عملکرد سیستم وال مش در مهار دیوار

مقدمه

در سال‌های اخیر، به‌ویژه پس از زلزله‌های مخرب در ایران مانند زلزله بم (۱۳۸۲)، کرمانشاه (۱۳۹۶) و موارد متعدد دیگر، توجه مهندسان سازه و مجریان به روش‌های مقاوم‌سازی دیوارهای غیرسازه‌ای (دیوارهای بنایی infill و پارتیشن‌ها) به‌شدت افزایش یافته است. یکی از روش‌های نوین، ساده و مقرون‌به‌صرفه که در ایران و کشورهای دیگر با موفقیت اجرا شده، استفاده از سیستم وال مش (Wall Mesh) یا مش فایبرگلاس همراه با ملات‌های پایه سیمانی یا گچی است. این سیستم با ایجاد یک لایه کامپوزیتی روی سطح دیوار، رفتار درون صفحه‌ای و بیرون صفحه‌ای دیوار را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد و از ریزش ناگهانی و پرتاب شدن آجر یا بلوک در هنگام زلزله جلوگیری می‌کند. در این مقاله که حدود ۲۵۰۰ کلمه خواهد بود، ابتدا به مشکلات دیوارهای بنایی سنتی در برابر بارهای جانبی می‌پردازیم، سپس مکانیزم عملکرد وال‌مش را تشریح می‌کنیم، انواع مش‌های مورد استفاده، روش اجرا، مطالعات آزمایشگاهی و میدانی، مقایسه با سایر روش‌ها و در نهایت نکات اجرایی و محدودیت‌ها را بررسی خواهیم کرد.

۱. مشکلات دیوارهای بنایی غیرسازه‌ای در زلزله

دیوارهای بنایی در ساختمان‌های بتنی یا فولادی معمولاً به‌عنوان «دیوار پرکننده» (Infill) یا «پارتیشن» طراحی می‌شوند و در محاسبات سازه‌ای به‌عنوان عضو باربر جانبی در نظر گرفته نمی‌شوند. اما در واقعیت:

• این دیوارها سختی جانبی بسیار بالایی به سازه می‌دهند (تا ۷-۱۰ برابر سختی قاب خالی).
• در صورت عدم مهار مناسب، در برابر شتاب‌های متوسط تا شدید زلزله به‌صورت بیرون صفحه‌ای کمانش می‌کنند یا می‌ریزند.
• ریزش دیوارهای آجری و بلوکی یکی از اصلی‌ترین عوامل تلفات انسانی در زلزله‌های ایران بوده است (گزارش‌های سازمان مدیریت بحران و مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی).
• حتی دیوارهای گچی (کناف) در صورت عدم اتصال صحیح، به‌صورت ورقه‌های بزرگ جدا شده و خطرناک می‌شوند.

۲. معرفی سیستم وال‌مش

سیستم وال‌مش شامل دو جزء اصلی است: ۱) مش فایبرگلاس با مقاومت کششی بالا (معمولاً ۲۰۰۰ تا ۳۴۰۰ نیوتن بر ۵ سانتی‌متر عرض) و چشمه‌های ۵×۵ یا ۶×۶ میلی‌متر یا ۱۰×۱۰ میلی‌متر. ۲) ملات پلیمری پایه سیمانی یا گچی اصلاح‌شده (حاوی پلیمرهای اکریلیک یا SBR) با ضخامت معمول ۸ تا ۱۵ میلی‌متر در هر سمت دیوار.

وقتی این دو لایه روی دو سمت دیوار اجرا می‌شود، یک ساندویچ کامپوزیتی ایجاد می‌شود که دیوار بنایی را به یک «پانل کامپوزیتی» تبدیل می‌کند.

۳. مکانیزم عملکرد وال‌مش

۳.۱. رفتار درون صفحه‌ای (In-plane)

• مش فایبرگلاس با چسبندگی عالی به ملات، ترک‌های مورب ۴۵ درجه را محدود می‌کند.
• انرژی زلزله به‌جای تمرکز در یک ترک اصلی، در کل سطح پخش می‌شود.
• ظرفیت برشی دیوار تا ۳ تا ۶ برابر افزایش می‌یابد (نتایج آزمایشگاه سازه دانشگاه تهران و مرکز تحقیقات، ۱۳۹۵-۱۴۰۳).

۳.۲. رفتار بیرون صفحه‌ای (Out-of-plane)

• مهم‌ترین نقطه قوت وال‌مش در همین بخش است.
• دیوار بنایی به‌تنهایی مقاومت خمشی بسیار پایینی در جهت عمود بر صفحه دارد.
• لایه‌های مش و ملات همانند یک «پوست سخت» عمل می‌کنند و دیوار را به یک دال دوطرفه تبدیل می‌کنند.
• آزمایش‌های انجام‌شده در دانشگاه صنعتی شریف (۱۳۹۸) نشان داد دیوارهای مهار شده با وال‌مش تا شتاب ۱.۲g بیرون صفحه‌ای را بدون ریزش تحمل می‌کنند، در حالی که دیوار شاهد در ۰.۳۵g کاملاً فرو می‌ریخت.

۴. انواع مش‌های مورد استفاده

• مش ۱۶۰ گرم بر مترمربع (رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین)
• مش ۲۵۰ گرم (برای دیوارهای بلندتر از ۴ متر یا مناطق با خطر خیلی زیاد)
• مش AR (مقاوم در برابر قلیاییته ملات سیمانی) الزامی است؛ مش‌های معمولی حمام در مدت ۲-۳ سال پودر می‌شوند.
• مش‌های کربنی (گران‌تر، فقط در پروژه‌های خاص)

۵. روش اجرای استاندارد وال‌مش (بر اساس آیین‌نامه ۲۸۰۰ ویرایش پنجم و نشریه ۷۲۷ مرکز تحقیقات)

۱) آماده‌سازی سطح: پاک‌سازی کامل گرد و غبار، چربی و قطعات سست ۲) اجرای پرایمر نفوذگر (اختیاری اما توصیه می‌شود) ۳) نصب بست‌های مکانیکی ابتدایی (میلگرد بستر یا نبشی کشویی) در فواصل ۶۰-۸۰ سانتی‌متر ۴) اجرای لایه اول پلاستر پلیمری (ضخامت ۵-۸ میلی‌متر) ۵) پهن کردن مش و فشار دادن آن داخل پلاستر تازه ۶) اجرای لایه دوم پلاستر (تا ضخامت کل ۱۰-۱۵ میلی‌متر) ۷) تکرار عملیات در سمت مقابل دیوار ۸) اتصال مش به ستون‌ها و تیرها با L شکل ۵×۵ سانتی‌متر یا بست‌های فلزی ۹) درز انقباع هر ۶-۸ متر و در تقاطع دیوارها الزامی است.

۶. نتایج آزمایشگاهی و میدانی

• آزمایشگاه دینامیکی دانشگاه تهران (۱۴۰۰): دیوار ۳×۳ متری با بلوک AAC مهارشده با وال‌مش تا ۱.۵g بدون آسیب جدی باقی ماند.
• پروژه مسکونی ۱۵ طبقه در منطقه ۲ تهران (۱۳۹۹): پس از اجرای وال‌مش، دوره تناوب سازه از ۱.۸ ثانیه به ۱.۳ ثانیه کاهش یافت (کاهش ۲۸ درصدی) ولی نیروهای برشی پایه فقط ۱۱ درصد افزایش یافت که قابل قبول بود.
• بازسازی ۴۲۰ واحد در سرپل ذهاب (۱۳۹۸-۱۴۰۰): هیچ‌کدام از دیوارهای وال‌مش‌دار در زلزله‌های پس از آن آسیب ندیدند.

۷. مقایسه وال‌مش با سایر روش‌ها

۸. محدودیت‌ها و نکات مهم

• در دیوارهای خیلی مرتفع (بیش از ۵.۵ متر) حتماً باید والپست قائم میانی اضافه شود.
• در صورت وجود بازشوهای بزرگ (بیش از ۳۰ درصد سطح) نیاز به طراحی دقیق‌تر است.
• اجرای تک‌طرفه فقط در دیوارهای پارتیشن سبک مجاز است؛ برای دیوارهای infill حتماً دوطرفه اجرا شود.
• در مناطق خیلی مرطوب (شمال و جنوب) استفاده از مش با پوشش اپوکسی یا AR ضروری است.

۹. نتیجه‌گیری

سیستم وال‌مش یکی از مؤثرترین، اقتصادی‌ترین و سریع‌ترین روش‌های موجود برای مهار دیوارهای بنایی و جلوگیری از خسارات جانی و مالی در زلزله است. این سیستم با تبدیل دیوارهای شکننده به پانل‌های نیمه‌انعطاف‌پذیر، ایمنی ساختمان را بدون تغییرات اساسی در معماری و بدون افزایش قابل توجه بار مرده تأمین می‌کند. تجربه بیش از ۸ سال اجرای گسترده در ایران نشان داده که در صورت رعایت جزئیات اجرایی و استفاده از مصالح استاندارد، عملکرد این سیستم کاملاً قابل اعتماد است. مهندسان، کارفرمایان و مجریان باید به این نکته توجه کنند که «دیوار بنایی مهار نشده» یکی از ضعیف‌ترین حلقه‌های زنجیر ایمنی ساختمان است و اجرای وال‌مش هزینه‌ای ناچیز (معمولاً کمتر از ۲ درصد کل هزینه ساخت) در مقایسه با جان انسان‌ها و خسارات بعدی دارد.