الكاتب أنظمة الطاقة الكهربائية:
يعرض هذا الجزء منهجية تقدير خسائر الزلازل لنظام الطاقة الكهربائية، يتكون هذا النظام من مرافق التوليد والمحطات الفرعية ودوائر التوزيع، جميع هذه المكونات معرضة للتلف أثناء الزلازل، مما قد يؤدي إلى انقطاع كبير في إمدادات الطاقة.
يشمل نطاق هذا الجزء تطوير طرق لتقدير أضرار الزلزال التي لحقت بنظام الطاقة الكهربائية بالنظر إلى معرفة المكونات (أي مرافق التوليد والمحطات الفرعية ودوائر التوزيع)، والتصنيف (أي للمحطات الفرعية إما الجهد المنخفض، أو الجهد المتوسط، أو الجهد العالي)، والمخاطر (أي التسارع الأرضي الاعظمي والإزاحة الأرضية الدائمة).
يتم تحديد حالات الضرر التي تصف مستوى الضرر الذي يلحق بكل مكون من مكونات نظام الطاقة الكهربائية (على سبيل المثال، لا شيء، أو طفيف، أو متوسط، أو واسع النطاق، أو كامل).
تم تطوير منحنيات الهشاشة لكل تصنيف لمكونات نظام الطاقة الكهربائية، تصف هذه المنحنيات احتمالية الوصول إلى كل حالة ضرر أو تجاوزها بالنظر إلى مستوى الحركة الأرضية، واستنادا إلى منحنيات الهشاشة هذه، يتم عرض طريقة تقييم وظائف كل مكون من مكونات نظام الطاقة الكهربائية.
متطلبات الإدخال ومعلومات المخرجات:
تتضمن المدخلات المطلوبة لتقدير الأضرار التي لحقت بأنظمة الطاقة الكهربائية العناصر التالية:
أولا- المحطات الفرعية:
– التصنيف (جهد منخفض أو متوسط أو عالي مع مكونات مثبتة أو غير مثبتة)
– خط الطول وخط العرض للمنشأة
– قيم PGA وPGD
ثانيا- دوائر التوزيع:
– التصنيف (بمكونات مثبتة أو غير مثبتة)
– الموقع الجغرافي (قطاعات متعددة الخطوط)
– قيم PGA
ثالثا- محطات التوليد
– التصنيف (صغيرة أو متوسطة أو كبيرة، مع مكونات مثبتة أو غير مثبتة)
– خط الطول وخط العرض للمنشأة
– قيم PGA
يتضمن ناتج الضرر المباشر لنظام الطاقة الكهربائية تقديرات احتمالية لوظيفة المكون والضرر معبرا عنها من حيث نسبة تلف المكون، يتم توفير منهجية مبسطة لتقييم أداء نظام الطاقة، يتكون ناتج هذه النسخة المبسطة من تحليل النظام من تقدير احتمالي لانقطاع التيار الكهربائي (أي عدد الأسر التي ليس لديها كهرباء).
منحنيات الهشاشة
تم تصميم منحنيات الهشاشة لجميع مكونات نظام الطاقة الكهربائية كوظائف موزعة بشكل طبيعي تعطي احتمالية الوصول إلى أو تجاوز مستويات مختلفة من الضرر لمستوى معين من الحركة الأرضية (PGA) والفشل الأرضي (PGD).
يتميز كل من منحنيات الهشاشة هذه بقيمة متوسطة للحركة الأرضية (أو الفشل) وعامل التشتت المرتبط بها (الانحراف المعياري اللوغاريتمي الطبيعي).
وصف مكونات نظام الطاقة الكهربائية:
مكونات نظام الطاقة الكهربائية التي يتم أخذها في الاعتبار في منهجية تقدير الخسارة هي المحطات الفرعية ودوائر التوزيع ومحطات التوليد.
أولا- المحطات الفرعية:
المحطة الكهربائية الفرعية هي منشأة تعمل كمصدر لإمداد الطاقة لمنطقة التوزيع المحلية التي تقع فيها، ولها وظائف رئيسية هي تغيير أو تبديل الجهد من مستوى إلى آخر، وتوفير نقاط حيث يمكن تركيب أجهزة السلامة مثل مفاتيح الفصل وقواطع الدائرة وغيرها من المعدات، وتنظيم الجهد للتعويض عن التغيرات في جهد النظام، والحماية من الصواعق والتحويلات المفاجئة من النظام، وتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ومن تيار مستمر إلى تيار متردد حسب الحاجة، وتغيير التردد حسب الحاجة، يمكن أن تكون المحطات الفرعية محاطة بالكامل بالمباني حيث يتم تجميع جميع المعدات في وحدة واحدة مكسوة بالمعدن، وتحتوي المحطات الفرعية على محولات ومفاتيح الجهد العالي وقواطع الزيت ومانعات الصواعق الموجودة خارج مبنى المحطة الفرعية، سيتم تصنيف المحطات كمحطات الجهد العالي (350 كيلو فولت وما فوق)، والجهد المتوسط (150 كيلو فولت إلى 350 كيلو فولت)، والجهد المنخفض (34.5 كيلو فولت إلى 150 كيلو فولت)، وسيشار إليها بالمحطات الفرعية الكبيرة (500 كيلو فولت)، والمتوسطة (230 كيلو فولت) والصغيرة (115 كيلو فولت)، يعتمد التصنيف أيضا على ما إذا كانت المكونات الفرعية مثبتة أو غير مثبتة.
ثانيا- دوائر التوزيع:
ينقسم نظام التوزيع إلى عدد من الدوائر، تشتمل دائرة التوزيع على الأعمدة والأسلاك والمعدات الموجودة في الخط والمعدات المملوكة للمرافق في مواقع العملاء، دائرة التوزيع أيضا تشمل الموصلات فوق الأرض وتحت الأرض، وتتكون دوائر التوزيع إما من مكونات مثبتة أو غير مثبتة.
ثالثا- محطات التوليد:
تنتج هذه المحطات تيارا مترددا (AC) وقد تكون أيا من الأنواع التالية:
– الطاقة الكهرومائية
– التوربينات البخارية (التي تعمل بالوقود الأحفوري أو النووي)
– توربينات الاحتراق (التي تعمل بالوقود الأحفوري)
– الطاقة الحرارية الأرضية
– الطاقة الشمسية
– الرياح
والوقود الأحفوري هو إما الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي.
تشمل المكونات الفرعية لمحطة التوليد مولدات الديزل، والتوربينات، والرفوف والألواح، والغلايات وأوعية الضغط، والمبنى الذي توجد فيه.
يتم تحديد حجم محطة التوليد من عدد الميجاوات (MW) من الطاقة الكهربائية التي يمكن للمحطة إنتاجها في ظل العمليات العادية. محطات التوليد الصغيرة لديها قدرة توليد أقل من 100 ميجاوات. وتتراوح قدرة محطات التوليد المتوسطة بين 200 و500 ميجاوات، بينما تبلغ قدرة المحطات الكبيرة أكثر من 500 ميجاوات، يتم عرض منحنيات الهشاشة لمحطات التوليد ذات المكونات الفرعية المثبتة وغير المثبتة.
تعريفات حالات الضرر:
أنظمة الطاقة الكهربائية عرضة للأضرار الناجمة عن الزلازل، وتكون المرافق مثل المحطات الفرعية ومحطات التوليد ودوائر التوزيع معرضة في الغالب لـ PGA وأحيانا PGD إذا كانت موجودة في منطقة قابلة للتميع أو مناطق الانزلاقات الأرضية، ولذلك يتم تحديد حالات الضرر لهذه المكونات من حيث PGA وPGD.
تم تحديد إجمالي خمس حالات ضرر لمكونات نظام الطاقة الكهربائية وهي لا شيء، أو طفيفة، أو متوسطة، أو واسعة النطاق، أو كاملة.
لاحظ أنه بالنسبة لأنظمة الطاقة وخاصة المحطات الفرعية ودوائر التوزيع يتم تحديد حالات الضرر هذه فيما يتعلق بنسبة المكونات الفرعية المتضررة، أي أنه بالنسبة لمحطة فرعية تحتوي على محولات n1، ومفاتيح فصل n2، وقواطع دوائر n3، ومحولات تيار n4، يقال إن المحطة الفرعية في حالة ضرر طفيف في حالة تلف 5% من n2 أو 5% من n3، وكذلك في حالة الضرر واسع النطاق إذا تعرض 70% من n1 أو 70% من n2 أو 70% من n3 للتلف أو إذا كان المبنى في حالة الضرر واسع النطاق.
أولا- أضرار طفيفة:
– بالنسبة للمحطات الفرعية يتم تعريف الضرر الطفيف على أنه فشل 5% من مفاتيح الفصل أو فشل 5% من قواطع الدائرة، أو تعرض المبنى لحالة ضرر طفيف.
– بالنسبة لدوائر التوزيع يتم تعريف الضرر الطفيف بفشل 4% من جميع الدوائر.
– بالنسبة لمحطات التوليد يتم تعريف الضرر الطفيف من خلال تعطل التوربينات، أو الضرر الخفيف الذي يلحق بمولد الديزل، أو من خلال كون المبنى في حالة ضرر طفيف.
ثانيا- الضرر المتوسط:
– بالنسبة للمحطات الفرعية يتم تعريف الضرر المتوسط على أنه فشل 40% من مفاتيح الفصل، أو40% من قواطع الدائرة، أو 40% من محولات التيار، أو كون المبنى في حالة ضرر متوسط.
– بالنسبة لدوائر التوزيع، يتم تعريف الضرر المتوسط بفشل 12% من الدوائر.
– بالنسبة لمحطات التوليد يتم تعريف الضرر المتوسط من خلال اصطدام لوحات الأجهزة والرفوف، والأضرار الجسيمة التي لحقت بالغلايات وأوعية الضغط، أو من خلال كون المبنى في حالة الضرر المتوسط.
ثالثا- الأضرار واسعة النطاق:
– بالنسبة للمحطات الفرعية يتم تعريف الضرر الجسيم على أنه فشل 70% من مفاتيح الفصل، أو 70% من قواطع الدائرة، أو 70% من محولات التيار أو تعرض المبنى لحالة أضرار جسيمة.
– بالنسبة لدوائر التوزيع يتم تعريف الضرر الواسع النطاق بفشل 50% من جميع الدوائر.
– بالنسبة لمحطات التوليد يتم تعريف الضرر الجسيم بالضرر الكبير الذي يلحق بالمضخات التي تعمل بمحرك، أو الضرر الكبير الذي يلحق بالمضخات المثبتة الكبيرة، أو بكون المبنى في حالة الضرر الجسيم.
رابعا- الضرر الكامل:
– بالنسبة للمحطات الفرعية يتم تعريف الضرر الكامل على أنه فشل جميع مفاتيح الفصل، أو جميع قواطع الدائرة، أو جميع المحولات، أو بسبب كون المبنى في حالة الضرر الكامل.
– بالنسبة لدوائر التوزيع يتم تعريف الضرر الكامل بفشل 80% من جميع الدوائر.
– بالنسبة لمحطات التوليد يتم تعريف الضرر الكامل على أنه ضرر واسع النطاق للأوعية الأفقية الكبيرة التي لا يمكن إصلاحها، أو ضرر واسع النطاق للصمامات الكبيرة التي تعمل بمحرك، أو أن يكون المبنى في حالة الضرر الكامل.
منحنيات استعادة المكونات:
يتم عرض معاملات الاستعادة في الجدول الشكل(1) والجدول الشكل(2)، كما تظهر في الأشكال(3) و(4) و(5).
الشكل(1)
الشكل(2)
الشكل(3)
الشكل(4)
الشكل(5)
تطوير منحنيات الهشاشة:
يتم تحديد منحنيات الهشاشة لمكونات نظام الطاقة الكهربائية فيما يتعلق بالتصنيف ومعايير المخاطر.
تعتمد هذه المنحنيات على المجموعة الاحتمالية لمعاملات الضرر للمكونات الفرعية باستخدام التعبيرات المنطقية لوصف العلاقة بين هذه المكونات.
يتضمن النهج البولياني تقييم احتمالية وصول كل مكون إلى حالات الضرر المختلفة أو تجاوزها، كما هو محدد بواسطة مستوى الضرر لمكوناته الفرعية.
تجدر الإشارة إلى أن المنطق البولياني معروض ضمنيا ضمن تعريف حالة ضرر معينة.
على سبيل المثال يتم تعريف حالة الضرر المتوسط للمحطات الفرعية على أنها فشل 40% من مفاتيح الفصل، أو فشل 40% من قواطع الدائرة، أو فشل 40% من المحولات، أو أن يكون المبنى في حالة ضرر متوسط.
لذلك فإن شجرة الأخطاء للأضرار المتوسطة للمحطات الفرعية لها أربعة فروع أساسية “OR” (مفاتيح الفصل، وقواطع الدائرة، والمحولات، والبناء.
ضمن الفروع الثلاثة الأولى “OR” (أي مفاتيح الفصل، وقواطع الدائرة، والمحولات) يتم أخذ التركيبات المتعددة المحتملة في الاعتبار.
تنتج هذه التقييمات احتمالات المكونات على مستويات مختلفة من الحركة الأرضية.
بشكل عام لا تنتج المجموعات المنطقية توزيعا لوغاريتميا طبيعيا لذلك يتم تحديد المنحني اللوغاريتمي الطبيعي الذي يناسب هذا التوزيع الاحتمالي بشكل أفضل رقميا.
ويفترض أن تكون وظائف الأضرار الناجمة عن فشل الأرض (PGD) للمحطات الفرعية ومحطات التوليد مماثلة لتلك الموصوفة لمرافق نظام مياه الشرب
منحنيات الهشاشة لمحطات الطاقة الكهربائية الفرعية:
تم تطوير منحنيات الهشاشة ذات الصلة بـ PGA لمحطات الطاقة الكهربائية الفرعية فيما يتعلق بتصنيفها. يتم عرض متوسطات وتشتتات معاملات الهشاشة هذه في الجدول الشكل(6) ويتم عرضها بيانيا في الأشكال(7) و(8) و(9) و(10) و(11) و(12).
منحنيات الهشاشة لدوائر التوزيع:
تم تطوير منحنيات الهشاشة ذات الصلة بـ PGA لدوائر التوزيع فيما يتعلق بتصنيفها. يتم عرض متوسطات وتشتتات معاملات الهشاشة هذه في الجدول الشكل(13) ويتم رسمها في الشكل(14) والشكل(15).
منحنيات الهشاشة لمحطات توليد الطاقة:
تم تطوير منحنيات الهشاشة المرتبطة بـ PGA لمحطات توليد الطاقة فيما يتعلق بتصنيفها. يتم توفير معاملات منحنيات الهشاشة لمحطات التوليد الصغيرة (أقل من 100 ميجاوات) والمحطات المتوسطة أوالكبيرة (أكثر من 100 ميجاوات). يتم إعطاء المتوسطات والتشتت في الجدول الشكل(16) والجدول الشكل(17) وتظهر منحنيات الهشاشة هذه في الأشكال(18) و(19) و(20) و(21).
الشكل(6)
الشكل(7)
الشكل(8)
الشكل(9)
الشكل(10)
الشكل(11)
الشكل(12)
الشكل(13)
الشكل(14)
الشكل(15)
الشكل(16)
الشكل(17)
الشكل(18)
الشكل(19)
الشكل(20)
الشكل(21)
أنظمة الاتصالات:
المكونات الرئيسية لنظام الاتصالات:
– المكاتب المركزية (المقاسم) ومحطات البث (وهذا يشمل جميع المكونات الفرعية، مثل معدات التبديل المركزية)
– خطوط النقل (تشمل جميع المكونات الفرعية، مثل المعدات المستخدمة لتوصيل المكتب المركزي بالمستخدمين النهائيين)
– الكابلات
المكاتب المركزية ومحطات البث هي المكونات الوحيدة لنظام الاتصالات التي تم تناولها في هذا الجزء، حيث عادة ما تحتوي المكونات الأخرى مثل الكابلات وخطوط النقل الأخرى على ارتخاء كاف لاستيعاب اهتزاز الأرض وحتى كميات معتدلة من تشوهات الأرض الدائمة.
يشمل نطاق هذا القسم تطوير طرق لتقدير الأضرار الناجمة عن الزلزال لمنشآت الاتصالات بالنظر إلى المعرفة بمكوناتها الفرعية (أي نوع المبنى، ومعدات التبديل، والطاقة الاحتياطية، والطاقة خارج الموقع)، والتصنيف (أي المعدات المثبتة أو غير المثبتة)، والمخاطر (أي التسارع الأرضي الأعظمي وتشوه الأرض الدائم).
يتم تحديد حالات الضرر التي تصف مستوى الضرر الذي لحق بمنشآت الاتصالات (على سبيل المثال، لا شيء، أو طفيف، أو متوسط، أو واسع النطاق، أو كامل).
تم تطوير منحنيات الهشاشة لكل تصنيف من مرافق الاتصالات، وتصف هذه المنحنيات احتمالية الوصول إلى كل حالة ضرر أو تجاوزها بالنظر إلى مستوى حركة الأرض أو فشل الأرض، واستنادا إلى منحنيات الهشاشة هذه يمكن تقييم الأداء الوظيفي لكل مرفق.
متطلبات الإدخال ومعلومات المخرجات:
تتضمن المدخلات المطلوبة لتقدير الأضرار التي لحقت بالمكاتب المركزية ومحطات البث في نظام الاتصالات العناصر التالية:
– التصنيف (أي مع المكونات المثبتة أو غير المثبتة)
– الموقع الجغرافي لمرفق الاتصالات (خطوط الطول والعرض)
– قيم PGA وPGD
يتضمن ناتج الضرر المباشر لنظام الاتصالات تقديرات احتمالية لوظيفة المنشأة (أي المكتب المركزي ومحطة البث) والضرر معبرا عنه من حيث نسبة الضرر للمكون.
منحنيات استعادة المكونات:
تظهر منحنيات الاستعادة في الشكل(22)، وترد معاملات منحنيات الاستعادة هذه في الجدول الشكل(23) والجدول الشكل(24).
يتم تصميم منحنيات الهشاشة لمرافق الاتصالات موزعة لوغاريتميا بشكل طبيعي والتي تعطي احتمالية الوصول إلى حالات الضرر المختلفة أو تجاوزها لمستوى معين من الحركة الأرضية (PGA) والفشل الأرضي (PGD).
يتميز كل من منحنيات الهشاشة هذه بقيمة متوسطة لحركة الأرض أو فشل الأرض وعامل التشتت المرتبط به (الانحراف المعياري اللوغاريتمي الطبيعي).
وصف مكونات نظام الاتصالات:
كما ذكرنا سابقا لا يؤخذ في الاعتبار سوى مرافق المكتب المركزي ومحطات البث.
تتكون منشأة الاتصالات من مبنى، ومعدات التبديل المركزية (أي المفاتيح الرقمية، المثبتة أو غير المثبتة)، وإمدادات الطاقة الاحتياطية (أي مولدات الديزل أو مولدات البطاريات، المثبتة أو غير المثبتة) التي قد تكون ضرورية لتزويد المنشأة بالطاقة المطلوبة في حالة انقطاع الطاقة خارج الموقع.
تعريفات حالات الضرر:
تكون مرافق الاتصالات عرضة للأضرار الناجمة عن الزلازل، تم تحديد إجمالي خمس حالات ضرر لهذه المكونات وهي لا شيء، أو طفيفة، أو متوسطة، أو واسعة النطاق، أو كاملة.
أولا- الضرر الطفيف:
يتم تعريف الضرر الطفيف بأنه الضرر الطفيف الذي يلحق بمبنى مرفق الاتصالات، أو عدم قدرة المركز على تقديم الخدمات خلال فترة قصيرة (بضعة أيام) بسبب انقطاع الطاقة الكهربائية والطاقة الاحتياطية في حال توفرها.
ثانيا- الضرر المتوسط:
يتم تعريف الضرر المتوسط من خلال الضرر المتوسط الذي يلحق بمبنى مرفق الاتصالات، أو خلع عدد قليل من لوحات التبديل الرقمية، أو خروج المكتب المركزي عن الخدمة لبضعة أيام بسبب انقطاع الطاقة الكهربائية (أي انقطاع التيار الكهربائي) والطاقة الاحتياطية إذا كانت متوفرة.
ثالثا- الأضرار واسعة النطاق:
يتم تعريف الضرر واسع النطاق على أنه ضرر جسيم يلحق بمبنى مرفق الاتصالات مما يؤدي إلى محدودية الوصول إلى المنشأة، أو عن طريق خلع العديد من لوحات التبديل الرقمية، مما يؤدي إلى حدوث خلل.
رابعا- الضرر الكامل:
يتم تعريف الضرر الكامل على أنه الضرر الكامل الذي يلحق بمبنى منشأة الاتصالات، أو الضرر الذي لا يمكن إصلاحه للوحات التبديل الرقمية.
تطوير منحنيات الهشاشة:
في هذا القسم الفرعي يتم عرض منحنيات الهشاشة لمرافق الاتصالات (المكاتب المركزية ومحطات البث).
يتم عرض معاملات منحنيات الهشاشة المرتبطة بـ PGA من حيث القيم المتوسطة والتشتت لكل حالة ضرر في الجدول الشكل(25) ويتم رسمها في الشكل(26) والشكل(27).
الشكل(22)
الشكل(23)
الشكل(24)
الشكل(25)
الشكل(26)
الشكل(27)
الأضرار الناتجة عن الحرائق بعد الزلازل:
الحرائق التي تعقب الزلازل يمكن أن تسبب خسائر فادحة، وقد تكون هذه الخسائر في بعض الأحيان أكبر من الأضرار المباشرة الناجمة عن الزلزال مثل انهيار المباني وتعطل أنظمة النقل والمرافق.
يمكن أن تتأثر شدة الحرائق التي تعقب الزلزال بمصادر الاشتعال وأنواع الوقود وكثافته والظروف الجوية ومدى تضرر أنظمة المياه وقدرة رجال الإطفاء على إخماد الحرائق.
تتطلب منهجية الحرائق الكاملة بعد الزلازل مدخلات مكثفة فيما يتعلق بمستوى استعداد أقسام الإطفاء المحلية وأنواع أنظمة المياه ومدى تضررها.
تم تبسيط منهجية دراسة الحريق بعد الزلازل لتقليل متطلبات المدخلات ولمراعاة التبسيط في وحدات أنظمة المرافق والنقل، بالإضافة إلى ذلك ينبغي اعتبار الوحدة التقنية لا تزال في مرحلة النضج لأنها تعتمد على الجهود السابقة، سيكون هناك بلا شك مجالا لتحسين قدرات التنبؤ من خلال فهم أفضل للحرائق التي ستندلع بعد الزلازل المستقبلية.
تشتمل وحدة الحريق الكامل بعد الزلزال (FFE) على المراحل الثلاث للحريق وهي الاشتعال والانتشار والمكافحة وتوفر هذه المنهجية للمستخدم تقدير عدد الحرائق وإجمالي المنطقة المحروقة والسكان المعرضين للحرائق وقيمة البناء التي يستهلكها الحريق، ويمكن تقدير الطلب على موارد مكافحة الحرائق المحلية.
نموذج تقديرات الأضرار:
توفر منهجية FFE تقدير عدد حالات اشتعال الحرائق الخطيرة التي ستتطلب استجابة إدارة الإطفاء بعد وقوع الزلزال وتقدير إجمالي المساحة المحروقة وتقدير تعرض السكان والمباني المتضررة من الحريق من خلال تطبيق منهجية FFE للعديد من سيناريوهات الزلازل التي تمثل زلازل محتملة مختلفة لمنطقة الدراسة مع فترات تكرار مختلفة، يمكن فحص فعالية بعض إجراءات ما قبل الزلزال المستخدمة للتخفيف من الخسائر المحتملة الناجمة عن الحرائق في الزلازل المستقبلية، على سبيل المثال يمكن للمستخدم دراسة تأثير بناء المزيد من محطات الإطفاء أو إضافة المزيد من أجهزة الإطفاء أو تحسين الاستجابة الفورية بعد الزلزال للكشف عن الحرائق وإخماد الحرائق قبل انتشارها أو تحديث نظام المياه زلزاليا.
متطلبات الإدخال:
إن مدخلات التحليل لمنهجية FFE هي المساحة بالقدم المربع للمساكن السكنية ذات الأسرة الواحدة (SFD) والمساحة بالقدم المربع من المساكن السكنية غير المخصصة للأسرة الواحدة والمساحة بالقدم المربع للمباني التجارية والمساحة بالقدم المربع للمباني الصناعية وعدد محطات الإطفاء والموقع الجغرافي لكل محطة وعدد المحركات في كل محطة إطفاء وسرعة الرياح واتجاه الرياح.
وصف المنهجية:
عند تقييم الخسائر المحتملة بسبب الحرائق التي تعقب الزلزال فإن الخطوة الأولى هي تقدير عدد الحرائق التي تحدث بالفعل بعد الزلزال، يعتمد النموذج على عدد حوادث FFE الخطيرة التي حدثت بعد الزلازل السابقة.
الحريق الداخل في المنهجية هو كل حريق فردي يبدأ بعد وقوع الزلزال ويتطلب استجابة إدارة الإطفاء لإخماده، وبالتالي فإن الحريق الذي يبدأ بعد وقوع الزلزال ويتم إخماده من قبل شاغلي المبنى دون استجابة من إدارة الإطفاء لا يعتبر ضمن المنهجية، عادة ما يتم اكتشاف الحرائق التي يتم إخمادها من قبل شاغلي المبنى في وقت مبكر جدا ويتم إخمادها قبل أن تتسبب في أضرار جسيمة وهذه الاشتعالات لا تؤدي إلى خسائر كبيرة.
يتم حساب “معدل الاحتراق” على أنه عدد مرات الاحتراق لكل مليون قدم مربع من إجمالي مساحة المبنى لكل منطقة يتم دراستها.
يتم رسم معادلة معدل الاحتراق مقابل PGA في الشكل(28).
تطوير معادلة الاحتراق:
استخدم النموذج معيارين هما الشدة والكثافة السكانية حيث فقط المساحات التي تشهد تسارع أرضي أعظمي يبلغ g0.13 (MMI VI) أو أكبر تم استخدامها في التحليل لتطوير معادلة الاحتراق، وقد أظهرت التحليلات السابقة أنه عند MMI VI أو أقل تكون معدلات الاحتراق ضئيلة. كما تم استخدام فقط المساحات التي تبلغ الكثافة السكانية فيها 3000 شخص لكل كيلومتر مربع أو أكثر.
تم التوصل لأفضل معادلة متعددة الحدود تتعلق بالاحتراق لكل مليون قدم مربع من إجمالي مساحة الأرضية مع PGA وهي: lgn/TFA=0.581895(PGA)^2-0.029444(PGA)
حيث lgn/TFA هو متوسط عدد مرات الإشعال لكل مليون قدم مربع من المساحة الأرضية الإجمالية للمباني في المنطقة المدروسة.
يتم رسم المعادلة وبيانات التحليل مقابل PGA في الشكل(28).
إن معادلة معدلات الاحتراق هي معادلة تجريبية وتتضمن الحرائق التي تبدأ مباشرة بعد وقوع الزلزال أو تبدأ بعد وقت ما من وقوع الزلزال.
يشير التحليل التجريبي إلى أن حوالي 20% من حالات الاشتعال ستحدث خلال الساعة الأولى وحوالي النصف ستحدث خلال 6 ساعات وكلها تقريبا ستحدث بحلول نهاية اليوم الأول.
الخطوة الثانية في إجراء تحليل FFE هي تقدير الانتشار الأولي للحريق ويمكن ذلك من خلال المعادلة: Ntv=(1.5*Б/a^2)*Ks*(Kd+Ku)
حيث: Ntv عدد المباني المحروقة.
و t الزمن بالدقائق بعد الاشتعال الأولي.
و v سرعة الرياح، بالمتر/الثانية.
و Б نسبة كثافة المباني وتعطى بالمعادلة: ai^2)/Tract Area∑(.
و a متوسط بعد المباني بالمتر.
و d متوسط المسافة بين المباني بالمتر.
و Ks نصف عرض النار من جانب إلى آخر، بالمتر وتعطى بالمعادلة: ((2/a)+d)+(((a+d)/Ts))(t-Ts); Ks>=0.
و Kd طول النار في اتجاه الريح من موقع الإشعال الأولي بالمتر وتعطى بالمعادلة: (a+d)*t/Td.
و Ku طول النار في اتجاه عكس الريح من موقع الإشعال الأولي بالمتر وتعطى بالمعادلة: ((2/a)+d)+(((a+d)/Tu))(t-Tu); Ku>=0.
و ai بعد المبنى رقم i.
و n عدد المباني.
و fb هو عدد المباني المقاومة للحريق مقسوما على عدد جميع المباني.
وتحسب Td=[1/(1.6(1+0.1v+0.007v^2))]*[(1-fb)(3+0.375a+8d(25+2.5v))+fb(5+0.5624a+16d/(25+2.5v))]
وتحسب Ts=[1/(1+0.005v^2)]*[(1-fb)(3+0.375a+8d(5+0.25v))+fb(5+0.625a+16d/(5+0.25v))]
وتحسب Tu=[1/(1+0.002v^2)]*[(1-fb)(3+0.375a+8d(5+0.2v))+fb(5+0.625a+16d/(5+0.2v))]
من المفترض أن يتم تمثيل المنطقة الحضرية بسلسلة من المباني المربعة المتساوية بطول ضلع a، مع مسافات متساوية بين المباني، ومن ثم فإن مساحة مخطط المبنى هي a^2.
من المفترض أن الفراغات بين المباني يمكن تمثيلها بمتوسط المسافة الفاصلة وتمثل هذه المسافة الساحات الجانبية والساحات الخلفية والساحات الأمامية ولكنها لا تشمل الشوارع والأرصفة.
يتم تحديد نسبة كثافة المباني حيث تمثل القيمة 0.35 منطقة مبنية بكثافة وتمثل القيمة 0.1 منطقة غير كثيفة البناء.
يوضح الشكل(29) انتشار الحريق من حيث الأشكال البيضاوية وهي الحالة المعتادة للحرائق التي تشتعل من خلال حمولة وقود موزعة بالتساوي، مع سرعة رياح ثابتة.
في الحرائق الحضرية الفعلية تظهر الحرائق هذا الاتجاه في البداية لكن الشكل النهائي لانتشار الحرائق يختلف من خلال تجربة أحمال الوقود المختلفة مع تغير الرياح ومع حدوث إجراءات مختلفة لإخماد الحرائق.
يتم تقريب منطقة حرق النار كناتج لانتشار الحريق في اتجاه الريح بالإضافة إلى انتشار الحريق عكس اتجاه الريح (Kd + Ku) مضروبا في عرض انتشار الحريق (2Ks).
يحسب نموذج انتشار الحريق سرعة تقدم الحريق مع الأخذ في الاعتبار بعض المتغيرات وهي اتجاه الانتشار وسرعة الريح ومقاومة الهياكل للحريق حيث تبلغ سرعة التقدم خلال الهياكل الخشبية حوالي ضعف سرعة التقدم خلال الهياكل المقاومة للحريق، وينتج عن ذلك معدلات مختلفة لانتشار الحرائق في اتجاه الريح والرياح الجانبية وعكس اتجاه الريح حتى في حالة سرعة الرياح صفر، ولتصحيح هذه المشكلة تم إدخال دالة الاستيفاء الخطي التي تجبر معدلات انتشار الحريق على أن تكون متساوية في جميع الاتجاهات مع اقتراب سرعة الرياح من الصفر.
بالنسبة لسرعات الرياح الأقل من 10 م/ث، فإن معدلات انتشار الحريق المعدلة (K’d، K’u، K’s):
هي K’d=(Kd*v/10)+√(((Kd+Ku)/2)*Ks*(1-v/10))
و K’u=(Ku*v/10)+√(((Kd+Ku)/2)*Ks*(1-v/10))
و K’s=(Ks*v/10)+√(((Kd+Ku)/2)*Ks*(1-v/10))
الإخماد:
يعرف مصطلح الإخماد بأنه كل أعمال إطفاء الحريق بدءا من اكتشافه، ويتم تعريف خطوات نشاط الإخماد على النحو التالي:
– زمن الاكتشاف: الوقت المنقضي من بداية الحريق حتى وقت الاكتشاف الأول والذي ينتج عنه مباشرة إجراء الإخماد اللاحق.
– وقت الإبلاغ: الوقت المنقضي منذ اكتشاف الحريق حتى يتم الإبلاغ عنه إلى وكالة الإطفاء التي ستستجيب بالأفراد والإمدادات والمعدات.
– وقت الوصول: الوقت المنقضي من وقت التقرير حتى بداية العمل الفعال على الحريق.
– زمن السيطرة: الوقت المنقضي من بداية العمل الفعال على الحريق حتى السيطرة عليه.
– وقت التطهير: الوقت المنقضي منذ الانتهاء من عملية التحكم حتى يتم إجراء التطهير الكافي لضمان عدم اندلاع الحريق مرة أخرى وأن المبنى آمن لإعادة إشغاله.
أولا- وقت الاكتشاف:
عادة ما يكون وقت اكتشاف الحريق في حدود بضع دقائق في حالة وجود شخص ما لمراقبة الحريق، في المناطق الحضرية الحديثة تحتوي العديد من المباني على أجهزة كشف الدخان والتي سوف تنبه شاغلي المبنى أو الأشخاص القريبين منه إلى اشتعال حريق.
يتم استخدام نموذج الاكتشاف التالي:
– يفترض أن 85% من المباني مشغولة وقت وقوع الزلزال، وفي هذه المباني يتم اكتشاف الحرائق بشكل عشوائي لمدة تتراوح بين 0 و5 دقائق.
– يفترض أن 15% من المباني لم تكن مشغولة وقت وقوع الزلزال، وفي هذه الهياكل يتم اكتشاف الحرائق بشكل عشوائي لمدة تتراوح بين 3 و10 دقائق.
ثانيا- وقت الإبلاغ:
عادة ما يكون وقت الإبلاغ عن الحريق أقل من دقيقة واحدة في ظل الظروف غير الزلزالية، يقوم معظم الأشخاص بالإبلاغ عن حريق مباشرة إلى قسم الإطفاء أو الاتصال بالرقم 911. يحدد المتصلون درجة حالة الطوارئ ويخبرون قسم الإطفاء.
بعد وقوع زلزال سيتم إعاقة عملية الإبلاغ عن الحرائق إما بسبب الحمل الزائد على نظام الهاتف أو الأضرار المادية التي لحقت بأجزاء مختلفة من نظام الهاتف.
من الناحية النظرية يمكن لوحدة مكافحة الحرائق أن تفسر المستويات المختلفة لتلف نظام الهاتف.
ومع ذلك للتبسيط يتم أخذ خمس طرق مختلفة في الاعتبار عند تحديد كيفية إبلاغ إدارة الإطفاء بالحريق بعد وقوع الزلزال.
– الهاتف الخلوي: يفترض نموذج وقت الإبلاغ أنه يمكن الإبلاغ عن 15% من جميع الحرائق عن طريق الهاتف الخلوي ويستغرق ذلك دقيقة واحدة.
– الهاتف العادي: يفترض النموذج أنه يمكن الإبلاغ عن 25% من جميع الحرائق عن طريق الهاتف العادي ويستغرق ذلك دقيقة واحدة ويمكن الإبلاغ عن 50% من جميع الحرائق عبر الهاتف العادي ويستغرق ذلك ما بين 1 إلى 5 دقائق و25% من جميع الحرائق لا يمكن الإبلاغ عنها عبر الهاتف العادي.
– تنبيه المواطنين: في جميع الحرائق، أحد الخيارات للإبلاغ عن الحرائق هو أن يقوم السكان بالمشي أو القيادة إلى أقرب محطة إطفاء والإبلاغ عن الحريق، طريقة الإبلاغ هذه متاحة لجميع حالات اشتعال الحرائق. يتراوح وقت الإبلاغ من 1 إلى 11 دقيقة.
– مركبة إطفاء متنقلة: أحد ممارسات إدارة الإطفاء للاستجابة للحرائق بعد الزلازل هو وضع أجهزة الإطفاء على الفور في الشوارع بحثا عن الحرائق، يفترض النموذج أن المركبة المتجولة يمكنها اكتشاف الحريق في مكان ما بين 3 إلى 14 دقيقة بعد وقوع الزلزال.
– الطائرات: في العديد من عمليات الاستجابة بعد الزلزال ستحلق المروحيات والطائرات الأخرى فوق المناطق المتضررة، في كثير من الأحيان بحلول الوقت الذي يتم فيه رصد حريق على ارتفاع يكون قد نما بالفعل إلى أبعاد كبيرة، يفترض النموذج أنه يمكن اكتشاف الحرائق بواسطة الطائرات في أي مكان من 6 دقائق إلى 20 دقيقة بعد وقوع الزلزال.
ثالثا- وقت الوصول:
وقت الوصول هو الوقت الذي يستغرقه أول أفراد وأجهزة إخماد الحريق بعد الإبلاغ عن الحريق للوصول إلى الحريق، في ظل الظروف غير الزلزالية تستجيب سيارات الإطفاء للحرائق من خلال القيادة بسرعة حوالي 30 ميلا في الساعة في المتوسط، بعد وقوع الزلزال من المتوقع أن تواجه سيارات الإطفاء وقتا أكثر صعوبة في الوصول إلى الحريق بسبب الأضرار التي لحقت بشبكة الطرق أو الحطام في الشوارع بسبب سقوط أعمدة الكهرباء أو المباني المتضررة أو الاختناقات المرورية الناجمة عن انقطاع الإشارة وما إلى ذلك، وتحسب الوحدة هذا التباطؤ في وقت الوصول كما يلي:
– إذا تم اكتشاف الحريق بواسطة سيارة إطفاء متجولة فإن وقت الوصول هو 0 دقيقة.
– إذا تم الإبلاغ عنه من قبل المواطنين فإن الوقت اللازم لوصول أول سيارة من إدارة الإطفاء المحلية إلى الحريق يتراوح بين 2 و12 دقيقة. (في ظل الظروف غير الزلزالية عادة ما يكون وقت الوصول حوالي 1 إلى 6 دقائق لذلك يفترض النموذج أن سيارات الإطفاء ستسير بسرعة 50٪ من السرعة العادية.
رابعا- وقت السيطرة:
سيعتمد الوقت والموارد اللازمة للسيطرة على الحريق على حالة الحريق عند وصول أول سيارة إطفاء، تحسب الوحدة أوقات تحكم مختلفة مع الأخذ في الاعتبار حالة الحريق، وبما أن حالة الحريق يمكن أن تختلف بمرور الوقت فإن الوحدة تستمر في التحقق من حالة الحريق كل دقيقة.
حرائق الغرفة والمحتويات: إذا كان الوقت الإجمالي من الاشتعال إلى الوصول قصيرا، فمن الممكن أن يظل الحريق عبارة عن حريق الغرفة والمحتويات، هذه الحرائق صغيرة وتحمل معظم سيارات الإطفاء كمية كافية من الماء في الشاحنة للسيطرة عليها. (المياه النموذجية المنقولة في شاحنة الضخ تتراوح من 500 إلى 1000 جالون). إذا كان هذا هو الحال يفترض النموذج أن أول سيارة إطفاء مستجيبة يمكنها السيطرة على الحريق، يتم تثبيت السيارة في مكان الحريق لمدة 10 دقائق وبعد ذلك يتم تحرير السيارة للاستجابة للحرائق الأخرى التي قد تكون مستمرة.
حرائق المباني – السيارات اللازمة:
إذا انتشر الحريق إلى ما هو أبعد من حريق الغرفة والمحتويات، فإن أنشطة المكافحة تتطلب موردين هما عدد مناسب من الأفراد وأجهزة الإطفاء (شاحنات المحركات، وشاحنات السلالم، وشاحنات الخراطيم، وما إلى ذلك)، و كمية كافية من الماء.
تحدد الوحدة عدد الشاحنات المطلوبة على النحو التالي:
– حرائق المنازل السكنية لعائلة واحدة: يوضح الشكل(30) عدد سيارات الإطفاء اللازمة لإخماد الحريق مقابل عدد المباني المحترقة بالفعل.
– حرائق أخرى: يوضح الشكل(31) عدد سيارات الإطفاء اللازمة لإخماد الحريق، مقابل عدد المباني المحترقة بالفعل في الحالة التي يحدث فيها الاشتعال الأصلي في مبنى آخر غير منزل العائلة الواحدة وتشمل حرائق المباني السكنية والتجارية والصناعية.
يفترض النموذج ما يلي:
– هناك حاجة إلى شاحنة واحدة إذا كان عدد المباني المحروقة أقل من 2.
– هناك حاجة إلى شاحنتين إذا كان عدد المباني المحروقة بين 2 و 4.
هذا الافتراض سوف يقلل من إجمالي المساحة المحروقة حيث أن جميع المباني المحروقة سيتم السيطرة على حرائقها القريبة من محطات الإطفاء وإخمادها بسيارة واحد فقط.
حرائق المباني – المياه اللازمة:
باستثناء حالة حرائق الغرفة والمحتوى فإن إخماد الحرائق في المناطق الحضرية عادة ما يتطلب كميات كبيرة من المياه من أجل السيطرة عليها. عادة ما يتم التعبير عن كمية المياه المطلوبة بمصطلحين:
– التدفق المطلوب: هي كمية المياه اللازمة لمكافحة الحريق من صنبور إطفاء واحد أو أكثر، وعادة ما يتم التعبير عنها بالجالون في الدقيقة.
– المدة المطلوبة: هي المدة الزمنية اللازمة لمكافحة النار بالساعات (أو الدقائق).
المصطلح المستخدم غالبا في وصف الاحتياجات المائية هو الضغط وفي مصطلحات مكافحة الحرائق النموذجية تكون التدفقات المطلوبة عند مخرج الصنبور بحد أدنى 20 رطل لكل إنش مربع.
تستخدم معظم المدن نظام توزيع المياه الذي يوفر المياه لاحتياجات العملاء (الشرب والصرف الصحي وغيرها من الاستخدامات) من خلال مجموعة واحدة من الأنابيب.
عادة ما يتم الحفاظ على ضغط المياه عند حوالي 40 رطل لكل إنش مربع أو 60 رطل لكل إنش مربع لتلبية احتياجات العملاء العادية.
إذا انخفض ضغط الماء إلى أقل من حوالي 20 رطل لكل أنش مربع فإن سيارات الإطفاء تواجه صعوبة في سحب المياه من الصنبور.
المياه اللازمة لمكافحة الحريق في أي وقت معين t (Wt بالجالون) يعتمد على مدى الحريق، ويتم استخدام المعادلات التالية لحساب كمية المياه اللازمة: Wt=1250(Ntv)^0.4; 0<Ntv<=3000
حيث Ntv هو عدد الهياكل المحترقة في الوقت t عند سرعة الرياح V.
بالنسبة لحرائق الهيكل الفردي (Ntv = 1).
بالنسبة لحرائق الشقق تكون كمية المياه اللازمة أعلى إلى حد ما من المياه اللازمة لسكن أسرة واحدة، ويتم التعبير عنها بالمعادلات: Wt=2500(Ntv)^0.5; 0<Ntv<=4
و Wt=3000+1250(Ntv-4)^0.4; 4<Ntv<=3000
بالنسبة لحرائق المباني التجارية والصناعية تكون كمية المياه اللازمة أعلى من المياه اللازمة لمبنى سكني صغير ويتم التعبير عنها في المعادلات: Wt=4000(Ntv)^0.5; 0<Ntv<=4
و Wt=8000+1250(Ntv-4)^0.4; 4<Ntv<=3000
بالنسبة لجميع أنواع الحرائق يتم تحديد مدة التدفق بواسطة المعادلة: D=0.5*(engines needed)^0.4
حيث: D هي مدة التدفق المطلوبة بالساعات
(engines needed) تؤخذ من الشكل(30) أو الشكل(31).
السيارات المتوفرة: يتم توفير عدد سيارات الإطفاء (المحركات والسلالم) المتوفرة في منطقة الدراسة كمدخل للوحدة. تقوم الوحدة بتتبع أمر الكشف عن الحرائق. ستخدم سيارات إطفاء الحرائق التي تم اكتشافها أولا والأقرب إلى مراكز الإطفاء. سيؤدي عدم وجود عدد كاف من سيارات الإطفاء إلى انتشار الحريق بشكل أسرع.
المياه المتوفرة:
تعتمد المياه المتوفرة لمكافحة الحرائق على قدرة نظام توزيع المياه مع الأخذ في الاعتبار مستوى الضرر الذي يلحق بالنظام. تشتمل كمية المياه المتوفرة لإخماد الحرائق على المعاملات التالية:
– تدفق المياه المتوفرة
– مدة تدفق المياه لنظام ضخ المياه
انتشار الحريق:
مع الإخماد الفعال جزئيا لكل حريق في كل خطوة زمنية ومن خلال التحليل تقوم الوحدة بفحص تدفق المياه المتاحة لأنشطة إخماد الحرائق وعدد سيارات الإطفاء في مكان الحريق. بناء على حجم الحريق في ذلك الوقت تقوم الوحدة بحساب عدد سيارات الإطفاء اللازمة وكمية المياه اللازمة عادة للسيطرة على الحريق. ومن هذه القيم يتم حساب نسبتين كما هو موضح في المعادلات: Rtrucks=trucks at fire/ trucks needed at fire; Rtrucks<=1
و Rwater=available flow at fire/ flow needed at fire; Rwater<=1
حيث available flow at fire يساوي (reduction factor)*(typical discharge from hydrant)*(number of hydrants to fight fire)
ويتم ضبط عامل التخفيض reduction factor على مؤشر صلاحية الخدمة الذي تم الحصول عليه من تقييم أداء نظام المياه. يبلغ التفريغ النموذجي من الصنبور حوالي 1750 جالونا في الدقيقة. ويتم تقدير عدد الصنابير المتوفرة في مكان الحريق كما هو موضح في المعادلة: (1.5*(Kd+Ku)*(2Ks))/(100*100)
لاحظ أن 100 هو متوسط التباعد بالأمتار بين صنابير إطفاء الحريق، يعكس المعامل 1.5 افتراض توفر 50% من صنابير إطفاء الحرائق الإضافية من الكتل المجاورة أو ما يعادلها لمكافحة الحريق.
استناداً إلى القيم المحسوبة لـ Rtruck وRwater يتم حساب فعالية إخماد الحرائق باستخدام المعادلة: Peffective=(Rtruck*Rwater)^0.7>=0.33Rtruck
تعكس هذه المعادلة المنطق التالي: إذا كانت الشاحنات المتوفرة والمياه أقل بكثير من المطلوب فهناك احتمال كبير لانتشار الحريق، وعلى العكس من ذلك إذا توفرت معظم الشاحنات والمياه اللازمة فإن فعالية إخماد الحرائق تتحسن.
بسبب إخماد الحرائق سيتم إبطاء معدل انتشار الحرائق ويتم تقدير تخفيض معدل الانتشار باستخدام المعادلة: Spread Rate=Spread(non-suppressed)*(1-Peffective^0.7)
معدل الانتشار هو المتغير الرئيسي المستخدم في تحديد مدى انتشار الحريق ,توفر المعادلتان السابقتان معا التنبؤ بفعالية الإخماد الجزئي للحرائق في وقف الحريق.
انتشار الحرائق في فواصل الحرائق الطبيعية:
فواصل الحرائق هي إحدى الآليات التي تمنع انتشار الحرائق، وتكثر فواصل الحرائق في المناطق الحضرية وتشمل الشوارع والطرق السريعة والحدائق والبحيرات، تحسب الوحدة فواصل الحريق على النحو التالي:
– يمكن أن تنتشر الحرائق داخل مجمع سكني في المدينة باتباع المعادلات السابقة وتقوم الوحدة بتتبع الانتشار.
– يفترض النموذج أن كل خمس فواصل حرائق تكون أكبر بثلاث مرات من متوسط فواصل حرائق الشوارع في المدينة، تتسبب فواصل الحرائق الواسعة هذه في وجود شوارع واسعة، وطرق سريعة بين الولايات ومتنزهات وبحيرات.
– إذا وصل انتشار الحريق إلى حاجز الحريق فمن المحتمل أن يسيطر حاجز الحريق على الحريق حتى مع عدم وجود إخماد نشط أو إخماد جزئي مستمر.
– يزداد احتمال قفز النار على فواصل الحريق مع سرعة الرياح، ويتناقص مع عرض فواصل الحريق ويتناقص إذا كان هناك إخماد نشط للنار كما هو موضح في الشكل(32).
الشكل(28)
الشكل(29)
الشكل(30)
الشكل(31)
الشكل(32)
الحطام (الأنقاض):
تم إجراء القليل جدا من الأبحاث في مجال تقدير كميات الحطام الناتج عن الزلازل، تضمنت بعض دراسات تقدير الخسارة نماذج مبسطة لتقدير كمية الحطام الناتج عن الأضرار الناتجة عن الاهتزاز لهياكل البناء.
تعتمد هذه المنهجية نهجا تجريبيا مماثلا لتقدير كميات نوعين مختلفين من الحطام، الأول هو الحطام الذي يتساقط بقطع كبيرة مثل الأعضاء الفولاذية أو العناصر الخرسانية المسلحة، وتتطلب هذه المعالجة معاملة خاصة لتقسيمها إلى قطع أصغر قبل أن يتم نقلها بعيدا، أما النوع الثاني من الحطام فهو أصغر حجما ويمكن نقله بسهولة بالجرافات والآلات والأدوات الأخرى، وهذا يشمل الطوب والخشب والزجاج وغيرها من المواد.
تقوم المنهجية بتقدير الحطام الناتج عن الأضرار التي لحقت بالمبنى أثناء الزلازل فقط، لم يتم إجراء تقديرات للحطام للجسور أو غيرها من مرافق أنظمة النقل أو المرافق.
تحدد المنهجية الكميات المتوقعة من الحطام المتولد في كل منطقة، والناتج هو وزن الحطام حسب نوع المادة بالأطنان، يتم تعريف أنواع الحطام على النحو التالي:
– الحطام الخفيف: الطوب والخشب والحطام الآخر.
– الحطام الثقيل: الخرسانة المسلحة والأعضاء الصلبة.
متطلبات الإدخال:
تتضمن مدخلات المنهجية العناصر التالية:
– احتمالات الأضرار الإنشائية وغير الإنشائية لأنواع مباني محددة لكل منطقة مقدمة من وحدة الأضرار المادية المباشرة.
– مربعات حسب فئة الإشغال لكل منطقة مقدمة من المخزون العام للمباني.
– علاقة الإشغال بنوع المبنى المحدد لكل منطقة.
وصف المنهجية:
تستند منهجية تقدير الحطام إلى نهج تجريبي، أي أنه نظرا لحالات الضرر للمكونات الإنشائية وغير الإنشائية، وتستند تقديرات الحطام إلى ملاحظات الأضرار التي حدثت في الزلازل السابقة وتقديرات أوزان العناصر الإنشائية وغير الإنشائية.
يتم إجراء التقديرات مع الأخذ في الاعتبار نوع المبنى المحدد، تم تجميع الجداول لتقدير كمية الحطام الناتج عن حالات الضرر الإنشائية وغير الإنشائية المختلفة لكل نوع محدد من المباني.
يعتمد الحطام الناتج عن المباني المتضررة (بالطن) على العوامل التالية:
– وزن العناصر الإنشائية وغير الإنشائية (طن لكل 1000 قدم مربع من المساحة الأرضية) لكل نوع من أنواع المباني المحددة.
– احتمالات حالة الضرر لكل من العناصر الإنشائية وغير الإنشائية.
– المخططات المربعة لكل نوع من أنواع المباني المحددة.
– الحطام الناتج عن حالات الضرر المختلفة للعناصر الإنشائية وغير الإنشائية (% من وزن وحدة العنصر) ترد القيم الافتراضية للأوزان للعناصر الإنشائية وغير الإنشائية في الجدول الشكل(33)، ويرد في الجدول الشكل(34) الحطام المتولد (% من الوزن) لكل نوع بناء محدد وحالة الضرر للحطام الخفيف وفي الجدول الشكل(35) للحطام الثقيل.
الشكل(33)
الشكل(34)
الشكل(35)
تطوير معادلة الحطام:
سنستخدم: i والذي هو متغير التكرار لأنواع الحطام والمساوي 1 إلى 2 حيث i = 1 للطوب والخشب وغيرها i = 2 للخرسانة المسلحة ومكونات الفولاذ.
و j هو متغير التكرار لحالات الضرر والمساوي 1 إلى 5 حيث: j = 1 لحالة الضرر لا شيء j = 2 لحالة الضرر الطفيف j = 3 لحالة الضرر المتوسط j = 4 لحالة الضرر واسع النطاق j = 5 لحالة الضرر الكامل.
و k هو متغير التكرار لأنواع المباني والمساوي 1 إلى 36.
المدخلات المقدمة من وحدة الأضرار المادية المباشرة هي احتمالات حالات الأضرار الإنشائية وغير الإنشائية المختلفة، وبالتالي فإن الخطوة الأولى في حساب الحطام هي دمج جزء الحطام الناتج عن حالات الضرر المختلفة في جزء الحطام المتوقع لكل نوع محدد من المباني.
يتم تحديد جزء الحطام المتوقع لنوع المبنى المحدد k ونوع الحطام i بسبب الأضرار الإنشائية من خلال: EDFs(i,k)=∑Ps(j,k)*DFs(i,j,k)
حيث: EDFs(i,k) هي جزء الحطام المتوقع من نوع الحطام i بسبب الأضرار الإنشائية لنوع المبنى المحدد k.
و Ps(j,k) هي احتمال حالة الضرر الإنشائي j، لنوع المبنى المحدد k في الموقع الذي يتم اعتباره.
و DFs(i,j,k) هو جزء الحطام من نوع الحطام i لنوع المبنى المحدد k في حالة الضرر الهيكلي j من الجدول الشكل(1) والجدول الشكل(2).
جزء الحطام المتوقع لنوع المبنى المحدد k ونوع الحطام i الناتج عن الأضرار غير الإنشائية يعطى بواسطة المعادلة: EDFns(i,k)=∑Pns(j,k)*DFns(i,j,k)
حيث: EDFns(i,k) هو جزء الحطام المتوقع من نوع الحطام i بسبب الأضرار غير الإنشائية لنوع المبنى المحدد k.
و Pns(j,k)هو احتمال حدوث ضرر غير إنشائي j لنوع المبنى المحدد k عند الموقع الذي يتم اعتباره.
و DFns(i,j,k) هو جزء الحطام من نوع الحطام i لنوع المبنى المحدد k في حالة الضرر غير الإنشائي j من الجدول الشكل(36) والجدول الشكل(37)
تشير هذه القيم إلى النسبة المئوية المتوقعة الحطام من النوع i، الناتج عن الأضرار الإنشائية أو غير الإنشائية التي لحقت بمبنى محدد من النوع k.
إذا كانت المساحة المربعة لكل نوع مبنى محدد معروفة SQ(k)، وكذلك أوزان نوع الحطام i لكل 1000 قدم مربع من المبنى Ws(i,k) وWns(i,k)، يمكن الحصول على كمية الحطام لهذا الموقع بالتحديد على النحو التالي: DP(i)=∑[EDFs(i,k)*Ws(i,k)+ EDFns(i,k)*Wns(i,k)]*SQ(k)
حيث: Ws(i,k) هو وزن الحطام من النوع i بالأطنان لكل 1000 قدم مربع من مساحة الأرضية للعناصر الإنشائية لنوع المبنى المحدد k من الجدول الشكل(38).
و Wns(i,k) هو وزن الحطام من النوع i بالأطنان لكل 1000 قدم مربع من مساحة الأرضية للعناصر غير الإنشائية من النوع المحدد للمبنى k من الجدول الشكل(38).
و SQ(k) هي المساحة المربعة لمسار التعداد لنوع المبنى المحدد k بآلاف الأقدام المربعة.
و DB(i) هي كمية الحطام من النوع i بالطن.
الشكل(36)
الشكل(37)
الشكل(38)