مزایا و معایب ساختمانهای فلزی

تهران، خیابان ولی عصر، بالاتر از پارک وی، نبش خیابان خیام، پلاک 5، واحد 3
info@xema.co
+98 21 22668801-3 +98 21 88193708

©1395، کلیه حقوق وب سایت برای زما محفوظ است.

مزایا و معایب ساختمانهای فلزی

مقدمه

آتش‌سوزی ساختمان پلاسکو، به حادثه آتش‌سوزی ساختمان پلاسکو در چهارراه استانبول واقع در مرکز تهران اشاره دارد. در پی وقوع این آتش‌سوزی که در صبح روز پنجشنبه ۳۰ دی ۱۳۹۵ خورشیدی اتفاق افتاد، کل ساختمان پلاسکو فرو ریخته و تخریب شد. ساختمان پلاسکو در حالی بعد از 3.5 ساعت سوختن، فروریخت درحالی که تعداد زیادی آتش‌نشان درحال مهار آتش‌سوزی، در بیرون و داخل ساختمان بودند و عده‌ای از آن‌ها زیر آوارِ ناشی از فروریزش ساختمان  ماندند.

در نوشتار زیر ابتدا به بررسی سازه های فلزی، مزایا و معایب آن پرداخته و در نهایت به علل حادثه پلاسکو و فروریختن سازه آن خواهیم پرداخت.

عامل زمان در ساخت سازه فلزی ها اهمیت دوچندان یافته و این امر گرایش به سازه فلزی های پیش ساخته را افزایش داده است همچنین با افزایش جمعیت جوامع بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی خواهان بسیار پیدا کرده است. در این راستا از اوایل قرن حاضر تعدادی از متخصصین مجذوب قابلیت های منحصر بفرد سازه های فضاکار گشته و پاسخ بسیاری از نیازهای جدید را در این سازه ها جسته اند و البته به نتایج بسیار مثبتی نیز دست یافتند. با انتشار این نتایج روز به روز این عرصه با اقبال بیشتری مواجه گردید به گونه ای که با گذشت چندین دهه هنوز هم مطالعه سازه های فضاکار در کانون تحقیقات متخصصین و دانشجویان قرار دارد. در این مقاله منظور از عبارت سازه فضاکار سیستم های اسکلت فلزی بوده که از بافت تعداد زیادی المان یا مدول با شکلهای استاندارد به یکدیگر تشکیل می شو ند و نهایتا یک سیستم سبک و با صلبیت زیاد را ایجاد می کنند. سازه های فضاکار در اشکال بسیار متنوعی ساخته می شوند که مهمترین آنها عبارتند از : شبکه های مسطح دو یا چند لایه، چلیک ها، گنبدها و قوس ها . علاوه بر این، سازه های فضاکار دارای بافت متنوعی نیز می باشند. بدین ترتیب که با تغییر در آرایش المان ها می توان بافتار جدید ایجاد کرد و بدیهی است که کارآیی هر بافتار باید در مقایسه با بافتارهای دیگر سنجیده شود. مثال های متعددی از سازه های فضاکاری که در دنیا و ایران ساخته شده است وجود دارد : از جمله استادیوم های ورزشی، مراکز فرهنگی، سالن های اجتماعات، مراکز خرید، ایستگاه های قطار، آشیانه های هواپیماها، مراکز تفریحی، برجهای رادیویی و …

مزایای ساختمان فلزی:

مقاومت زیاد: مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیت فراوان میباشد .

 خواص یکنواخت : فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه میشود ، یکنواخت بودن خواص آن میتوان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود .

 دوام : دوام فولاد بسیار خوب است ، ساختمانهای فلزی که در نگهداری آنها دقت گردد . برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود - خواص ارتجاعی : خواص مفروض ارتجاعی فولاد با تقریبی بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد تا تنشهای بزرگی از قانون هوک بخوبی پیروی مینماید . مثلآ ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود . حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد .

 شکل پذیری : از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است ونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ،عضو خود خبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات ان جلوگیری میکند.

 پیوستگی مصالح : قطعات فلزی با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن می باشد و ولی در قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سلاح میلگرد وارد میگردد ، ترکهائی که در پوشش بتن پدید می آید ، قابل کنترل نبوده و احتمالا ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب شود .

مقاومت متعادل مصالح، مقاومت : مصالح فلزی در کشش و فشار یکسان و در برش نیز خوب و نزدیک به کشش و فشار است . در تغییر وضع بارها، نیروی وارده فشاری ، کششی قابل تعویض بوده و همچنین مقاطعی که در بار گذاری عادی تنش برشی در انها کوچک است ، در بارهای پیش بینی شده ،تحت اثر پیچش و در نتیجه برش ناشی از ان قرار میگیرند. در ساختمانهای بتنی مسلح مقاومت بتن در فشار خوب ، ولی در کشش و یا برش کم است. پس در صورتی که مناطقی احتمالآتحت نیروی کششی قرار گرفته و مسلح نشده باشد تولید ترک و خرابی مینماید.

 انفجار : در ساختمانهای فلزی بارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده، از قطعات پرکننده مانند تیغه ها و دیواره ها استفاده نمی شود. نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کند و انرژی مخرب آشکار میشود ، ولی ساختمان کلا ویران نخواهد گردید .

 تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی : اعضاء ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه ، تغییر مقررات و ضوابط ، اجراء و .... میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید ، تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه هائی اضافه کرد .

 شرایط آسان ساخت و نصب : تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت ، شرایط جوی متفاوت با تهمیدات لازم قابل اجراء است .

 سرعت نصب : سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجراء قطعات بتنی مدت زمان کمتری می طلبد .

 پرت مصالح : با توجه به تهیه قطعات از کارخانجات ، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است .

 وزن کم : ‌میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع و یا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخکین زد ، درحالی که در ساختمانهای بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم برمترمربع یا 160 تا 250 کیلوگرم برمترمکعب می باشد .

 اشغال فضا :‌ در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد ، ستون و تیرهای ساختمانهای فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهای بتنی میباشد ، سطح اشغال یا فضا مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود .

 معایب ساختمانهای فلزی:

 ضعف در دمای زیاد : مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد. اگر دکای اسکلت فلزی از 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد ، تعادل ساختمان به خطر می افتد .

 خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی : قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته میشود و مخارج نگهداری و محافظت زیاد است .

 تمایل قطعات فشاری به کمانش : با توجه به اینکه قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا کوچک است ، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف بحساب می رسد .

 جوش نامناسب : در ساختمانهای فلزی اتصال قطعات به همدیگر با جوش ، پرچ ، پیچ صورت میگیرد. استفاده از پیچ و مهره و تهیه ، ساخت قطعات در کارخانجات اقتصادی ترین ، فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهای متداول چنین امکاناتی مهیا نیست . اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفاده از ماشین آلات قدیمی ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایش جوش و.. برزگترین ضعف میباشد.

تجربه ثابت کرده است که سوله های ساخته شده در کارخانجات درصورت رعایت مشخصات فنی و استاندارد ، این عیب را نداشته و دارای مقاومت سازه ایی بهتر در برابر بارهای وارده و نیروی زلزله است.

حال با توجه به ضعف های سازه های فلزی به بررسی علل احتمالی تخریب ساختمان پلاسکو از زبان علی ساکت عضو هیات علمی پژوهشکده سوانح طبیعی می پردازیم.

ساختمان ۱۵ طبقه پلاسکو، در ضلع شرقی چهارراه استانبول تهران، به‌ عنوان اولین سازه های مرتفع و مدرن ایران با اسکلتی فلزی شناخته می شد که در سال ۱۳۴۱ ساخت آن به اتمام رسید و پس از ۵۴ سال، در روز پنج‌شنبه ۳۰ دی ماه ۱۳۹۵ بر اثر آتش‌سوزی و پیامدهای ناشی از آن کاملا فرو ریخت و حدود ۶۰۰ واحد تجاری در آن تخریب شد. ساختمانی که میلیاردها سرمایه از لحاظ اقلام تولید شده به همراه تجهیزات کارگاهی در آن مستقر بود و سال ها به عنوان قلب تولیدکننده پوشاک ایران به حساب می آمد.

سازه های از نوع  اسکلت فلزی به دلیل کاهش مقاومت فولاد در برابر گرما استحکام خود را از دست می دهند. ضمن اینکه در ساختمان های قدیمی اسکلت فلزی در صورت قرارگیری اسکلت، در معرض اکسیده شدن، زنگ زدگی و پوسیدگی در مقاطع مختلف در دراز مدت، توسعه پوسیدگی را به همراه خواهند داشت که نتیجه آن، کاهش سطح مقطع و مقاومت این نوع سازه ها نسبت به بارهای وارده خواهد بود.

حال اتفاقی که در یکی از قدیمی ترین سازه اسکلت فلزی تهران (ساختمان پلاسکو) رخ داد حاکی از آن بود که پس از آتش سوزی که از طبقات بالایی ساختمان یعنی طبقات ۱۰ و ۱۱ شروع شد، حریق به سمت واحدهای بالاتر گسترش یافت و به دلیل وجود مواد قابل اشتعال در آن طبقات، آتش سوزی رخ داده به طور کامل اطفا نگردید و تشدید گرما موجب کاهش مقاومت اسکلت ساختمان در طبقات بالایی این سازه، در مرحله اول گردید.

در ادامه و پس از طی حدود ۵/۳ ساعت از زمان شروع آتش سوزی، با توجه به اینکه تشدید گرما در داخل ساختمان همچنان ادامه داشت، صدای چند انفجار پی در پی از طبقه دهم سازه به گوش رسید که کسبه داخل پاساژ، احتمال می دادند این انفجارها ناشی از ترکیدن کپسول های گاز موجود در داخل مغازه ها باشد. به گفته این افراد، علت استفاده از کپسول های گاز دراین ساختمان، عدم گاز کشی در آن  سازه بیان گردیده است. همچنین طبق گزارشات ارائه شده، سیم کشی فرسوده برق در ساختمان پلاسکو از جمله عوامل احتمالی موثر در ایجاد جرقه و در نتیجه انفجار یاد شده به حساب می آید.

لذا علاوه بر عامل گرمای بالا که به کاهش مقاومت فولاد منجر گردیده، مشکل انفجار نیز می تواند تاثیر بسزایی در تضعیف سازه اسکلت فلزی فرسوده پلاسکو داشته باشد. انفجار مربوط به طبقات دهم و یازدهم که به تخریب این طبقات منجر شد و باعث گردید تا اعمال بار وارده از طبقات بالا به آنها، به طبقات پایین تر منتقل گردد و از آنجا که سازه، طبق گزارشات ارائه شده وضعیت مناسبی از لحاظ مقاومت نداشته، پیامدی جز تخریب کلی آن را نمی توان انتظار داشت.

براین اساس، با توجه به قدمت سازه و ارزیابی های صورت گرفته توسط متخصصین درگذشته، ساختمان پلاسکو از لحاظ ارزیابی مقاومت سازه ای مشکلات فراوانی داشته که می بایست مرتفع می گردیده است. وقوع چند آتش سوزی در دهه های گذشته که یکی از آنها نیز در چند سال قبل رخ داد، را نیز می توان یکی از دلایل دیگر در کاهش تدریجی مقاومت سازه به شمار آورد.

علاوه بر دلایل یاد شده، همانطور که می دانیم به علت حساسیت در عملیات برش کاری، جوشکاری و حمل و نصب، در سازه های اسکلت فلزی، تخصص و دقت بیشتری نسبت به اجرای سازه های اسکلت بتنی نیاز است که اجرای بهینه فرایندهای یاد شده، مستلزم تجربه  بالایی بوده و به نظر می رسد در زمان ساخت این سازه به عنوان یکی از اولین سازه های بلند مرتبه اسکلت فلزی در ایران، عدم وجود آیین نامه ها و طراحی های بهینه جدید و فناوری های نوین در ساخت و استحکام این سازه در مقایسه با پیشرفت های صورت گرفته در ساخت سازه های اسکلت فلزی در زمان حال، می تواند دلیل دیگری در ضعف سازه ساختمان پلاسکو باشد. از جمله این فناوری های نوین در دهه های اخیر برای کاهش خسارات ناشی از آتش سوزی در ساختمان های اسکلت فلزی، می توان به ایجاد یک سیستم محافظت در برابر آتش سوزی در زمان ساخت سازه های فلزی اشاره نمود. این درحالی است که علیرغم تذکرات شفاهی و کتبی برخی سازمان ها از جمله آتش نشانی هیچ فعالیتی در زمینه مقاوم سازی این سازه در دهه های اخیر نیز صورت نگرفت.

بر این اساس و با تجربه تلخ بدست آمده، با توجه به تعدد ساختمان های قدیمی مسکونی و تجاری بویژه در تهران و شهرهای بزرگ که با مخاطرات مختلفی از جمله آتش سوزی، زمین لرزه و … مواجه هستند، باید به دنبال پیشگیری از وقوع رخداد چنین حوادثی بود.

این مهم در مرحله اول با شناسایی ساختمان های آسیب پذیر مهم و پرجمعیت و ارزیابی آسیب پذیری آنها از جنبه های مختلف توسط تیم های ارزیاب متخصص و ارائه راهکارها و برنامه هایی کاربردی و عملیاتی در زمینه مقاوم سازی و یا تجدید بنا با هدف کاهش اثرات ناشی از مخاطرات طبیعی و غیرطبیعی برای این سازه ها محقق خواهد شد.

امید که در آینده ای نزدیک شاهد ایجاد کمیته ای تخصصی در زمینه مربوطه با هدف کاهش اثرات ناشی از سوانح غیرمترقبه برای سازه های قدیمی مهم  با حضور سازمان های دست اندرکار در این زمینه از جمله: شهرداری، وزارت راه، مسکن و شهرسازی، وزارت نیرو، سازمان نظام مهندسی ساختمان، نمایندگان شرکت های مهندسین مشاور متخصص و … باشیم تا از تکرار حوادث این چنینی تا حد ممکن جلوگیری به عمل آید.


 منبع:

وبلاگ بسطام

روزنامه جهان اقتصاد


0 نظر برای
"مزایا و معایب ساختمانهای فلزی"