تاثیر وال پست در زلزله

کشور ایران بر روی کمربند لرزه خیز آلپ-هیمالیا قرار دارد و همواره در معرض خطر زمین لرزه قرار داشته است. تجربیات تلخ زلزله های گذشته به وضوح نشان داده که علاوه بر مقاومت اسکلت اصلی ساختمان عملکرد صحیح اجزای غیرسازه ای مانند دیوارها نیز در کاهش تلفات جانی و مالی نقشی حیاتی ایفا می کند. ریزش دیوارها حتی در سازه هایی که اسکلت آن ها سالم مانده است می تواند منجر به مسدود شدن راه های فرار تخریب اموال و حتی آسیب به اعضای سازه ای اصلی شود. در این میان وال پست به عنوان یک راهکار مهندسی مؤثر نقشی کلیدی در افزایش مقاومت دیوارها در برابر نیروهای ناشی از زلزله و جلوگیری از فروریختن آن ها ایفا می کند.

استفاده صحیح و مطابق با استاندارد از وال پست نه تنها امنیت ساکنان را تضمین می کند بلکه با به حداقل رساندن خسارات وارده به ساختمان از تحمیل هزینه های سنگین بازسازی و تعمیر جلوگیری می نماید. این مقاله به بررسی جامع وال پست انواع آن نحوه عملکرد در زلزله نکات حیاتی در طراحی و اجرای آن بر اساس آیین نامه های ملی و هزینه های مرتبط می پردازد تا درک عمیق تری از اهمیت این عنصر سازه ای غیرسازه ای ارائه دهد.

وال پست چیست و چه کاربردی دارد؟

وال پست (Wall Post) در واقع مجموعه ای از کلاف ها یا اعضای نگهدارنده است که برای یکپارچه سازی و اتصال دیوارهای غیرسازه ای (مانند دیوارهای آجری سفالی یا بلوکی) به اسکلت اصلی ساختمان (فریم بتنی یا فولادی) به کار می رود. هدف اصلی وال پست افزایش مقاومت دیوارها در برابر نیروهای جانبی مانند باد و به خصوص زلزله است.

در زمان زلزله دیوارها تحت تاثیر نیروهای شدید جانبی قرار می گیرند. این نیروها می توانند باعث لرزش ترک خوردن و در نهایت فروریختن دیوارها به سمت داخل یا خارج ساختمان شوند. وال پست با ایجاد تکیه گاه های مناسب برای دیوار و تقسیم آن به پنل های کوچک تر از گسیختگی و ریزش ناگهانی آن جلوگیری می کند. به عبارت دیگر وال پست مانند یک کلاف یا نگهدارنده عمل کرده و دیوار را در جای خود مهار می کند تا در برابر نیروهای خارج از صفحه مقاومت بیشتری از خود نشان دهد.

انواع وال پست و نحوه عملکرد آنها

وال پست ها بر اساس جنس و نحوه اجرا به انواع مختلفی تقسیم می شوند که هر یک مکانیسم خاص خود را در مهار دیوارها در برابر نیروهای زلزله دارند. انتخاب نوع وال پست به عواملی نظیر نوع اسکلت ساختمان نوع مصالح دیوار و ملاحظات اقتصادی و اجرایی بستگی دارد.

وال پست فلزی

وال پست های فلزی از رایج ترین انواع وال پست هستند که معمولاً از مقاطع فولادی نظیر نبشی قوطی (پروفیل مربع یا مستطیل) یا ناودانی ساخته می شوند. این مقاطع به صورت عمودی یا افقی در طول یا ارتفاع دیوار نصب شده و به اسکلت اصلی ساختمان متصل می شوند.

نحوه عملکرد وال پست فلزی: این نوع وال پست با ایجاد یک چارچوب صلب در اطراف یا درون پنل های دیوار از حرکت بیش از حد و تغییر شکل خارج از صفحه دیوار جلوگیری می کند. اتصالات این وال پست ها به ستون ها و تیرهای اصلی سازه نیروهای جانبی وارد بر دیوار را به اسکلت ساختمان منتقل کرده و باعث مهار شدن دیوار می شوند.

• وال پست با نبشی: معمولاً دو نبشی به صورت موازی در دو سمت دیوار قرار گرفته و با میلگرد یا تسمه به یکدیگر متصل می شوند. این نبشی ها به تیر و ستون جوش داده می شوند.
• وال پست با قوطی: از پروفیل قوطی به عنوان وادار عمودی یا افقی استفاده می شود که به ستون و تیر متصل می گردد.
• وال پست با ناودانی: می تواند به عنوان وادار عمودی یا افقی استفاده شود به خصوص در روش های نوین تر که ناودانی به صورت منقطع به کار می رود.

وال پست بتنی

در برخی موارد به جای مقاطع فلزی از کلاف های بتن آرمه کوچک به عنوان وال پست استفاده می شود. این کلاف ها می توانند به صورت عمودی یا افقی در دیوار اجرا شوند. این روش بیشتر در دیوارهای با طول زیاد یا در سازه های بتنی کاربرد دارد.

نحوه عملکرد وال پست بتنی: کلاف بتنی با آرماتورهای داخلی خود مقاومت کششی و خمشی دیوار را در آن ناحیه افزایش داده و از گسیختگی آن جلوگیری می کند. این کلاف ها معمولاً به صورت درجا با بتن ریزی اجرا شده و آرماتورهای آن ها به اسکلت سازه متصل می شوند.

روش های نوین وال پست (شامل میلگرد بستر و ناودانی منقطع)

آیین نامه های جدید لرزه ای به خصوص استاندارد 2800 ویرایش چهارم و پنجم تاکید ویژه ای بر استفاده از روش های انعطاف پذیرتر برای مهار دیوارها دارند تا از اندرکنش مخرب دیوار با سازه اصلی (اثر ستون کوتاه یا Short Column Effect) جلوگیری شود. دو روش مهم در این زمینه عبارتند از:

• استفاده از میلگرد بستر: میلگردهای بستر المان های فولادی مشبک یا نردبانی شکل هستند که در درزهای افقی ملات دیوارچینی قرار می گیرند. این میلگردها باعث یکپارچگی بیشتر دیوار در صفحه خود شده و همچنین اتصال دیوار به وادارهای عمودی و افقی را تسهیل می کنند. میلگرد بستر به تنهایی وال پست نیست بلکه جزئی از سیستم مهارکننده دیوار است که اتصال دیوار به وادارها را بهبود می بخشد.
• استفاده از وادارهای عمودی و افقی با اتصال انعطاف پذیر (مانند ناودانی منقطع): در این روش وادارهای فولادی (معمولاً قوطی یا ناودانی) به صورت عمودی یا افقی اجرا می شوند اما نحوه اتصال آن ها به اسکلت سازه به گونه ای است که اجازه حرکت نسبی در صفحه دیوار را به سازه می دهد در حالی که مهار خارج از صفحه دیوار را فراهم می کند. به عنوان مثال در استفاده از ناودانی منقطع وادار عمودی درون دو ناودانی که به تیر بالا و پایین متصل شده اند قرار می گیرد و امکان حرکت عمودی فراهم می شود. اتصال دیوار به این وادارها نیز با استفاده از شاخک یا میلگرد بستر صورت می پذیرد. این روش به نام سیستم مهار دیوار با وادار و میلگرد بستر شناخته می شود و در آیین نامه های جدید توصیه شده است.

تاثیر وال پست در کاهش خسارات ناشی از زلزله

نقش وال پست در کاهش خسارات زلزله بسیار چشمگیر است. آمار و مشاهدات پس از زلزله های اخیر در ایران و سایر نقاط جهان نشان می دهد ساختمان هایی که در آن ها ضوابط مربوط به مهار لرزه ای دیوارهای غیرسازه ای از جمله استفاده از وال پست به درستی رعایت شده به مراتب کمتر دچار خسارت شده اند.

چگونه وال پست خسارات را کاهش می دهد؟

• جلوگیری از ریزش دیوارها: مهمترین تاثیر وال پست مهار دیوارها و جلوگیری از فروریختن آن هاست. ریزش دیوار می تواند مستقیماً باعث تلفات جانی آسیب به اثاثیه و مسدود شدن راه های خروجی شود.
• حفاظت از اسکلت سازه: دیوارهای مهارنشده می توانند در اثر زلزله نیروهای جانبی بزرگی به ستون ها و تیرهای سازه وارد کنند (اثر ستون کوتاه). این نیروها می توانند باعث آسیب جدی یا حتی تخریب اعضای اصلی سازه شوند. وال پست با تقسیم دیوار به پنل های کوچک تر و مهار مناسب این اندرکنش مخرب را کاهش می دهد.
• کاهش خسارات غیرسازه ای: حتی اگر سازه اصلی سالم بماند تخریب دیوارهای داخلی و خارجی نازک کاری تأسیسات برقی و مکانیکی که بر روی دیوارها نصب شده اند می تواند هزینه های بازسازی بسیار بالایی را به همراه داشته باشد. وال پست با حفظ پایداری دیوارها این خسارات را به حداقل می رساند.
• حفظ قابلیت استفاده از ساختمان: در بسیاری از موارد ساختمان هایی که اسکلت آن ها در زلزله آسیب نمی بیند به دلیل تخریب گسترده دیوارهای داخلی و خارجی برای سکونت یا استفاده غیرقابل استفاده می شوند. وال پست با حفظ پایداری دیوارها به حفظ قابلیت استفاده از ساختمان پس از زلزله کمک می کند.

در عمل ساختمان های مجهز به وال پست در مقایسه با ساختمان های مشابه فاقد آن در برابر زلزله عملکرد بسیار بهتری از خود نشان می دهند و میزان خسارات جانی و مالی در آن ها به طرز چشمگیری کاهش می یابد.

نکات مهم در طراحی و اجرای وال پست

طراحی و اجرای صحیح وال پست از اهمیت حیاتی برخوردار است. حتی استفاده از وال پست نیز در صورت عدم رعایت اصول فنی می تواند بی اثر بوده یا حتی مضر باشد. مهندسان طراح و مجریان ساختمان باید به دقت آیین نامه ها و استانداردهای مربوطه را رعایت کنند.

استانداردهای طراحی وال پست

طراحی وال پست باید بر اساس ضوابط لرزه ای مربوط به اجزای غیرسازه ای صورت گیرد. در ایران مهمترین مرجع در این زمینه استاندارد 2800 (آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله) و پیوست های مربوط به اجزای غیرسازه ای و همچنین مباحث مقررات ملی ساختمان (مانند مبحث 6 مبحث 8 مبحث 9 مبحث 10 مبحث 11) است.

• ملاحظات طراحی:
• ابعاد پنل های دیوار: بر اساس استاندارد 2800 حداکثر ابعاد مجاز برای پنل های دیوار بدون مهار جانبی مشخص شده است. در صورت تجاوز از این ابعاد نیاز به استفاده از وادارهای عمودی و افقی (وال پست) برای تقسیم دیوار به پنل های کوچکتر است. به عنوان مثال حداکثر طول آزاد دیوار بین دو وادار یا تکیه گاه عمودی و حداکثر ارتفاع آزاد دیوار بین دو وادار یا تکیه گاه افقی محدود شده است.
• محل قرارگیری وال پست: وادارها باید در فواصل مناسب (مطابق با حداکثر ابعاد مجاز پنل ها) و در اطراف بازشوها (پنجره درب) قرار گیرند.
• نوع اتصال: نحوه اتصال وال پست به اسکلت سازه و همچنین اتصال دیوار به وال پست باید در نقشه ها به وضوح مشخص شود. اتصالات باید قادر به تحمل نیروهای وارده باشند و در عین حال در روش های نوین امکان حرکت نسبی سازه و دیوار را فراهم کنند.
• محاسبات نیروها: مهندس طراح باید نیروهای وارده بر دیوار و وال پست ناشی از زلزله و باد را محاسبه کرده و مقاطع وال پست و جزئیات اتصالات را بر اساس این نیروها طراحی کند.

نحوه اجرای وال پست

اجرای وال پست نیازمند دقت و نظارت کافی است. مراحل کلی اجرا بسته به نوع وال پست و سیستم مهارکننده متفاوت است اما اصول کلی مشابهی دارند:

• آماده سازی محل: پیش از شروع دیوارچینی محل دقیق وادارهای عمودی و افقی مطابق نقشه های اجرایی مشخص می شود.
• نصب وادارهای عمودی: وادارهای عمودی (مانند پروفیل قوطی یا نبشی) در جای خود نصب می شوند. اتصال پایین وادار به فونداسیون یا تیر زیرین و اتصال بالای آن به تیر سقف یا کلاف بالایی باید به درستی و مطابق با جزئیات اجرایی (جوش پیچ کاشت آرماتور) انجام شود. در روش های نوین با ناودانی منقطع ناودانی های بالا و پایین ابتدا به سازه متصل شده و سپس وادار عمودی داخل آن ها قرار می گیرد.
• نصب وادارهای افقی: در صورت لزوم وادارهای افقی در ارتفاع های مشخص شده نصب می شوند و به ستون ها یا وادارهای عمودی متصل می گردند.
• دیوارچینی: دیوارچینی بین وادارها انجام می شود. در روش هایی که از میلگرد بستر استفاده می شود میلگردها در درزهای افقی ملات در فواصل مشخص قرار داده شده و به وادارها متصل می شوند (معمولاً با شاخک های اتصال).

• ایجاد درز انقطاع: در محل تماس دیوار با ستون ها و زیر تیر سقف باید درز انقطاع لرزه ای با مصالح تراکم پذیر (مانند پشم سنگ یا پلی استایرن) ایجاد شود تا از اندرکنش سخت دیوار با سازه جلوگیری شود. این درز اجازه می دهد سازه اصلی در حین زلزله حرکت کند بدون اینکه نیروی مخربی از دیوار به آن وارد شود.
• اتصال دیوار به وادارها: اتصال دیوار به وادارهای عمودی و افقی باید در حین دیوارچینی و با استفاده از المان های اتصال مناسب (مانند شاخک های فلزی گیره های جانبی یا اتصال میلگرد بستر به وادار) انجام شود. این اتصالات باید به اندازه ای باشند که از حرکت خارج از صفحه دیوار جلوگیری کنند اما در صفحه دیوار انعطاف پذیری لازم را داشته باشند.
• نظارت: نظارت مستمر توسط مهندس ناظر برای اطمینان از اجرای صحیح جزئیات وال پست اتصالات و درزهای انقطاع بسیار ضروری است.

مصالح مورد نیاز برای وال پست

مصالح اصلی مورد نیاز برای اجرای وال پست شامل موارد زیر است:

• مقاطع فولادی: نبشی قوطی ناودانی (برای وادارهای فلزی).
• میلگرد: برای ساخت شاخک های اتصال یا کلاف های بتنی.
• میلگرد بستر: در انواع نردبانی یا خرپایی.
• اتصالات فلزی: پلیت ها انکر بولت ها پیچ و مهره الکترود جوشکاری.
• مصالح بنایی: آجر سفال بلوک ملات ماسه سیمان.
• مصالح درز انقطاع: پشم سنگ پلی استایرن (یونولیت) فوم.
• گیره ها و بست ها: برای اتصال میلگرد بستر به وادار یا اتصال دیوار به وادار.

هزینه اجرای وال پست و عوامل موثر بر آن

هزینه اجرای وال پست بخشی از هزینه های ساخت ساختمان است که بسته به عوامل مختلف می تواند متغیر باشد. با این حال این هزینه در مقایسه با هزینه های بالقوه ناشی از خسارات زلزله بسیار ناچیز محسوب می شود و یک سرمایه گذاری ضروری برای ایمنی است.

عوامل موثر بر هزینه:

• نوع سیستم وال پست: روش های نوین تر مانند استفاده از وادار و میلگرد بستر ممکن است در ابتدا هزینه مصالح متفاوتی نسبت به روش های سنتی (نبشی کشی صلب) داشته باشند اما ممکن است سرعت اجرا یا عملکرد لرزه ای بهتری ارائه دهند.
• متراژ و نوع دیوارها: تعداد و ابعاد دیوارها ارتفاع آن ها و وجود بازشوها بر میزان مصالح و حجم کار تاثیر مستقیم دارند. دیوارهای بلندتر یا با طول بیشتر نیاز به وادارهای بیشتری دارند.
• نوع مصالح وال پست: قیمت مقاطع فولادی (نبشی قوطی ناودانی) و میلگرد بستر بر اساس وزن و قیمت روز آهن آلات محاسبه می شود.
• دستمزد نیروی کار: اجرای وال پست نیازمند مهارت بنا و جوشکار یا نصاب است. دستمزد آن ها بر اساس نوع کار (جوشکاری بنایی نصب) و منطقه جغرافیایی متفاوت است.
• پیچیدگی طرح: دیوارهای با اشکال نامنظم یا جزئیات اجرایی خاص ممکن است نیاز به زمان و دقت بیشتری برای اجرا داشته باشند.
• هزینه های طراحی و نظارت: طراحی وال پست توسط مهندس سازه و نظارت بر اجرای آن نیز بخشی از هزینه هاست.

به طور کلی هزینه اجرای وال پست در مقایسه با کل هزینه های ساخت سازه درصد کمی را شامل می شود. برآورد دقیق هزینه نیازمند بررسی نقشه های اجرایی و جزئیات طراحی است.

چالش ها و اشتباهات رایج در اجرای وال پست

علیرغم اهمیت وال پست در پروژه های ساختمانی گاهی با چالش ها و اشتباهاتی در طراحی و اجرای آن مواجه می شویم که می تواند اثربخشی آن را کاهش دهد:

• عدم طراحی توسط مهندس ذی صلاح: گاهی اجرای وال پست بدون طراحی دقیق و صرفاً بر اساس تجربه های قدیمی یا کلیشه ای انجام می شود که با ضوابط آیین نامه ای مطابقت ندارد.
• اجرای نادرست اتصالات: جوشکاری ضعیف استفاده از ابعاد نامناسب پلیت ها یا عدم اتصال صحیح وال پست به اسکلت سازه از جمله اشتباهات رایج است.
• نادیده گرفتن درز انقطاع: عدم ایجاد یا اجرای نادرست درز انقطاع بین دیوار و سازه باعث اندرکنش مخرب و آسیب دیدن سازه در زلزله می شود.
• استفاده نکردن از میلگرد بستر یا اجرای نادرست آن: عدم استفاده از میلگرد بستر در روش های جدید یا عدم اتصال صحیح آن به وادارها یکپارچگی دیوار را کاهش می دهد.
• عدم نظارت کافی: فقدان نظارت مستمر و تخصصی در حین اجرا باعث می شود اشتباهات اجرایی اصلاح نشوند.
• استفاده از مصالح نامرغوب: کیفیت پایین مقاطع فولادی میلگرد بستر یا مصالح اتصال می تواند مقاومت وال پست را کاهش دهد.
• عدم توجه به بازشوها: اطراف بازشوها (پنجره و درب) نقاط ضعفی در دیوار هستند که نیاز به مهاربندی ویژه با وال پست یا کلاف دارند. عدم اجرای صحیح در این نواحی خطر تخریب را افزایش می دهد.

رفع این چالش ها نیازمند افزایش دانش فنی مجریان تاکید بر طراحی دقیق توسط مهندسان سازه و نظارت سخت گیرانه بر اجرای وال پست در کارگاه های ساختمانی است.

آینده وال پست و روش های نوین

صنعت ساختمان همواره در حال تکامل است و روش های مقاوم سازی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. با درک بهتر رفتار ساختمان ها در زلزله روش های نوین تر و بهینه تری برای مهار دیوارهای غیرسازه ای در حال توسعه و ترویج هستند.

تاکید آیین نامه های جدید بر روش هایی مانند استفاده از وادار و میلگرد بستر نشان دهنده حرکت به سمت سیستم هایی است که ضمن مهار دیوار کمترین آسیب را به سازه اصلی وارد کنند و عملکرد کلی ساختمان در زلزله بهبود یابد. تحقیقات در زمینه مصالح جدید اتصالات نوآورانه و روش های اجرایی سریع تر و دقیق تر ادامه دارد.

انتظار می رود در آینده استفاده از سیستم های پیش ساخته وال پست روش های نوین اتصال که نیاز به جوشکاری در محل را کاهش دهند و استفاده گسترده تر از میلگرد بستر و شبکه های الیافی در دیوارچینی برای افزایش مقاومت داخلی دیوار رایج تر شود. همچنین توجه بیشتر به طراحی عملکردی و اهمیت اجزای غیرسازه ای در عملکرد کلی ساختمان در برابر زلزله منجر به ارتقاء مستمر ضوابط و شیوه های اجرایی وال پست خواهد شد.

آیا استفاده از وال پست در تمام ساختمان ها ضروری است؟

بله طبق مقررات ملی ساختمان و استاندارد 2800 استفاده از وال پست یا روش های مشابه برای مهار دیوارهای غیرسازه ای با ابعاد بزرگ در تمام ساختمان ها به ویژه در مناطق لرزه خیز ضروری است.

آیا می توان وال پست را بعد از اتمام ساخت ساختمان نصب کرد؟

نصب وال پست پس از اتمام ساخت ساختمان بسیار دشوار پرهزینه و معمولاً غیرممکن است. وال پست باید در حین اجرای اسکلت و دیوارچینی نصب و با سازه یکپارچه شود.

بهترین نوع وال پست برای ساختمان های مسکونی کدام است؟

انتخاب بهترین نوع وال پست به عوامل مختلفی بستگی دارد و باید توسط مهندس سازه تعیین شود. اما در حال حاضر استفاده از سیستم وادار با اتصال انعطاف پذیر و میلگرد بستر بر اساس آیین نامه های جدید توصیه می شود.

چه عواملی بر قیمت اجرای وال پست تاثیر می گذارند؟

عواملی مانند نوع سیستم وال پست متراژ و ابعاد دیوارها نوع مصالح مصرفی (فولاد میلگرد بستر) دستمزد نیروی کار پیچیدگی طرح و هزینه های طراحی و نظارت بر قیمت اجرای وال پست تاثیرگذارند.

آیا وال پست فقط برای دیوارهای خارجی است؟

خیر وال پست برای مهار دیوارهای داخلی و خارجی که ابعاد آن ها از حد مجاز آیین نامه تجاوز می کند ضروری است تا از ریزش آن ها در زلزله جلوگیری شود.

تفاوت وال پست با کلاف افقی و عمودی چیست؟

وال پست یک اصطلاح کلی برای المان های مهارکننده دیوار است. کلاف های افقی و عمودی (مانند کلاف های بتنی در ساختمان های بنایی) نیز نوعی مهاربندی هستند اما وال پست به طور خاص به وادارها و تسمه ها/شاخک هایی اطلاق می شود که دیوارهای غیرسازه ای را به اسکلت اصلی متصل می کنند.

نقش میلگرد بستر در وال پست چیست؟

میلگرد بستر باعث یکپارچگی دیوار در صفحه خود شده و اتصال محکم تری بین دیوار و وادارهای عمودی و افقی ایجاد می کند. این میلگردها به توزیع بهتر نیروها در دیوار و انتقال آن ها به وادارها کمک می کنند و جزئی حیاتی در سیستم های مهار دیوار نوین هستند.