقابل نیروهای ثقلی، زلزله، باد و دیگر انواع بارها مقاومت میکنند و شامل ستونها و پایهها، انواع سقفها (طاقهای ضربی)، دالها، سقفهای تیرچه و بلوک، ورقها و عرشههای فلزی و مرکب، تیرهای اصلی و فرعی، بادبندها، دیوارهای باربر (دیوارهای حمال و یا برشی) و پیها (تکی، نواری گسترده و شمعی) هستند. برای ساختمانهایی که به روش اصولی ساخته میشوند، جزئیات اجزای سازهای معمولاً توسط مهندسان سازه تحلیل و طراحی میشود.
اجزای غیرسازهای ساختمان
قسمتهای اجزای غیرسازهای شامل کلیه اجزاء و محتویات داخل ساختمان به جز قسمتهای سازهای یعنی تیرها، ستونها، کفها و غیره هستند. اجزای غیرسازهای معمول در ساختمانها مواردی چون سقفهای کاذب، پنجرهها، لوازم اداری، رایانهها، قفسهها، کشوها و اشیای داخل آنها، تجهیزات حرارتی، برودتی و تهویه، تجهیزات الکتریکی، مبلمان، چراغها و لوسترها هستند. معمولاً اجزای غیرسازهای توسط مهندسان سازه تحلیل نمیشوند، بلکه مهندسان معمار، مکانیک، برق و یا طراحان داخلی نوع و مشخصات آنها را تعیین میکنند؛ یا بدون دخالت طراح حرفهای، توسط مالکان یا مستأجران پس از ساخت ساختمان،خریداری و نصب میشوند.
اهمیت آسیب به اجزای غیرسازهای
میزان اهمیت آسیب دیدگی اجزای غیرسازهای در زلزله بستگی به پیامدهای مستقیم و غیرمستقیم آسیبها دارد که در در سه دسته زیر مورد بررسی قرار میگیرند.
- آسیب جانی
- خسارت مالی
- کاهش کارایی یا از بین رفتن امکان بهره برداری از ساختمان
آسیب دیدگی
هر جزء غیرسازهای خاص درجات مختلفی از هر یک از سه نوع ریسک فوق را در پی دارد.
آسیب جانی
اولین نوع خطر، جراحت یا کشته شدن افراد در اثر آسیب دیدگی و یا سقوط اجزای غیرسازهای است. حتی اجسام به ظاهر بی خطر نیز در صورت سقوط ناگهانی میتوانند خطرناک و کشنده باشند. برای نمونه،اگر قاب ۱۰ کیلوگرمی لامپ فلورسنت به خوبی به سقف مهار نشده باشد و در اثر زلزله از سقف کنده شود و روی سر فردی سقوط کند، احتمال جراحت وی زیاد خواهد بود. شکستن شیشه، واژگونی قفسهها و کمدهای سنگین و بلند، سقوط سقف کاذب و چراغهای سقفی و لوسترهای سنگین، گسیختگی لولههای گاز یا دیگر لولههای حاوی مواد خطرناک، آسیب دیدگی مواد آزبستی، سقوط قطعات نماهای آجری یا بتنی پیش ساخته و خرابی دیوارها، تیغهها و حصارهای بنایی، نمونههایی از آسیبهای غیرسازهای بالقوه خطرناکی هستند که در زلزلههای گذشته مشاهده شدهاند.
خسارات مالی
در اکثر ساختمانهای تجاری، احداث پی و سازه تقریباً ۲۰ تا ۲۵ درصد هزینه کل ساخت ساختمان را به خود اختصاص میدهد و بقیه هزینهها صرف اجزای مکانیکی، الکتریکی و معماری میشود. اثاثیه ساکنان شامل تیغههای متحرک، مبلمان، کمدها، تجهیزات اداری یا پزشکی نیز هزینه سنگین دیگری را تشکیل میدهند. بنابراین، خسارات وارده به اجزای غیرسازهای و محتویات ساختمان هزینه زیادی در پی خواهد داشت، زیرا این اقلام بخش عمده ارزش ساختمان را تشکیل میدهند. مثلاً خسارات مالی مربوط به اثاثیه ساختمان اغلب نزدیک به یک سوم کل هزینه ها و خسارات ناشی از زلزله را پدید میآورد.
قسمتی از زیانهای مالی نتیجه آسیبهای مستقیم وارد شده به اعضای غیرسازهای و بقیه آن به دلیل پیامدهای این گونه آسیبها است. به عنوان مثال، در صورت شکستگی لولههای آب مصرفی یا سیستم اطفای حریق، کل زیانهای مالی، شامل هزینه تعمیر لولههای آب به علاوه هزینه تعمیر خسارات وارده به ساختمان در اثر فوران آب خواهد بود. همچنین اگر لوله گاز آبگرمکن بشکند و باعث آتش سوزی شود، خسارات مالی آن بسیار بیشتر از هزینه تعویض لوله است. از طرف دیگر، در صورت واژگون شدن قفسههای بایگانی و سقوط محتویات آنها، خسارات مستقیم وارد بر قفسهها و اسناد ناچیز خواهد بود (مگر آنکه اسناد در معرض آب یا آتش سوزی قرار گیرند)،اما برای مرتب کردن مجدد اسناد احتمالاً ساعات زیادی باید صرف شود. همچنین خسارات حاصل از آسیبدیدگی منابع ذخیره آب واقع بر بام ساختمانها بیشتر از خساراتی است که آسیبدیدگی مشابه در منابع آب واقع در زیرزمین یا پارکینگ به بار میآورد. ت
از بین رفتن کارایی ساختمان
علاوه بر آسیبهای جانی و خسارات مالی، احتمال دیگری که وجود دارد این است که وقوع خسارات اجزای غیرسازهای انجام کارهای معمول در ساختمان را مشکل یا غیرممکن کند. بعد از تهدیدهای جدی ایمنی جانی، احتمال از میان رفتن قابلیت بهره برداری یا کاهش کارایی ساختمان پس از زلزله، اغلب مهمترین ریسک است. عوامل خارجی زیادی بر امکان استفاده از ساختمان در شرایط پس از زلزله تأثیر دارند که از آن جمله میتوان به قطع آب و برق، آسیب دیدگی سازههای ترابری، بینظمی اجتماعی، محدودیتهای انتظامی اشاره کرد. این گونه پیامدها، خارج از کنترل مالکان و ساکنان و بنابراین خارج از اهداف این مبحث است.
در بسیاری از موارد هزینههای پاکسازی و تعمیر یا هزینههای مربوط به از دست دادن فرصتهای شغلی، نمیتواند شاخص مناسبی از تأثیرات خسارات زلزله بر اجزای غیرسازهای ساختمان باشد. به عنوان مثال، ساختمانهای مربوط به مراکز پردازش دادهها و مؤسسات مالی باید برای انجام خدمات ضروری و کنترل معاملات راه دور بی وقفه فعال باشند. در این گونه موارد، تأثیر به هم ریختن پروندهها و خسارت به تجهیزات ارتباطی و کامپیوتری بسیار بیشتر از میزانی است که در ابتدا به نظر می رسد. بیمارستانها و ایستگاههای پلیس و آتشنشانی، ساختمانهایی با عملکردهای اضطراری هستند که باید بعد از زلزله عملیاتی بمانند و هر گونه خسارت به اجزای غیرسازهای میتواند موجب اختلال در فعالیت آنها و بروز خسارات جدی شود.
عوامل آسیب دیدگی اجزای غیرسازهای
لرزش زمین در حین زلزله سه اثر مهم روی اجزای غیرسازهای ساختمانها میگذارد که شامل موارد زیر است.
- آثار لرزهای یا اینرسی روی خودِ اجزای غیرسازهای
- تحمیل تغییر شکلهای حین لرزش ساختمان بر اجزای غیرسازهای ملحق به آن
- تأثیر ضربه و حرکات متفاوت در فصل مشترک ساختمانهای مجاور
نیروهای اینرسی
زمانی که ساختمانی در اثر زمین لرزه تکان میخورد، پی آن همراه با زمین حرکت میکند،اما در خود ساختمانِ قرار گرفته روی پی و تمام محتویات آن نیروهای اینرسی پدیدار میشود. این نیروها را میتوان با وضعیت سرنشین یک اتومبیل تجسم کرد. زمانی که اتومبیل با شتاب زیاد سرعت میگیرد یا ترمز میکند، سرنشین آن نیروی اینرسی را حس میکند.
زمانی که اتومبیل سرعت میگیرد،سرنشین آن با نیرویی در خلاف سوی حرکت به صندلی فشرده میشود و زمانی که ترمز میکند،از روی صندلی به سمت جلو پرتاب میشود. اگرچه جنبه مهندسی نیروهای اینرسی زلزله تا حدی پیچیده است، اما اصل حاکم بر آن قانون اول نیوتن یا یا برابری نیرو با حاصل ضرب جرم در شتاب وارد شده بر آن است. به طور کلی نیروهای اینرسی زلزله به تناسب جرم یا وزن ساختمان و اشیای داخل آن و شتاب یا شدت حرکات زمینلرزه، افزایش مییابند.
کابینتها، تجهیزات تولید برق اضطراری، قفسههای کتاب، لوازم اداری و اشیای داخل قفسهها در معرض خسارات ناشی از نیروهای اینرسی قرار دارند. زمانی که اجسام مهار نشده تحت اثر زمین لرزه واقع شوند،نیروهای اینرسی باعث لغزش، تاب خوردن، ضربه زدن به سایر اجسام یا واژگونی آنها میشود. بعضی از اجسام روی قفسه سر میخورند و به زمین میافتند. اغلب به اشتباه تصور میشود که در زلزله اجسام سنگین نسبت به اقلام سبک پایدارتر هستند و آسیب پذیری کمتری خواهند داشت. شاید علت آن باشد که ما به سختی قادر به جابه جایی اجسام سنگین هستیم. در واقع از آنجایی که نیروهای اینرسی به وجود آمده در اثر زلزله متناسب با جرم و یا وزن اجسام هستند، قفسههایی که با اجسام سنگین پرشدهاند، برای جلوگیری از واژگونی یا لغزش در مقایسه با قفسههایی با همان اندازه اما سبک تر، نیاز به بستها و قیدهایی بسیار قوی تر دارند.
تغییر شکل ساختمان
در زمان وقوع زلزله، سازه ساختمان از یک طرف به طرف دیگر حرکت میکند و تغییر شکل مییابد. برای مثال، نوسان بالاترین قسمت برجها به چندین سانتی متر میرسد. بسته به بزرگی زلزله و خصوصیات سازهای ساختمان، میزان تغییر مکان در ارتفاع هر طبقه و یا جابهجایی نسبی طبقات در محدوده ۰/۵ سانتیمتر تا چند سانتیمتر متغیر است. پنجرهها، تیغهها و دیگر اجزایی که به سازه کاملاً مقید شده باشند، همراه آن حرکت میکنند. چنانچه ستون یا دیوار حتی به اندازه لحظهای کوتاه کمی تغییر شکل یافته و از وضعیت قائم خارج شود، پنجرهها و یا تیغههایی که کاملاً به سازه مقید شده باشند نیز باید به همان اندازه جابهجا شوند.
هر چه فاصله میان پیرامون یک شیشه ساختمانی و نوارها یا بستهای نگهدارنده آن بیشتر باشد، جابهجایی قابل تحمل پنجره تا قبل از وارد شدن نیروهای زلزله به آن بیشتر خواهد بود. اجزای شکننده مانند شیشهها، تیغههای دو پوسته یا تک پوسته، میان قابها یا روکشهای بنایی تحمل کوچکترین تغییر شکلی را ندارند و به محض بسته شدن فاصله پیرامونیشان، سازه ساختمان مستقیماً به آنها نیرو وارد کرده و باعث ترک خوردنشان خواهد شد. علت آسیب دیدگی بیشتر اجزای معماری ساختمان مانند شیشهها، تیغهها و روکشهای آنها، این نوع جابهجایی ناشی از زلزله است و نه نیرو های اینرسی وارد شده بر خود آنها.
همچنین موارد قابل توجهی از اندرکنش اجزای سازهای و غیرسازهای در زلزلههای پیشین وجود دارد که در آن اجزای غیرسازهای صلب باعث وارد آمدن آسیب به سازه و یا تخریب آن شدهاند. در این قبیل موارد، بیشتر اجزای غیرسازهای صلب و قوی مانند میانقابهای بنایی یا تیرهای بتنی لبه در نما مانع از حرکت یا تغییر شکل قاب سازه و باعث تخریب زود هنگام ستونها یا تیرها میشوند.
فاصله میان ساختمانهای مجاور
یکی دیگر از عوامل خسارات زلزله به اجزای غیرسازهای، ضربه زدن دو سازه مجاور و یا حرکت آنها نسبت به یکدیگر در حدفاصل درز جدایی است. درز انقطاع، فاصله بین دو ساختمان مجاور یا دو جناح از یک ساختمان است که اجازه میدهد ساختمانها مستقل از یکدیگر حرکت کنند.در درزهای انقطاعی که دو قسمت از یک ساختمان را از یکدیگر جدا میکنند، تأسیسات مکانیکی و برقی ساختمان اغلب باید از عرض درز انقطاع عبور کنند و جزئیات نازککاری معماری باید به گونهای باشد که در دو طرف درز انقطاع قطع شود. در ساختمانهای جداپایهای که روی جاذبهای ارتعاشات لرزهای قرار میگیرند، فاصله لرزهای در تراز زمین، بین فونداسیون و پایه سازه فوقانی تعبیه میشود. اندازه درز انقطاع در ساختمانهای قدیمیتر معمولاً ۳ تا ۵ سانتیمتر است، ولی در ساختمانهای جدید، تابع میزان حرکت جانبی لرزهای مورد انتظار بوده و به ۳۰ سانتیمتر نیز میرسد.
در زپوشها، لولههای آب، لولههای آتشنشانی، کانالهای تأسیسات، تیغهها و کف سازیها همگی باید به گونهای طراحی شوند که در اثر جابهجایی نسبی ساختمانهای دو طرف درز، هنگام زلزله آسیب نبینند. آسیبدیدگی اجزای عبوری از درز لرزهای از خسارات شایع زلزله است. اگر عرض درز اجرا شده کافی نباشد، ساختمانهای دو طرف درز در حین زلزله به یکدیگر ضربه وارد میکنند و اجزای سازهای و به ویژه اجزای غیرسازهای ساختمانها (نظیر جانپناه، نماسازی و …) آسیب میبینند.