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 استحکام مکانیکی خود را از دست می دهند ودریک 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 ازکمربند آلپ- هیمالیا قرار دارد وبه همین دلیل هرساله شاهد زمین لرزه های ویرانگر درسطح کشور 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 اینکه بین ساختمانهای موجود فاصله لازم وجودندارد ،لذا آتش سوزی به سرعت گسترش پیدا خواهد کرد. دراین زمان چند عامل سبب تشدید اثر آتش سوزی خواهد شد که که مختصرا به بررسی آنها می پردازیم:

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

۲- وقوع زلزله شدید باعث ایجاد مفصل پلاستیک وتغییر شکلهای دائمی دربسیاری ازعضوها می شود که در نتیجه سازه نسبت به هرگونه افزایش تنش ، مقاومت کمتری نشان خواهد داد.
۳- دراثر زلزله ،بسیاری ازمسیرهای تردد صدمه می بینند وتخریب می شوند، درنتیجه دسترسی ماشینهای آتش نشانی به محلهای حادثه بامشکل روبرو می شود.
طبقه همکف دراکثر ساختمانهای مسکونی موجود ، محل توقف وسائل نقلیه است ومعمولاً ستونها ومهاربندهای این طبقه ، دارای پوشش محافظ نیستند. باتوجه به اینکه مقاومت فولاد بدون پوشش درهنگام آتش سوزی استاندارد حدود ۱۵دقیقه 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 درکوره 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 استحکام مکانیکی خود را از دست می دهند ودریک 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 ازکمربند آلپ- هیمالیا قرار دارد وبه همین دلیل هرساله شاهد زمین لرزه های ویرانگر درسطح کشور 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 اینکه بین ساختمانهای موجود فاصله لازم وجودندارد ،لذا آتش سوزی به سرعت گسترش پیدا خواهد کرد. دراین زمان چند عامل سبب تشدید اثر آتش سوزی خواهد شد که که مختصرا به بررسی آنها می پردازیم:
۱- درهنگام زلزله تعداد زیادی از دیوارهای جدا کننده وپوشش روی اعضای سازه ای آسیب می بینند که خود باعث صدمه پذیری آنها نسبت به حرارت می شود که این مسئله برای اسکلتهای فلزی از اهمیت بیشتری برخوردار است.
۲- وقوع زلزله شدید باعث ایجاد مفصل پلاستیک وتغییر شکلهای دائمی دربسیاری ازعضوها می شود که در نتیجه سازه نسبت به هرگونه افزایش تنش ، مقاومت کمتری نشان خواهد داد.

۳- دراثر زلزله ،بسیاری ازمسیرهای تردد صدمه می بینند وتخریب می شوند، درنتیجه دسترسی ماشینهای آتش نشانی به محلهای حادثه بامشکل روبرو می شود.
طبقه همکف دراکثر ساختمانهای مسکونی موجود ، محل توقف وسائل نقلیه است ومعمولاً ستونها ومهاربندهای این طبقه ، دارای پوشش محافظ نیستند. باتوجه به اینکه مقاومت فولاد بدون پوشش درهنگام آتش سوزی استاندارد حدود ۱۵دقیقه 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 درکوره 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 ازشبکه های بارندۀ خودکار، شبکه هشدار حریق ،سیستم کنترل دود، استفاده از مولد برق اضطراری واتاق کنترل مرکزی 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:
-اندرکش سازه ای: بر خلاف عضو منفرد ، رفتار یک قاب سازه ای درزمان آتش سوزی ، تحت تاثیر اندرکنش اعضای سازه ای متصل درقسمتهای مجاور آتش وسایر قسمتها ، قرار دارد . این مساله برای رفتار کل قاب سودمند است ، زیرا تخریب برخی از اعضای سازه ای ، لزوماً باعث به مخاطره افتادن پایداری کل سازه نمی شود . دراین حالت اعضای باقیمانده ، مسیر دیگری برای انتقال بار قسمتهای تخریب شده ، بوجود می آورند.
-اتصالات : زمانیکه دراثر آتش سوزی دریک تیر ساده با اتصالات برشی ، خیز بوجود می آید ، اتصالات انتهایی کمی درمقابل دوران مقاومت می کنند ولنگر انتهایی بوجود می آید . درنتیجه لنگروسط دهانه وپدیدۀ غشایی یکطرفه کاهش می یابد. مقاومت دربرابر لنگر وکشش 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 که مشخصات پیش از آتش سوزی یک اتصال ،‌پس ازآن نیز ثابت می ماند . به نظر می رسد که رفتار اتصالات ، معین می کند که تخریب موضعی باشد ویا به صورت پیش رونده درآید .
-قیدهای انتهایی : پاسخ سازه ای یک عضو تحت شرایط آتش سوزی می تواند با توجه به شرایط انتهایی آن به شدت تغییر کند. برای بار و آتش یکسان ، یک تیر با دو انتهای صلب، نسبت به یک تیر یک سرساده ویک سر غلطک، تغییر شکل کمتری می دهد ومدت زمان بیشتری مقاومت می کند. افزودن قید محوری درابتدا به دلیل نبود درجه آزادی برای انبساط محوری، باعث افزایش تغییر شکل می شود. باافزایش گرما، سرعت افزایشی تغییر شکل کاهش می یابد.
-بارگذاری: یک عامل تعیین کننده دررفتار عضو درمعرض آتش سوزی ، باراعمالی آن است . تخریب سازه زمانی اتفاق می افتند که بار اعمالی ازبارنهایی بیشتر شود. دوام دربرابر آتش یک عضو باکاهش 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 کاهش قابلیت مواد به عنوان پوشش می شود . درنتیجه پوشش باید دربرابر سایش، ضربه، ارتعاش ودمای بالا مقاومت کند . مواد ضد آتش ممکن است درنتیجه کرنش حرارتی ناشی ازتفاوت انبساط حرارتی فولاد وپوشش ضد آتش ویا انحنای عضو فولادی ، فرو بریزند.پوشش های ضد آتش ممکن است دراثر از دست دادن چسبندگی به فولاد ، تخریب شوند.
-خاموش کنندهای آتش : درآتش سوزی یک ساختمان ، افزایش دمای اعضای مجاورآب پاش ها محدود می شود، درنتیجه مقاومت اعضاء دربرابر آتش ، افزایش می یابد.
–نامعینی : سازه های معین:با تشکیل اولین مفصل پلاستیک تخریب می شوند ، ولی با تشکیل مفصل پلاستیک درسازۀ نامعین ،یک درجه ازنامعینی ، کاسته می شود وسازه همچنان می تواند دربرابر آتش مقاومت کند.
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 یک ساختمان ، برای تحمل آتش وحفاظت ازآن تعریف می شود [۴].(ASTM2001a) برای تعریف دوام دربرابر آتش ، دو موضوع مطرح است. نخستین مساله قابلیت یک عضو درحفظ استحکام 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 یک نمونه ، تحت آزمایش استاندارد بدست می آید.[۵] نتیجه آزمایش تحت عنوان درجه دوام دربرابر آتش برحسب ساعت ، برپایه مدت زمانی که نمونه ، ضوابط پذیرفته شده درآزمایش را تامین کند، بدست می آید .
درجه دوام لازم دربرابر آتش ، برای اجزای مختلف ساختمان درآیین نامه ها آورده شده است که این درجه دوام به نوع کاربری ، تعداد طبقات ومساحت طبقه بستگی دارد . باتوجه به این که آزمایش استاندارد یک تست مقایسه ای است نه پیش بینی کنندۀ رفتارواقعی ، درجه دوام دربرابر آتش آزمایشگاهی ،برای تخمین مدت زمانی که یک عضو می تواند درآتش سوزی واقعی ، تخریب نشود ، قابل استفاده نیست .به طور کلی درجه دوام دربرابر آتش یک عضوسازه ای تابعی است از:
۱-میزان باراعمال شده به عضو
۲-نوع عضو (‌تیر- ستون و…)
۳-ابعاد عضو وشرایط تکیه گاهی
۴-جریان گرمایی حاصل ازآتش دراطراف عضو
۵-نوع ماده تشکیل دهنده(‌بتن- فولاد و…)
۶-تاثیر افزایش دمای عضو سازه ای برمشخصات مکانیکی تشکیل دهنده آن .
رفتار عضو سازه ای درآتش سوزی بستگی به مشخصات مکانیکی وحرارتی آن عضو دارد .
با افزایش دما، مقاومت عضو دربرابر تغییر شکل معین،ضریب کشسانی وسختی کاهش می یابد.
رفتارعضوسازه ای درمعرض آتش رامی توان توسط روش های تحلیل سازه تخمین زد. درمقایسه باطراحی دردمای معمولی تغییرات تغییر شکل وسایر مشخصات باید درنظر گرفته شود. تیرهاوخرپاها ممکن است باتوجه به شرایط انتهایی ، واکنش های متفاوتی رانشان دهند ، عضوی که دارای قید محوری نیست ، درهنگام آتش سوزی بدون ایجاد نیروی محوری تغییر شکل پیدا می کند. اما عضوی که دارای قید محوری است، تنشهای محوری ایجاد می شود . عضوهایی که به هم متصل نیستند، ممکن است با غلبه بار وارده برمقاومت موجود ، تخریب شوند ولی درعضوهای متصل به هم ، به دلیل کاهش ضریب کشسانی ،تغییر شکل قابل توجه اتفاق می افتد ولی عضو دیرتر تخریب می شود . با کاهش ضریب کشسانی و تضعیف اتصال ستون ها به کفها، لاغری ستون افزایش می یابد ودرنتیجه حساسیت ستون به کمانش 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 ۳۵ برابر انرژی که از برخورد هواپیما با ساختمان بوجود آمد بیشتر بود !
-همانطور که در شکل(شکل ۵-۴) 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(۱WTC)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 درجه 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 :
۱ – مانع گسترش آتش : با حداقل نیم ساعت مقاومت در برابر اشتعال و سرایت آتش به طرف دیگر
۲- مقاومت در برابر آتش : با حداقل یک و نیم ساعت در برابر آتش و نیز پایداری در برابر فشار آب و آتش نشانی .
۳- بسیار مقاوم در برابر آتش : با حداقل سه ساعت مقاومت در برابر آتش .
لازم به ذکر است ، مقاوم در برابر آتش زمانی است که یک جزء سازه می تواند آتش را بدون فروریختن تحمل کند و درجه حرارت در سمت و درجه حرارت در سمت غیر نمایان از ۱۴۰ درجه سانتی گراد و در هر منطقه دیگر از ۱۸۰ درجه سانتی گراد بالاتر نرود . بنابراین تعریف اجزای اصلی سازه نظیر دیوارهای باربر ، تیرها و ستونها بایستی در یکی از گروه های ۲ و ۳ قرار گیرند .

مقابله با آتش سوزی معمولاً با سه روش زیر انجام می شود:

– روش اول دفاعی، آب پاشهای خودکاری هستند که برای کنترل آتش درمراحل اولیه گسترش وخاموش کردن یاتحت کنترل درآوردن آن تا ورود ماموران آتش نشانی طراحی می شوندو این آب پاشها معمولاً قادر به کنترل 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 ، کفها، جدا کننده 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:

-۱ افزایش پوشش میلگرد ها
-۲ استفاده ازمیلگرد های باf_y کمترکه دارای دمای بحرانی بالاتری هستند.
۳-استفاده از دانه های لیکا

مطالب بالا کامل نبوده برای دریافت کل مطالب مقاله زیر را دانلود نمایید :

[vc_message message_box_color=”green” icon_fontawesome=”fa fa-download”]نام فایل: تاثیر آتش بر سازه+ بررسی واکنش برج های دو قلو آمریکا در برابر آتش

دانلود فایل: لینک مستقیم

پسورد: www.noandishaan.com

[/vc_message]

[vc_message message_box_color=”blue” icon_fontawesome=”fa fa-link”]منبع: نواندیشان[/vc_message]

ادامه مطلب