1-6-6 کلیات

به طور کلی احداث هرگونه ساختمان با سازه دیگر در سیلابدشتها تابع ضوابطی است که توسط مراجع ذیصلاح نظیر وزارت نیرو و شهرداریها اعلام می‌گردد.

مطالب ارائه شده در این فصل الزامات و نحوه محاسبه بار سیل وارد ساختمان‌ها و سایر سازه‌های واقع در یک منطقه سیل خیز را با توجه آمار موجود و تاریخچه خسارت‌های سیل برآورد شده در منطقه و مطالعات هیدرولوژیکی و هیدرولیکی مورد تأیید مراجع ذیصلاح نظیر وزارت نیرو، سازمان هواشناسی کشور و مطابق تعریف‌های زیر ومفاهیم آن‌ها بیان می‌دارد. در موارد خاص استفاده از نتایج مدل‌های عددی و فیزیکی و روش‌های تحلیلی ارائه شده در آئین‌نامه‌های معتبر بین‌المللی نیز توصیه می‌شود. در مناطقی غیر از مناطق سیل خیز نیازی به در نظر گرفتن بارگذاری سیل نیست.

2-6-6 تعاریف

آبراه، آبراهه: مجرای طبیعی یا مصنوعی برای عبور یا هدایت جریان آب است (شکل 6-6-1).

آبشستگی: به فرسایش بستر و کناره آبراهه‌ها در اثر عبور سیلاب‌ها و جریان آب، آبشستگی می‌گویند و به دو دسته عمده آبشستگی عمومی و آبشستگی موضعی به شرح زیر تقسیم می‌شود.

الف- آبشستگی عمومی: در اثر وقوع سیلاب‌ها و افزایش سرعت جریان آب، مواد رسوبی موجود در بستر رودخانه شسته شده و در قسمت عمده‌ای از مسیر رودخانه حالت گود افتادگی پدیدار می‌گردد.

ب- آبشستگی موضعی: این نوع فرسایش در نتیجه اندر کنش اجزاء سازه‌ای و جریان رودخانه رخ می‌دهد و به نوع و شکل اجزاء سازه بستگی دارد.

بستر: آن قسمت از رودخانه، نهر یا مسیل است که در هر محل باتوجه به آمار هیدرولوژیک و داغاب و حداکثر طغیان با دوره بازگشت 25 ساله به وسیله وزارت نیرو با شرکت‌های آب منطقه‌ای تعیین می‌شود.(شکل 6-6-1)

جریان واریزه‌ای و سیلاب گلی: جریان واریزه‌ای جریانی است که با خود مواد مختلفی اعم از مواد سنگی ریزدانه، درشت دانه و نیز قطعات چوب، شاخه‌های درختان، نخاله و غیره را حمل می‌کند. در مواردی که جریان متلاطم و غلظت مواد رسوبی کمتر از 45٪ شود، جریان تبدیل به سیلاب گلی می‌گردد.این نوع از سیلاب‌ها بارهائی را به صورت ضربه‌ای به سازه وارد می‌کنند.

دیوار ساحلی و سیل بند: نوعی سازه مهار سیل که بصورت دیواره‌ای طولی با استفاده از مصالح ساختمانی مقاوم نظیر بتن، سنگ، چوب و غیره در مناطق شهری و یا سایر مناطق که ارزش اقتصادی زیادی دارند ساخته می‌شود، این دیواره‌ها علاوه بر جلوگیری از لغزش یا فرسایش، در برخی موارد برای خنثی نمودن اثر موج سیل نیز کاربرد دارد.

دیوار فرو ریزشی: هر نوع دیواری در معرض سیل، بجز دیوارهای باربر ساختمان با سازه اصلی، که بر حسب شرایط سیل طرح یا سیلی کمتر، طراحی و ساخته شده و به گونه‌ای فرو ریزد که هم به سیلاب‌ها اجازه عبور آزادانه دهد و هم آسیبی به سازه یا سیستم تکیه گاه پی نزند.

سیل یا جاری شدن سیل: عبارت است از هرگونه افزایش جریان رودخانه، اعم از مازاد بر ظرفیت رودخانه که از بستر رودخانه سرازیر شود یا غیر آن که موجب خسارت بر رودخانه و تأسیسات آن و یا اراضی و تأسیسات حاشیه رودخانه گردد. سیلاب ناگهانی عبارتست از سیلی که معمولاً از یک رگبار شدید روی پهنه‌ای کوچک پدید می‌آید و همراه با بالا آمدن سریع سطح آب و جریان نسبتاً زیاد همراه باشد.

سیل پایه: سیلابی که احتمال تجاوز از آن در سال 1٪ (دوره بازگشت 100 سال) باشد. ارتفاع این سیلاب که شامل ارتفاع موج ناشی از آن است، ارتفاع سیل پایه نامیده می‌شود.

سیل طرح:  بزرگ‌ترین سیلاب از بین دو سیل: 1) سیل پایه 2) سیل متناظر با منطقه تعیین شده به عنوان منطقه سیل خیز که از مراجع ذیصلاح استعلام می‌گردد. ارتفاع این سیلاب که شامل ارتفاع موج ناشی از آن است، ارتفاع سیل طرح نامیده می‌شود.

سیلابدشت: بخشی از پهنه یک رودخانه شامل بستر اصلی که زمانی که دبی سیل طرح از ظرفیت عبور رودخانه تجاوز کند، غرقاب می‌گردد.(شکل 6-6-1)

منطقه سیل خیز: نواحی ذیل که محدوده آن‌ها می‌بایست از مراجع ذیصلاح استعلام گردد، به عنوان منطقه سیل خیز تعریف می‌شوند:

الف- بخشی از محدوده اطراف بستر رودخانه‌ها و مسیل‌ها که به علت بارندگی در بالادست و وقوع سیل طرح به زیر آب می‌رود. (شکل 6-6-1)

ب- سواحل مجاور آبهای آزاد، خطوط ساحلی دریاچه‌های بزرگ که جزر و مدها، طوفان‌های ساحلی، گردبادها، نوسان‌های امواج با سونامی‌ها می‌توانند منشاء بروز سیل باشند. در این مناطق باید ارتفاع آب ساکن سیل، بیشتر از 600 میلی متر و ارتفاع موج شکننده، برابر با بزرگتر از 450 میلی متر در سیل طرح به صورت توامان اختیار شود.

نقشه منطقه‌ی سیل خیز: نقشه‌ای که محدوده تحت تأثیر بروز جریان سیلاب طرح را مشخص می‌کند. به مطالعاتی که منتج به تهیه نقشه منطقه‌ی سیل خیز می‌شود، مطالعات منطقه‌ی سیل خیز می‌گویند.

شکل 6-6-1- نمائی از وضعیت آبراهه اصلی، بستر، منطقه سیل خیز و سیلابدشت رودخانه

3-6-6 الزامات و بارهای طراحی

1-3-6-6 در مناطق سیل خیز لازم است ساختمان توسط شمع، پی ستونی و غیره، بالاتر از ارتفاع سیل طرح و در بلندی قرار گیرد و در محدوده تراز سیل طرح از موانعی نظیر دیوارهای فروریزشی به منظور ایجاد مسیری آزاد برای عبور موج‌ها و جریان‌های سیلابی دارای سرعت بالا از زیر ساختمان استفاده گردد.

2-3-6-6 دیوارهای فرو ریزشی و تیغه‌های لازم به همراه اتصالات آنها به سازه برای فرو ریختن پیوسته به یک طرف باید برای بزرگترین بار ناشی از باد بر اساس فصل 10، ناشی از زلزله بر اساس فصل 11 و یا باری برابر 0/5 کیلونیوتن بر مترمربع که به صورت عمودی به صفحه دیوار اثر می‌کند، طراحی شوند. همچنین بارگذاری برای بار فروریزشی دیوار نباید بیشتر از 1 کیلو نیوتن بر متر مربع در نظر گرفته شود، در غیر این صورت شرایط زیر در طراحی اقناع شود:

– دیوار فرو ریزشی به گونه‌ای طراحی شود که فرو ریزش در اثر بار سیلی کمتر از آن چه که در طی سیل پایه به وجود می‌آید، اتفاق افتد.

– تکیه گاه پی و بخش مرتفع ساختمان در مقابل فروریختن، تغییرمکان دائمی و سایر آسیب‌های سازه‌ای ناشی از اثرات بارهای سیل در ترکیب با دیگر بارها مطابق با ضوابط فصل 2، طراحی شده باشند.

3-3-6-6 سیستم‌های سازه‌ای ساختمان و سایر سازه‌ها باید به گونه‌ای طراحی، ساخته، متصل و مهار شوند تا در مقابل فشار هیدرواستاتیک (Hydrostatic oressure)، شناوری (Buoyancy)، خرد کردن (Battering)، ضربه آب (Pulsating water)، انتقال (Translation)، آب شستگی (Scouring) و واژگونی (Overturning)، فروریختن و تغییرمکان جانبی دائمی ناشی از اثر بارهای سیل بر مبنای سیل طرح، همراه با سایر بارها مطابق با ترکیب بارهای فصل 2 مقاومت کنند.

4-3-6-6 فرسایش و آب شستگی، علاوه بر تأثیر در وضعیت پایداری پی، هم بر عمق سیلاب در محل و هم میزان بارهای سیل وارد بر ساختمان و سایر سازه‌ها مؤثر است. لذا تأثیرات ناشی از آنها باید در محاسبه بارهای وارد بر ساختمان و سایر سازه‌های موجود در مناطق سیل خیز لحاظ گردد. تاثیرات ناشی از فرسایش و آبشستگی که در وضعیت پایداری پی، عمق سیلاب در محل و میزان بارهای سیل وارد بر ساختمان مؤثر است، باید در محاسبات بارهای وارد بر ساختمان و سایر سازه‌های موجود در مناطق سیل خیز لحاظ گردد.

5-3-6-6 طراحی سازه‌ای در مناطق سیل خیز بر مبنای سیل طرح صورت می‌پذیرد. بارهای ناشی از سیل شامل بارهای هیدرواستاتیک و هیدرودینامیک است. چنانچه سرعت جریان سیل از 3 متر بر ثانیه تجاوز نکند، مقدار بار هیدرودینامیک به صورت اضافه ارتفاعی از بار هیدرو استاتیکی تعریف می‌شود و در غیر این صورت با استفاده از مدل‌های هیدرو دینامیکی قابل محاسبه است. این اضافه ارتفاع از رابطه 6-6-1 مطابق شکل 6-6-2 محاسبه می‌گردد.

که در آن:

a: ضریب شکلV: سرعت سیلاب (متر بر ثانیه)

g: شتاب ثقل (متر بر مجذور ثانیه)

d_h: اضافه ارتفاع مایع (متر) می‌باشد.

ضریب شکل، a، به جریان سیال و شکل و زبری اعضایی (ستون – شمع و…، گرد – چهارگوش…) که در معرض جریان سیل قرار می‌گیرند، وابسته است. در ساختمان‌های معمولی و اشکال متعارف ستون‌ها و پایه‌ها، مقدار ضریب شکل بین 1 تا 2 می‌باشد. در این مقررات ضریب شکل 1/25 به عنوان حداقل مقدار، توصیه شده و مقادیر بزرگتر ضریب شکل را باید با توجه به روابط و توصیه‌های مدارک مکانیک سیالات و هیدرولیک انتخاب نمود.

شکل 6-6-2- نیروهای هیدرو استاتیکی و هیدرودینامیکی در جهت جریان سیلاب

6-3-6-6  بارهای ناشی از جریانهای واریزه‌ای و سیلاب‌های گلی که به ساختمان‌ها و سازه‌ها یا بخش‌هایی از آن ضربه وارد می‌کنند، به عنوان بارهای ضربه‌ای محسوب شده و اثر آن باید به عنوان یک بار متمرکز افقی در بحرانی‌ترین محل، در نظر گرفته شود. باتوجه به شرایط محیطی و احتمال جابجایی اشیاء جامد به وسیله سیل، دو دسته بار ضربه‌ای تعریف می‌شود.

الف) بارهای ضربه‌ای نرمال: چنانچه اجزاء شناور با قطعات یخ به صورت تکه تکه و مجزا به همراه جریان آب به ساختمان برخورد کنند، بار ضربه‌ای را می‌توان معادل برخورد یک جرم 450 کیلوگرمی، که با سرعت سیلاب به سطحی معادل 300 × 300 میلیمتر وارد می‌شود، حساب کرد.

ب) بارهای ضربه‌ای ویژه: این بارها زمانی ایجاد می‌شوند که قطعات به هم جوش خورده و متصل به هم، یخ، سنگ، چوب یا تنه درختان که ابعاد و جرم بیشتری نسبت به حالت قبل دارند، به ساختمان برخورد کنند. در مکان‌هایی که احتمال بروز چنین بارهایی وجود دارد، ساختمان باید بر اساس آن طراحی شود. برای ارزیابی اثر این بارها شدت بار باید به اندازه 0/5 کیلونیوتن بر متر طول که به صورت افقی در تراز سطح سیلاب عمل می‌کند، در نظر گرفته شود مگر آنکه تحلیل‌های دقیق‌تری انجام شود. اگر موانع طبیعی یا مصنوعی به طور مؤثر از بروز این بارگذاری جلوگیری کنند، می‌توان از آثار آن در طراحی چشم پوشی کرد.

4-6-6 ترکیب اثرات سیل و خاک

1-4-6-6 بارهای خاک و فشارهای هیدرواستاتیک آن که در فصل 6-4 تعریف شده، باید با توجه به تاثیرات سیل (اشباع خاک، زیرفشار وارد بر کف و شالوده‌ها و آبشستگی‌ها و …) بررسی شوند.

2-4-6-6 مقاومت مجاز خاک، میزان نشست پی‌ها و سایر مواردی که به طراحی و بررسی پایداری پی‌ها مربوط است باید با توجه به موضوع سیل و میزان و نوع حساسیت خاک (خاک‌های قابل تورم، ریزدانه و …) بررسی شود.

5-6-6 ضرایب اطمینان در مقابل لغزش، واژگونی و برکنش کف‌ها

در طراحی دیوارها، شالوده‌ها و کف پایینترین طبقه ساختمان‌ها و سایر سازه‌های واقع شده در منطقه سیل خیز باید ضرایب اطمینان در مقابل لغزش و واژگونی برابر با 1/5 و برای لغزش و واژگونی به همراه بر کنش کف برابر 1/33 در نظر گرفته شود.