استفاده از شیشه های مقاوم در برابر زلزله در ساختمانها

شکل جدید بناهای امروزی که متناسب با نیازهای بشر امروز است، تنها به دلیل طراحی متفاوت نیست، بلکه شکل اجرا و نوع مصالح به کار رفته در بناها نیز در متفاوت بودن بناهای امروزی تاثیر بسیاری دارند. تا به امروز استفاده از شیشه آن هم در این سطح کلان مشاهده نشده است. شیشه‌ها اکنون در همه جا، کنار ما هستند؛ معماری داخلی ساختمان‌ها و مراکز تجاری و اداره‌ها، معماری خارجی برج‌ها و آسمان خراش‌ها و بیش از همه در سقف‌ها و نماهای ساختمانی. پس با این حساب چگونه قرار است زلزله‌ای چند ریشتری را کنار این بلورهای شیشه‌ای بگذرانیم؟ چگونه امنیت زیستی ما در کنار جداره‌های شیشه‌ای باید حفظ شود؟

معماری امروز با کمک دانش نوین در ساخت مصالح جدید پاسخ‌های خوبی برای این پرسش‌ها دارد.


استفاده از شیشه های مقاوم در برابر زلزله در ساختمانها

شکل جدید بناهای امروزی که متناسب با نیازهای بشر امروز است، تنها به دلیل طراحی متفاوت نیست، بلکه شکل اجرا و نوع مصالح به کار رفته در بناها نیز در متفاوت بودن بناهای امروزی تاثیر بسیاری دارند. تا به امروز استفاده از شیشه آن هم در این سطح کلان مشاهده نشده است. شیشه‌ها اکنون در همه جا، کنار ما هستند؛ معماری داخلی ساختمان‌ها و مراکز تجاری و اداره‌ها، معماری خارجی برج‌ها و آسمان خراش‌ها و بیش از همه در سقف‌ها و نماهای ساختمانی. پس با این حساب چگونه قرار است زلزله‌ای چند ریشتری را کنار این بلورهای شیشه‌ای بگذرانیم؟ چگونه امنیت زیستی ما در کنار جداره‌های شیشه‌ای باید حفظ شود؟

معماری امروز با کمک دانش نوین در ساخت مصالح جدید پاسخ‌های خوبی برای این پرسش‌ها دارد.

راهحلهای معمارانه

شکنندگی شیشه سبب می‌شود تا این عنصر مهم ساختمانی در زمان وقوع زلزله و پس از آن، یکی از عوامل اصلی تلفات و افزایش آمار کشته شدگان و مجروحان باشد. در هنگام زلزله، تکه شکسته‌های شیشه با لبه‌های برنده خود مانند تیرهای کشنده، جان هزاران انسان را چه در بیرون و چه در درون ساختمان‌ها تهدید می‌کنند. پس از حادثه نیز، خرده شیشه‌های پخش شده روی زمین، حرکت بازماندگان، امدادگران و ماشین‌های کمک‌رسانی را کند و متوقف می‌سازد که این خود سبب جراحت، افزایش وخامت حال مجروحان و رشد تلفات جانی می‌گردد. با توجه به مسائل فوق، می‌توان به خطر بالقوه‌ای که به‌خصوص جوامع شهرنشینی را تهدید می‌کند، پی برد.

یکی از راه‌حل‌های این مشکل، تعویض شیشه‌های موجود با شیشه‌های نشکن و رزینی (لامینیت) می‌باشد. این شیشه‌ها حتی در صورت شکست، دارای شیشه خرده‌های کوچک و بدون لبه برنده می‌باشند، اما همچنان در صورت سقوط از ارتفاع زیاد و یا در اثر انفجار، خطرناک و حتی کشنده می‌باشند. هزینه و زمانی که برای تعویض و نصب این شیشه‌ها، مشخصا در ساختمان‌های موجود، صرف می‌شود نیز عاملی است که نمی‌توان از آن صرف‌نظر کرد. به‌علاوه بعضی از موارد استفاده از این شیشه‌ها به لحاظ صرفه اقتصادی محدودیت‌هایی را در بر دارد، مثلا به‌کارگیری این شیشه‌ها در نمای ساختمانی که اصلا مقرون به صرفه نیست.

عوامل فوق در مجموع سبب می‌شود تا لزوم ابداع و به‌کارگیری روش‌هایی برای تقویت شیشه‌های موجود، بیش از پیش رخ بنمایاند. فن‌آوری امروزی، محصولات جدیدی را در اختیار می‌گذارد تا همچنان زمان صفر، زمان طلایی و هنگام زمینه‌سازی غلبه انسان بر زلزله باشد.

مقاوم‌سازی شیشه‌ای

ورق‌های لکسان، نوعی ورق ترمو پلاستیکی هستند که انواعی از آنها مطلقاً نشکن هستند و با شفافیت شیشه مانند و سبکی وزن خود، می‌توانند گزینه بسیار مناسب برای جایگزینی شیشه باشند. استفاده از این ورق‌ها در موارد صنعتی به‌عنوان نورگیر‌های نشکن و پوشش‌های شفاف ضد زلزله، در جهان رایج است. تنوع رنگ، طرح و خصوصیات این ورق‌ها، استفاده آنها را در عرصه وسیعی از سازه‌ها امکان پذیر ساخته است، اما همچنان صرفه اقتصادی به‌عنوان یک عامل بازدارنده، محدودیت‌هایی را برای استفاده از این ورق‌ها به‌وجود می‌آورد. بهترین راه‌حل، استفاده از عایق شیشه (Window film) است.

عایق شیشه، پوشش نازک پلیمری با ضخامت متوسط حدود یک‌دهم میلیمتر است که از چند لایه تشکیل شده و هر کدام از این لایه‌ها برای ایجاد خاصیتی ویژه و یا تقویت ضعف‌های شیشه طراحی شده‌اند. این عایق‌ها بر روی سطح شیشه می‌چسبند، به‌گونه‌ای که کاملا قابل شست‌وشو هستند.

وجود این عایق‌ها، سبب می‌شود چنانچه در اثر زلزله، شیشه‌ها شکسته شوند، خرده‌های آن به اطراف پرتاب نشوند و در جای خود بمانند که در این صورت بسیاری از تلفات خونین ساکنین و ترددکنندگان در حین و پس از وقوع زلزله، کــــاهش می‌یابد.

براساس تحقیقات انجام شده در دانشکده‌های مهندسی زلزله و آزمایشگاه‌های زلزله شناسی، وجود این عایق‌ها سبب جلوگیری از پرتاب تکه‌های شیشه و یا کاسته شدن از دامنه ...و سرعت پرتاب این خرده شیشه‌ها به اطراف می‌گردد. اگر به این ویژگی، تنوع رنگ و طرح، ممانعت از سرایت و گسترش آتش، جلوگیری از ورود اشعه مضر ماورای بنفش و صرفه‌جویی در مصرف سوخت در اثر ممانعت از اتلاف انرژی گرمایشی و سرمایشی در زمستان و تابستان اضافه شود، عایق‌های شیشه به‌عنوان یک محصول استثنایی تقویت‌کننده شیشه در ابعاد چند گانه، شناخته می‌شوند.

با نگاهی به نکات فوق و همچنین مختصات شرایط ابر شهری مانند تهران و دیگر شهرهای بزرگ، استفاده از چنین محصولاتی به‌عنوان تقویت‌کننده شیشه، اجتناب‌ناپذیر می‌نماید.

پوششهای مدرن

زمینه تکنولوژی تولید پوشش‌های پلیمری برای نصب بر شیشه تقریبا از سال 1970 مهیا شد. این تکنولوژی تاکنون محصولات زیادی را به بازارهای جهانی ارائه نموده و ارزشمندترین این محصولات برای ایمن‌سازی، پوشش‌های مدرن مخصوص پیشگیری از خطرات موج انفجار می‌باشد. هم‌اینک پوشش‌هایی با ضخامت‌های گوناگون موجود می‌باشد. ضخامت پوشش‌ها در دستگاه آحاد متریک براساس میکرون بیان می‌شود که هر 1000‌میکرون یک میلی‌متر می‌باشد. این ضخامت در دستگاه آحاد انگلیسی با واحد میلی اینچ بیان می‌شود، هر میلی اینچ 25‌میکرون است. دو دسته مهم پوشش‌های مدرن به شرح زیر می‌باشد:
1 - پوششهای امنیتی: پوششی که ضخامت آن 175‌میکرون یا بیشتر است.

حداکثر ضخامت پوشش‌ها نیز 375‌میکرون است. این ضخامت و حالت پلاستیک مواد بکار رفته در این پوشش‌ها باعث می‌شود که شیشه در صورت شکسته شدن بر اثر موج انفجار رفتار از خود نشان دهد. یعنی در این حالت اگر از یک سیستم مهار جانبی مناسب نیز استفاده شده باشد. شیشه، به کمک پوشش امنیتی - که اکثرا از داخل ساختمان نصب می‌شود - فقط به صورت ارتجاعی کمی از قاب خارج می‌شود اما دوباره به جای خود باز می‌گردد و اجازه پرتاب شدن به شیشه‌ها را نمی‌دهد.

2 - پوششهای ایمن: پوشش‌هایی که معمولا در حدود 100‌میکرون یا 4‌میلی‌اینچ ضخامت دارند و باعث می‌شوند پنجره‌ها دارای میزان مشخصی از مزیت و مقاومت در برابر خردشدگی گردند.

تکنولوژی با دقت‌های میکرونی خواص فیزیکی مکانیکی این پوشش‌ها دقیقا اندازه‌گیری می‌شود. به عنوان مثال استحکام کششی پوشش‌ها به طور متوسط gr/cm2 ا1800 می‌باشد. استحکام چسبندگی این پوشش‌ها به شیشه قوی و در حدود gr/cm2ا 900 است. اگر در زاویه 180 درجه پوشش‌ها از روی شیشه کشیده شود اتصال پوشش و شیشه مانند اتصال بین لایه‌های خود پوشش استحکام دارد. خاصیت مکانیکی دیگر و مهم پوشش‌ها، افزایش طول هنگام شکست است یعنی پوشش قبل از شکست تا افزایش طول حدود 5/2‌برابر طول اولیه خود در برابر شکست مقاومت می‌کند. تمام این خواص تحت استانداردهای ASTM در آزمایشگاه‌های معتبر جهانی اندازه‌گیری شده است. بستر اصلی پوشش‌ها، پلی استر از نوع پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) است. پوشش‌های ضدموج انفجار حداقل از 6‌لایه تشکیل شده‌اند که در موارد خاص ممکن است تعداد و خواص لایه‌ها تغییر کند.
لایه‌های یک مقاوم‌کننده وضعیت لایه‌ها به شرح زیر است:

- سطح ضدخش (S/R): لایه سطحی محصول است و در مقابل مواد و لوازم پاک‌کننده رایج ضدخش می‌باشد. این سطح به وسیله مونومرهای ویژه‌ای با تابش اشعه UV پخت و پلیمریزه می‌شوند در نتیجه از استحکام سطحی بالایی برخوردار می‌باشد.

- پوشش شفاف: از جنس پلی استر تقویت شده با خواص فیزیکی مکانیکی بالا می‌باشند. معمولا ضخامت این لایه 50 تا 175‌میکرون است.

- چسب بین لایهها: برای چسباندن لایه‌های مختلف که در هر دو لایه نفوذ کرده. و هیچ‌گونه اختلالی در شفافیت به‌وجود نمی‌آورد. بعد از این چسب براساس ضخامت نهایی مطلوب به طور متناوب از لایه شفاف و سپس چسب استفاده می‌شود.

- لایه چسب اتصال به شیشه: این چسب‌ها علاوه‌بر تامین استحکام بالای پیوند میان پوشش و شیشه حاوی جاذب اشعه فرابنفش (UV absorbers) می‌باشند وجود این مواد باعث می‌شود از ورود اشعه فرابنفش نور خورشید تا 99‌درصد جلوگیری به عمل آید و در نتیجه از تخریب اجزای پوشش جلوگیری شده و تجهیزات و لوازم داخل ساختمان نیز از صدمات اشعه فرابنفش در امان باشد. چسب این لایه با ایجاد پیوندهای مکانیکی با شیشه و همچنین نفوذ در آن باعث می‌شود در زمان انفجار حتی اگر شیشه بشکند پرتاب نشود. قدرت چسبندگی بالا از جدا شدن قطعات شیشه از یکدیگر جلوگیری می‌کند. در ضمن هیچکدام از چسب‌ها کوچکترین اختلالی در شفافیت به‌وجود نمی‌آورند.

- لایه آستر: دارای سطح سیلیکونی است که به علت خاصیت نچسب بودن به آستر کمک می‌کند که قبل از شروع فرآیند نصب،‌جداسازی به راحتی صورت گیرد.