1
خرابی پیش رونده در سازه های فولادی
)بررسی علل ریزش ساختمان پلاسکو(
علیرضا عیدی،سعید گلی زاده
-1 دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه مهندسی عمران ، دانشگاه آزاد اراک ، ایران – alirezaeydi052@gmail.com
-2 دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه مهندسی عمران ، دانشگاه آزاد اراک ، ایران
چکیده
درچند دهه گذشته شاهد حوادثی بودیم که در آنها تحت شرایط بارگذاری غیرعادی شدید بوجود آمده در اثر آتش ،
ضربه و یا انفجار ، تعدادی از ساختمان ها در سراسر جهان متحمل خرابی جزئی یا کلی پیش رونده گردیدند.
خرابی پیش رونده در سازه زمانی رخ می دهد که خرابی جزئی ) موضعی (یک یا چند عضو اصلی سازه ای منجر به خرابی
اعضای مجاور گردیده و در نهایت سبب گسیختگی بخشی از سازه و یا خرابی کل سیستم سازه ای می شود .خرابی
پیشرونده یک پدیده دینامیکی بوده که معمولاً سبب ایجاد تغییرشکل های بزرگ در سازه می باشد .در این پدیده
سیستم خراب شده برای دوام آوردن، بدنبال مسیرهای بار جایگزین می گردد . یکی از مهمترین مشخصه های خرابی
پیش رونده آن است که خرابی نهایی متناسب با خرابی اولیه نمی باشد
خرابی ساختمان پلاسکو در شهر تهران نیز می تواند نوعی فروپاشی پیش رونده باشد که در جای خود قابل بحث می
باشد.
واژه های كلیدی: خرابی پیش رونده ،سازه های فولادی ، گسیختگی ، خرابی سازه
-6 مقدمه
در طی چند دهه اخیر موارد مهمی از وقوع خرابی در سازه ها را می توان یافت که منجر به خسارات اقتصادی سنگین و از
دست رفتن جان انسان ها گردیده است . یکی از مکانیسم های خرابی در سازه ها ، خرابی پیش رونده می باشد که در آن یک
یا چند عضو سازه ای در اثر ضربه یا عوامل دیگر بطور آنی فروریخته و سازه بطور پیش رونده ای خراب می شود بازتوزیع
بارهای ناحیه خراب شده سبب خرابی دیگر اجزای سازه ای شده و در نتیجه خرابی کل سازه و یا بخش مهمی از آن حاصل می
گردد.در طی این سالها مهندسان سازه بدنبال یافتن علل و چگونگی وقوع خرابی پیش رونده در ساختمان و راههای پیش بینی
و پیش گیری از این پدیده و تدوین آیین نامه های لازم برای داشتن مقاومت کافی سازه ای در برابر این نوع خرابی بوده اند
انجمن مهندسی عمران آمریکا (ASCE) خرابی پیش رونده را اینگونه تعریف کرده است:
گسترش گسیختگی اولیه از یک جز به جز دیگر که عاقبت باعث فروپاشی کل و یا قسمت بزرگی از سازه می گردد.
در حوادث مشابه با آنچه در روزهای گذشته برای ساختمان تجاری پلاسکو در یکی از مناطق مرکزی تهران اتفاق افتاد
ساختمان های مسکونی و تجاری بلند مرتبه در مدت تنها چند ثانیه ریزش کرده و به تلی از آوار و خاک تبدیل می شوند.
درحالیکه بسیاری از ساختمان ها به لحاظ نمای ظاهری تحسین برانگیز هستند، خطاهای انسانی و نبود استانداردهای ایمنی
کافی منجر به وقوع فجایعی غیرقابل جبران شده است .
کنفرانس بین المللی عمران ، معماری و شهرسازی ایران
معاصر
ایران – تهران ، مرداد ماه 6931
2
تاریخچه ای از فروپاشی پیش رونده سازه ها :
رونان پوینت در انگلیس : برج 22 طبقه رونان پوینت (Ronan Point) در ماه مه سال 1691 در شرق لندن به دلیل انفجار
گاز دچار حادثه شد. در زمان وقوع این حادثه 292 نفر داخل ساختمان حضور داشتند که تنها به کشته شدن چهار تن و
مجروحیت 11 نفر منجر شد .
برج های هایلند در مالزی : مجتمع های مسکونی برج های هایلند (Highland Towers) که از مجموه سه بلوک 12 طبقه
تشکیل شده در دسامبر 1661 در یکی از شهرهای کوالالامپور بر اثر بارش شدید باران و وقوع رانش زمین دچار حادثه شد. در
روز نخست حادثه تنها سه نفر از میان گل و لای نجات پیدا کردند اما در مدت 12 روز جستجو، امدادگران نتوانستند هیچ
بازمانده دیگری را پیدا کنند. همچنین تلفات این حادثه 81 تن اعلام شده است .
مجتمع اسکای لاین پلازا در آمریکا : در مارس سال 1611 یکی از برج های مسکونی 29 طبقه مجتمع اسکای لاین پلازا
(Skyline Plaza) در ایالت ویرجینیا دچار ریزش شد که انبوهی از آوار را از خود برجا گذاشت. این ساختمان نیمه کاره به
دلیل عدم رعایت نکات مهندسی ریزش کرد که موجب شد 18 کارگر ساختمانی کشته شده و 18 نفر دیگر مجروح شوند .
مجتمع لوتوس ریورساید در چین: در حادثه ریزش مجتمع لوتوس ریورساید (Lotus Riverside) در شانگهای چین در
ژوئن سال 2226 یک ساختمان 11 به طور کامل تخریب شد. این ساختمان بلند مرتبه نیمه کاره بود و کارگران مشغول به
کار توانستند پیش از تخریب کامل از داخل ساختمان خود را نجات دهند .
دهلی نو در هند: در نوامبر سال 2212 بارش باران های موسمی موجب شد ساختمانی چند طبقه که محل اسکان 822 کارگر
مهاجر بود دچار ریزش شود. در این حادثه 67 تن جان خود را از دست دادند و تعداد 152 نفر دیگر روانه بیمارستان شدند .
مطالعات انجام شده روی ساختمانی که در حین ساخت دچار فروپاشی آنی شد نشان می دهد فروپاشی شامل مراحل زیر بوده
است :
گسیختگی ساختمان ناشی از عدم کفایت کف در برابر برش پانچینگ در مجاورت یکی از ستون ها
فرو ریختن دال سقف بام
شروع تخریب پیش رونده و تخریب کلی سازه
می توان نتیجه گرفت که سازه ها دارای نواقص متعددی در طراحی و محاسبات و اجرا بوده اند که با درنظر گرفتن شرایط
آیین نامه های مختلف در مورد خرابی های پیش رونده می توان از وقوع چنین اتفاقاتی جلوگیری به عمل آورد.
آیین نامه ها و پدیده خرابی پیش رونده :
خرابی پیش رونده می تواند بر اثر اصابت بمب ، جابه جایی پی سازه ، بارگذاری های زیاد در حین ساخت ، خزش بیش از
اندازه ، زمین لرزه ، اقدامات تروریستی ، حریق و ... باشد.
به همین دلیل طراحان سازه های بلند مرتبه می بایست با در نظر گرفتن اینگونه عوامل تمهیداتی را برای مقابله با کاهش و یا
حذف کلی اثر خرابی پیش رونده سازه بیاندیشند. حال سوال اینجاست که تا چه حد باید سازه ها را در برابر اینگونه عوامل
مقاوم کرد؟ حد مخاطرات سازه کجاست ؟
واقعیت این است که برای این سوال پاسخ قطعی وجود ندارد ولی می توان به تحقیقاتی که در این زمینه انجام شده است اشاره
کرد.
کنفرانس بین المللی عمران ، معماری و شهرسازی ایران
معاصر
ایران – تهران ، مرداد ماه 6931
1
آیین نامه کانادا طراحی بی عیب بودن را برای همه ساختمان ها به نحوی که تمام اثرات مخرب محتمل در طول عمر مفید
سازه تحمیل نمایند را لازم می داند.
آیین نامه اروپا در بخش دوم بیان می کند سازه باید طوری طراحی شود که توسط حوادثی چون حریق ، ضربه و... صدمه ای
نامتناسب با دلیل اصلی نبیند .
و...
فروپاشی پیش رونده در ایران :
ساختمان مسکونی سعادت آباد : در تیرماه 1387 ساختمان هفت طبقه نوسازی در سعادت آباد تهران به طور کامل ریزش کرد
. در این نظریه آمده است پروانه ساختمان برای دو طبقه بوده و میلگردهای به کار رفته در این ساختمان استاندارد نبوده و
بتون به کار رفته، یک چهارم استقامت این ساختمان را داشته و در ساخت این ساختمان رعایت موازین ایمنی و استاندارد
نشده است. یکی از علل ریزش این ساختمان، فونداسیون بسیار سست و بسیار شکننده آن بوده است
شکل 2 : لحظاتی بعد از تخریب ساختمان شکل 1 : ساختمان مسکونی واقع در سعادت آباد تهران
ساختمان تجاری پلاسکو در تهران : در بهمن ماه 1165 ساختمان 18 طبقه تجاری پلاسکو در تهران بر اثر احتراق مواد آتش
زا دچار حریق شده و ساختمان به طور کامل تخریب شد . در این حادثه تعدادی از انسان ها جان خود را از دست دادند. آتش
سوزی ابتدا در یکی از طبقات فوقانی ساختمان اتفاق افتاد و سپس بر اثر وسعت و شدت حرارت زیاد بعد از سه ساعت مقاومت
ساختمان به طور گسترده فرو ریخت.
از آنجا که طبق نظریه های اولیه کارشناسان یکی از علل اصلی ریزش این ساختمان درجه حرارت زیاد آتش بوده است لازم
می دانیم در این مقاله به نحوه عملکرد فولاد در برابر درجه حرارت بالا بپردازیم.
یکی از مزایای استفاده از سازه بتنی به جای سازه فلزی مقاومت بسار بالای بتن در برابر آتش سوزی و حرارت است در حالیکه
) فولاد در برابر حرارت زیاد از خود مقاومتی نشان نمی دهد . برای درک صحیح تر این موضوع دو نمودار دما – زمان )شکل 1
کنفرانس بین المللی عمران ، معماری و شهرسازی ایران
معاصر
ایران – تهران ، مرداد ماه 6931
8
و نمودار دما و مقاومت فولاد ) شکل 8 ( را باهم بررسی می کنیم و رفتار فولاد را در برابر درجه حرارت بالا در مدت زمان های
متفاوت بررسی می کنیم.
شکل 1 - نمودار دما – زمان فولاد
این نمودار رفتار فولاد را در برابر درجه حرارت های مختلف و در مدت زمان های متفاوت نشان می دهد .مشاهده می گردد در
همان دقایق ابتدایی که فولاد در برابر حرارت قرار می گیرد دمایی نزدیک به 222 درجه سانتی گراد را تحمل می کند.
طبق شواهد موجود آتش سوزی ساختمان پلاسکو از حوالی ساعت 1 صبح شروع شده و در حوالی ساعت 11:12 دقیقه خاتمه
پیدا می کند، به معنی دیگر آتش سوزی در حدود 1 ساعت ادامه پیدا کرده است. حال رفتار فولاد را در مدت زمان 1 ساعت
بررسی می کنیم. مشاهده می گردد که در مدت زمان 122 دقیقه فولاد دمایی در حدود 1222 درجه سانتی گراد داشته است.
کنفرانس بین المللی عمران ، معماری و شهرسازی ایران
معاصر
ایران – تهران ، مرداد ماه 6931
5
شکل 8 – نمودار دما – مقاومت فولاد
نمودار بالا نشان می دهد که ستون فلزی با حرارت مقاومت خود را به چه صورت از دست می دهد. ملاحظه می کنید که در
دمایی بین 222 تا 822 درجه فولاد شروع به از دست دادن مقاومت می کند. ضریب 2.9 مقاومت طراحی فولاد دمایی در
حدود 552 درجه سانتی گراد را نشان می دهد . یعنی مهندسان طراح سازه های فولادی حداکثر دمایی که برای تحمل فولاد
در نظر می گیرند در حدود 552 درجه سانتی گراد است . از این دما به بعد فولاد به سرعت مقاومت خود را از دست می دهد.
مکانیزم خرابی ساختمان پلاسکو
خرابی ساختمان اسکلت فلزی پلاسکو به طور خلاصه شامل مراحل زیر بوده است:
الف- در اثر شدت حرارت آتش سوزی، ابتدا تیرهای سقف در طبقات حدود دهم، دچار تغییرشکل های بزرگ می شوند.
ب- در اثر نیروهای ثانویه به وجود آمده و افت مقاومت، اتصالات تیر به ستون دچار گسیخته می شوند.
ج- کل سقف هر طبقه روی سقف زیرین فرومی ریزد و باعث پرتاب شدن دود و غبار به بیرون از پنجره ها )شبیه انفجار(
می شود، درواقع انفجاری رخ نداده است.
د- با ریزش سقف، ستون ها مهار جانبی خود را از دست داده و با همراهی افت مقاومت فولاد، ستون ها نیز خراب می شوند.
ه- به دلیل نوع سیستم سازه ای بکار رفته در ساختمان پلاسکو، ساختمان دچار خرابی پیش رونده ) Progressive Collapse ( می شود. در این نوع خرابی با از دست رفتن یکی از اعضای سازه ای اصلی، سایر اعضاء قادر به تحمل بارهای اضافی
نبوده و با خرابی پی درپی، درنهایت کل ساختمان آوار می شود.
کنفرانس بین المللی عمران ، معماری و شهرسازی ایران
معاصر
ایران – تهران ، مرداد ماه 6931
9
-7 نتیجه گیری
- 1 با توجه به تاکید سازمان مقررات ملی ساختمان مبنی بر استفاده از سیستم اطفاء حریق در ساختمان های بلند بایدد تمهیدداتی
اندیشیده شود تا بر عملکرد صحیح و استفاده از این سیستم نظارت کافی وجود داشته باشد.
- 2 در آتش سوزی های با این وسعت فرماندهان آتش نشانی پس از گذشت 1 ساعت از مدت زمان شروع آتش سوزی نبایدد اجدازه
ورود نیروهای خود را به ساختمان بدهد چون فولاد به سرعت در حال کاهش مقاومت است.
- 1 استفاده کردن از آیین نامه های موجود بین المللی جهت بهبود مقاومت سازه در برابر حریق
مراجع
مراجع فارسی
وزارت مسکن و شهر سازی ، معاونت امور مسکن و ساختمان ؛ "مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، طرح و اجرای ساختمان های
فولادی" ویرایش چهارم ، 2931
محمود یحیائی و عباس رضائیان. "عملکرد اتصال پیچی لینک به دستک در قاب های خمشی درختی تحت اثر آتش سوزی"، نشریه
. علمی- پژوهشی مهندسی سازه و ساخت، شماره سوم، 1168