نوافذ مقاومة للأعاصير: تصميم أحمال الرياح على سواحل عُمان

لماذا يهمّ التصميم لمقاومة العواصف في عُمان والإمارات؟

الأعاصير المدارية القادمة من بحر العرب غير متكررة، لكنها حين تصل إلى الساحل يكون أثرها شديدًا. فقد جلب إعصار جونو في يونيو ⁦2007⁩ رياحًا مدمّرة وأمطارًا وفيضانات إلى مسقط والساحل الشرقي لعُمان. وضرب إعصار مكونو عام ⁦2018⁩ محافظة ظفار وصلالة. أما إعصار شاهين في أكتوبر ⁦2021⁩ فقد وصل إلى اليابسة على ساحل الباطنة مصحوبًا برياح قوية وفيضانات غزيرة، وامتدت آثاره إلى أجزاء من الإمارات.

وبالنسبة إلى الزجاج، تجمع هذه الأحداث ثلاثة أحمال في وقت واحد: ضغط رياح مرتفع، وأمطار تدفعها الرياح، وحطامًا متطايرًا. كما أن الظروف اليومية مهمة أيضًا؛ فالأبراج الساحلية في دبي وأبوظبي تواجه رياحًا قوية على الارتفاعات كل عام، وتولّد موجات رياح الشمال هبّات مستمرة في المواقع المفتوحة. والنافذة التي تُختار لمظهرها وأدائها الحراري فقط قد لا تكون كافية على واجهة مكشوفة.

كيف تُحسب أحمال الرياح؟

يتبع تصميم أحمال الرياح كود البناء المعتمد للمشروع، ويتولاه في المباني الأكبر المهندس الإنشائي للمشروع. والطريقة العامة واحدة في معظم الأكواد:

1. تُؤخذ سرعة الرياح الأساسية للموقع من الكود المطبّق أو من دراسة خاصة بالموقع
2. تُحوَّل السرعة إلى ضغط السرعة، الذي يزداد بمربع سرعة الرياح
3. تُطبَّق تعديلات للارتفاع والتضاريس ودرجة التعرّض، لأن سرعة الرياح تزداد مع الارتفاع وفوق البحر المفتوح أو الأرض المنبسطة
4. تُطبَّق معاملات الضغط بحسب شكل المبنى؛ إذ تتعرّض زوايا الواجهة وحوافها عادةً لشفط أعلى من منتصفها
5. يُؤخذ الضغط الداخلي في الاعتبار، لأن نافذة مكسورة أو بابًا مفتوحًا قد يرفع ضغط الهواء داخل المبنى ويزيد الحمل الصافي على النوافذ الأخرى

والعلاقة الأساسية هي: ضغط السرعة = ⁦0.5⁩ × كثافة الهواء × مربع سرعة الرياح. وعلى سبيل التوضيح فقط، تعطي سرعة رياح قدرها ⁦40 m/s⁩ ضغطًا يقارب ⁦1.0 kPa⁩، بينما تعطي سرعة ⁦50 m/s⁩ نحو ⁦1.56 kPa⁩. أي أن زيادة سرعة الرياح بنسبة ⁦25%⁩ ترفع الضغط بأكثر من ⁦50%⁩. ويجب دائمًا أن تأتي قيم التصميم من مهندس المشروع، لا من قاعدة تقريبية.

متانة الإطار والانحراف

بعد تحديد ضغط التصميم، تُفحص كل نافذة وباب من حيث:

• متانة القطاع وصلابته: سماكة الجدار وعمق القطاع وأي تقوية فولاذية أو ألمنيوم في القوائم الوسطية
• الانحراف: يجب ألا ينثني الإطار إلى حد يُجهد الزجاج أو يفتح موانع التسرّب. وتُحدَّد الحدود عادةً كنسبة من البحر في مواصفات المشروع (والنسبة ⁦L/175⁩ قيمة شائعة الاستخدام في الممارسة الدولية)، ويجب تأكيدها لكل مشروع
• قدرة الإكسسوارات: يجب أن تثبّت المفصّلات والأقفال وألسنتها الضلفة تحت الشفط، لا تحت الضغط فقط

وتساعد القطاعات الأثقل على الواجهات المكشوفة. ففي مجموعة المنيار، تستخدم النوافذ المفصلية ⁦F16⁩ و⁦Q35⁩ سماكة جدار ⁦3.0 mm⁩، ويستخدم باب السحّاب ⁦T130-100⁩ جدارًا بسماكة ⁦3.0 mm⁩ مع نظام عجلات للأحمال الثقيلة. كما أن نوافذ مثل ⁦S11⁩ و⁦X11⁩ و⁦K90⁩ مصنّفة في الكتالوج عند المستوى 9 لمقاومة ضغط الرياح. وتؤكد تصنيفات الكتالوج فئة مختبرة، لكنها لا تُغني عن فحص المقاسات والضغوط الخاصة بكل مشروع.

سماكة الزجاج ونوعه

تُختار سماكة الزجاج بناءً على ضغط التصميم ومقاس اللوح وظروف تثبيته. فالألواح الأكبر والضغوط الأعلى تتطلب زجاجًا أسمك أو تركيبة مختلفة.

الزجاج المصفّح هو الخيار المحوري عند التعرّض للأعاصير. فإذا كسر الحطام اللوح، تُبقي الطبقة الوسيطة الزجاج داخل الإطار، فتمنع دخول الرياح والمطر وتحدّ من ارتفاع الضغط الداخلي المذكور أعلاه. فعلى سبيل المثال، تستخدم نافذة الرفع الكهربائي ⁦T5⁩ من المنيار زجاج أمان مصفّحًا ⁦8+1.9PVB+8⁩. وفي وحدة الزجاج المزدوج، يمكن الجمع بين لوح داخلي أو خارجي مصفّح وزجاج منخفض الانبعاثية (⁦Low-E⁩) للتحكم في الحرارة.

تثبيت الإطار في الهيكل الإنشائي

حتى أقوى نافذة تفشل إذا انخلعت مثبّتاتها. لذا ينبغي أن يغطي تصميم التثبيت:

• نوع المثبّتات والمسافات بينها بما يناسب المادة الأساسية (خرسانة مسلحة أو طوب أو فولاذ)
• المسافات من الحواف كي لا تتسبب المثبّتات في تشقق الطوب أو الخرسانة
• الكتائف والحشوات التي تنقل الحمل دون أن تنسحق أو تسمح بالحركة
• الحماية من التآكل لجميع المثبّتات، باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ أو المثبّتات المطلية في المواقع الساحلية، وعزل المعادن المختلفة عن الألمنيوم

ويجب أن تظهر مخططات التثبيت في الرسومات التنفيذية، وأن تُفحص في الموقع قبل إحكام المحيط.

الإحكام ضد الماء تحت الأمطار المندفعة

تدفع العواصف المطر أفقيًا وإلى الأعلى نحو الواجهة. ويعتمد الإحكام الجيد ضد الماء على:

• عدة خطوط إحكام تضم حاجزًا خارجيًا للمطر وإحكامًا داخليًا ضد الهواء
• تصريف متعادل الضغط كي لا يندفع الماء الموجود في الحجرة الخارجية إلى الداخل
• تصميم العتبة بحواف مرتفعة وعتبات سفلية توجّه الماء إلى الخارج
• إحكام محيطي متصل بين الإطار والفتحة

وتشير تصنيفات الإحكام ضد الماء في الكتالوج (المستوى 6 في كثير من الأنظمة المفصلية لدى المنيار) إلى الأداء في الاختبار المخبري؛ أما جودة التركيب في الموقع فهي التي تحدد ما إذا كان هذا الأداء سيتحقق فعلًا.

إجراءات عملية لموسم العواصف

• أغلق جميع الضلفات واقفلها قبل أي تحذير من عاصفة، حتى تعمل الأقفال متعددة النقاط بالكامل
• حافظ على فتحات التصريف خالية من الرمال قبل موسم الأمطار
• افحص مانع التسرّب المحيطي بعد كل حدث جوي كبير
• خزّن الأغراض غير المثبّتة على التراسات أو ثبّتها، لأنها قد تتحول إلى حطام متطاير

توصية المنيار

للفلل والمباني الساحلية في مسقط وصور وصلالة وعلى ساحل الإمارات، نوصي بتحديد ضغوط الرياح التصميمية مع المهندس الإنشائي في وقت مبكر، ثم اختيار سلسلة القطاعات وتركيبة الزجاج وطريقة التثبيت بما يتوافق معها. وعلى الواجهات المكشوفة، اعتمد الزجاج المصفّح والقطاعات المفصلية الأثقل والأقفال متعددة النقاط. ويمكن للمنيار إعداد حسابات أحمال الرياح والرسومات التنفيذية لمراجعتها من قِبل الاستشاري.