مقاله تحلیلی: بالکن‌ها و مسائل مربوطه در ساختمان‌های بلندمرتبه

در طول مطالعه‌ای که از 1990 تا 2006 انجام شد، 86500 مورد فروریزش بالکن رخ داد که موجب فوت 8 نفر شد این تخمین بر اساس آسیب‌هایی بود که نیاز به درمان پزشکی و اورژانسی داشتند. از این تعداد، 5600 مورد به دلیل شکست سازه رخ‌داده بودند. بر اساس اطلاعات موجود این امکان تعیین این‌که شکست‌های سازه‌ای براثر اضافه‌بار بوده یا به دلیل طبقات یا نرده‌های معیوب اتفاق افتاده وجود نداشت.

آیین‌نامه‌ی بین‌المللی ساختمان 2006 به‌منظور ایجاد تمایز بین بالکن‌ها و عرشه‌ها، بالکن خارجی را با عنوان یک سطح خارجی که جلوتر از ساختمان است و تکیه‌گاه آن سازه محسوب می‌شود، تعریف می‌کند. همچنین عرشه خارجی به‌عنوان یک سیستم کف خارجی که حداقل از دو سمت دارای تکیه‌گاه است تعریف می‌شود. این تکیه‌گاه‌ها ممکن است سازه مجاور، دیرک‌ها، پایه‌ها یا دیگر تکیه‌گاه‌های مستقل باشند.

اتفاقات اخیر در رسانه‌های منطقه‌ای ممکن است این حس را به وجود آورده باشد که حوادثی که تلفات جانی را در پی دارد عمدتاً در بالکن‌های چوبی رخ می‌دهند اما گزارش‌ها از انگلیس، هلند، استرالیا و برزیل حاکی از آن است که برای بالکن‌های بتنی نیز این اتفاق رخ‌داده است. در ده سال گذشته در شهر نیویورک (NYC)، چندین حادثه‌ی جدی مربوط به سازه بالکن وجود داشته است که برخی از آن‌ها بالکن‌هایی هستند که سازه‌ی نسبتاً جدیدی داشتند. حوادث مربوط به بالکن ممکن است اشاره به حوادثی داشته باشند که افراد از بالکن سقوط کرده یا عابرانی که در زیر آن قرار دارند مورد اصابت مصالح در حال سقوط آن قرار گیرند. می‌توان گسیختگی بالکن را به سه دسته تقسیم کرد: گسیختگی دال طره‌ای، خرابی موضعی سطح طره و گسیختگی نرده‌ها.

بالکن‌های خارجی در آپارتمان‌های نیویورک

در نیویورک و قبل از جنگ جهانی دوم، بالکن‌ها باهدف راهی برای فرار هنگام آتش‌سوزی ساخته می‌شدند. همچنان شمار قابل‌توجهی از آن‌ها وجود دارد، اما در اینجا شرایط آن‌ها توضیح داده نمی‌شود زیرا در ساختمان‌های بلندتر از 6 طبقه کمتر وجود دارند. برخی از آن‌ها که از جنس آهن چکش‌کاری شده ساخته‌شده‌اند و به سال‌های 1910 برمی‌گردند، همچنان ظاهر خوبی دارند.

 در دهه‌های اولیه‌ی قرن گذشته، ساخت بالکن‌های سفالی ژولیت (یا همان بالکنت¬ها) به‌عنوان بخشی از نما غیرمرسوم نبود. هدف تنها ارائه‌ی حس بصری از یک بالکن بود و عرض آن‌ها امکان هیچ استفاده‌ای را به ساکنان ساختمان نمی‌داد. در بسیاری از حالات، ستون‌های سفالی و گچ‌بری شده‌این بالکنت¬ها ترک خورده یا گسسته شده‌اند و باید تعمیر یا حذف می‌شدند. یک خرابی جدی در سال 2008 به دلیل خوردگی تیرهای پیش‌آمده فولادی مدفون و به دنبال آن ترک‌خوردگی کف سفالی شد. در پی آن بخش قابل‌توجهی از این بالکنت دچار فروریزش شد (شکل بالا).

در اوایل دهه‌ی 1950، ساخت بالکن‌ها به‌عنوان امکاناتی ویژه برای آپارتمان‌های درجه 1 آغاز شد، اما در فاصله‌ی کمی پس از آن از بالکن‌ها در طراحی ساختمان‌های درجه متوسط نیز استفاده شد. تا آن زمان، سازه‌ی متعارف ساختمان‌های آپارتمانی بلندمرتبه‌ نیویورک «دال تخت بتنی» بود و در نتیجه بالکن متعارف در آن زمان طره‌ی بتنی بود که معمولاً پهنای کمتر از 4 یا 5 فوت داشته است. دهه‌ی 1960 با تلاش زیاد برای جایگزینی محله‌های شلوغ با ساختمان‌های آپارتمانی جدید شناخته می‌شود. با تأمین بودجه از سوی حکومت فدرال، امکان اجرای پروژه‌های بزرگ فراهم شد. سازه‌های بلندمرتبه‌ای که در 50 سال گذشته ساخته‌شده‌اند را در مقایسه با صنعت کلی ساختمان در نیویورک می‌توان به‌عنوان ساخت جدیدی طبقه‌بندی کرد که با استفاده از مصالح مهندسی و اصول مهندسی ساخته‌شده‌اند. این ساختمان‌ها با اصولی که امروزه استفاده می‌شوند تفاوت زیادی ندارند.

ستاد هدایت عملیات بحرانی حوزه‌ی ساختمان‌های شهر نیویورک (EOC) در هنگام مشاهده‌ی اتفاقات مهم مربوط به نمای ساختمان بازرسانی را به محل اعزام می‌کند. گزارش‌های اولیه‌ی بازرسان در یک پایگاه داده ثبت‌شده است. این داده‌ها تقریباً شامل تمامی رویدادهای مهم هستند اما بسیاری از حوادث که در آن‌ها گسیختگی‌های نما باعث هیچ صدماتی نشده است نیز در نظر گرفته‌شده‌اند.

داده‌های موجود در جدول 1 از اتفاقات مربوط به نما که از سال 2007 تا 2017 ثبت‌شده‌اند، استخراج‌شده است.

رویدادهایی که شامل ساختمان‌های کمتر از 6 طبقه بودند به‌حساب آورده نشده‌اند، در نتیجه تمامی بالکن‌ها به‌جز 2 مورد از آن‌ها بتنی بودند. بازرسی‌های دوره‌ای نما تنها برای ساختمان‌های بیشتر از 6 طبقه نیاز است، لذا تعداد مناسبی از رویدادهایی که در جدول به‌حساب آورده شده‌اند در ساختمان‌هایی رخ‌داده که تحت این بازرسی‌های دوره‌ای نما قرار نگرفته‌اند.

متغیرهای بسیار زیادی برای انجام آنالیز آماری دقیق و عمیق در مسئله درگیر می‌باشند، اما آزمایش‌ها نشان می‌دهد که حوادث بالکن‌ها ترکیبی از چند رخداد اصلی است. لذا جای تعجبی نیست که عضوی معیوب از نما زمانی که بر روی المانی پیش‌آمده قرار دارد، تحت ریسک بالاتری از ریزش قرار می‌گیرد (علاوه بر نیروی ثقلی، برای جابجا کردن مقطعی که تکیه‌گاهی در زیر خود دارد، نیروی جانبی نیز مورد نیاز است).

به نظر نویسنده، این‌که برای ساختمان‌هایی که در 50 سال گذشته - دوره‌ای که بالکن‌ها تبدیل به یک ویژگی مشترک برای ساختمان‌ها شدند- ساخته‌شده‌اند، بیشتر بودن تعداد حوادث بالکن از حوادث جان‌پناه بسیار مهم است. شباهت‌هایی وجود دارد: اینکه هم جان‌پناه‌ها و هم بالکن‌ها سازه‌های خارجی، حرارت ندیده بوده که در معرض عوامل خارجی (تغییرات درجه حرارت، بارندگی و باد) قرار می‌گیرند. آن‌ها از نظر مصالح سازنده‌ی خود (بتن در مقابل آجر) و برخی شرایط خارجی- اینکه بالکن‌ها در معرض آب ساکن هستند و جان‌پناه‌ها در معرض فشارهای بالاتر باد قرار دارند- متفاوت هستند. اهمیت این مقایسه در این واقعیت مشخص می‌شود که سابقاً جان‌پناه‌ها منبع اصلی حادثه‌های مربوط به نما بوده‌اند.

عملکرد سازه‌ای در سازه طره‌ای

بارهای زنده‌ای که مخصوص بالکن‌ها و نرده‌ها هستند در آیین‌نامه‌ی ساختمان نیویورک سال 1968 معرفی شده بودند بار زنده در انجمن مهندسان عمران آمریکا ASCE 7 با عنوان حداقل بارهای طراحی برای ساختمان‌ها و دیگر سازه‌ها، بسته به نسخه‌ی آن متغیر بوده است. برخی از شواهد از این قرار است که اگرچه یک آپارتمان NYC دارای بالکن، قیمت بالاتری را تحمیل می‌کند اما استفاده‌ی واقعی مالک ساختمان از بالکن‌ها بسیار کم است. درنتیجه اطلاعات محدودی درباره‌ی عملکرد بالکن‌ها تحت بار زنده وجود دارد. ممکن است مواردی از تغییر شکل زیاد وجود داشته باشد؛ اما طبق مشاهدات نویسنده در طول 15 سال گذشته، هیچ گزارشی از ریزش بالکن دال بتنی براثر بار زنده وجود نداشته است.

 بالکن یک سازه است و ازاین‌رو خطاهای طراحی یا ساخت را نمی‌توان نادیده گرفت. چندین مسیر بار برای طره و اضافه شدن ظرفیت از طریق باز توزیع تنش، مجاز نیست. برخی از گزارش‌های منتشرشده درباره‌ی گسیختگی بالکن‌ها در جاهای دیگر اضافه‌بار را گزارش داده‌اند؛ اما در مواردی که بررسی‌شده، نویسنده تعیین کرده که گسیختگی سازه‌ی بتنی عمدتاً براثر جایگذاری نامناسب آرماتور گذاری رخ‌داده است (شکل 2).

جایگذاری نامناسب آرماتور ممکن است در نتیجه‌ی اجرای سهل‌انگارانه سازه یا جزئیات ناکافی باشد. جزئیات معماری ملزم می‌کنند که سطح دال بالکن کمی پایین‌تر از کف داخلی ساختمان باشد تا از نفوذ آب باران یا برف به داخل آپارتمان جلوگیری شود. کمبود آرماتور یا جایگذاری نامناسب آن ممکن است باعث ریزش بالکن بر اثر وزن خود شود. ما شاهد رخ دادن این رویداد درست پس از فروریختن لبه پیش‌آمده هستیم (شکل 2). در مورد شرایط آرماتورها که جایگذاری نامناسبی دارند، قابل‌درک است که ظرفیت کششی بتن غیرمسلح برای تحمل تنش‌های ناشی از بار مرده کافی است اما بعداً تحت بار حاصل از ساکنین، ممکن است گسیختگی رخ دهد. آرماتور گذاری ناکافی نیز ممکن است باعث تغییر شکل‌های اضافی در بالکن شود. این تغییر شکل‌ها یا خزش ممکن است مسیر در نظر گرفته‌شده برای جمع‌آوری آب باران یا احتمالاً نیرو-تغییر مکان نرده‌ی نصب‌شده را تغییر دهند.

خرابی موضعی

 قانون بازرسی دوره‌ای نما در شهر نیویورک از زمان ترویج خود در سال 1980 تابه‌حال، شامل برخی از ارزیابی‌ها برای بررسی شرایط بالکن‌ها می‌شود. این گزارش‌ها که در انطباق با بازرسی‌های دوره‌ای تهیه‌شده است، اطلاعات مفیدی درباره‌ی راه‌هایی که بالکن‌های بتنی دچار خرابی می‌شوند، در اختیار می‌گذارند. علائم گسیختگی که در این گزارش‌ها شرح داده شده‌اند برای بتنی که در معرض هوا قرار دارد، رایج است (عریان شدگی، ترک‌خوردگی بتن، زنگ زدن آرماتور و پیامدهای مربوطه). در صورتی که هردو سمت بتن در معرض هوا باشد شرایط به‌احتمال زیاد بدتر می‌شود. از آنجایی که در شرایط مذکور امکان جمع شدن آب باران وجود دارد، بالکن‌ها در مقایسه با سطوح قائمِ نما برای یک ساختمان یکسان احتمال خرابی بیشتری دارند. خرابی در راستای لبه‌های خارجی بالکن بیشتر دیده می‌شود (شکل 3).

 احتمالاً رایج‌ترین گسیختگی سطحی، عریان شدگی است که در گوشه‌ی خارجی براثر خوردگی پایه‌ی نرده ایجاد می‌شود (شکل 4). خوردگی گالوانیک ممکن است حتی در کف پایه‌های آلومینیومی و زمانی رخ دهد که این پایه‌ها در تماس با میلگردهای آرماتور فولادی قرار داشته باشند. با دوخت این بتن ترک خورده می‌توان برای 5 تا 10 سال از آن آسوده‌خاطر بود، اما درنهایت این آرماتور خورده شده و بتن خراب‌شده باید تعویض شوند (شکل 5). بااینکه اصول مهندسی تعمیر/تعویض بتن ساده هستند، اما گاهی اوقات اجرای آن‌ها به علت دشواری کار در داربست‌های آویزان بسیار گران است. اکثر بالکن‌هایی که در دهه‌های 1960 ساخته‌شده‌اند از آن زمان تا حال حاضر لبه‌هایشان تعمیر شده یا مجدداً ساخته‌شده‌اند.

 گسیختگی نرده‌ها

 در سال 2010 یک مرد جوان از بالکن طبقه‌ی 24 ام سقوط کرد. بررسی حوزه تعیین کرد که این سقوط از طریق بازشویی که در اثر گسیختگی پانل فلزی زیر نرده‌ی دستی ایجادشده بود، رخ‌داده است. مشاهده شد که نصب اولیه‌ی نرده‌های بالکن نیازمندی‌های مقاومتی آیین‌نامه را ارضا کرده بود اما از آنجایی که این نرده‌ها در برابر حرکت رو به بالای پانل محدود نشده بود، دچار مشکل شد. در نتیجه‌ی کمبود قید، کشش کم پانل به سمت بالا (تحت بارهای کوچکی که ضرورتاً در آیین‌نامه مشخص نشده‌اند) ممکن است پانل را به شکل خطرناکی خم کند که تبدیل به تغییر شکل دائمی شود. بازرسان چندین پانل را که دچار تغییر شکل دائمی شده بودند را در طبقات دیگر مشاهده کردند (شکل 6).

فروریزش بالکن ممکن است تنها به علت نقص در طراحی- به‌صورت کمبود قید قائم در دو انتهای پانل- رخ دهد. محاسبات نشان دادند که اگر آن قید وجود داشته باشد، فروریزش اتفاق نخواهد افتاد.

به دنبال این حادثه و در نتیجه جستجو در کل شهر 6 ساختمان آپارتمانی بلندمرتبه‌ی دیگر شناسایی شد که دارای بالکن‌هایی با جزئیات ناکافی برای اتصال پانل بودند. این بالکن‌ها تا زمان تکمیل شدن تعمیرات مربوط تخلیه شدند. آیین‌نامه‌ی ساختمان سال 2014 شهر نیویورک الزامات جدیدی را برای طراحی اجزای بالکن در بردارد؛ «یک‌بار متمرکز روبه بالا به‌اندازه‌ی 50 پوند (0.22 کیلو نیوتن) در بحرانی‌ترین موقعیت اعمال می‌شود» (بخش 1607.7.1.2 آیین‌نامه‌ی ساختمانی شهر نیویورک سال 2014). تحلیلی مجزا از چندین گزارش بازرسی دوره‌ای نما نشان داد که بازرسان عمدتاً نسبت به خطری که برای افراد پیاده‌ی زیر بالکن ایجاد می‌شود نگران هستند و در مورد قابلیت اطمینان نرده‌ها نگرانی کمتری دارند. 

نقص‌های مشترکی که مشاهده شد عبارت بودند از: 1) نرده‌های زنگ‌زده، 2) نرده‌های جابجا شده یا جداشده، 3) گاردریل‌هایی که به‌سادگی تحت یک نیروی کوچک جابجا شده‌اند، 4) خرابی محل اتصال به دیوار و 5) اتصالات سست. همان‌طور که در فوق شرح داده شد، ایمنی نرده‌ها شدیداً تحت تأثیر خرابی یا زوال بتن در لبه‌ی بالکن قرار داشت.

طبق داده‌های موجود در جدول 1، به نظر می‌رسد گسیختگی نرده‌ها، بالکن‌ها و شیشه در ساخت‌وسازهای جدیدتر غالب‌تر است. علل اصلی گسیختگی شیشه‌ها عبارت‌اند از نقص در نصب نرده‌ها، اتفاق‌هایی که باعث وارد شدن ضربه به شیشه می‌شود و ناخالصی‌های سولفات نیکل در شیشه.

در سال 2010 ضربه‌ی ناشی از بادی با شدت متوسط، قاب شیشه‌ای با ابعاد 10 فوت در 30 فوت را در بالکن طبقه‌ی 52 ام دچار ریزش کرد (شکل 7). در اثر این حادثه، سقف شیشه‌ای طبقه‌ی همکف که یک فضای عمومی بود، تخریب شد. این ریزش زمانی اتفاق افتاد که یک پنجره داخل آپارتمان باز و فضای داخلی با کاهش فشار روبرو شد. در موردی دیگر، براثر باد یک صندلی حصیری از تراس پنت هاوس طبقه‌ی 45 جدا شد و به یک پانل شیشه‌ای برخورد کرد و باعث شکستگی آن شد. در اثر این ضربه 5 عابر پیاده زخمی شدند. شکستن نرده‌ی بالکن در ساختمانِ 42 طبقه واقع در خیابان پنجم نیز اتفاقی مشابه بود. راه‌حل این بود که شیشه به‌طور کامل تعویض شده و سیستم قاب شیشه تغییر کند. به‌منظور بهبود استحکام پانل‌های شیشه‌ای، نسخه‌ی 2015 آیین‌نامه‌ی بین‌المللی ساختمان با اختصاص عبارت زیر استفاده از شیشه‌ی سکوریت را حذف کرد:

«شیشه‌ای که در نرده‌ی پلکان، گارد ریل یا ... استفاده می‌شود باید شیشه‌ی لایه‌بندی شده‌ای باشد که از شیشه‌ی کاملاً سخت شده یا مقاوم در برابر حرارت، ساخته‌شده باشد».

نتیجه‌گیری

در سال 2014، یک ساکن ساختمان بر روی نرده‌ی بالکن 16 طبقه نشست. پیچی که نرده را به دیوار متصل می‌کرد بریده‌شده و آن فرد سقوط کرد. البته این استفاده، کاربری معمول یا مورد انتظار از نرده نبود. طبق داده‌های موجود در شناخت صدمات ناشی از افزایش سقوط از بالکن‌ها، تنها 1 مورد از 15 مورد سقوط براثر گسیختگی مهندسی یا ناشی از گسیختگی مصالح بوده است؛ اما نباید زیاد به این نسبت‌ها اطمینان کرد چراکه سقوط از یک بالکن بلندمرتبه تلفات جانی را در پی خواهد داشت. بالکن به ساکنین اجازه می‌دهد که به لبه‌ی جلویی ساختمان نزدیک شوند. رفتار مردم همواره مطابق آنچه در استانداردهای مهندسی پیش‌بینی‌شده است، نیست. مهندسان و معماران باید بیشترین احتیاط را در زمان طراحی و ساخت بالکن‌ها و نرده‌ها و حفاظ‌های همراه با آن‌ها در نظر گیرند.

 منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.