امتیاز کاربران

ستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعال
 

چکیده:


امروزه با پیشرفت فناوری و گسترش ساخت بناهای بلند، نمای این ساختمان ها به عنوان یکی از پر هزینه ترین و خطر پذیرترین بخش های ساختمان مطرح شده است. از طرف دیگر لزوم در نظر گرفتن نیازهای کاربران این ساختمان ها بویژه نیاز به ایمنی که از نیازهای اولیه انسان است، توجه ویژه به مساله ایمنی در حوزه نمای بناهای بلند را اجتناب ناپذیر و الزام آور می­کند. هدف این مقاله رسیدن به ملاحظات ایمنی در حوزه طراحی و اجرای نمای این ساختمان هاست. بدین جهت از طریق مطالعات کتابخانه ای به بررسی بایدهای کنترل و مقاومت در برابر عوامل بیرونی موثر مانند باد، زلزله و حریق و از طرف دیگر بهینه سازی عناصر درونی و ساختاری نما در جهت افزایش ایمنی پرداخته می شود. به دلیل سهم زیاد استفاده از ساختارهای شیشه­ای در نمای ساختمان­های بلند دراین پژوهش به بررسی ملاحظات ایمنی در طراحی نمای کرتین وال پرداخته می­شود. این تحقیق "الزامات توجه به طراحی و اجرای صحیح زیرسازی پوسته های نمای این ساختمان­ها" را مشخص می کند تا بار وزن مصالح نما و بار باد و زلزله وارد بر سطح آن تحمل  شده و این بارها به سازه اصلی در شرایط مختلف منتقل شود. همچنین "عوامل مقاوم سازی حداکثری المان ها، مصالح مختلف نما و ساختار آنها" در برابر آتش سوزی و جلوگیری از گسترش حریق در ساختمان و سطح آن تعیین می شود و در آخر"ساختار و مشخصات لازم مصالح نما جهت افزایش ایمنی ساختمان و محیط اطراف آن" نیز معرفی می‌گردد.

 

کلمات کلیدی: نمای بناهای بلند، ملاحظات ایمنی، حریق، باد، ساختار مصالح نما، زیرسازی پوسته نما

 

مقدمه

عواملی مانند رشد جمعیت و شهرنشینی، کمبود زمین و قیمت زیاد آن، ضرورت های اقتصادی و لزوم کاهش هزینه های گسترش افقی شهرها  به همراه عامل تقویت کننده پیشرفت های فناوری باعث رشد قابل توجه ساخت بناهای بلند در شهرهای بزرگ ایران شده است[1]. بی توجهی به ایمنی در طراحی و ساخت این بناها بویژه در حوزه نما که علاوه بر کاربران، افراد و تجهیرات اطراف ساختمان را نیز تهدید می کند، در کنار عطش به سود اقتصادی بیشتر و میل به تسریع ساخت این ساختمان ها، باعث افزایش احتمال وقوع حوادث می شود. در حال حاضر یکی از پرکاربردترین مصالح مصرفی در نمای ساختمان های بلند، شیشه بوده که با سیستم های مختلف به سازه ساختمان اتصال پیدا می­کند. یکی از پرکاربردترین سیستم های نگهدارنده نمای شیشه ای سیستم کرتین وال بوده که در این مقاله سعی بر آن است که توجه به بیشتری به بحث این دسته از نماهای شیشه ای در ساختمان پرداخته شود و الزامات طراحی این نماها در برابر عوامل مختلف بررسی شود.

      در رابطه با نیاز به "ایمنی"، نمای ساختمان بلند مرتبه مانند سایز اجزای آن باید در برابر عواملی مانند زلزله، باد و حریق [2] مقاومت لازم را داشته باشد. عناصر سازه ای زیرسازی پوسته نمای ساختمان باید به گونه ای طراحی و به یکدیگر متصل شوند که نیروهای قائم و افقی باد و زلزله را جذب و با کمترین آسیبی آنها را به سازه اصلی ساختمان هدایت کند.  در مبحث حریق نیز در طراحی ساختمان های بلند از دیدگاه ایمنی در مقابل آتش سوزی باید به کنترل دود و آتش سوزی در فضاهای عمومی و راه های فرار توجه کرد [3]که نمای این ساختمان ها به دلیل تاثیری که بر فضاهای داخلی ساختمان و محیط اطراف خود دارد باید مقاومت لازم را در برابر حریق و گسترش آن داشته باشد. هم چنین می­بایست عناصر درونی و ساختاری نما در صورت وقوع حادثه بهینه ترین رفتار در جهت ایمنی را داشته باشند. این مقاله به دنیال یافتن راهکارهای افزایش مقاومت نمای ساختمان های بلند در برابر نیروهای وارده بر آن و حوادث محتمل است تا به ایمنی ساختمان و محیط اطراف آن کمک کند.

پیشینه تحقیق :

در خصوص ملاحظات طراحی ساختمان های بلند تحقیقات گسترده ای انجام شده است. در برخی از این تحقیقات به ضوابطی در خصوص الزامات طراحی اشاره شده که به صورت مدون جمع آوری شده است. سازمان برنامه و بودجه [4]، دستورالعمل طراحی سازه­ای و الزامات و ضوابط عملکردی و اجرایی نمای خارجی ساختمان ها را در ضابطه شماره 714 این مرکز منتشر نموده است. این دستورالعمل مشتمل بر 8 فصل میباشد. در فصل اول انواع نماهاي متداول از نظر نوع مصالح به کار رفته و نیز اتصال و نحوه اجرا بررسی شده است. در فصل دوم الزامات اجزاي نما و در فصل سوم بارهاي وارد بر نما و معیارهاي پذیرش آن ارائه شده است. از فصل چهارم تا فصل هشتم به ترتیب الزامات طراحی و اجراي نماهاي متداول مشتمل بر نماي سنگی، آجري، سیمانی، سرامیک، کامپوزیت و شیشه به تفضیل ارائه شده است. چارلسون [5] در کتاب طراحی لرزه ای برای معماران نیز به بررسی اثر زلزله در طراحی عناصر سازه ای و غیرسازه ای در ساختمان پرداخته است. محتوای کتاب بر پایه نقش معمار در طراحی لرزه ای بنا نگاشته شده است. در بخش هایی از کتاب به بررسی الزامات عمومی طراحی پوشش های نما در اثر بارهای وارد شده از زلزله می پردازد. در کتاب دیگری با عنوان مبانی طراحی ساختمان های بلند مرتبه گلابچی [2] به بررسی و تحلیل ساختمان های بلند پرداخته و تاثیر فرم، عملکرد و سازه را در طراحی این گونه از ساختمان­ها تحلیل می کند. طالبی [4] در کتابی با عنوان راهنمای طراحی معماری ساختمان های بلند مسکونی که با هدف افزایش سطح کیفی طرح های معماری ساختمان های بلند تهیه شده به بررسی مسائلی چون طراحی سایت، تنظیم شرایط محیطی، ساختار کالبدی ساختمان های بلند، سازه نگهدارنده آن ها، طراحی از دیدگاه ایمنی و آتش سوزی و تحلیل دو نمونه موردی می­پردازد.در پژوهشی دیگر اوکنر [6] و همکاران به بررسی نماهای ساختمانی ضد آتش پرداخته اند. در ابتدا مکانیسم گسترش آتش شرح داده شده و الزامات کنونی نماهای ضدآتش تحلیل شده اند. همچنین گونه های مختلف نما از جهت ساختار و  فرم به لحاظ ایمنی در برابر آتش بررسی شده اند.

 

 

 روش تحقیق

این تحقیق از تحقیقات کاربردی است که هدف آن به دست آوردن راهکارهای افزایش ایمنی در حوزه نمای بناهای بلند از طریق مطالعات کتابخانه ای است. بدین منظور ابتدا تهدیدهای ایمنی نما در ساختمان‌های بلند مورد بررسی قرار گرفته و سپس راهکارهای مورد نظر به دست می آیند.

نیروهای زلزله وارد بر نمای بناهای بلند

از لحاظ بررسی بارهای وارد شده به پوشش های نما، این عناصر تنها قادرند وزن خود را تحمل کنند، اما می بایست حتما به سازه داخلی ساختمان بسته و مهار شوند. سه اصل مهم در طراحی، به منظور دستیابی به عملکرد لرزه ای مناسب از سوی پوشش نما عبارتند از[5]:

  • پوشش نما را باید محکم به سازه متصل کرد تا هم نیروهای کششی و هم نیروهای فشاری را به آن منتقل کند.
  • فاصله درنظرگرفته شده بین مهارهای پوشش نما به سازه باید الزامات آیین نامه ای را رعایت کند.
  • ترجیحاً باید از مهارهایی که در راستای صفحه پوشش انعطاف پذیرند، استفاده کرد. مگر اینکه سازه اصلی، در همان جهت به اندازه پوشش در برابر نیروهای افقی، سخت و صلب باشد.

هرچند پوسته­ی نما گاهاً از مصالح سبک وزنی تولید می شوند اما به هنگام جدا شدن از کالبد بنا و فروافتادن خطرهای جدی ایجاد می­کنند. چنانچه اتصالات آن ها به بدنه ساختمان، از تغییرمکان های درون طبقه ای جلوگیری کند، می تواند به سازه اصلی نما نیز آسیب بزنند. به همین دلایل است که طراحان، پانل های نماسازی را از سازه و از همدیگر جدا می­کنند. پانل های پوششی بی آن که از خود مقاومتی نشان دهند باید به قاب سازه ای اصلی اجازه دهند که حرکات رفت و برگشتی داشته باشد. تصاویر زیر دو روش ممکن برای اتصال دادن پانل های نما به ارتفاع یک طبقه را نشان می دهد که با وجود متصل بودن به ساختمان از بدنه جدا هستند. تصویراول مبتنی بر آویختن پانل ها از بالا و ایجاد یک فاصله افقی بین هر پانل و پانل زیرین آن است. روش دوم بر مبنای این است که تکیه گاه پانل را در زیر آن لحاظ کرده و در بالای آن فاصله ای به منظور سازگاری با تغییرمکان های درون طبقه­ای پیش بینی کرد. در هردو مورد اگرچه قاب سازه ای پشتی، متحمل تغییرمکان های درون طبقه ای خواهد شد، اما پانل ها به صورت عمودی باقی مانده و هرکدام با طبقه ای حرکت می­کنند که تحمل وزنشان بر عهده آن است ]همان[.

تصویر1: در نظر گرفتن امکان حرکت پانل های نما جهت تحمل تغییر شکل های ناشی از زلزله ]5[

 

از آنجاییکه غالبا پوسته نما زمانی نصب می­شود که تیرهای پیرامونی مقدار زیادی از خیز خود را تحت بار مرده انجام داده اند، باید المان های متصل کننده پوسته نما به نحوی باشند که اضافه خیز تیر پیرامونی ناشی از بار زنده و اضافه بار مرده به پوسته وارد نشود. به طور مثال برای رسیدن به این مهم می توان در یک سمت اتصال از سوراخ های لوبیایی عمودی استفاده کرد که طول این سوراخ ها برابر با دوبرابر خیز طبقه تحت بار زنده و مرده به علاوه قطر پیچ و به علاوه فاصله لازم برای رواداری های اجرایی می­باشد[4].     

صرف نظر از اینکه چه مصالحی برای پوشش نما استفاده می­شود، طراحی هر سیستم پوششی برای نما در مناطق لرزه خیز فعال، باید الزامات تغییرمکان های درون طبقه ای و همچنین نیروهای بیرون از صفحه را فراهم کنند. میزان جدا بودن عناصر پوشش دهنده نما از سازه و از یکدیگر بستگی شدیدی به انعطاف پذیری افقی ساختمان دارد. در سیستم های کرتین وال قاب نگهدارنده را اغلب به قسمی طراحی می­کنند که عناصر پیش ساخته نما که دارای ارتفاعی به اندازه یک طبقه هستند را کاملاً چارچوب بندی کند.  این قاب در حالی که مقاومتی اندک از خود نشان می دهد به سادگی همراه با قاب سازه ای حرکات افقی انجام می­دهد. بسته به میزان تغییرمکان های درون طبقه ای شاید نیاز به افزودن وادارهای لرزه ای به سیستم کرتین وال باشد. راه حل اساسی تر جداکردن جام شیشه یا دیگر پانل های از جنس مصالح دیگر از قاب های نگهدارنده خود به وسیله تعبیه فاصله ای مناسب برای حرکت های زیاد است]همان[

نیروهای باد وارد بر نمای بناهای بلند

ساختمان ها به طور کلی و نما به عنوان جزئی از ساختمان باید به صورت مستقل براي اثرات ناشی از باد طراحی و اجرا شوند. این اثر بر روي نما باید با توجه به میانگین سرعت باد در منطقه، ارتفاع، شکل هندسی ساختمان ها، میزان پوشش و گرفتگی که موانع مجاور براي آنها ایجاد می کنند محاسبه شود. جهت تعیین اثر ناشی از باد فرض می شود که باد به صورت افقی و در هر یک از امتداد ها و به طور غیر همزمان به نماي ساختمان اثر می کند. این اثر با بار زلزله جمع نمی شود و کلیه اجزاي نما باید براي اثر آن طراحی شوند. بسته به نوع نما، سیستم نما باید براي اثرات مکشی باد یا اثرات مکش و فشار باد هر کدام به تنهایی طراحی شود. در نماهاي چسبانده شده، بار باد حاکم بارهاي ناشی از مکش می باشد ولی در نماهاي مهار شده بسته به نوع مهارها هر کدام از بارهاي مکش یا فشار می تواند بحرانی شود و نما باید براي هر دو حالت کنترل شود. برای مصالح مختلف راستای باربادی که نما باید برای آن کنترل شود متفاوت است[4].

                           جدول 1: راستای بار باد تاثیرگذار بر هریک از مصالح نما

اجزاء نما

مکش

فشار

شیشه curtain wall

+

+

      تمام اجزاء نما در ساختمان باید مقاومت کافی در مقابل بار باد را دارا باشند. اجزاي نما از قبیل قطعات سنگ یا قطعات نماي کامپوزیت و غیره به عنوان یک قطعه مجزا باید مورد ارزیابی قرار گیرد. همچنین مهارها و نیز در صورت وجود سازه نگهدارنده هر کدام باید مقاومت کافی براي انتقال نیروهاي ناشی از بار باد به تکیه گاه ها را دارا بوده و سطح خدمت رسانی مورد نظر را تامین نمایند.  باید توجه شود که در نماهاي کرتین وال کل بار باد توسط نما و اجزاي آن باید تحمل شده و به اسکلت سازه اي انتقال یابد و به دیوار پشتیبان در صورت وجود باري وارد نمی شود]همان[.

تصویر2: تاثیر مخرب باد بر نمای ساختمان ]9[

تصویر2: تاثیر مخرب باد بر نمای ساختمان ]9[

 

 

5-1- معیار پذیرش نما در برابر تغییر شکل ناشی از بار باد

تغییرمکان های ناشی از بار باد در هر سیستم نما باید در محدوده معینی باشد. محدودیت های تغییرشکل شامل اعمال بار باد به صورت مکش و فشار می­باشد. چنانچه مصالح دیوار از نوع شکننده و ترد باشند (ساختار شیشه ای نمای کرتین وال) حد مجاز تغییر شکل خارج از صفحه نما L/240 و چنانچه از مصالح انعطاف پذیر استفاده شده باشد (قاب های مورد استفاده در نمای کرتین وال) حد مجاز این تغییر شکل L/120 می باشد. L فاصله بین تکیه گاه های جداره بیرونی است. لازم به ذکر است ضریب بار باد برای کنترل معیار تغییر شکل می تواند در ضریب 7/0 ضرب شود. برای ارزیابی این مسئله می توان از مدلسازی دقیق اجزای محدود که در برگیرنده تمام اجزای نما و اتصالات آن می باشد و یا از تست های آزمایشگاهی استفاده نمود]همان[.

تصویر3: تغییر شکل های ایجاد شده در پانل های شیشه ای نما ]8[

 

 حریق در نمای بناهای بلند

عوامل مهم تاثیر گذار بر خطر حریق در ساختمان های بلند عبارتند از: سیستم اسپرینکلر، ظرفیت های آتش نشانی، ارتفاع ساختمان، نوع کاربری ساختمان، تعداد بخش های ساختمان، نحوه فرار از ساختمان، بار سوخت، پیوستگی مواد قابل احتراق، ابعاد قسمت های ساختمان، سناریوهای ارزیابی رفتار ایمنی، نوع و اندازه ساختمان، نحوه ساخت ، قابلیت اشتعال مصالح، طراحی داخلی، عمر ساختمان و سیستم ایمنی و حریق[6].

در یک نگاه کلی  نمای ساختمان باید در برابر گسترش حریق بین طبقات از طریق بازشو، مواد قابل احتراق بین طبقات، فضاهای پنهان داخل دیواره خارجی و از طریق فضای بین لبه طبقات و دیواره نما مقاوم باشدکه معیارهای این عملکرد ایمن در برابر حریق شامل مقاومت در برابر گسترش افقی حریق، گسترش عمودی از طریق بازشوها و  گسترش شعله بر روی نما می شود]همان[. دمای داخل ساختمان نیز می تواند تاثیر مهمی بر روی توقف آتش در محیط دور طبقه داشته باشد. ویژگی هایی مثل تراس هم بر کاهش حرارت بر روی نما موثر است [7] سه راه گسترش حریق بر روی نما از طریق منبع خارجی عبارتند از: از طریق پوسته نما، از طریق بازشوهای نما و گسترش به نمای قابل احتراق که به دو طریق قبل منتقل می شود.

خطرهای انواع این گسترش احتراق دسته های زیر تقسیم می شوند:

  • خطرات بزرگ از طریق وسائل نقلیه نزدیک ساختمان
  • خطرات میانی از طریق ظروف زباله یا باربکیو
  • خطرات کوچک مانند خاکستر و بقایای آتش در ساختمان مجاور

در مورد رشد حریق داخلی سه مرحله رشد، اوج و پیشرفت کامل حریق و پوسیدگی وجود دارد]همان[. در مرحله رشد، منبع سوخت و شرایط تهویه، رشد حریق را کنترل می کند. در این مرحله سیستم های ایمنی مثل اسپرینکلر ها و مداخله ساکنان می تواند بیشترین تاثیر را داشته باشد و می شود تمرکز بیشتری بر روی فاز توسعه کامل حریق داشت. هر چند تاثیر دود در مسیر های فرار باید در این مرحله در نظر گرفته شود. در مرحله توسعه کامل، اندازه حریق به سوخت در دسترس حریق و اکسیژن (تهویه) بستگی دارد. مرحله پوسیدگی نیز بعد از به حداکثر رسیدن دمای حریق آغاز می شود.

شعله های حریق خارج شده از پنجره می تواند تا پنج متر ارتفاع بگیرد. این شعله و دمای آتش به مساحت و ارتفاع پنجره، هندسه اتاق، نوع سوخت، درجه سوختن و سرعت باد بستگی دارد. در حالتی که نمای کرتین وال از جلوی لبه دال یکسره عبور می کند باید بین لب دال و دیواره نما به طور کامل پر شود که به این سیستم مانع حریق ( آتش بند) محیطی گفته می شود[6].

6-1- مهندسی حریق

      مبحث مهندسی ایمنی حریق  شامل ارزیابی خطرات حریق و نواحی تحت تاثیر، طراحی و ساخت موثر ساختمان، تعیین سیستم بهینه ایمنی و ضد حریق، طراحی و نصب و نگهداری سیستم های ضد حریق و تجهیزات و نیروی مناسب برای دفع حریق و عملیات نجات می شود[7]. در این مهندسی بار آتش  به مقدار مواد قابل احتراق که در دسترس حریق قرار دارد گفته می شود [8]. مهندسی حریق متوسطی از بار آتش و تعداد استاندارد کاربران را ارائه می دهد.  برخی شاخصه هایی که در این مهندسی به کار می روند عبارتند از:

  • F-Rating: به شاخص اندازه گیری سیستم آتش بند محیطی گفته می شود و به میزان ساعتی اطلاق می شود که سیستم آتش بند محیطی از آتش گرفتن پد پنبه در طبقه بالا و در زمان درگیری سیستم آتش بند با حریق جلوگیری می کند.
  • T-Rating: حد افزایش دما در قسمت غیر حریق سیستم آتش بند پیرامونی است که این دما در محدوده 25.4 میلی متری بالای آتش بند اندازه گیری می شود و به میزان ساعتی بیان می شود که دمای نقطه مورد نظر به 181 در جه سانتی گراد در هر ترموکوپل مستقل یا 139 درجه در میانگین ترموکوپل ها (در ویدهای عریض) برسد.
  • Insulation Rating: اندازه گیری افزایش دمای سطح کرتین وال در طبقه بالای حریق که از طریق سازه کرتین وال منتقل می شود و در زمان های ربع و نیم ساعت بیان می شود.
  • Integrity Rating: این شاخص زمان شکست سازه شیشه در اثر حریق است که نقطه اتصال بین آتش بند و کرتین وال را در این زمان از بین می برد.

6-2-  شیشه های ضد حریق

      بر اساس استاندارد اروپایی EN13501 سیستم های زیر را برای شیشه های ضد حریق استفاده می کنندکه در این سیستم ها انواع شیشه ها در محدوده FRG[1] عبارتند از:

  • E Class: شیشه های سکوریت که از گسترش آتش به محدوده آتش نگرفته جلوگیری می کنند و برای کاربرد داخلی استفاده می­شود. این شیشه ها از عبور تشعشع جلوگیری نمی­کنند.
  • EW Class: شیشه های سکوریت و لمینت که تا 15 کیلو وات بر متر مربع از گسترش شعله و تشعشع جلوگیری می کنند و کاربرد داخلی و خارجی دارند که برای تشعشع کم قابل استفاده است.
  • EL Class: بهترین نوع شیشه ضدحریق که از بالاتر رفتن دمای قسمت آتش نگرفته از دمای 140 درجه جلوگیری می­کند.

      علاوه بر شیشه های فوق شیشه های مخصوص ضد حریق هم استفاده می شود که برخی از آنها عبارتند از:

  • شیشه های سیمی[2] : این شیشه ها در دمای بالاتر مقاومت می کنند و بعد از شکست شیشه در اثر تنش حرارتی فرو نمی­ریزند و از ورود آتش جلوگیری می کنند.
  • شیشه بروسیلیکات: که در ظرف های پخت و پز استفاده می شود، ضریب انبساط حرارتی پایین دارند و برای تمام نیازهای مقاومت در برابر گرما مناسبند.
  • شیشه های سخت: فرآیند حرارتی مخصوص در این نوع از شیشه ها موجب مقاومت در برابر تنش ها می شود و وقتی به نقطه شکست می رسند به تکه های بسیار ریز تبدیل می شوند که موجب جراحت نمی شود.
  • شیشه های سخت با کوت ضد شعله: این کوت مقاومت در برابر شعله و گرما را افزایش می دهد.
  • شیشه سخت به همراه ژل پف کننده: این ژل در برابر آتش پف می کند و محتوای هیدراته آن محیط اطراف را خنک نگه می­دارد. این نوع شیشه برای مکان پرجمعیت مناسب است.
  • شیشه های لمینت با لایه پف کننده: این نوع شیشه برای نما مناسب است. با وجود اینکه این نوع شیشه واضح و بدون سیم است، لایه پف کننده انتقال حرارت را محدود می کند.

      شیشه ها در صورت رعایت تمام شرایط می تواند به فرآیند نجات کمک کند. استفاده از شیشه های لمینیت با لایه پف کننده میانی بهترین راه برای مقاومت در برابر حریق است [7].

      ابعاد بازشو برای تهویه، میزان اکسیژن احتراق را تعیین می کند. هندسه بازشو هم تاثیر زیادی روی شعله های متصاعد از آتش داخلی دارد. یکی از ضعیف ترین قسمت های ساختمان برای گسترش حریق به داخل ساختمان، پنجره ها است. اگر شیشه در حین حریق سالم بماند از سه راه زیر خطر نفوذ آتش به داخل ساختمان را کاهش می دهد:

  • تابش حرارتی به داخل کاهش پیدا می کند.
  • حرارت انتقالی به داخل حذف می شود.
  • خاکستر آتش به داخل وارد نمی شود که احتمال احتراق در داخل را کم می کند[8].

6-3- طراحی نمای کرتین وال مقاوم به حریق

      عوامل مهمی در مقاومت شیشه در برابر حریق موثرند مانند: حرارت آتش، ضخامت شیشه، جزییات فریم ها، ابعاد و شکل پنجره، شوک حرارتی، میزان یکنواختی حرارت و سایر سیستم های ایمنی مانند آب پاش های خارجی که می تواند سطح مقاومت را بالاتر ببرد. مشکلی که در  طراحی عبور یکپارچه کرتین وال از روبروی دال طبقات وجود دارد این است که بعد از شکست مقاومت سازه کرتین وال در برابر حرارت، دیگر مقاومت آتش بند پیرامونی فایده ای ندارد. در دمای 200 درجه،  آلومینیوم 5 درصد از استحکام خود را از دست می دهد و در دمای 550 تا 600 درجه ذوب می شود و سایر فلزات دیگر هم اگر ذوب نشوند دچار انبساط می شوند و سایر عوامل را وارد تنش می کنند. عوامل مهمی بر مقاومت کرتین وال در برابر گسترش عمودی حریق تاثیرگذارند  [8]مانند:

  • پوشش کامل نما با شیشه شفاف یا استفاده از شیشه اسپندرل : گسترش آتش در سیستم بدون اسپندرل بیشتر است. ساختار قسمت اسپندرل بخش مهمی از سیستم آتش بند پیرامونی است و استفاده از پشم سنگ کارایی بهتری از فایبرگلس برای بخش اسپندرل دارد. در کنار این مساله مولیون ها هم باید محافظت شوند چون در غیر این صورت کل سیستم دچار شکست می شود. شیشه شفاف هم می تواند دارای رنگ جذب کننده حرارت یا پوشش کنش گر نسبت به حرارت باشد.

 

[1] -Fire Resistance Glass

[2] - Wired Glass

تصویر4: مقایسه نمای کرتین وال با و بدون شیشه های اسپندرال جهت مقابله با آتش ]6[

 

  • ساختار شیشه: شیشه فلوت در 8 دقیقه در دمای 150 الی 175 و بار 10 کیلو وات در متر مربع در یک دقیقه می شکند. شیشه های نیمه سکوریت و سکوریت تا 20 دقیقه در دمای 350 درجه می شکنند. شیشه تک جداره تا مرز 33 کیلو وات بر متر مربع نمی شکند. شیشه دوجداره می تواند گرمای حرارت را از 100 کیلو وات بر متر مربع تا 8 کیلو وات بر متر مربع کاهش دهد به شرط آنکه شیشه دچار شکست نشود. شیشه تک جداره در دمای 400 تا 500 درجه و بار 50 تا 70 کیلو وات بر متر مربع سقوط می کند. به طور کلی شیشه های ایمن در برابر حریق شامل شیشه به همراه لایه پف کننده، کوت ها و لمینت های مخصوص، شیشه های سکوریت، عایق و شیشه های سیم دار است که مقاومت خوبی در برابر حریق دارند. [7]
  • ساختار عناصر کرتین وال: نصب کامل فریم با درزگیر و گسکت نقش مهمی در کنترل سقوط شیشه دارد.
  • ارتفاع پانل های اسپندرال: ارتفاع پانل های اسپندرال باید بین 1.2 تا 1.5 متر باشد تا از تاثیر زبانه شعله حریق بر طبقه بالاتر جلوگیری شود ( در طبقات دارای رتبه آتش یک تا دو ساعت ).
  • پیش آمدگی عمودی یا افقی بر روی نما : پیش آمدگی افقی بالای پنجره می تواند در کنترل حجم شعله موثر و پیش آمدگی عمودی در طرفین پنجره می تواند تاثیر منفی بر روی میزان شعله داشته باشد]6[.

 

تصویر5: ایجاد پیش آمدگی در نما و نحوه دودبندی مقطع ساختمان ]6[

  • ساختار هندسی کرتین وال: شیب کرتین وال تاثیر مهمی در رسیدن نقطه اوج شعله به طبقه بالا دارد. شیب به سمت بیرون تاثیر منفی و شیب به سمت داخل ساختمان تاثیر مثبت دارد. جهت باد هم تاثیر مهمی بر روی شعله دارد و نماهای دوپوسته شدت شعله و گرما را در داخل محفظه بین دوپوسته بیشتر می کند.

تصویر6: تاثیر شیب و فرم نما بر گسترش آتش ]6[

 

  • بازشوها و میزان چرخش آنها: محل جانمایی بازشوها یا تهویه هم تاثیر مهمی در رسیدن نقطه اوج شعله به طبقه بالا دارد.

 

  • ساختار لازم برای عناصر شیشه ای نما جهت افزایش ایمنی

      به دلیل پوشش گسترده نماهای ساختمان های بلند با ساختارهای شیشه ای در این بخش به بررسی این نوع از نماها از جهت افزایش ایمنی می پردازیم:

  • شیشه هاي موجود بر روي تیغه ها و قاب هاي منفردي که داراي مساحت بیش از1.5 متر مربع می باشند و در ارتفاع بیش از 3 متر در بالاي محل عبور عابرین پیاده نصب شده اند باید از جنس لمینیت، آبدیده یا شیشه هاي با مقاومت بالا که به هنگام شکستن در داخل قاب شیشه باقی می مانند باشند. استفاده از شیشه هاي بازپخت شده به طور قابل ملاحظه اي خطرپذیري لرزه اي را کاهش می­دهد زیرا در اثر شکستن، این شیشه ها به صورت تکه هاي ریز بدون گوشه تیز خرد می گردند. شیشه هاي لایه اي (لمینیت) پس از شکستن در محل خود باقی می مانند و با شکستن به صورت تکه تکه در نمی آیند. شیشه هاي مسلح با شبکه اي از سیم هاي فولادي در مواردي که شیشه تحت اثر آتش (حرارت بالا) و ضربه نمی باشد، کاربرد دارند. استفاده از شیشه هاي لایه اي براي پنجره هاي نماي طبقه اول باعث کاهش خطرپذیري لرزه اي و افزایش امنیت در مقابل سرقت می گردد [4].

                تصویر7: نحوه شکست در ساختار شیشه بر اثر ضربه       

  • نماي شیشه اي باید سازگار با جابه جایی هاي جانبی سازه طراحی شود.

 

  • در نماهاي شیشه اي فاصله آزاد شیشه در قاب حتما باید به منظور تامین فضاي آزاد کافی براي تغییر مکان هاي ناشی از زلزله رعایت گردد. همچنین ستون پنجره (mullion) باید براي تحمل نیرو هاي ناشی از زلزله طراحی شود.

                                                                                                                                                      

  • هر کدام از پانل هاي شیشه اي نماي ساختمان باید با حداقل 4 عدد اتصال، مهار شوند.

 

  • خرابی در نماهاي شیشه اي به هر دو صورت برون صفحه اي و درون صفحه اي رخ می دهد. به طور خاص نماهاي شیشه اي در سازه هاي نرم با تغییر مکان نسبی قابل توجه بین طبقات، آسیب پذیر می باشند. همچنین پنجره هاي بزرگ نیز به لحاظ لرزه اي آسیب پذیر می باشند.

 

  • طراحی نماهاي شیشه اي وابسته به جابه جایی نسبی (دریفت) طبقه محاسبه شده ساختمان می باشد. به طور کلی نماهاي شیشه اي در سیستم هاي سازه اي سخت تر، که داراي دریفت طبقه کمتر بوده یا در پنجره هایی که داراي فاصله آزاد بیشتري در قاب هستند، عملکرد بهتري دارند. در صورت برآورده نشدن این معیار و در اثر تغییر مکان نسبی، خطر جداشدن شیشه از قاب نگهدارنده و افتادن آن وجود دارد.

 

 

  • براي جلوگیري از پرتاب شدن قطعات شیشه از یکدیگر می توان از لایه نازك پلاستیکی استفاده کرد. استفاده از این لایه هاي نازك باعث کاهش خطرپذیري لرزه اي به خصوص براي موقعیت پنجره هایی که در ارتفاع بیش از سه متر از سطح زمین قرار دارند می شود. ستفاده از این لایه هاي نازك براي افزایش مقاومت شیشه ها نیز معمولاً از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه می باشد. این لایه ها به دلایل دیگري نظیر افزایش امنیت یا کاهش نفوذ گرماي خورشید نیز به کار می روند. اتصال لایه نازك مزبور به گوشه هاي قاب پیرامونی علاوه بر نگه داشتن تکه هاي شکسته شده در محل، باعث عدم فروریزي کل قطعه شیشه می­گردد.
  • در جایی که نماي سازه اي خارجی شیشه اي در ارتفاعی کمتر از 5/4 متر بالاي تراز پیاده رو قرار دارد، هیچکدام از قطعات آن نباید بیش از 9/0 متر مربع مساحت داشته باشند و در جایی که این فاصله بیشتر از 5/4 متر است مساحت آن باید کمتر از 5/0 متر مربع باشد.

 

  • طول و ارتفاع قطعه نماي سازهاي خارجی شیشه اي نباید بیش از 2/ 1 متر باشد.

 

  • ضخامت نماي خارجی شیشه اي نباید کمتر از 9 میلیمتر باشد.

 

  • در جایی که شیشه تا سطح پیاده رو امتداد می­یابد، هر قطعه شیشه باید در یک قالب فلزي مطمئن قرار گرفته و در ارتفاع حداقل 5/0 میلیمتر از بالاي مرتفع ترین نقطه پیاده رو نصب شود. فاصله بین قالب و پیاده رو باید کاملاً درزبندي شده و آب بندي شود.

 

  • درزهاي افقی بزرگتر از 16 میلیمتر باید توسط یک ماده یا وسیله غیر صلب پر شوند وقتی نماي شیشه اي در کناره ها یا بالا در مجاورت مصالح غیر انعطاف پذیر قرار می­گیرد باید درز انبساطی با حداقل بعد 5/6 میلیمتر بین آنها  ایجاد شود.

 

  • در نماي شیشه اي نصب شده در ارتفاع بیش از 5/3 متر از سطح تراز پیاده رو باید علاوه بر ماستیک و نبشی در هر ضلع عمودي و افقی یا در هر چهارگوشه قطعات شیشه اي از بست استفاده کرد. بستها باید به وسیله پیچ هاي انبساطی، پیچ هاي مفصلی یا سایر روش ها به سازه نگهدارنده متصل گردد. بستها باید طوري طراحی شوند که بتوانند به تنهایی نماي شیشه اي را با صرفنظر از ماستیک در صفحه عمودي مهار کنند.

 

  • لبه هاي نماي شیشه اي که در معرض دید هستند باید به وسیله درزپوش هاي فلزي مقاوم در برابر خوردگی درزبندي شده و به وسیله مصالح آب بند طوري آب بندي شوند که از ورود رطوبت به داخل فضاي بین نماي شیشه اي و سازه نگهدارنده جلوگیري شود.

 

  • نتیجه گیری

       با توجه به مطالب ارائه شده در این مقاله، در خصوص مقاومت در برابر زلزله باید بین پوشش نما و سازه اصلی ساختمان "اتصال محکم" و "فاصله مناسب" وجود داشته باشد و در عین حال به "کاهش وزن" مصالح و زیرسازی نما توجه کرد. در خصوص توجه به اثرات باد بر روی نما باید طراحی سیستم نما با توجه به "اثرات مکش و فشار باد" بر حسب نوع مصالح به کار رفته صورت پذیرد و در نمای کرتین وال به طور ویژه تحمل نیرو و انتقال به سازه توسط خود سیستم کرتین وال انجام شود و به دیوار پشتیبان نیرویی وارد نشود. در حوزه حریق نیز باید به اثرات مثبت "پیش آمدگی افقی" در بالای بازشو و اثرات منفی پیش آمدگی عمودی در طرفین آن و "شیب نما" در گسترش یا کنترل حریق توجه شود. همچنین اثر عناصری مانند تراس در "کاهش حرارت در سطح نما" و "ویژگی های مصالح" در کنترل یا تشدید روند حریق در نما قابل توجه است. مساحت و ارتفاع پنجره، هندسه اتاق، نوع سوخت، درجه سوختن و سرعت باد نیز در این حوزه مهم هستند. استفاده از "سیستم آتش بند پیرامونی" در نماهایی که بین دال و دیواره نما فاصله وجود دارد از اهمیت زیادی برخوردار است و در نماهای کرتین وال در بخش اسپندرل باید از "جزییات مقاوم در برابر آتش" و "ارتفاع مناسب" استفاده کرد. در مصالح قابل احتراق در نما مانند ورق کامپوزیت باید از انواع مقاوم در برابر حریق استفاده کرد و در مورد شیشه به دلیل استفاده گسترده در نمای بناهای بلند باید به "سکوریت" و "لمینت" بودن آنها برای مقاومت بیشتر در برابر حریق توجه نمود و در نواحی با حساسیت بیشتر نیز می­توان از شیشه های خاص مانند شیشه های سیمی، دارای کوت ضد شعله یا ژل پف کننده در لایه لمینت استفاده کرد.

9- مراجع :

[1] دانشپور، عبدالهادی، مهدوی نیا، مجتبی، غیائی، محمدمهدی، جايگاه دانش روانشناسي محيطي در ساختمانهاي بلندمرتبه با رویکرد معماری پایدار، هویت شهر، شماره 5، 1388.

 

[2] گلابچی. محمود، گلابچی. محمدرضا، مبانی طراحی ساختمان های بلند مرتبه، انتشارات دانشگاه تهران، تهران، 1390.

 

 

[3] طالبی. ژاله، راهنمای طراحی معماری ساختمان های بلند مسکونی، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران، 1392.

 

[4] سازمان برنامه و بودجه کشور، دستورالعمل طراحی سازه­ای و الزامات و ضوابط عملکردی و اجرایی نمای خارجی ساختمان ها ،1395.

 

[5] چارلسون. اندرو، طراحی لرزه ای برای معماران مقابله ای هوشمندانه با زلزله، ترجمه محمود گلابچی، انتشارات دانشگاه تهران، تهران، 1390.

 

[6] Oconnor.S.Daniel, Building Façade or Fire Safety facade. CTBUH Journal: II, 30-39, 2008.

 

[7] Khanna. Vikram, Fire protection systems. Clariti Journal: Vol2, Issue1, 2015.

 

 

 

[8] Warringtonfire Aus Pty Ltd. Exova, Fire Safety Engineering Design of Combustible Façades. 2011.

 

[9] www.steelconstruction.info/Facade_supports_and_structural_movements.

 

[10] adanengineering.com/risk-and-recover