راهنمای طراحی اجزای غیرساختی ایمن از زلزله

وقتی به ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله فکر می‌کنیم، ذهن ما معمولاً روی عناصر سازه‌ای متمرکز می‌شود - تیرهای فولادی، ستون‌های بتنی و سیستم‌های فونداسیون که ساختمان‌ها را سرپا نگه می‌دارند. با این حال، جنبه ای که اغلب نادیده گرفته می شود ایمنی لرزه ای در چیزی است که مهندسان آن را "اجزای غیرسازه ای" می نامند - عناصری که وزن ساختمان را تحمل نمی کنند اما در هنگام وقوع زلزله می توانند به خطرات مرگبار تبدیل شوند.

زمین لرزه نورتریج در سال 1994 در کالیفرنیا درس هشیاری ارائه داد. در حالی که آسیب های سازه ای قابل توجه بود، 80-90٪ از تلفات ساختمان ناشی از خرابی اجزای غیر سازه ای است. ده بیمارستان بحرانی در منطقه آسیب‌دیده به دلیل مشکلاتی مانند نشت آب، شکستن شیشه، افتادن لامپ‌ها و خرابی سیستم‌های برق اضطراری مجبور به تعطیلی موقت شدند.

این فاجعه نشان داد که طراحی لرزه‌ای برای اجزای غیرسازه‌ای یک مهندسی «خوب برای داشتن» اختیاری نیست، بلکه موضوع مرگ و زندگی است.

انجمن مهندسین عمران آمریکا (ASCE) اجزای غیرسازه ای را در فصل 13 ASCE 7 به عنوان عناصر ساختمانی متصل دائمی که بارهای سازه ای را تحمل نمی کنند، تعریف می کند. این موارد عبارتند از:

• اجزای معماری:سقف، پارتیشن، چراغ، روکش فلزی
• سیستم های مکانیکی:تجهیزات HVAC، لوله کشی، کانال کشی
• سیستم های برق:ژنراتورها، تابلو برق، لوله ها
• سیستم های لوله کشی:آبگرمکن، لوله کشی آبپاش

ASCE 7 چندین مفهوم حیاتی را برای طراحی لرزه ای غیر سازه ای معرفی می کند:

• جزء:خود تجهیزات یا عنصر مفید (به عنوان مثال، هواگیر، پمپ)
• پشتیبانی:روش انتقال بارهای اجزاء به سازه ( مهاربندی، آویزها)
• پیوست:روش اتصال فیزیکی (پیچ و مهره، جوش)
• فاکتور اهمیت (IP):ضریب منعکس کننده بحرانی بودن یک جزء - مقادیر بالاتر برای سیستم های ایمنی زندگی مانند تجهیزات بیمارستانی

بخش 13.2.1 ASCE 7-10 طراحی لرزه ای را برای عناصر معماری الزامی می کند. خطرات واضح است:

• سقف های غیر ایمن می توانند فرو بریزند و راه های فرار را مسدود کنند
• چراغ های در حال سقوط به پرتابه های مرگبار تبدیل می شوند
• سرنگونی قفسه های کتاب می تواند ساکنان را به دام بیاندازد
• شیشه های شکسته از دیوارهای پرده، زباله های خطرناکی ایجاد می کند

بخش 13.5 ضرایب لرزه ای را برای طراحی سیستم های مهاربندی مناسب بر اساس موارد زیر ارائه می کند:

• وزن و ابعاد اجزا
• ارتفاع اتصال بالاتر از طبقه
• منطقه لرزه خیز ساختمان

برای بیمارستان ها و سایر تاسیسات حیاتی، حفظ عملکرد مکانیکی/الکتریکی پس از زلزله حیاتی است. بخش 13.6 ASCE 7-10 به این سیستم ها می پردازد:

• تجهیزات HVAC:نیاز به جداسازی پایه یا نصب مهار شده دارد
• سیستم های لوله کشی:نیاز به اتصالات انعطاف پذیر و مهاربندی لرزه ای
• دنده برقی:باید در برابر واژگونی مقاومت کرد و اتصالات را حفظ کرد
• برق اضطراری:ژنراتورها نیاز به نصب لرزه ای خاصی دارند

ASCE 7 قوانین روشنی را برای زمانی که مهاربندی لرزه ای مورد نیاز است ایجاد می کند:

• قطعات با وزن بیش از 400 پوند (181 کیلوگرم)
• تجهیزات با مراکز ثقل بیش از 4 فوت (1.2 متر) بالاتر از طبقه
• الزامات خاص برای لوله ها و کانال های الکتریکی

استاندارد استثناهای محدودی را مجاز می‌کند، مانند:

• لوله کشی با قطر کوچک با آویزهای کمتر از 12 اینچ
• سیستم های پشتیبانی سبک (<10 پوند بر فوت)

طراحی لرزه ای مناسب اجزای غیر سازه ای مستلزم:

• درک الزامات ASCE 7 فصل 13
• هماهنگی بین رشته های معماری و مهندسی
• در نظر گرفتن نیازهای عملکردی پس از زلزله
• اجرای جزئیات مهاربندی مناسب در حین ساخت

همانطور که زلزله نورتریج نشان داد، بی توجهی به این عناصر "ثانویه" می تواند پیامدهای اولیه برای ایمنی زندگی و عملکرد ساختمان داشته باشد. در مهندسی زلزله، هیچ جزئیات بی اهمیتی وجود ندارد - فقط فرصت هایی برای نجات جان افراد از طریق طراحی متفکرانه وجود دارد.