برآورد پایداری سازه‌ها در برابر حریق در قبل و بعد از زلزله

اکوبورس: نتایج یافته های محققان پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله نشان می‌دهد که سازه‌هایی که پس از زلزله دچار حریق می‌شوند، ۹ تا ۲۵ دقیقه در دمای ۶۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد پایدار می مانند و این میزان حرارت در پیش از زلزله کمتر است.
به گزارش اکوبورس به نقل ازایسنا، مطالعات محققان پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله به سرپرستی دکتر فریبرز ناطقی الهی، عضو هیات علمی این پژوهشگاه در زمینه بررسی رفتار سازه‌های فولادی کوتاه تا میان مرتبه به هنگام زلزله در دو حالت “آسیب دیده در آتش پیش از زلزله” و “آتش سوزی پس از زلزله” نشان می‌دهد که در حالت آتش سوزی پیش از زلزله، در صورتی که سازه حداکثر دمایی که در سناریوهای مختلف آتش سوزی تجربه کرده در محدوده ۶۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، پس از زلزله پایدار خواهد بود. در حالت آتش سوزی پس از زلزله، حداکثر دمای پایداری، پس از زلزله در سناریوهای مختلف آتش سوزی، در محدوده ۶۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار دارد، از این رو نرخ مقاومت در برابر آتش، برای تخلیه و نجات جان ساکنین و همچنین اطفاء حریق به منظور جلوگیری از فروریزش سازه، در سناریوهای مختلف آتش ۹ تا ۲۵ دقیقه برآورد شده است. البته قالب بندی اسکلت هم نقش اساسی در میزان زمان لازم برای تخلیه بر عهده دارد. این برآورد بر اساس ابداع روش، مدلسازی و طراحی نرم افزاری برای تخمین زمان لازم برای تخلیه ساختمان‌های فلزی در آتش سوزی قبل و بعد از زلزله در شهرها صورت گرفته است. زلزله ۱۹۹۴ نورث ریج امریکا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن، باعث شکست در خطوط انتقال گاز شهری، آسیب به شبکه برق رسانی و به دنبال آن وقوع آتش سوزی‌های گسترده و انفجارهای مهیبی در سطح شهر شد؛  همچنین هزاران نفر کشته، زخمی و بی خانمان شدند. آتش سوزی در ساختمان، پیش از وقوع زلزله نیز می‌تواند به صورت سهوی یا عمدی از جمله اشکال در تاسیسات مکانیکی و برقی، نگهداری نادرست از مواد قابل اشتعال، آشوب‌های اجتماعی و غیره رخ دهد. در ۶ ماه نخست سال ۱۳۹۸، مرگ‌های ناشی از سوختگی در ایران غریب به ۱۰۰۰ نفر بوده است که بخش بزرگی از این آتش سوزی‌ها در حالی مربوط به منازل مسکونی است که میلیاردها تومان از سرمایه‌های کشور بر اثر حریق از بین می‌رود. ابعاد این خسارت همراه توسعه شهری و صنعتی افزایش می‌یابد زیرا مسائلی مانند رشد جمعیت شهری، توسعه مراکز بزرگ تجمعی (مراکز تجاری، سینما، کتابخانه، مساجد و …)، انبارها، اجرای تاسیسات مکانیکی و برقی در ساختمان‌ها و مراکز صنعتی، نگهداری نادرست از مواد قابل اشتعال و توسعه شبکه‌های انرژی (برق و گاز) می‌تواند به دنبال خود خطرات بیشتری در زمینه آتش سوزی ایجاد کند. دکتر ناطقی الهی، عضو هیات علمی پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله در گفت‌وگو با ایسنا در این باره گفت: بسیاری از ساختمان‌ها اعم از مسکونی، تجاری، بیمارستانی و صنعتی در سطح کشور وجود دارند که در آتش سوزی آسیب دیده‌اند، اما دچار فروریزش نشده و هم اکنون قابلیت بهره برداری دارند؛ اما با توجه به این که کشور ایران در ناحیه با خطر لرزه‌ای زیاد قرار دارد و به طور معمول هر ۱۰ سال یک زلزله با بزرگای بیش از ۶ را تجربه می‌کند، لذا خطر زلزله برای این ساختمان‌ها تهدیدی جدی است. این خطر برای سازه‌هایی که بعد از زلزله دچار آتش سوزی می‌شوند نیز وجود دارد و این پرسش مطرح است که آیا سازه ظرفیت مقابله با بارهای حرارتی پس از آسیب‌های ناشی از زلزله را دارد یا خیر و اینکه حداکثر دما و مدت زمان فروریزش سازه به هنگام آتش سوزی پس از زلزله، برای تخلیه و نجات جان ساکنین چه مقدار است؟ ناطقی الهی اضافه کرد: با نظر به تحقیقات گذشته مشاهده شد که در خصوص “سازه‌های فولادی که پیش از زلزله، آتش سوزی را تجربه کرده‌اند مطالعه‌ای صورت نگرفته است و اندک مطالعات در این زمینه بر روی اعضای بتنی بوده است؛ لذا با توجه به خلا تحقیقاتی در این زمینه و اهمیت خاص آن، به ویژه در کشورمان ایران، ارزیابی سازه‌های فولادی به هنگام زلزله در دو شرایط “آسیب دیده در آتش پیش از زلزله” و “آتش سوزی پس از زلزله” در دستور کار ما قرار گرفت. عضو هیات علمی پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله با اشاره به فروریختن ساختمان پلاسکو در آتش سوزی، خاطر نشان کرد: این پروژه ۶ ماه بعد از ساختمان پلاسکو کلید خورد و نتایج قابل توجهی داشته است. مهندس محمدرضا درودی، همکار این پروژه تحقیقاتی در پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله نیز در گفت‌وگو با ایسنا با اشاره به جزئیات این پروژه تحقیقاتی توضیح داد: در این مطالعات مدل در نظر گرفته شده برای تحلیل‌های آتش سوزی و لرزه‌ای، یک قاب از ساختمان ۴ طبقه فولادی که بسیار در تهران متداول است، با سیستم سازه‌ای قاب خمشی معمولی است که در شهر تهران با خطر لرزه‌ای نسبی خیلی زیاد قرار دارد و بر اساس ویرایش سوم مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران و استاندارد ۲۸۰۰ طراحی شده است. مقاطع تیرها به صورت I شکل و مقاطع ستون‌ها به صورت قوطی‌های مربعی شکل در نظر گرفته شده است. برحسب پیامدهای آتش سوزی و احتمال تکرار آن پیامد، سناریو آتش مشخص می‌شود؛ از این رو ۱۰ سناریوی آتش سوزی با استفاده از مدلسازی عددی و شبیه سازی اثرات آتش بر مشخصات مصالح مطابق با استاندارد اروپا در دهانه‌ها و طبقات مختلف به قاب اعمال شده است. سناریوی آتش سوزی تیرها و ستون‌ها   درودی خاطر نشان کرد: با توجه به اینکه برای دستیابی به سطح عملکرد ایمنی جانی از کنترل تغییر مکان نسبی (دریفت) سازه در آیین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد ۲۸۰۰) استفاده می‌شود، به منظور بررسی رفتار سازه به هنگام زلزله در سناریوهای مختلف آتش سوزی، در هر دو شرایط آسیب دیده در آتش پیش از زلزله و آتش سوزی پس از زلزله، نتایج حاصل از دریفت قاب برای سناریوهای آتش ۱۰ مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین به جهت پیشگیری از فروریزش سقف‌ها و ممانعت از خرابی پیش رونده آنها به سبب افزایش بار ثقلی طبقات، نمودار خیز تیرها در هر دو حالت برای سناریوهای مختلف آتش ارزیابی شد. نمودار دریفت سازه در سناریوهای ۱ تا ۱۰ برای حالت آسیب دیده در آتش پیش از زلزله نمودار نسبت خیز وسط دهانه به طول تیر، تیرهای دهانه میانی برای حالت آسیب دیده در آتش پیش از زلزله نمودار دریفت سازه در سناریوهای ۱ تا ۱۰ برای حالت آتش سوزی پس از زلزله نمودار نسبت خیز وسط دهانه به طول تیر، تیرهای دهانه میانی و سمت راست برای حالت آتش سوزی پس از زلزله درودی ادامه داد: نتایج پژوهش نشان می‌دهد که در حالت آتش سوزی پیش از زلزله، در صورتی که سازه حداکثر دمایی که در سناریوهای مختلف آتش سوزی تجربه کرده، در محدوده  ۶۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، پس از زلزله در دمای محیط، پایدار خواهد بود. در اغلب سناریوها دریفت سازه پس از زلزله در محدوده مجاز قرار دارد، لذا سازه پس از آتش سوزی و تجربه دمایی در این محدوده دمایی توانسته بخشی از سختی و مقاومت از دست رفته خود را برای مقابله با بارهای جانبی در دمای محیط باز یابد. وی با اشاره به نتایج این تحقیقات در حالت آتش سوزی پس از زلزله، یادآور شد: نتایج نشان می‌دهد که حداکثر دمای پایداری، پس از زلزله در سناریوهای مختلف آتش سوزی در محدوده ۶۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار دارد، ضمن آنکه نرخ مقاومت در برابر آتش در سناریوهای مختلف ۹ تا ۲۵ دقیقه برآورد شد ولی در اکثر سناریوها، دریفت سازه پس از بارگذاری حرارتی از محدوده مجاز تجاوز می‌کند. به گفته این محقق پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی با توجه به تغییر مکان جانبی سازه پس از زلزله و وجود بارهای ثقلی، پس از آتش سوزی و کاهش سختی و مقاومت اعضای تحت حرارت، سازه دچار دریفت زیاد به خصوص در طبقات تحت آتش می‌شود. نمودارهای نسبت خیز تیرها به طول آنها بر حسب دما نشان می‌دهد که از دمایی حدود ۶۰۰ تا ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد با کاهش سختی و مقاومت فولاد، خیز تیرها به سمت پایین به سرعت افزایش می‌یابد. در دهانه‌های بلند به دلیل سختی خمشی کمتر، افزایش خیز نسبت به دهانه‌های کوچک، بیشتر و در دمای پایین‌تری رخ می‌دهد. ناطقی الهی نیز با تاکید بر اینکه با توجه به نتایج تحلیل توصیه می‌شود برای پیشگیری از کمانش ستون‌ها و فروریزش سقف‌ها اولویت برای اطفاء حریق، دهانه‌های پیرامونی طبقه و دهانه‌های داخلی با طول بلند باشد، اظهار کرد: بر اساس نتایج این مطالعات با تخمین بسیار مطلوبی می‌توان شرایط تخلیه ساختمان‌های کوتاه و متوسط تهران و شهرهای لرزه خیز را قبل از وقوع زلزله و احتمال آتش سوزی برآورد کرد و به ساکنین از قبل اطلاع داد که چه مقدار زمان برای تخلیه ساختمان خواهند داشت. این عضو هیات علمی پژوهشگاه بین المللی زلزله با بیان اینکه این پروژه در راستای اهداف پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله برای کاهش آسیب پذیری شهرهای کشور انجام شده است، گفت: ساختمان‌های بلند هم بر اساس مدل توسعه یافته توسط (ناطقی- درودی-۲۰۲۱) به صورت تک تک قابل بررسی خواهد بود و امید است برای کلیه ساختمان‌های فولادی در یک برهه کوتاه مدت نسبت به آن و بررسی زمان تخلیه ساختمان‌های خود اقدام شود.