زیرساخت‌های حیاتی شهری همواره در معرض تهدیدات پنهانی قرار دارند. انفجار،فروپاشی پیش‌رونده، تنها بخشی از خطراتی هستند که ساختمان‌ها و تأسیسات حساس را نشانه گرفته‌اند. این مقاله با استناد به پژوهش‌های معتبر بین‌المللی، استاندارد ISO 2394 و تطابق با الزامات مبحث ۲۱ مقررات ملی ساختمان، چارچوبی جامع برای ارزیابی آسیب‌پذیری و ارائه راهکارهای عملی مقاوم‌سازی ارائه می‌دهد. رویکرد پدافند غیرعامل، بدون نیاز به تجهیزات نظامی، تاب‌آوری زیرساخت‌ها را افزایش داده و هزینه‌های جانی و مالی را به حداقل می‌رساند.

۱. مبانی ارزیابی آسیب‌پذیری در برابر اصابت غیرمستقیم

۱-۱. تعریف اصابت غیرمستقیم

اصابت غیرمستقیم به شرایطی اطلاق می‌شود که یک سازه بدون برخورد مستقیم عامل تخریب، بر اثر امواج ناشی از انفجار در مجاورت خود، دچار آسیب شود. این امواج می‌توانند از طریق بازتاب از ساختمان‌های مجاور، تشدید شده و خساراتی فراتر از پیش‌بینی‌های اولیه ایجاد کنند. 

۱-۲. مکانیزم‌های خرابی ناشی از اصابت غیرمستقیم

خرابی ناشی از اصابت غیرمستقیم عمدتاً از چهار مکانیزم اصلی نشأت می‌گیرد. نخست موج فشاری یا Overpressure که افزایش ناگهانی فشار هوا بوده و منجر به تخریب نماها، پنجره‌ها و دیوارهای غیرسازهای می‌شود. دوم موج مکشی یا Underpressure که کاهش فشار پس از عبور موج بوده و تنش‌های کششی خطرناکی در اعضای سازه‌ای ایجاد می‌کند. سوم اثر بازتابی که در آن موج به سطوح مجاور برخورد کرده و بازمی‌گردد و فشار را در نقاط خاص تا دو برابر افزایش می‌دهد. چهارم پدیده Channeling که در کوچه‌های باریک رخ داده و فشار موج را تا ۵۵ درصد افزایش می‌دهد.

۱-۳. مفهوم فروپاشی پیش‌رونده

فروپاشی پیش‌رونده حالتی است که در آن خرابی موضعی اولیه در یک نقطه از سازه، به سایر بخش‌ها سرایت کرده و منجر به فروپاشی تمام یا بخش بزرگی از ساختمان می‌شود. این پدیده یکی از مهم‌ترین مخاطرات در طراحی سازه‌های حیاتی محسوب می‌شود. مبحث ۲۱ مقررات ملی ساختمان در فصل ششم، فروپاشی پیش‌رونده را به‌عنوان یک تهدید جدی معرفی کرده و راهکارهای مقابله با آن را تبیین نموده است. استاندارد ISO 2394 نیز در پیوست F خود، رویکردی مبتنی بر ریسک برای تأمین استحکام سازه‌ها در برابر این پدیده ارائه می‌دهد که چارچوبی جهانی برای طراحی مقاوم‌سازی محسوب می‌شود.

۲. چارچوب ارزیابی آسیب‌پذیری مبتنی بر ریسک

ارزیابی آسیب‌پذیری سازه‌ها در برابر اصابت غیرمستقیم، نیازمند رویکردی سیستماتیک و مبتنی بر ریسک است. این فرآیند شامل سه مرحله اصلی می‌باشد.
مرحله نخست، شناسایی تهدیدات است. در این مرحله، انواع تهدیدات محتمل بر اساس موقعیت جغرافیایی، کاربری ساختمان و نوع زیرساخت شناسایی می‌شوند. این تهدیدات شامل تهدیدات انفجاری (نظامی، تروریستی، صنعتی)، تهدیدات طبیعی (زلزله، سیل، طوفان) و تهدیدات ثانویه (آتش‌سوزی، قطعی برق و آب) می‌باشند.
مرحله دوم، تحلیل آسیب‌پذیری است که با استفاده از روش‌های تحلیلی و عددی انجام می‌شود. تحلیل استاتیکی معادل برای برآورد اولیه مقاومت اعضا کاربرد دارد، تحلیل دینامیکی غیرخطی برای شبیه‌سازی دقیق رفتار سازه تحت موج انفجار به کار می‌رود و تحلیل خرابی پیش‌رونده برای بررسی سرایت خرابی در اثر حذف یک عضو استفاده شده و نقاط بحرانی سازه را شناسایی می‌کند.
مرحله سوم، ارزیابی پیامدها است که به برآورد پیامدهای ناشی از خرابی می‌پردازد. این پیامدها به دو دسته تقسیم می‌شوند: ریسک مستقیم که خسارت‌های فوری و قابل‌پیش‌بینی مانند تخریب موضعی و تلفات جانی در محل را شامل می‌شود، و ریسک غیرمستقیم که پیامدهای زنجیره‌ای مانند قطع خدمات حیاتی، خسارت‌های اقتصادی گسترده و تلفات ثانویه را در بر می‌گیرد. استاندارد ISO 2394 تأکید دارد که در طراحی سازه‌های حیاتی، باید پیامدهای غیرمستقیم با اهمیت بیشتری نسبت به پیامدهای مستقیم مورد توجه قرار گیرند.

۳. چارچوب استراتژی‌های مقاوم‌سازی بر اساس استانداردهای معتبر

استاندارد بین‌المللی ISO 2394 در پیوست F، استراتژی‌های طراحی برای مقابله با خرابی پیش‌رونده را به چهار دسته کلی تقسیم می‌کند که مبنای برنامه‌ریزی مقاوم‌سازی قرار می‌گیرند.

راهکار اول: طراحی مبتنی بر استحکام و مسیرهای بار جایگزین
این راهکار با هدف جلوگیری از سرایت خرابی به کل سازه طراحی شده است. روش اجرایی آن شامل تأمین مسیرهای بار جایگزین به‌گونه‌ای است که اگر عضوی از کار بیفتد، بار آن به سایر اعضا منتقل گردد. همچنین ایجاد مناطق قربانی‌شونده که پیش از سایر بخش‌ها تخریب شده و از گسترش آسیب جلوگیری می‌کنند، از دیگر اقدامات این راهکار است. استفاده از اتصالات شکل‌پذیر با ظرفیت چرخش کافی نیز در این رویکرد گنجانده می‌شود. مبحث ۲۱ مقررات ملی در فصل ششم بر تأمین پیوستگی و یکپارچگی سازه تأکید دارد و ISO 2394 نیز این رویکرد را تحت استراتژی مسیر بار جایگزین پشتیبانیمی‌کند. این راهکار برای بیمارستان‌ها، مراکز فرماندهی و نیروگاه‌ها کاربرد ویژه دارد.
—
راهکار دوم: استفاده از فیوزهای سازه‌ای و جاذب‌های انرژی
هدف از این راهکار، جذب انرژی ناشی از انفجار در نقاط مشخص و جلوگیری از تخریب گسترده است. در این روش از فیوزهای سازه‌ای استفاده می‌شود که در بارهای عادی مانند عضو معمولی عمل کرده، اما در شرایط فوق‌العاده جدا شده و انرژی را مستهلک می‌کنند. همچنین به‌کارگیری دیوارهای کامپوزیت با ترکیب بتن و الیاف پلی‌پروپیلن یا ECC و استفاده از میراگرهای انرژی در اتصالات حیاتی از دیگر اقدامات این راهکار محسوب می‌شود. دیوارهای کامپوزیت ECC-بتن لاستیکی به‌عنوان یک مثال موفق، کمترین تغییرمکان را در برابر بارهای انفجار نشان داده‌اند. مبحث ۲۱ در بندهای مرتبط با انتخاب مصالح بر استفاده از مصالح دارای شکل‌پذیری و جذب انرژی بالا تأکید دارد و ISO 2394 این رویکرد را تحت استراتژی مقاوم‌سازی ویژه پشتیبانی می‌کند. این راهکار برای تأسیسات نگهداری مواد حساس، مراکز داده و ساختمان‌های بلندمرتبه کاربرد دارد.
—
راهکار سوم: بهینه‌سازی هندسه شهری در طراحی و جانمایی

این راهکار با هدف کاهش اثر مخرب امواج انفجار با طراحی هوشمندانه در سطح کلان ارائه شده است. روش اجرایی آن شامل استفاده از گوشه‌های گرد در ساختمان‌ها برای کاهش تمرکز تنش، ایجاد فضاهای باز مناسب برای کاهش اثر پدیده Channeling، جانمایی هوشمندانه ساختمان‌های بلند به‌عنوان سپر طبیعی و رعایت فاصله‌گذاری مناسب بین ساختمان‌های حیاتی می‌شود. تحقیقات نشان داده است که گوشه‌های گرد در ساختمان‌ها می‌توانند فشار موج را تا ۴۵ درصد کاهش دهند، در حالی که کوچه‌های باریک این فشار را تا ۵۵ درصد افزایش می‌دهند. مبحث ۲۱ در بخش‌های مرتبط با طراحی شهری، فاصله‌گذاری و پراکندگی اهداف حیاتی به این موضوع پرداخته و ISO 2394 آن را تحت استراتژی کنترل رویداد پشتیبانی می‌کند. این راهکار در برنامه‌ریزی شهری، جانمایی مراکز حساس و طراحی بلوک‌های شهری کاربرد دارد.
—
راهکار چهارم: طراحی و به‌سازی نمای ساختمان با رویکرد استهلاکی
هدف از این راهکار، کاهش انتقال نیروی انفجار به سازه اصلی و جلوگیری از پرتاب شیشه است. روش اجرایی شامل استفاده از براکت‌های تغییرشکل‌پذیر در اتصالات نما که انرژی را جذب می‌کنند، به‌کارگیری شیشه‌های لمینیت با لایه‌های جاذب انرژی، طراحی اتصالات نما به‌گونه‌ای که در صورت انفجار، کل نما تخریب نشود و پیش‌بینی سیستم‌های مهار شیشه برای جلوگیری از پرتاب می‌باشد. براکت تغییرشکل‌پذیر Permasteelisa به‌عنوان یک نمونه موفق، حداکثر بار انفجار قابل‌تحمل توسط شیشه را افزایش داده و هزینه اضافی نما را به حداقل رسانده است. مبحث ۲۱ در ضوابط خطرپذیری نماها، بر جلوگیری از پرتاب شیشه به‌عنوان منبع اصلی تلفات ثانویه تأکید دارد و ISO2394 این رویکرد را تحت استراتژی کاهش پیامدها پشتیبانی می‌کند. این راهکار برای ساختمان‌های اداری بلند مرتبه، مراکز تجاری حساس و فرودگاه‌ها کاربرد ویژه دارد.

—

راهکار پنجم: به‌سازی کم‌تهاجمی سازه‌های موجود

هدف از این راهکار، افزایش استحکام ساختمان‌های موجود بدون تخریب و با کمترین مزاحمت است. روش اجرایی آن بر اساس پروژه تحقیقاتی ENHANCE (به رهبری دانشگاه پلی‌تکنیک والنسیا) ارائه شده و شامل آویزان کردن کف‌ها از سقف می‌باشد. در این روش، تیرهای سخت‌کننده بر روی بام ساختمان نصب شده و کف‌های طبقات در صورت خرابی ستون‌های پایینی، از این تیرها آویزان می‌شوند. از دیگر اقدامات این راهکار، استفاده از مهاربندهای خارجی برای افزایش پایداری است. مزایای این روش عبارتند از: متمرکز بودن تمام عملیات تقویتی بر روی پشت‌بام که کمترین مزاحمت را برای ساکنان ایجاد می‌کند، قابلیت اجرا بر روی ساختمان‌های بتنی و فولادی و هزینه بسیار کمتر از تخریب و بازسازی. مبحث ۲۱ در فصل نهم خود، ضوابط به‌سازی سازه‌های موجود با رویکرد پدافند غیرعامل را ارائه داده و ISO 2394 این رویکرد را تحت استراتژی کاهش پیامدها پشتیبانی می‌کند. این راهکار برای ساختمان‌های قدیمی با کاربری حساس، بیمارستان‌های موجود و مراکز آموزشی و پژوهشی کاربرد دارد.

—

۵. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

ارزیابی آسیب‌پذیری و مقاوم‌سازی زیرساخت‌های حیاتی در برابر اصابت غیرمستقیم، فرآیندی چندوجهی است که نیازمند رویکردی سیستماتیک و مبتنی بر ریسک می‌باشد. چارچوب ارائه‌شده در این مقاله، بر اساس استانداردهای معتبر بین‌المللی (ISO 2394) و الزامات ملی (مبحث ۲۱ مقررات ساختمان) تدوین شده است.

راهکار اول یعنی طراحی مبتنی بر استحکام، بر مسیرهای بار جایگزین و جداسازی خرابی متمرکز است که با استراتژی مسیر بار جایگزین در ISO 2394 و فصل ششم مبحث ۲۱ تطابق دارد. راهکار دوم یعنی فیوزهای سازه‌ای و جاذب‌های انرژی، بر جذب انرژی در نقاط حیاتی تأکید دارد که با استراتژی مقاوم‌سازی ویژه در ISO 2394 و بندهای مرتبط با مصالح در مبحث ۲۱ هماهنگ است. راهکار سوم یعنی بهینه‌سازی هندسه شهری، به کنترل امواج انفجار با آرایش شهری می‌پردازد که با استراتژی کنترل رویداد در ISO 2394 و بخش‌های طراحی شهری مبحث ۲۱ مطابقت دارد. راهکار چهارم یعنی طراحی نمای استهلاکی، بر اتصالات تغییرشکل‌پذیر در نما متمرکز است که با استراتژی کاهش پیامدها در ISO 2394 و ضوابط نماها در مبحث ۲۱ همخوانی دارد. راهکار پنجم یعنی به‌سازی کم‌تهاجمی، بر آویزان کردن کف‌ها از سقف تأکید دارد که با استراتژی کاهش پیامدها در ISO 2394 و فصل نهم مبحث ۲۱ تطابق کامل دارد.

نکات کلیدی برای مجریان و طراحان شامل سه محور اساسی است: نخست اینکه ارزیابی ریسک اولین گام اساسی در شناسایی نقاط آسیب‌پذیر محسوب می‌شود. دوم اینکه ترکیب استراتژی‌ها و تلفیق چند راهکار، مؤثرترین رویکرد محسوب می‌شود. سوم اینکه به‌سازی سازه‌های موجود با روش‌های کم‌تهاجمی، اولویت نخست در پروژه‌های عمرانی است. همچنین هماهنگی با مبحث ۲۱ و رعایت الزامات قانونی، شرط اساسی موفقیت طرح‌های مقاوم‌سازی محسوب می‌شود.

شرکت مشاور مقاوم‌ساز بامداد با بهره‌گیری از دانش روز، آگاهی کامل از الزامات مبحث ۲۱ مقررات ملی ساختمان و استانداردهای بین‌المللی نظیر ISO 2394، آماده ارائه خدمات تخصصی در زمینه ارزیابی آسیب‌پذیری سازه‌ها و زیرساخت‌های حیاتی، طراحی و به‌سازی با رویکرد پدافند غیرعامل و مشاوره در تدوین ضوابط و دستورالعمل‌های تخصصی می‌باشد.

—

منابع و مراجع فنی

· مبحث ۲۱ مقررات ملی ساختمان (پدافند غیرعامل) – ویرایش دوم، ۱۳۹۵، وزارت راه و شهرسازی
· ISO 2394:2015 – General principles on reliability for structures (Annex F: Robustness and progressive collapse)
· Nature Index – Progressive Collapse Resistance in Structural Systems
· Springer – Dissipative Brackets for Glazed Façade Under Blast Loading
· Springer – Improving Building Robustness Through Segmentation
· Springer – Numerical Simulations of Blast Propagation in Urban Areas
· Taylor & Francis – Composite Wall Systems Under Extreme Loads
· UPV (Polytechnic University of Valencia) – ENHANCE Project