در مناطق زلزله خیز، طراحی و مهندسی مناسب باعث می شود ساختمان ها در طول یک رویداد لرزه ای از نظر سازه ای سالم بمانند. اما زلزله‌ها بیشتر از پایه‌ها و تیرها صدمه می‌زنند، بنابراین محافظت از اجزای غیرسازه‌ای ساختمان، از جمله سیستم‌های مکانیکی، الکتریکی، لوله‌کشی و حفاظت آتشکه گاهی اوقات به اختصار MEP-F خوانده می‌شود. حفاظت لرزه ای برای کانال کشی، لوله کشی و سایر زیرساخت ها به دلایل مالی و ایمنی حیاتی ضروری است.
QRFS الزامات کد و فن آوری های مربوط به حفاظت لرزه ای سیستم های اسپرینکلر آتش را در سری اخیر ما توضیح داد. در این مطلب، مسائل مربوط به حفاظت لرزه ای، فناوری ها و برخی الزامات دوره مهندسی مکانیک برای عناصر MEP-Fپرداخته می شود. از جمله:
- عواقب عدم محافظت از اجزای غیرسازه ای
- زمانی که به حفاظت های لرزه ای نیاز است
- فناوری های حفاظت در برابر زلزله
- برخی ملاحظات خاص برای تهویه مطبوع، سیستم های الکتریکی و لوله
- آسیب های غیرسازه ای زلزله دارای پیامدهای مالی و ایمنی جانی است
- خسارات مالی و خسارات غیر سازه ای
زیرساخت های آسیب دیده از سه جهت هزینه های مالی دارد: هزینه های تعمیر تجهیزات، پاکسازی آسیب ها و عملکرد از دست رفته ساختمان. به خصوص در یک ساختمان صنعتی، هزینه تعویض تهویه مطبوع، لوله کشی و سایر لوله ها، سیستم های الکتریکی و سیستم های اسپرینکلر آتش نشانی می تواند از هزینه کل سازه بیشتر باشد.
آسیب ثانویه به تنهایی – آسیب آب ناشی از شکستگی لوله‌ها، نشت مواد شیمیایی، آتش‌سوزی ناشی از سیم‌های در معرض دید و پاره شدن خطوط گاز طبیعی و غیره – می‌تواند تأثیرات مالی زیادی ایجاد کند. و عناصر غیرسازه ای شکسته می توانند ساختمان را کاملاً بی استفاده کنند. بدون لوله کشی، تهویه، برق و حفاظت در برابر آتش، انجام هر کاری دشوار است. و مقام دارای صلاحیت قضایی (AHJ) ممکن است ساختمان را هنگام اجرای قوانین ایمنی ساختمان و زندگی تعطیل کند.
ملاحظات ایمنی سازه
آسیب ناشی از زلزله به قطعات MEP-F نیز ایمنی را تهدید می کند. افزایش خطر آتش سوزی (ناشی از خرابی تجهیزات الکتریکی یا پاره شدن خطوط گاز) همراه با سیستم های اطفاء حریق غیرعملکردی نمونه ای از این موارد است. تجهیزات سنگین غیر ایمن – به عنوان مثال، یک فن در کانال – ممکن است سقوط کند و خطر بزرگ دیگری ایجاد کند. حتی HVAC می تواند برای ایمنی زندگی ضروری باشد، مانند زمانی که برای پاک کردن دود یا تهویه بیمارستان لازم است. سیستم های لوله کشی ممکن است مواد خطرناک را حمل کنند و خرابی مهار به ویژه خطرناک است.
در مورد حفاظت لرزه ای، قوانین ساختمان و سازمان های مدیریت اضطراری – به ویژه، آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA) و آیین نامه بین المللی ساختمان (IBC) به یک مرجع – انجمن مهندسین عمران آمریکا (ASCE) واگذار می شوند. استاندارد ASCE، حداقل بار طراحی برای ساختمان ها و سازه ها ASCE 7، ویرایش 2010، دستورالعمل هایی را برای حفاظت لرزه ای عناصر غیر سازه ای ارائه می دهد.
یکی از حوزه‌هایی که ASCE 7 استاندارد را تعیین می‌کند، تعیین زمانی است که یک سازه و زیرساخت‌های آن به حفاظت لرزه‌ای نیاز دارند. بدیهی است که لازم نیست همه ساختمان ها در برابر زلزله محافظت شوند.
دسته بندی های طراحی لرزه ای
ASCE 7 ساختمان ها (و عناصر غیر سازه ای آنها) را در دسته های طراحی لرزه ای (SDC) گروه بندی می کند. این دسته بندی ها از A تا F دارای کمترین نگرانی و F بیشتر را در نظر می گیرند. طبقه بندی اشغال از I تا IV متغیر است و به ترتیب صعودی، خطر جان انسان را در صورت خرابی سازه توصیف می کند. ساختمان های رده IV خدمات اورژانسی (پلیس، آتش نشانی و پزشکی) را ارائه می دهند و به بیشترین حفاظت نیاز دارند، زیرا باید پس از زلزله فعال بمانند.
تعیین اینکه چه زمانی حفاظت های لرزه ای مورد نیاز است در نهایت به AHJ بستگی دارد. مقررات لرزه‌ای توصیه‌شده FEMA برای ساختمان‌های جدید و سازه‌های جدید (FEMA P-749) برخی راهنمایی‌ها را ارائه می‌کند، با این حال: «اجزای غیرسازه‌ای حیاتی باید با مهار لرزه‌ای برای ساختمان‌های رده طراحی لرزه‌ای C ارائه شوند. برای دسته‌های D تا F، توصیه‌های سخت‌گیرانه‌تری وجود دارد. ساخته شده است، از جمله اینکه اجزای ضروری ایمنی زندگی بتوانند پس از زلزله کار کنند.
فاکتور اهمیت
ASCE همچنین فاکتورهای اهمیت (IP) را به تجهیزات مختلف اختصاص می دهد. به بیان ساده، فاکتور اهمیت نشان می دهد که خرابی آن تجهیزات چقدر جدی خواهد بود. تجهیزات HVAC که برای پاک کردن دود طراحی شده‌اند، ژنراتورهای پشتیبان در بیمارستان و لوله‌های حامل مواد خطرناک همگی فاکتورهای مهمتری دارند. لوله لوله کشی معمولی در یک ساختمان رده IV نیز دارای فاکتور مهمی است زیرا سازه برای عملیاتی ماندن به منبع آب نیاز دارد.
در محاسبات بار، ضریب اهمیت به عنوان یک ضریب عمل می کند و با افزایش مقدار به حفاظت قوی تری نیاز دارد. فاکتور اهمیت نیز بر اینکه آیا تجهیزات خاص به حفاظت لرزه ای نیاز دارند یا خیر، تأثیر می گذارد.
کانال های حفاظت لرزه ای، لوله ها و سایر تجهیزات
هدف اصلی حفاظت لرزه ای محدود کردن تکان های افقی ناشی از زلزله است. تمام بادبندهای لرزه ای تجهیزات را محکم به اعضای سازه ای ساختمان متصل می کنند تا در هنگام زلزله با سازه حرکت کنند. این کار از واژگونی تجهیزات، سقوط از جایی که معلق است یا برخورد با اشیاء دیگر جلوگیری می کند.
مهاربندهای لرزه ای باید بتوانند در برابر نیروهای لرزه ای مورد انتظار در منطقه خود مقاومت کرده و مقاومت کنند. بزرگی نیروهای لرزه ای (به عبارت دیگر میزان تکان دادن تجهیزات) به دو چیز بستگی دارد. فرمول F=ma را به خاطر بسپارید
تجهیزات ثابت هر چه وزن بیشتری داشته باشند و شتاب زمین بیشتر باشد، نیروی بیشتری را تجربه می کنند. با این حال، تعیین وزن عملکردی و شتاب زمین آسان‌تر از انجام آن است. ASCE 7 دستورالعمل ها و ضرایب دقیقی را برای محاسبات ارائه می دهد. همه اجزاء – مواد حفاظت، سخت افزار، سازه و خود تجهیزات – باید بتوانند در برابر این نیروهای لرزه ای مقاومت کنند.
در مورد استراتژی حفاظت لرزه ای، تجهیزات MEP-F در دو دسته کلی قرار می گیرند: تجهیزات سنگین و مجراها. استراتژی حفاظت تجهیزات در هر یک از این دسته‌ها اصولاً یکسان است، خواه قطعات الکتریکی، لوله‌کشی یا HVAC باشد.
حفاظت لرزه ای HVAC، الکتریکی و سایر تجهیزات سنگین
سیستم های تهویه مطبوع و برق صنعتی گسترده هستند و شامل تجهیزات بزرگ و سنگینی می شوند. مثالها عبارتند از:
- کمپرسورها
- واحدهای انتقال هوا
- دیگ بخار
- کوره ها
- طرفداران
- ژنراتورها
- کابینت کامپیوتر
ASCE 7 به “قطعات مکانیکی” (که شامل اکثر تجهیزات HVAC) با IP بیشتر از 1.0 برای ایمن شدن در برابر نیروهای لرزه ای نیاز دارد (بخش 13.6.3). این الزامات مشابهی را برای تجهیزات الکتریکی ایجاد می کند (بخش 13.6.4).
در عمل، این بدان معنی است که آنها را به اعضای ساختاری محکم کنید تا نتوانند حرکت کنند. همانطور که FEMA’s Installing Seismic Restraints for Mechanical Equipment (FEMA 412) و Installing Seismic Restraints for Electrical Equipment (FEMA 413) تشریح می کند، تجهیزات سنگین مانند این را می توان به روش های مختلفی نصب کرد، از جمله:
- نصب سفت و سخت بر روی زمین یا یک پد
- نصب سقف
- بالا رفتن از دیوار
- تعلیق از سقف
تجهیزات ایستاده سنگین با محکم کردن آنها روی سازه در برابر زلزله محافظت می شوند. می توان آن را مستقیماً پیچ کرد، با زوایای فولادی متصل کرد یا توسط ضربه گیرها محافظت کرد.
در زلزله، تجهیزاتی که روی یک سطح قرار دارند (هرچقدر هم سنگین باشند) می توانند تکان بخورند، تکان بخورند و واژگون شوند. آویزهای تجهیزات معلق می توانند در هنگام زلزله به دلیل لرزش استرس زیادی را تجربه کنند و خود تجهیزات ممکن است تغییر شکل دهند، با اجسام دیگر برخورد کنند یا از محل نصب خود بیفتند. برای جلوگیری از آسیب – با حصول اطمینان از اینکه تجهیزات در هنگام زلزله با ساختمان حرکت می کنند و نمی توانند جابجا شوند یا واژگون شوند – حفاظت لرزه ای ضروری است. همانطور که FEMA 412 و FEMA 413 توضیح می دهند، این می تواند شامل موارد زیر باشد:
- پیچ کردن تجهیزات به طور مستقیم به اعضای سازه
- استفاده از اشکال فولادی برای تثبیت تجهیزات به سازه، یا
- استفاده از ضربه گیرها برای جلوگیری از حرکت تجهیزات (زمانی که خطر واژگونی تجهیزات وجود ندارد.
- همچنین ممکن است از سیستم های عایق ارتعاش برای کاهش اثرات لرزش بر روی تجهیزات استفاده شود. اینها معمولاً به شکل فنرهای سنگین هستند.
مجموعه های حفاظت لرزه ای لوله ها
لوله‌ها، از جمله کانال‌های تهویه مطبوع، لوله‌کشی، لوله‌های برق نیز ممکن است به حفاظت لرزه‌ای نیاز داشته باشند. ASCE 7 می گوید که:
کانال تهویه مطبوع زمانی که کانال دارای سطح مقطع 6 فوت یا بزرگتر است یا زمانی که وزن آن بیش از 17 پوند به ازای هر پای خطی است یا زمانی که دارای Ip=1.5 است به حفاظت نیاز دارد.
راهروهای برقی زمانی که اندازه تجاری 5 اینچی یا بزرگتر هستند نیاز به حفاظت دارند. همچنین، تمام راه‌ها با پشتیبانی از ذوزنقه با وزن 10 پوند در هر پای خطی یا بیشتر به بریس نیاز دارند. قطعات الکتریکی با Ip>1.0 نیاز به حفاظت لرزه ای دارند.
سیستم های لوله کشی بدون آبپاش ممکن است نیاز به حفاظت داشته باشند یا نه، بسته به اینکه سیستم های پرفشار هستند یا مواد خطرناک را انتقال می دهند.
هر سیستمی، چه این الزامات خاص را برآورده کند یا نه، در ساختمان‌های رده اشغالی IV به حفاظت لرزه‌ای نیاز دارد، جایی که خرابی یک سیستم ساختمان را غیرقابل استفاده می‌کند.
هنگامی که کانال کشی، مجراهای الکتریکی و لوله کشی از سقف آویزان می شوند (خواه توسط میله ها یا تکیه گاه های ذوزنقه ای)، از حفاظت لرزه ای برای مقاومت در برابر نیروهای افقی استفاده می شود. مهاربند از تجهیزات و آویزهای آن (اغلب میله های رزوه ای یا تکیه گاه های ذوزنقه ای) از تکان های جانبی (عمود بر مسیر مجرا) و طولی (موازی با مسیر مجرا) محافظت می کند.
حفاظت لرزه ای در این موارد از مهاربندهای کابلی مبتنی بر کشش یا مهاربندهای فولادی صلب تشکیل می شود.
مهاربندهای لرزه ای کابل بخشی از سیستم مجرا را به یک عضو سازه متصل می کند. برای مقاومت در برابر حرکت در دو جهت، به مهاربندهای کابلی مخالف نیاز است.
مهاربندهای فولادی سفت و سخت همان کار مهاربندهای کابلی را انجام می دهند، اما فقط یک طول فولاد مورد نیاز است. با این حال، بریس های سفت و سخت از نظر طول محدود هستند و در نواحی و تنظیمات خاصی قرار نمی گیرند. بنابراین، بریس های کابل گزینه بسیار انعطاف پذیرتری هستند، زیرا می توانند تقریباً در هر مکانی استفاده شوند. FEMA 412 همچنین کابل و حفاظت سفت و سخت را نشان می‌دهد که در ارتباط با سفت‌کننده‌های میله‌ای و سیستم‌های جداسازی لرزش استفاده می‌شود.
الزامات و محاسبات خاص برای سیستم های اسپرینکلر آتش نشانی توسط انجمن ملی حفاظت از آتش (NFPA) دیکته می شود. سایر سیستم ها الزامات و استانداردهای متفاوتی دارند.
حفاظت لرزه ای تنها عنصر طراحی لرزه ای نیست. هنگامی که طبقات یا بال های مختلف یک ساختمان (یا دو ساختمان مستقل با امکانات مشترک) به طور متفاوت (نسبت به یکدیگر) حرکت می کنند، می تواند باعث آسیب به مواد مجرای عبوری از اتصالات شود. هنگامی که یک قطعه از تجهیزات مانند دیگ بخار یا فن و یا تجهیزات دوره ابزار دقیق به سازه متصل می شود، همین مشکل ممکن است ایجاد شود. مواد مجرای – لوله کشی، کانال و غیره – متصل به آن تجهیزات می توانند استرس ناشی از این حرکت دیفرانسیل را تجربه کنند.
در هر یک از این موارد، طراحی انعطاف پذیر ممکن است ضروری باشد. تکنیک های طراحی انعطاف پذیر برای انواع تجهیزات MEP-F خارج از محدوده این مقاله است، اما شما می توانید در مورد اصول در مقاله ما در مورد حفاظ های انعطاف پذیر برای لوله آبپاش آتش نشانی بیشتر بخوانید.
ملاحظات ویژه برای حفاظت MEP
سیستم های تهویه مطبوع، سیستم های الکتریکی و لوله کشی هر کدام دارای چالش های منحصر به فردی هستند که باید هنگام طراحی حفاظت لرزه ای در نظر گرفته شوند.
سیستم های تهویه مطبوع حفاظت لرزه ای: ملاحظات مربوط به تجهیزات در راستای کانال کشی
در بیشتر موارد، تجهیزات سنگین تهویه مطبوع و مجرای کانال، تجهیزات متمایز، هرچند مرتبط هستند. با این حال، کانال ممکن است به تجهیزات سنگین داخلی (پنکه، رطوبت ساز و غیره) متصل شود. ASCE 7 (بخش 13.6.7) به تجهیزاتی با وزن 75 پوند یا بیشتر نیاز دارد که در راستای مجاری نصب شده باشند تا مستقل از مجاری به صورت جانبی مهار شوند. به عبارت دیگر، چنین تجهیزاتی به حفاظت اختصاصی نیاز دارند – حفاظت مجرای نمی‌تواند دو وظیفه را انجام دهد.
ملاحظات حفاظت لرزه ای برای تجهیزات سیستم های الکتریکی
طبق ASCE 7 (بخش 13.6.4) قطعات الکتریکی با ضریب IP بیشتر از 1.0 باید در برابر نیروهای لرزه ای محافظت شوند. همانطور که FEMA 412 نشان می دهد، تجهیزات الکتریکی سنگین را می توان در برابر حرکت به همان روشی که تجهیزات HVAC می توانند ایمن کرد. با این حال، ASCE 7 (بخش 13.6.4) برخی از حفاظت های ویژه مورد نیاز برای تجهیزات الکتریکی را ذکر می کند، از جمله موارد زیر:
- باتری‌های روی قفسه‌ها برای جلوگیری از افتادن به قیدهای بسته نیاز دارند
- کشوها و سایر مکانیسم های کشویی باید قفل شوند
- سیم پیچ های داخلی در ترانسفورماتورهای نوع خشک باید به ساختار نگهدارنده خود محکم شوند
ملاحظات برای انواع مختلف لوله کشی
شبکه های لوله ممکن است نیاز به حفاظت لرزه ای داشته باشند. علاوه بر آب، لوله‌ها مواد زیادی را در سرتاسر ساختمان‌ها، به‌ویژه در محیط‌های صنعتی و بهداشتی حمل می‌کنند. این مواد می توانند تحت فشار بالا (15 پوند بر اینچ مربع یا بیشتر) یا تحت فشار بالا (کمتر از 15 psi) نباشند. آنها همچنین ممکن است مواد خطرناک (سمی، قابل اشتعال، مواد منفجره، و غیره) را که نیاز به مهار دارند منتقل کنند یا ندهند.
همانطور که با کاهش خطرات خسارت ناشی از زلزله غیرسازه ای – راهنمای عملی (FEMA E-74) توضیح داده شد، لوله کشی HAZMAT دارای IP=1.5 است و نیاز به حفاظت لرزه ای دارد. لوله کشی تحت فشار نیاز به حفاظت دارد.
خرابی لوله‌کشی بدون فشار غیر HAZMAT عمدتاً اموال را تهدید می‌کند، بنابراین ممکن است از الزامات حفاظت لرزه‌ای معاف باشد – اما نه لزوما. یکی از مواردی که لوله های بدون فشار نیاز به حفاظت دارند، لوله کشی در ساختمان های رده اشغال IV است که به عنوان مثال، خرابی خطوط آب، ساختمان را غیرقابل استفاده می کند.
حفاظت لرزه ای برای قطعات سنگین لوله
عوارض اصلی در اعمال مهاربندها به لوله، پمپ های درون خطی و شیرها (مانند دریچه های بزرگ چدنی) در سیستم های فشار قوی است. این قطعات می توانند بسیار سنگین باشند و FEMA E-74 چند الزام ویژه برای محافظت از آنها ارائه می دهد:
محاسبات بار برای پمپ های خطی معلق باید با ضرایب ASCE 7 برای پمپ ها انجام شود، نه لوله ها.
پمپ های معلق درون خطی باید مستقل از لوله کشی آویزان شوند.
پمپ ها باید حفاظت لرزه ای خاص خود را داشته باشند. تنها استثنای این قانون در صورتی است که وزن پمپ ها کمتر از 20 پوند باشد و لوله ها دارای Ip=1.0 باشند.
شیرهای بیش از 20 پوند باید دارای حفاظت لرزه ای جداگانه باشند.
شیرهای زیر 20 پوند باید حفاظت لرزه ای خاص خود را داشته باشند مگر اینکه لوله کشی دارای Ip=1.0 باشد.
شکل مهاربندهای لرزه ای داخل لوله
هنگامی که لوله حفاظت لرزه ای، پمپ های درون خطی به حفاظت های اختصاصی نیاز دارند. منبع: FEMA E-74
حفاظت لرزه ای برای کانال کشی، تجهیزات سنگین HVAC، سیستم های الکتریکی و لوله ها پیچیده است
اگر یک ساختمان در یک دسته طراحی خاص لرزه ای قرار داشته باشد، سیستم های HVAC، الکتریکی و لوله کشی ممکن است به حفاظت لرزه ای نیاز داشته باشند و ASCE به تجهیزات ضریب اهمیت بالایی (Ip) اختصاص می دهد. خرابی این سیستم ها در زلزله می تواند به معنای هزینه های مالی هنگفت و ناگفته نماند که تلفات جانی داشته باشد. اصول حفاظت لرزه ای ساده است:
هنگامی که چیزی نباید حرکت کند، آن را پیچ کنید یا با بریس محکم کنید. لرزشگیرها و سفت کننده های میله ای نیز مفید هستند.
در جایی که چیزها برای جلوگیری از آسیب باید حرکت کنند، آنها را انعطاف پذیر کنید.
با این حال، مشخصات بسیار پیچیده است. شما باید بارهای لرزه ای، جابجایی مورد انتظار، استحکام کابل یا اعضای مهاربندهای خود، تعداد و محل قرارگیری مهاربندها، محدودیت های سخت افزاری، استحکام سازه و موارد دیگر را محاسبه کنید.
بسیاری از استانداردها و کدهای صنعتی، حفاظت لرزه ای اجزای غیرسازه ای را کنترل می کنند. ASCE 7، کد بین المللی ساختمان (IBC) و انتشارات مختلف FEMA قبلاً نامگذاری شده اند. فراتر از اینها، ممکن است لازم باشد به موارد زیر مراجعه کنید:
الزامات استاندارد ANSI/AHRI 1270 (I-P) برای صلاحیت لرزه ای تجهیزات HVACR (نسخه 2015) از موسسه تهویه مطبوع، گرمایش و تبرید (AHRI) و موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI)
دستورالعمل‌های راهنمای مهار لرزه‌ای برای سیستم‌های مکانیکی، انتشارات ANSI و انجمن ملی پیمانکاران ورق‌های فلزی و تهویه مطبوع (SMACNA)
دستورالعمل‌های مهار لرزه‌ای برای مجموعه‌های سقف معلق مستقیم، انتشارات انجمن ساخت و ساز سیستم‌های سقف و داخلی (CISCA)
Process Piping (ASME B31.3)، انتشارات انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME)
سایر استانداردها و اسناد ممکن است اعمال شوند. قوانین ساختمانی محلی و مقاماتی که صلاحیت دارند، حرف آخر را خواهند زد که استانداردها، الزامات فهرست‌بندی و سایر الزامات ممکن است اعمال شوند.
اطمینان حاصل کنید که با AHJ خود – اغلب، بخش ساختمان محلی – برای بررسی میزان حفاظت مورد نیاز در یک سازه مشورت کنید.
منبع:
https://blog.qrfs.com/329-seismic-bracing-for-ductwork-hvac-electrical-systems/
