دستورالعمل طراحی سازه ای و الزامات و ضوابط عملکردی و اجرائی نمای خارجی ساختمان : ضابطه شماره 714 | 5-3- ارزیابی نمای ساختمان در مقابل بارهای ضربه ای

1-5-3- مقدمه 

یکی از الزامات در طراحی نمای ساختمان، تحمل نما در مقابل ضربات در طول دوره بهره برداری است. این ضربات می‌تواند شامل ضربات سنگین اتومبیل ها، ضربات ناشی از برخورد افراد یا سایر اجسام باشد. بنابر رویکرد استانداردها به طور معمول جدار خارجی ساختمان مورد ارزیابی در مقابل ضربه قرار می‌گیرد. این جدار می‌تواند شامل دیوارخارجی و نمای چسبیده به آن بوده یا شامل نما و سازه مجزای نگهدارنده نما که به آن متصل است باشد. از آنجا که معیارهای پذیرش، مبتنی بر امکان ادامه بهره برداری ایمن از قطعات است لذا این آزمون ها برای نمای ساختمان الزامی است. در حالتی که نمای ساختمان از طریق یک سازه نگهدارنده به قطعات سازه ای متصل باشد (نمای پرده ای)، آزمون های ضربه باید به طور مستقل روی نما انجام شود. 

بدین منظور دو راهکار وجود دارد: 

الف- مدلسازی اجزای محدود نما با جزییات و اتصالات آن و انجام تحلیل عملکرد نما تحت اثر بار دینامیکی ضربه  

ب- در صورت عدم انجام تحلیل دیوار در برابر بارهاي ضربه ای، انجام آزمایش بر روی نمونه نماي ساخته شده از جنس مورد نظر براساس ضوابط این بخش 

روش عمومی انجام آزمون‌های ضربه براساس استاندارد ملی ایران شماره 11272 با عنوان " اجزای قائم ساختمان - آزمون مقاومت در برابر ضربه - اجسام ضربه‌ای و روش‌های عمومی آزمون " می‌باشد. ضربات مورد بررسی در این فصل شامل ضربه‌های ایجادکننده شوک و ضربه‌های ناشی از حرکت با سرعت بالای یک شیء (مانند پرتابه اسلحه گرم یا چکش) نمی‌شود. 

2-5-3- آزمون ضربه 

آزمون‌های ضربه شامل جسم ضربه زننده‌ای است که مانند آونگ روی سطح نمونه قائم دیوار که در یک قاب جاسازی شده است، سقوط می‌کند. در هنگام برگشت، جسم ضربه زننده عقب نگهداشته می‌شود و اصابت مجدد صورت نمیگیرد. برای نما دو نوع آزمون شامل ضربه اجسام سخت و ضربه اجسام نرم بزرگ باید انجام شود. 

1-2-5-3- ضربه اجسام سخت 

ضربه اجسام سخت فقط حاصل ضربه هایی است که از جابجایی یا پرتاب اشیاء صلب حاصل می‌شود (به طور مثال پرتاب یک قطعه سخت یا یک تکه سنگ.) 

ابزار اعمال این آزمون، جهت ارزیابی حفظ قابلیت خدمت رسانی  قطعات نما (بند 3-5-5-1)، جسم سخت یک گوی فولادی پانصد گرمی به قطر 50 میلیمتر است که جرم آن با مهره اتصال حدود (500±5) گرم خواهد بود ضربه هایی که با این نوع گلوله اعمال می‌شود با علامت H1 شناخته می‌شود. جهت ارزیابی حفظ معیار ایمنی ساکنین (بند 3-5-5-2)، جسم سخت یک گوی فولادی یک کیلوگرمی به قطر 62/5 میلیمتر است که جرم آن با مهره اتصال حدود (1000±10) گرم خواهد بود، ضربه هایی که با این نوع گلوله اعمال میشود با علامت H2 شناخته میشود. 

در شکل (3-1) روش انجام آزمون نمایش داده شده است. ارتفاع سقوط بر مبنای انرژی ضربه ای تعیین می‌شود. شکل (3-2) نمونه‌ای از این آزمون را نمایش میدهد. این ارتفاع براساس انرژی ضربه موجود در جدول (3-7) تعیین میگردد. 

2-2-5-3- ضربه جسم نرم بزرگ 

ضربه جسم نرم بزرگ حاصل ضربه هایی است که از برخورد بدن انسان روی سطح اتفاق میافتد (به طور مثال ضربه شانه ،ضربه حاصل از دویدن و برخورد به دیوار). 

جسم ضربهزننده یک کیسه کروي مخروطی به جرم 50kg است. این کیسه از هشت قطعه پارچه کرباسی که به هم دوخته شده‌اند، تشکیل شده است. کیسه با گلوله‌های شیشه‌ای به قطر سه میلیمتر پر شده است. جرم کیسه (0/5±50) کیلوگرم است. ضربه هایی که با این کیسه اعمال می‌شود با علامت S2 نمایش داده می‌شود .در شکل (3-3) نمایی از کیسه مورد استفاده در آزمون نشان داده شده است.

ضربه به وسیله سقوط آونگی کیسه کروی مخروطی که در بالا شرح داده شده است، اعمال می‌شود. ابزاری که برای کنترل سقوط کیسه به کار می‌رود، در شکل (3-4) نشان داده شده است. قرقره و چرخ بالابر با کیسه در یک راستا قرار داشته باشند. 

کیسه وقتی بالا برده می‌شود در موقعیت قائم قرار میگیرد. ارتفاع سقوط H با به کارگیری میله اندازه گیری قائم که روی زمین افقی تکیه دارد، اندازه گیری می‌شود. ارتفاع سقوط برابر با تفاوت بین تراز خط افقی مشخص شده در مرکز کیسه تا تراز محل برخورد بر روی دیوار است. 

ارتفاع سقوط مطابق بند 3-5-3-3 و مبتنی بر انرژی ضربه‌ای که در جدول 3-7 ارائه شده است تعیین می‌شود. 

3-5-3- گروه‌بندی عملکردی نما برای تعیین انرژی ضربه 

ضربه اعمال شده بر روی سطح نما تابع موقعیت قرارگیری قطعه نما در ساختمان و میزان در معرض ضربه بودن آن قطعه است. به این منظور گروه‌بندی عملکردی برای قطعات پیرامونی یک ساختمان تعیین می‌شود. 

1-3-5-3- گروه‌بندی عملکردی 

 با توجه به موقعیت یک نما در ساختمان و تنوع عملکردهایی که در اطراف ساختمان امکان‌پذیر است، دامنه وسیعی از حالات ممکن است ولی در اینجا این دامنه به 6 گروه اصلی تقسیم می‌شود. گروه‌های A تا D مربوط به موقعیت‌های تا 1/5 متر بالاتر از سطح پیاده‌رو بوده و بالاتر از این تراز با توجه به کاهش خطرات ضربه به دو گروه دیگر تقسیم می‌شود .

تعاریف این گروه‌ها در جدول 3-6 ارائه شده است.

2-3-5-3- تعیین انرژی ضربه 

ضوابط زیر شامل نماهای شیشه ای شفاف و مات و ورق های پلاستیک شفاف نمی‌شود و برای این مواد باید به ضوابط اختصاصی مراجعه نمود. انرژی ضربه جسم سخت و جسم نرم بزرگ براساس گروه عملکردی در جدول 3-7 ارائه شده است . 

3-3-5-3- ارتفاع سقوط وزنه و کیسه در آزمون‌های ضربه 

در جدول (3-7) انرژی ضربه برای حالات مختلف ارائه شده است در زیر براساس انرژی ضربه و وزن گلوله یا کیسه، ارتفاع رهاسازی ارائه شده است: 

الف - ضربات جسم سخت 

برای ایجاد انرژی ضربه 10Nm یک گلوله فولادی استیل با قطر 62/5mm و با جرم 1/0kg از ارتفاع 1020mm به صورت آونگی رها می‌شود. 

برای ایجاد انرژی ضربه 6Nm یک گلوله فولادی استیل با قطر 50mm و با جرم 0/5kg از ارتفاع 1220mm به صورت آونگی رها می‌شود. 

برای ایجاد انرژی ضربه 3Nm یک گلوله فولادی استیل با قطر 50mm و با جرم 0/5kg از ارتفاع 610mm به صورت آونگی رها می‌شود. 

ب - ضربات جسم نرم 

برای ایجاد انرژی ضربه 500Nm یک کیسه با جرم 50kg از ارتفاع 1020mm به صورت آونگی رها می‌شود. 

برای ایجاد انرژی ضربه 350Nm یک کیسه با جرم 50kg از ارتفاع 715mm به صورت آونگی رها می‌شود. 

برای ایجاد انرژی ضربه 120Nm یک کیسه با جرم 50kg از ارتفاع 245mm به صورت آونگی رها می‌شود. 

4-5-3- موقعیت ضربات روی نما 

موقعیت ضربات باید به گونه ای تعیین شود که احتمال وقوع بدترین اثرات به لحاظ ترك خوردگی یا جداشدگی مهار از قطعه نما وجود داشته باشد. به طور نمونه در مورد نمای سنگی که متکی به چند مهار پشت سنگ می‌باشد عکس العمل یک پانل به ضربه، با توجه به مکان ضربه تغییر می‌کند. اگر یک پانل در نزدیکی نقطه مهار به طور مستقیم مورد ضربه قرار گیرد، ممکن است مهار در سطح خارجی پانل فرو رود. اگر در مرکز پانل ضربه وارد شود، پانل ممکن است بین مراکز اضلاع بلندتر به سادگی دچار ترک عرضی در وسط شود. در مقایسه با حالتی که ضربه  بین دو پانل توزیع شود یا در عرض اضلاع یا گوشه های مشترک رخ دهد، بدترین حالتی که محتمل تر است، وقتی است که ضربه به یک پانل تک برخورد کند. 

اگر پانل دچار ضربه در یک گوشه شود، گوشه ممکن است به سادگی بشکند. 

ماهیت  و نوع سیستم مهار نیز در مقاومت در برابر ضربه موثر است. اگر سنگ با مهارهای کوتاه صلب به دیوار پشت‌بند صلب متصل شده باشد و ضربه در نزدیکی یک مهار وارد شده باشد هیچ انرژی ای توسط مهاربندها جذب نشده و ماکزیمم مقدار انرژی به سنگ منتقل می‌شود. اگرمهارها انعطاف پذیرتر باشند می‌توانند مقداری از انرژی را جذب کنند و مقاومت سنگ در برابر ضربه را بهبود بخشند. اگر دیوار پشت‌بند، انعطاف پذیر باشد یا یک قاب فلزی منعطف از سنگ حفاظت کند، مقدار قابل توجهی از انرژی ممکن است توسط آن‌ها جذب شود. 

اگر ضربه در فاصله دور از محل مهار رخ دهد، تنش خمشی در سنگ ایجاد می‌شود که احتمالاً موجب ایجاد ترک در نزدیکی نقطه ضربه در ترک می‌شود. اگر سنگ قادر به چرخش در مهارها باشد، ممکن است این امر تنش‌ها را کاهش دهد اما ممکن است یک بخش نازکی از سنگ نزدیک به مهار دچار انحنا شود. 

استانداردها به طور معمول برای جزئیات مختلف نما و روش های مختلف اتصال، حداقل تعداد آزمایش ضربه و نقاط اجباری انجام آزمون ضربه را معرفی می نماید . 

به طور نمونه برای نماهای سنگ مهار شده به دیوار بنایی ضوابط زیر برای تعیین موقعیت ضربه ارائه شده است.: 

در هنگام تعیین مکان آزمون ضربه، باید مکان های حداقل (یکی از مکان‌های ذکر شده در پایین که مقاومت ضربه در آن حداقل است) در موارد زیر مدنظر قرار گیرد: 

الف) برای سنگ 

1- وسط پانل سنگ، در بیشترین فاصله از مهارها 

2- وسط طولانی‌ترین ضلع پانل 

3- وسط کوتاه‌ترین ضلع پانل 

4- وسط پانل  

ب) برای سنگ با مهار نقطهاي (مهاربندها/ مهارهاي جدا، یا صفحات موضعی corbel کوتاه:) 

1- در نقطه ای برروی خط بین دو نقطه قطری مهاربند، بین 50mm و 100mm از نقطه مهاربند 

2- دقیقاً روی نقطۀ مهاربند 

ج) برای سنگ با مهار ضلعی (ریل های ممتد با شیارهای کاملاً پرشد از ملات  (grout) یا درزگیر):

در نزدیکی نقطه یک چهار از لبۀ طولانی، بین 50mm تا 100mm از لبۀ زبانه 

تبصره1: برای ضربات نزدیک مهارها، بهتر است که ضربه در فاصله کمی از نقطۀ تکیه‌گاه وارد شود، تا تنش های ناشی از خمش در جدار نازک سنگ بین مهاربند و سطح پانل ایجاد شود. 

تبصره2: اگر بعضی از انواع پدهاک مقاوم در برابر ضربه در پشت پانل‌های سنگی قرار داده شوند، مناسب است که ضربه در فاصله بین مکان این پد و یکی از نقاط مهاربندی وارد شود. 

اگر پانل سنگی توسط یک قاب فلزی منعطف محافظت می‌شود ،در هنگامی که نیرو به صفحۀ سنگ وارد می‌شود، باید مکان‌هایی که در آنها سیستم تکیه‌گاهی بیشترین و کمترین تأثیر را، از خود نشان میدهد تعیین شود. در قسمت کمترین مقدار، باید در حالتی که یکی از نقاط مهاربند سنگ دقیقاً روی قاب نگهدارنده، که کمترین تأثیر را نشان میدهد، انجام شود.

5-5-3- معیار پذیرش 

براي نما معیارهاي پذیرش مقاومت در برابر ضربه براي دو سطح عملکرد حفظ شرایط خدمت پذیری نما و معیار حفظ ایمنی افراد به ترتیب، متناسب با ضربه سطح متوسط و ضربه شدید باید کنترل شود .

1-5-5-3- حفظ سطح خدمت پذیری نما 

دیواری که تحت ضربه سطح متوسط قرار میگیرد نباید کاهش سطح عملکرد داشته باشد. ارزیابی وضعیت سطح نمای دیوار پس از اعمال ضربه به صورت کیفی صورت می‌گیرد. در مورد مصالح ترد و شکننده هیچگونه صدمه‌ای، قابل قبول تلقی نمی‌شود. در مورد مصالح غیر ترد بروز سوراخ یا حفره باعث رد شدن نمونه بوده و فرورفتگی اگرچه تابع اثرات خرابی بر زیبایی نما است اما می‌تواند با معیار عمق فرورفتگی ارزیابی شود. 

به طور مثال در مورد نمای سنگ، یکپارچگی سنگ و مهارهای آن، بعد از یک ضربۀ با سطح متوسط، باید در نظر گرفته شود. برای سطح خدمت پذیری، در اثر آزمون ضربه، هیچگونه آسیبی به سنگ مورد قبول نیست. 

2-5-5-3- حفظ ایمنی افراد 

ضربه شدید نباید باعث هر گونه آسیب سازه‌ای یا ناپایداری شود و نباید باعث جداشدگی بخش هایی از ساختمان و بروز صدمه به ساکنین یا افراد خارج ساختمان باشد. هیچ یک از ادوات اعمال ضربه نباید از جدار گذر نماید. با توجه به شدت ضربه برای ارزیابی نما در این وضعیت، خسارت به نما در این حالت قابل قبول تلقی می‌شود و بروز تغییر شکل دائمی در سمت دیگر دیوار امکان‌پذیر است. 

به طور نمونه در مورد نمای سنگی در اثر آزمون ضربه نباید پانل‌های سنگی به گونه‌ای ترک بخورند که بخش های بزرگی از آن به سمت زمین سقوط کند و اینکه مهاربندها و سنگ‌های اطراف نقاط مهاربند آسیب ببیند.