مکانیسم خرابی پلاسکو و لزوم مطالعات مهندسی ایمنی سازه‌ها در آتش: از نیویورک تا برج آدرس در دوبی و پلاسکو در تهران

بعد از ماجرای ١١ سپتامبر، آمریکایی‌ها چند مرکز مطالعات آتش را تجهیز کردند و از آن سال تاکنون، انبوهی آزمایش انجام داده‌اند. در تحلیل مکانیسم خرابی ساختمان پلاسکو لازم است به این سؤال اندیشید که جایگاه ما در مطالعات مهندسی ایمنی سازه‌ها در آتش کجاست؟ چرا هنوز در میان این همه دانشگاه‌های کشورمان، رشته مهندسی آتش تدریس نمی‌شود؟ آیا استانداردهای ملی در این زمینه تدوین کرده‌ایم؟

در تحلیل مکانیسم خرابی ساختمان پلاسکو لازم است مروری به سابقه مطالعات مهندسی آتش داشته باشیم. به اجمال، ذکر موارد زیر بی‌مناسبت نیست:
١  خرابی برج‌های تجارت جهانی نیویورک: بعد از ویرانی برج‌های تجارت جهانی در حمله تروریستی ١١ سپتامبر، گروهی از استادان مطرح دانشگاه‌های آمریکا برگزیده شدند تا مکانیسم خرابی این برج‌ها را بررسی کنند. گزارش‌های بسیار خوبی در این باب تهیه و تدوین شد. در نتیجه تهیه این گزارش‌ها، توجه به دو موضوع پررنگ شد: موضوع اول اینکه مقاومت سازه در برابر آتش زیاد باشد (به‌نحوی‌که ساکنان مجال تخلیه ساختمان را پیدا کنند) و دوم، طراحی سازه‌ها به نحوی باشد که «خرابی موضعی»، به «خرابی پیشروَنده» منجر نشود. پس از این رویداد دولت آمریکا بودجه‌هایی را در زمینه «خرابی پیشرونده» (Progressive Collapse) اختصاص داد. خرابی پیشرونده به بیان ساده، یعنی اینکه اگر یک عضو اصلی ساختمان شما (مثلا یکی از ستون‌ها) به دلیلی (مثلا انفجار یک بمب یا خط لوله گاز یا...) از دست رفت و از مدار باربری خارج شد، اعضای دیگر بتوانند بار او را بین خودشان تقسیم کنند و این خرابی، منجر به خرابی‌های بعدی (پیشرونده) نشود.
٢  مراکز مطالعات آتش در آمریکا: بعد از ماجرای ١١ سپتامبر، چند مرکز مطالعات آتش در کشور آمریکا تجهیز شد و از آن سال تاکنون، انبوهی آزمایش (اکسپریمنت) انجام شد که عمده اینها در قالب مقالات ژورنال‌های تخصصی منتشر شده است. تست‌های آتش به دلیل مسائل و ملاحظات ایمنی و قیمت مصرف گاز، بسیار‌ گران است؛ مثلا برای قرار‌دادن یک نمونه تیر پل در آتش، باید حدود ١٥ هزار دلار پول گاز برای تأمین حرارت کوره با ابعاد یک اتاق (به مدت حدود دو ساعت) و تا دمای بیش از‌ هزار درجه سانتی‌گراد در نظر گرفت. هرچند ما چنین هزینه‌هایی را پرداخت نکردیم، اما می‌توانیم از نتیجه این آزمایش‌ها که به شکل مقاله منتشر شده است، به‌خوبی بهره‌برداری و استانداردهای مورد نیاز کشورمان را تدوین کنیم. یکی از این دو مرکز مهم مطالعات آتش در دانشگاه ایالتی میشیگان (مرکزی که در حال همکاری با آن هستم) و دیگری در واشنگتن (NIST) است.
٣  رفتار فولاد در آتش: فولاد در آتش در مقایسه با بتن، رفتار بدتری دارد و زودتر مقاومت خود را در اثر حرارت از دست می‌دهد. این تنها بدی سازه فولادی نسبت به سازه بتنی است؛ مثلا فرض کنید یک ستون فولادی ظرفیت تحمل نیروی فشاری به میزان مشخصی از وزن را داراست. همین ستون وقتی در آتش قرار می‌گیرد، پس از حدود ٥٥٠ درجه سانتی‌گراد، خیلی زودتر از ستون بتنی، ظرفیت باربری خود را از دست می‌دهد. ساختمان پلاسکو هم مشابه ساختمان برج‌های نیویورک، سازه‌ای فولادی بود. (به همین دلیل است که در سازه مهمی همچون برج میلاد، طبقه پایین سازه فولادی رأس را در بتن مدفون کردند تا اگر آتش طبقات بالا را فراگرفت، افراد برای سوارشدن به آسانسور و فرار، در آن طبقه مدفون در بتن، منتظر شوند).
٤  آتش در برج آدرس دوبی: کمتر از یک‌سال‌ویک‌ماه پیش در دوبی، در جشن شب مراسم سال نو، برج مجاور برج‌خلیفه، به نام برج آدرس، آتش گرفت و چون آتش‌نشان‌ها دیر به محل ساختمان رسیدند، در عرض ١٠ دقیقه سرتاسر برج به کام آتش کشیده شد (فیلم‌های این حادثه هنوز در اینترنت موجود است). گفته شد علت تأخیر، ترافیک بوده است. مقایسه تلاش آتش‌نشان‌های خودمان با حادثه مشابه در دوبی، کار دشواری است، ولی این‌قدر می‌توان گفت که عزیزان آتش‌نشان ما با «حضور به‌موقع» و تلاش بسیار، توانستند در چند نوبت آتش را در ساختمانی بدون سیستم اطفای‌حریق مهار کنند (و لااقل آتش به سرتاسر پلاسکو گسترده نشد)، ولی به دلیل وجود انبوه پارچه و... دوباره و چندباره، آتش شعله‌ور می‌شود. برج آدرس دوبی، دارای سازه بتونی است (مقاومت بیشتر بتون نسبت به فولاد در آتش) و به دلیل خوب عمل‌کردن سیستم اطفای‌حریق و آب‌پاش‌های درون ساختمان، آتش به داخل ساختمان گسترش پیدا نکرد، ولی بخش زیادی از بیرون برج در آتش سوخت.
٥  مکانیسم خرابی پلاسکو: سازه ساختمان پلاسکو یک سازه فولادی است که بخشی از ستون‌های آن نمایان (اکسپوز) بود. برای هر مهندس سازه، بسیار واضح و مبرهن بود که این ساختمان با ستون‌های لاغرش (Slender)، بسیار ضعیف است و در اولین زلزله متوسط تهران، دچار آسیب‌های شدید خواهد شد. این ساختمان، ٥٤ سال پیش و زمانی که استانداردهای طرح لرزه‌ای به طور جدی رعایت نمی‌شد (یا حتی در دسترس نبود)، طراحی شده است. مشاهدات اولیه حاکی از آن است که بعد از اینکه آتش بخشی از سازه را فرامی‌گیرد، تعدادی از اعضای فولادی (تیر و ستون) به دلیل حرارت ظرفیت خود را از دست می‌دهند و چون سازه ضعیف بوده، انتقال بارهای این اعضا از سوی اعضای دیگر ممکن نیست و بنابراین «خرابی پیشرونده» آغاز می‌شود. بنابراین در فیلم‌های منتشرشده می‌بینیم که چطور در عرض چند ثانیه، منهدم‌شدن اعضا در برابر این «بار اضافی» از سمت بالای برج به پایین، رخ می‌دهد و بعد سازه فرومی‌ریزد. در شکل زیر نمونه بررسی‌های مدل‌سازی خرابی پیشرونده در دانشگاه تگزاس را برای پیشگیری این دست اتفاقات شاهد هستید. در این ساختمان، با وجود حذف یکی از ستون‌های طبقه اول، به دلیل مشارکت سقف‌ها در انتقال بار، خرابی رخ نداده است.
٦  مقصر کیست؟ جواب‌دادن به این سؤال درحال‌حاضر بسیار سخت و دشوار است. واقعا چه کسی یا چه سازمان و نهادی مقصر است؟ کسبه و مغازه‌دارانی که سیستم اطفای‌حریق نصب و پولی برای این امر هزینه نکرده‌اند؟ یا شهرداری که اخطار داده بود، ولی الزام به تخلیه ساختمان نکرد؟ یا متولیانی که سازه را مقاوم‌سازی نکرده‌اند؟ یا مردمی که جلو آتش‌نشان‌ها را سد کردند؟ یا...؟ دراین‌باره در آینده در مجالی مفصل‌تر صحبت خواهیم کرد.
٧  آینده: در تمام دو سال گذشته که در آمریکا در بحث آتش کار می‌کنم، با هر دانشگاه در ایران که برای همکاری تماس گرفته بودم، استقبال نشده بود. به نظر می‌رسد که این رخداد تلخ، اهمیت پرداختن به بحث آتش را پررنگ کرده باشد تا جلو حوادث «تلخ‌تر» گرفته شود. این اتفاق (مثل فاجعه زلزله بم)، تلنگری است که شاید باعث شود موضوع مهندسی آتش، استاندارد طراحی سازه برای آتش، پوشش‌های ضدآتش و... را پراهمیت‌تر تلقی کنیم. امید است که این تلنگر تلخ باعث شود این بحث جدی‌تر گرفته شود و به این بیندیشیم که چرا در سال ٢٠١٧ هنوز در میان این‌همه دانشگاه کشورمان، رشته مهندسی آتش تدریس نمی‌شود؟ امروز ما تنها با یک ساختمان پلاسکو مواجهیم، اما پس از زلزله در تهران و بروز ده‌ها یا صدها آتش، چه خواهد شد؟
برای پایان بحث، فقط بر این نکته تأکید می‌کنیم که در سرتاسر مبحث دهم مقررات ملی (استاندارد طرح سازه‌های فولادی ایران) حتی یک جمله درخصوص طراحی در برابر آتش وجود ندارد.

منبع خبر: +

نویسنده: دکتر محمد رضا اسلامی

مطالب مرتبط:

رادیو808-شماره 18-مصاحبه اینترنتی با دکتر محمد رضا اسلامی