تاثیر آتش بر سازه+ بررسی واکنش برج های دو قلو آمریکا در برابر آتش

فصل اول : کلیات

فصل دوم : رفتار سازه در مقابله با آتش سوزی

فصل سوم : اثرآتش براعضای قاب ساختمانی و بررسی دوام آنها در مواجهه با آتش

فصل چهارم : روش های مقابله با آتش

فصل پنجم : بررسی واکنش برج های دو قلو در برابر آتش

فصل ششم : نتایج و پیشنهادات

می توانید کامل مقاله را در انتها دانلود نمایید :

قدرت تخریب آتش ناشی ازمیزان کار مایه حرارتی آزادشده درهنگام آتش سوزی است. بخشی ازاین گرما درفضای آتش پخش می شود ومابقی جذب مواد ساختمانی واعضاء می شود درنتیجه اعضای سازه ای استحكام مكانیكی خود را از دست می دهند ودریك دمای بحرانی تخریب می شوند ویا آسیب جدی به آنها وارد می شود. میزان خسارت ناشی ازآتش ،ارتباط مسقیم با مدت ودمای ایجاد شده دارد. باوجودآمار بالای آتش سوزی درایران وهزینه سالیانه زیاد ناشی آتش سوزی ، درطراحی سازه ها به این امر توجه لازم نمی شود.دراین تحقیق در ابتدا رفتار سازه ها دربرابر حرارت وآتش مورد مطالعه وبررسی قرارگرفته ودر ادامه نیز چند روشی که جهت مقابله با آتش مورد استفاده قرار گرفته بررسی میگردد.

کشور عزیزمان ایران روی بخشی ازكمربند آلپ- هیمالیا قرار دارد وبه همین دلیل هرساله شاهد زمین لرزه های ویرانگر درسطح كشور هسیتم. باتوجه به آسیب دیدن تاسیسات برق شهری وخطوط انتقال گاز درهنگام زلزله ،آتش سوزی پس ازوقوع زلزله می تواند باعث آسیب رساندن به ساختمانها شود. باتوجه به اینكه بین ساختمانهای موجود فاصله لازم وجودندارد ،لذا آتش سوزی به سرعت گسترش پیدا خواهد كرد. دراین زمان چند عامل سبب تشدید اثر آتش سوزی خواهد شد که که مختصرا به بررسی آنها می پردازیم:

1- درهنگام زلزله تعداد زیادی از دیوارهای جدا كننده وپوشش روی اعضای سازه ای آسیب می بینند كه خود باعث صدمه پذیری آنها نسبت به حرارت می شود كه این مسئله برای اسكلتهای فلزی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

2- وقوع زلزله شدید باعث ایجاد مفصل پلاستیك وتغییر شكلهای دائمی دربسیاری ازعضوها می شود كه در نتیجه سازه نسبت به هرگونه افزایش تنش ، مقاومت كمتری نشان خواهد داد.
3- دراثر زلزله ،بسیاری ازمسیرهای تردد صدمه می بینند وتخریب می شوند، درنتیجه دسترسی ماشینهای آتش نشانی به محلهای حادثه بامشكل روبرو می شود.
طبقه همكف دراكثر ساختمانهای مسكونی موجود ، محل توقف وسائل نقلیه است ومعمولاً ستونها ومهاربندهای این طبقه ، دارای پوشش محافظ نیستند. باتوجه به اینكه مقاومت فولاد بدون پوشش درهنگام آتش سوزی استاندارد حدود 15دقیقه است نیاز به بررسی مقاومت سازه ها دربرابر آتش ومقاصد طراحی ، آتش سوزی استاندارد باتابع دما- زمان مشخص درآئین نامه ها تعریف می شود ونمونه های اعضای ساختمانی دركوره های آزمایشگاهی باتغییرات دما نسبت به زمان منطبق با آتش استاندارد ،آزمایش می شوندقدرت تخریب آتش ناشی ازمیزان کار مایه حرارتی آزادشده درهنگام آتش سوزی است. بخشی ازاین گرما درفضای آتش پخش می شود ومابقی جذب مواد ساختمانی واعضاء می شود درنتیجه اعضای سازه ای استحكام مكانیكی خود را از دست می دهند ودریك دمای بحرانی تخریب می شوند ویا آسیب جدی به آنها وارد می شود. میزان خسارت ناشی ازآتش ،ارتباط مسقیم با مدت ودمای ایجاد شده دارد. باوجودآمار بالای آتش سوزی درایران وهزینه سالیانه زیاد ناشی آتش سوزی ، درطراحی سازه ها به این امر توجه لازم نمی شود.دراین تحقیق در ابتدا رفتار سازه ها دربرابر حرارت وآتش مورد مطالعه وبررسی قرارگرفته ودر ادامه نیز چند روشی که جهت مقابله با آتش مورد استفاده قرار گرفته بررسی میگردد.
کشور عزیزمان ایران روی بخشی ازكمربند آلپ- هیمالیا قرار دارد وبه همین دلیل هرساله شاهد زمین لرزه های ویرانگر درسطح كشور هسیتم. باتوجه به آسیب دیدن تاسیسات برق شهری وخطوط انتقال گاز درهنگام زلزله ،آتش سوزی پس ازوقوع زلزله می تواند باعث آسیب رساندن به ساختمانها شود. باتوجه به اینكه بین ساختمانهای موجود فاصله لازم وجودندارد ،لذا آتش سوزی به سرعت گسترش پیدا خواهد كرد. دراین زمان چند عامل سبب تشدید اثر آتش سوزی خواهد شد که که مختصرا به بررسی آنها می پردازیم:
1- درهنگام زلزله تعداد زیادی از دیوارهای جدا كننده وپوشش روی اعضای سازه ای آسیب می بینند كه خود باعث صدمه پذیری آنها نسبت به حرارت می شود كه این مسئله برای اسكلتهای فلزی از اهمیت بیشتری برخوردار است.
2- وقوع زلزله شدید باعث ایجاد مفصل پلاستیك وتغییر شكلهای دائمی دربسیاری ازعضوها می شود كه در نتیجه سازه نسبت به هرگونه افزایش تنش ، مقاومت كمتری نشان خواهد داد.

3- دراثر زلزله ،بسیاری ازمسیرهای تردد صدمه می بینند وتخریب می شوند، درنتیجه دسترسی ماشینهای آتش نشانی به محلهای حادثه بامشكل روبرو می شود.
طبقه همكف دراكثر ساختمانهای مسكونی موجود ، محل توقف وسائل نقلیه است ومعمولاً ستونها ومهاربندهای این طبقه ، دارای پوشش محافظ نیستند. باتوجه به اینكه مقاومت فولاد بدون پوشش درهنگام آتش سوزی استاندارد حدود 15دقیقه است نیاز به بررسی مقاومت سازه ها دربرابر آتش ومقاصد طراحی ، آتش سوزی استاندارد باتابع دما- زمان مشخص درآئین نامه ها تعریف می شود ونمونه های اعضای ساختمانی دركوره های آزمایشگاهی باتغییرات دما نسبت به زمان منطبق با آتش استاندارد ،آزمایش می شوند

ساختمانهای بلند باتوجه به عدم دسترسی ماشینهای آتش نشانی وساختار سازه ای نسبت به آتش حساس ترهستند در این ساختمانها استفاده ازشبكه های بارندۀ خودكار، شبكه هشدار حریق ،سیستم كنترل دود، استفاده از مولد برق اضطراری واتاق كنترل مركزی الزامی است.

عوامل مؤثر بررفتار سازه ها درهنگام آتش سوزی :

چندین عامل بررفتار سازه ها درهنگام آتش سوزی ، مؤثر است .مهمترین آنها به شرح زیر می باشد:
-اندركش سازه ای: بر خلاف عضو منفرد ، رفتار یك قاب سازه ای درزمان آتش سوزی ، تحت تاثیر اندركنش اعضای سازه ای متصل درقسمتهای مجاور آتش وسایر قسمتها ، قرار دارد . این مساله برای رفتار كل قاب سودمند است ، زیرا تخریب برخی از اعضای سازه ای ، لزوماً باعث به مخاطره افتادن پایداری كل سازه نمی شود . دراین حالت اعضای باقیمانده ، مسیر دیگری برای انتقال بار قسمتهای تخریب شده ، بوجود می آورند.
-اتصالات : زمانیكه دراثر آتش سوزی دریك تیر ساده با اتصالات برشی ، خیز بوجود می آید ، اتصالات انتهایی كمی درمقابل دوران مقاومت می كنند ولنگر انتهایی بوجود می آید . درنتیجه لنگروسط دهانه وپدیدۀ غشایی یكطرفه كاهش می یابد. مقاومت دربرابر لنگر وكشش اتصال باعث افزایش مقاومت تیر دربرابر آتش تازمان گسیختگی اتصال می گردد. این اثر سودمند درقابهای فولادی چند دهانه با اتصالات ساده مشخص تراست . دربیشتر مدلسازیها فرض می شود كه مشخصات پیش از آتش سوزی یك اتصال ،‌پس ازآن نیز ثابت می ماند . به نظر می رسد كه رفتار اتصالات ، معین می كند كه تخریب موضعی باشد ویا به صورت پیش رونده درآید .
-قیدهای انتهایی : پاسخ سازه ای یك عضو تحت شرایط آتش سوزی می تواند با توجه به شرایط انتهایی آن به شدت تغییر كند. برای بار و آتش یكسان ، یك تیر با دو انتهای صلب، نسبت به یك تیر یك سرساده ویك سر غلطك، تغییر شكل كمتری می دهد ومدت زمان بیشتری مقاومت می كند. افزودن قید محوری درابتدا به دلیل نبود درجه آزادی برای انبساط محوری، باعث افزایش تغییر شكل می شود. باافزایش گرما، سرعت افزایشی تغییر شكل كاهش می یابد.
-بارگذاری: یك عامل تعیین كننده دررفتار عضو درمعرض آتش سوزی ، باراعمالی آن است . تخریب سازه زمانی اتفاق می افتند كه بار اعمالی ازبارنهایی بیشتر شود. دوام دربرابر آتش یك عضو باكاهش بار اعمالی ، افزایش می یابد .
-تاثیر مواد ضد آتش: مواد ضد آتش باید با ضخامتی پایدار، روی فولاد راپوشش دهند صدمه وارده به مواد ضد آتش دراثر ضربه ، باعث كاهش قابلیت مواد به عنوان پوشش می شود . درنتیجه پوشش باید دربرابر سایش، ضربه، ارتعاش ودمای بالا مقاومت كند . مواد ضد آتش ممكن است درنتیجه كرنش حرارتی ناشی ازتفاوت انبساط حرارتی فولاد وپوشش ضد آتش ویا انحنای عضو فولادی ، فرو بریزند.پوشش های ضد آتش ممكن است دراثر از دست دادن چسبندگی به فولاد ، تخریب شوند.
-خاموش كنندهای آتش : درآتش سوزی یك ساختمان ، افزایش دمای اعضای مجاورآب پاش ها محدود می شود، درنتیجه مقاومت اعضاء دربرابر آتش ، افزایش می یابد.
–نامعینی : سازه های معین:با تشكیل اولین مفصل پلاستیك تخریب می شوند ، ولی با تشكیل مفصل پلاستیك درسازۀ نامعین ،یك درجه ازنامعینی ، كاسته می شود وسازه همچنان می تواند دربرابر آتش مقاومت كند.
توزیع دما : باتوجه به پوشش محافظ وآرایش اعضا دارای دمای متفاوت درسطح مقطع وطول خود هستند .

دوام سازه دربرابرآتش:
دوام سازه دربرابر آتش به عنوان مشخصه یك ساختمان ، برای تحمل آتش وحفاظت ازآن تعریف می شود [4].(ASTM2001a) برای تعریف دوام دربرابر آتش ، دو موضوع مطرح است. نخستین مساله قابلیت یك عضو درحفظ استحكام سازه ای وپایداری ، درهنگام قرار گیری درمعرض آتش است.
دومین مساله برای برخی عضوها مانند دیوارها وسقفها، جلوگیری از گسترش آتش می باشد .به طور معمول دوام دربرابر آتش ، با قرار دادن یك نمونه ، تحت آزمایش استاندارد بدست می آید.[5] نتیجه آزمایش تحت عنوان درجه دوام دربرابر آتش برحسب ساعت ، برپایه مدت زمانی كه نمونه ، ضوابط پذیرفته شده درآزمایش را تامین كند، بدست می آید .
درجه دوام لازم دربرابر آتش ، برای اجزای مختلف ساختمان درآیین نامه ها آورده شده است كه این درجه دوام به نوع كاربری ، تعداد طبقات ومساحت طبقه بستگی دارد . باتوجه به این كه آزمایش استاندارد یك تست مقایسه ای است نه پیش بینی كنندۀ رفتارواقعی ، درجه دوام دربرابر آتش آزمایشگاهی ،برای تخمین مدت زمانی كه یك عضو می تواند درآتش سوزی واقعی ، تخریب نشود ، قابل استفاده نیست .به طور كلی درجه دوام دربرابر آتش یك عضوسازه ای تابعی است از:
1-میزان باراعمال شده به عضو
2-نوع عضو (‌تیر- ستون و…)
3-ابعاد عضو وشرایط تكیه گاهی
4-جریان گرمایی حاصل ازآتش دراطراف عضو
5-نوع ماده تشكیل دهنده(‌بتن- فولاد و…)
6-تاثیر افزایش دمای عضو سازه ای برمشخصات مكانیكی تشکیل دهنده آن .
رفتار عضو سازه ای درآتش سوزی بستگی به مشخصات مكانیكی وحرارتی آن عضو دارد .
با افزایش دما، مقاومت عضو دربرابر تغییر شكل معین،ضریب كشسانی وسختی كاهش می یابد.
رفتارعضوسازه ای درمعرض آتش رامی توان توسط روش های تحلیل سازه تخمین زد. درمقایسه باطراحی دردمای معمولی تغییرات تغییر شكل وسایر مشخصات باید درنظر گرفته شود. تیرهاوخرپاها ممكن است باتوجه به شرایط انتهایی ، واكنش های متفاوتی رانشان دهند ، عضوی كه دارای قید محوری نیست ، درهنگام آتش سوزی بدون ایجاد نیروی محوری تغییر شكل پیدا می كند. اما عضوی كه دارای قید محوری است، تنشهای محوری ایجاد می شود . عضوهایی كه به هم متصل نیستند، ممكن است با غلبه بار وارده برمقاومت موجود ، تخریب شوند ولی درعضوهای متصل به هم ، به دلیل كاهش ضریب كشسانی ،تغییر شكل قابل توجه اتفاق می افتد ولی عضو دیرتر تخریب می شود . با كاهش ضریب كشسانی و تضعیف اتصال ستون ها به كفها، لاغری ستون افزایش می یابد ودرنتیجه حساسیت ستون به كمانش افزایش می یابد.

نکات زیر را از بررسی برج های دوقلو می توان برداشت کرد :
-سازندگان ساختمان ،برخورد سازه را با یک هواپیما پیش بینی کرده بودند و به نحوی آن را طراحی کرده بودند که اگر هواپیما به برج ها برخورد پیدا می کرد ،بدون اینکه آسیب جدی به ساختمان وارد می شد هواپیما سقوط می کرد اما متاسفانه پیش بینی اینکه احتمال برخورد هواپیمایی با موتور جت به برج ها وجود دارد در دستور کار طراحان قرار نگرفت که منجر به بروز چنین حادثه عظیمی گردید.
– طبق نظر برخی از محققین انرژی آزاد شده به هنگام ایجاد انفجار در برج ها از 35 برابر انرژی که از برخورد هواپیما با ساختمان بوجود آمد بیشتر بود !
-همانطور که در شکل(شکل 5-4) نشان داده شده است پس از ریزش برجها, آوارهای بجا مانده انقدر متراکم و کم به نظر می آید که دلیل آن می تواند این باشد که برجهای دوقلو ۱۱۰ طبقه ای از فولاد کم وزن و یک هسته توخالی مرکزی ساخته شده بودند. بیش از ۹۵% حجم این برجها هوا بود که پس از ریزش برجها و از بین رفتن فضای اضافه بین طبقات و هسته مرکزی حجم آوار بجا مانده کم به نظر میرسید .
-ساختمان شماره یک(1WTC)از جانب جبهه ی شمالی ( تقریباً وسط ) و در محدوده‌ی طبقات ۹۴ تا ۹۸ ضربه خورد. حداقل ۵ تکه‌ی ۳ ستونی کنده شد و به داخل پرتاب شد و قسمتی از کف که توسط این ستون‌ها تحمل می‌شد به صورت موضعی خراب شد.در اطراف مرکز، ستون‌ها با تصادم بال هواپیما شکسته شدند. تصاویر نشان می‌دهد حدود ۳۱ تا ۳۹ ستون در ارتفاع حدود ۴ طبقه در ضلع شمالی خراب شدند. میزان خساراتی که به ستون‌ها و تیرهای هسته مرکزی وارد شده نامعلوم است.
-ساختمان شماره ۲ (WTC2) از جانب ضلع جنوبی در طرف شرق مورد اصابت قرار گرفت. پس از برخورد ۶ تکه ی ستون ۳ تایی در قسمت میانی خراب شدند و بخشی از کف‌های طبقات ۷۸ تا ۸۴ آسیب دیدند.در قسمت‌هایی که مورد اصابت بال هواپیما قرار گرفته بودند،فقط ستون‌های خارجی آسیب دیدند. عکس‌ها مبین این است که حدود ۲۷ تا ۳۲ ستون در ضلع جنوبی ساختمان در ارتفاع ۵ طبقه آسیب دیدند.

درجه بندی سازه ها از نظر میزان خطر پذیری:
برای درجه بندی سازه ها از نظرمیزان خطر پذیری آنها در هنگام آتش سوزی، انجام آزمایش های متعدد روی نمونه های مصالح و حتی آزمایش در ابعاد واقعی روی قالب ها ضروری است. با این وجود می توان با شیوه های زیر ، سازه ها را طبقه بندی کرد. درجه بندی سازه ها برای تعیین درجة دوام لازم برای عضوهای مختلف مورد نیاز است و می تواند در تدوین آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر آتش مورد استفاده قرار گیرد.

اجزا و قطعات ساختمانی با توجه به زمان مقاومت در برابر آتش به سه گروه تقسیم می شوند :
1 – مانع گسترش آتش : با حداقل نیم ساعت مقاومت در برابر اشتعال و سرایت آتش به طرف دیگر
2- مقاومت در برابر آتش : با حداقل یك و نیم ساعت در برابر آتش و نیز پایداری در برابر فشار آب و آتش نشانی .
3- بسیار مقاوم در برابر آتش : با حداقل سه ساعت مقاومت در برابر آتش .
لازم به ذكر است ، مقاوم در برابر آتش زمانی است كه یك جزء سازه می تواند آتش را بدون فروریختن تحمل كند و درجه حرارت در سمت و درجه حرارت در سمت غیر نمایان از 140 درجه سانتی گراد و در هر منطقه دیگر از 180 درجه سانتی گراد بالاتر نرود . بنابراین تعریف اجزای اصلی سازه نظیر دیوارهای باربر ، تیرها و ستونها بایستی در یكی از گروه های 2 و 3 قرار گیرند .

مقابله با آتش سوزی معمولاً با سه روش زیر انجام می شود:
– روش اول دفاعی، آب پاشهای خودكاری هستند كه برای كنترل آتش درمراحل اولیه گسترش وخاموش كردن یاتحت كنترل درآوردن آن تا ورود ماموران آتش نشانی طراحی می شوندو این آب پاشها معمولاً قادر به كنترل آتش سوزیهای شدید نیستند.
روش دوم دفاعی ، مبارزه به روش دستی می باشد.

– روش سوم دفاعی ، مقاوم سازی ساختمان ها واجزای آن شامل قاب های ساختمانی ، كفها، جدا كننده ها ، حصار دور آسانسور ها وپله ها می باشند. مهمترین قسمتهای قابهای سازه ای شامل ستون ها ، شاهتیرها وخرپاها هستند.

روشهای مقاوم سازی بتن در مقابله با آتش:
-1 افزایش پوشش میلگرد ها
-2 استفاده ازمیلگرد های باfy كمتركه دارای دمای بحرانی بالاتری هستند.
3-استفاده از دانه های لیکا

مطالب بالا کامل نبوده برای دریافت کل مطالب مقاله کلیک نمایید :


درباره نویسنده

امیر رضا حدادی متولد 1368 شهرستان آمل کارشناس مهندسی عمران دانشگاه شمال و کارشناس ارشد مهندسی راه و ترابری محقق و پژوهشگر در زمینه مهندسی عمران و پدافندغیرعامل و روسازی راه اماده ارائه خدمات و همکاری علمی و پژوهشی در زمینه های دفاع شهری و روسازی راه و مهندسی عمران

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *