آتش‌سوزی همه ساله جان عده کثیری از شهروندان را گرفته و یا جراحات شدیدی به آن‌ها وارد می‌سازد. وجود این پدیده که در ساختمان ها امری اجتناب ناپذیر است؛ علاوه بر خسارات جانی، خسارات مالی فراوانی به سرمایه افراد، جامعه و کشور وارد می‌آورد.
از این رو رعایت اصول حفاظت اجزای سازه ای ساختمان در برابر حریق یکی از مهم ترین مسائل در ساختمان ها می باشد.
رشد روز افزون شهرنشینی و تمرکز گرایی و احداث ساختمان های مرتفع، یا با مساحت های بالا، یا با دسترسی نا مناسب جهت نیروهای امدادی وآتش نشانی، سبب می‌شود گسترش حریق و افزایش شدید دما در زمان‌های ابتدایی وقوع حریق به سرعت انجام شود.
افزایش ناگهانی دمای حاصل از حریق سبب می‌شود، اجزای سازه‌ای ساختمان دچار تنش حرارتی شده و درصورت رعایت نکردن تدابیر ایمنی، به منظور جلوگیری از تنش وارد شده، سازه مقاومت خود راز دست دهد نمی‌تواند نیروهای وارده بر خود را تحمل نماید.
لذا سبب دفرمه شدن و نهایتاً آوار ساختمان می‌شود.
حفاظت ساختمان در برابر حریق
اقدام مطلوب هنگام آتش‌سوزی این است که افراد داخل ساختمان، به سرعت و به طور ایمن تخلیه شوند.
لذا بایستی ساختمان طوری ساخته شود که درصورت وقوع حریق، با توجه به کاربری و ابعادش، پایداری و مقاومت خود را تا مدت زمان مناسبی مدتی که طبق استانداردهای معتبر افراد بتوانند از ساختمان موردنظر به موقع و ایمن خارج شوند، حفظ نماید و حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق نیز عملگرا باشد.
از طرفی پایداری ساختمان رابطه مستقیمی با پایداری سازه ساختمان دارد که در اثر فروپاشی اجزای سازه ای، آوار شدن ساختمان سرانجام آن بوده و درصورت عدم رعایت الزامات و دستورات ایمنی لازم در برابر آتش‌سوزی، جان و مال انسان‌ها حفظ نخواهد شد.
لذا رعایت اصول علمی و فنی در رابطه با ایمنی حریق در طراحی و اجرای ساختمان ها، حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق ضروری است.
نکات حفاظت ساختمان در برابر حریق
حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق با درک و شناخت استانداردها، مقررات و تحقیقات
با عنایت به اینکه حجم قابل توجهی از مطالب آئین نامه‌های ساختمانی به ایمنی حریق اختصاص یافته است.
آئین نامه‌های ساختمانی زیادی نیز در سطح ملی و بین المللی به اهمیت این موضوع پرداخته اند.
لذا با توجه به اطلاعات مندرج در این مقاله مستندات و استانداردهای معتبر ملی و بین المللی مربوطه و موجود، درک و برداشت‌های شخصی متفاوت و متناقضی از بحث حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق صورت می‌گیرد که این بعنوان یک معضل اساسی در این مقوله مطرح می‌شود.
استاندارد حفاظت ساختمان در برابر حریق
از جمله استانداردها و آئین نامه‌های معتبر و معروف بین المللی در این زمینه که به بررسی و اهمیت حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق، می پردازد که NFPA1 , IBC2 , BS3 است.
در این مقاله علاوه بر استانداردهای معرفی شده از دستورالعمل‌ها، مباحث و آیین نامه‌های فنی ملی شامل مبحث سوم و نهم مقررات ملی ساختمان، نشریه ۴۴۴ و ۴۴۵ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، نشریات و مکتوبات و مقالات معتبر استفاده شده است.
در این مقاله ساده‌ترین و کاربردترین اصول و مبانی مربوط به حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق، به منظور درک صحیح و اهمیت و جایگاه حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق ارائه شده است.
ان شاءا… بتواند در تدابیر مهندسی ایمنی حریق ساختمان های کشورمان برای حفظ جان و مال افراد مثمر ثمر باشد
در مبحث سوم مقررات ملی ساختمان، تحت عنوان حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق مقرر شده که:
– طراحی و ساخت ساختمانها طوری باشد که با توجه به کاربری، ابعاد به مدت مناسب در برابر حریق مقاوم باشد.
– از گسترش حریق به فضاها یا ساختمان های مجاور جلوگیری شود.
همچنین عنوان شده، در صورت وقوع حریق، ساختمان با توجه به کاربری و ابعاد خود، تا مدت مناسبی مقاومت و پایداری خود را حفظ نماید.
فصل ۳-۲ مبحث سوم مقررات ملی ساختمان، ویرایش ۱۳۹۲ تحت عنوان ساختارها، ارتفاعات و مساحت ها، صراحتا به این موضوع اشاره می کند.
در نشریه ۴۴۴ آمده است: سازه ساختمان باید طوری طراحی شود که در حریق پایداری آن حفظ شود.
یعنی اجزای باربر ساختمان باید بدون از دست دادن پایداری در برابر اثرات حریق برای مدت مناسبی مقاومت نمایند.
طراحی ایمنی در برابر آتش سوزی
یکی از روش‌های طراحی ایمنی در برابر آتش‌سوزی، محدود کردن و مهار حریق به وسیله فضابندی مقاومت کافی برای اجزای ساختمانی در برابر آتش و تقسیم منطقی فضاها به قسمت‌های کوچکتر است.
خسارات جانی و مالی ناشی از حریق حتی الامکان به مساحت کوچکی محدود شود.
در فصل ۷ استاندارد NFPA5000 بیان شده است: کل ساختمان یا قسمتی از آن با کاربری و تصرف خاص، بایستی در ۵ ساختار ساختمانی تعریف شده با میزان مقاومت حریق معینی طبقه‌بندی گردند.
زیرا این ساختارها بایستی نسبت به کاربری، ابعاد، مساحت و ارتفاع در برابر خطرات حریق محدود گردند.
همچنین طبق جدول ۱ تحت عنوان میزان مقاومت حریق ساختارهای گروه ۱ الی ۵، مقاومت و حفاظت اجزای سازه ای ساختمان در برابر حریق به طور کامل بیان گردیده است.
در فصل ۸ این استاندارد نیز بیان شده که مصالح و مواد مصرفی در ساختار ساختمان ها، باید متناسب با نوع ساختارهای پنج گانه بوده و طبق ضوابط مربوطه، مقاومت مناسبی در برابر حریق داشته باشند.
در فصل ۶ استاندارد IBC، ساختار ساختمان ها به منظور مقاومت در برابر حریق به ۵ گروه تقسیم بندی شده که در آن آمده است:
عناصر و اجزای سازه ای نباید از مقادیر مشخص شده در گروه‌های مشخص شده کمتر باشد.
همچنین ابعاد، مساحت و ارتفاع ساختمان ها نیز بایستی مطابق گروه‌های ساختاری رعایت گردد.
همچنین در فصل۷ همین استاندارد، بخش ۷۰۳ نیز در رابطه با انواع آزمایش حریق استاندارد و میزان مقاومت در برابر آتش جهت مواد و مصالح مصرفی در ساختار ساختمانی، ضوابطی ارائه شده که در آن، رعایت میزان مقاومت در برابر آتش اجزای سازه ای، جزء لاینفک الزامات ساختارهای پنجگانه بیان شده است.
در Document B استاندارد ساختمانی انگلستان BS بیان شده:
به منظور جلوگیری از وجود شکست Failure در ایستایی اجزای سازه‌ای در ساختمان ها، بایستی حداقل‌های حفاظت ساختمان در برابر حریق رعایت گردد.
این مقاومت به معنی جلوگیری از آوار Collapse یا نقص در ایستایی اجزای سازه ای می‌شود.
همچنین بیان شده:
کلیه اجزای سازه ای در ساختمان باید در برابر حریق مقاوم باشند. از جمله:
- تیر ها
- ستون ها
- دیوار های باربر و…
در استاندارد NFPA 557 که در رابطه با تعیین بار حریق Fire Load برای استفاده در حفاظت اجزای سازه ای ساختمان در برابر حریق می باشد آمده است:
تعیین بار حریق به منظور استفاده پایه‌ای جهت ارزیابی و طراحی عملکرد ساختار ساختمان ها در برابر حریق می‌باشد که با توجه به اثر بار حریق بر روی سازه ساختمان، قبل از اینکه سازه ایستائی خود را از دست داده و ناپایدار گردد.
ارزیابی صورت گرفته و ساختار ساختمانی با توجه به کاربری و بار حریق که رابطه مستقیم با دوام حریق دارد طراحی گردد.
ویژگی های سازه ساختمان
طبق استانداردها، آئین نامه‌ها و نتایج آزمایشگاهی معتبر، اجزای سازه ای ساختمان ها خصوصاً سازه‌های فولادی در برابر مقدار معینی از تنشهای حرارتی دچار شکست می‌شوند و ایستایی خود را از دست می‌دهند.
این مسئله مهم بیانگر این است که اجزای اصلی و فرعی سازه‌ای ساختمانی شامل تیر و ستون های استاندارد دارای دمای بحرانی تقریباً مشخصی در برابر دما می‌باشند.
برای تیرها دمای بحرانی ۶۲۰۰C و برای ستون‌ها ۵۵۰۰C تعریف شده است که این نتایج از جدول (۲) نیز قابل استخراج می‌باشد.
فولاد به عنوان عضو سازه‌ای در دماهای حدود ۵۰۰ الی ۵۵۰ درجه سانتی گراد، حدود نیمی از مقاومت خود را از دست می‌دهد که این عدد بسیار کمتر از دمای یک حریق گسترش یافته در ساختمان حدود۱۲۰۰ – ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد می‌باشد.
با توجه به شناخت دمای بحرانی اجزای سازه‌ای در ساختارهای فولادی:
باید نگاه قابل توجه و عمیقی به نمودار دما – زمان استاندارد نیز داشته باشیم.
استاندارد دمای حریق در زمان های مختلف برای حریق های هیدروکربنی و سلولزی نشان داده شده است.
رسیدن به دمای بحرانی جهت تیرها و ستون ها، کمتر از ۱۰ دقیقه در حریق های سلولزی و در حریق های هیدروکربنی کمتر از ۵ دقیقه می‌باشد.
حال با شناخت این موضوع، این نتیجه مشخص می‌گردد که در بسیاری از موارد، دستیابی به مقاومت حریق لازم در سازه ساختمان، بدون استفاده از تدابیر محافظتی امکانپذیر نیست و این موضوع می‌تواند برای اعضاء مختلف ساختمان صادق باشد.
لذا جهت پایداری و ایستایی ساختمان به منظور فرار ایمن و به موقع افراد و حفظ دارائی‌ها و اموال، اجزای سازه‌ای بایستی در برابر حریق محافظت گردند تا در دماهای بالای ناشی از توسعه حریق، سبب ناپایداری و آوار شدن ساختمان و نهایتاً خسارات شدید جانی و مالی نگردند.
درخصوص اجزای سازه‌ای ساختارهای بتنی نیز ضوابط و دستورالعمل‌هائی تدوین گردیده است که در آن به نوع بتن، دانه بندی، مشخصات میل گرد و تعداد آن و فاصله سطح نهایی بتن تا میل گردها، به منظور رعایت زمان مناسب در برابر حریق، با توجه به کاربری، ارتفاع و… اشاره شده است.
تعیین زمان حفاظت اجزای سازه ای ساختمان در برابر حریق
مبنای تعیین زمان ساعت موردنیاز دوام اجزای سازه‌ای ساختمان ها در برابر حریق؛
- ساختار ساختمان
- کاربری ساختمان ها
- ارتفاع و ابعاد آن
طبق جدول (۳) فرم هامنطبق با جدول ۱ – ۲ – ۳ مبحث سوم مقررات ملی ساختمان فصل ۲ – ۳ ساختارها، ارتفاعات و مساحتها و یا استانداردهای NFPA5000 ، IBC، BS اشاره شده در متن مقاله بوده و قابل استخراج می‌باشد.
جدول ۳ مقاومت حریق تعیین شده برای اعضای باربر و غیر باربر در هر یک از ساختارها برحسب ساعت.
رعایت ضوابط حفاظتی ویژه برای دیوارهای بیرونی بناها مطابق جدول ۳ – ۲ – ۲ – ۱ ضروری است:
عدد سمت چپ = دیوار های خارجی عدد میانی = ستون ها، تیر ها، اعضای باربر
عدد سمت راست = ساختار کف
روش حفاظت ساختمان در برابر حریق
به طور کلی مواد و محصولات مقاوم حریق، طبق استانداردها در سه گروه به شرح ذیل تقسیم بندی می‌شوند:
۱- مواد مقاوم حریق با پایه معدنی، روش‌های اجرا: بصورت پاششی
۲- (رنگ های مقاوم حریق) به شکل پاشش یا بصورت ماستیک یا خمیر روی سطح اعمال می‌شوند.
۳- برد های مقاوم حریق
– لازم به ذکر است کلیه مواد و محصولات مقاوم حریق، جهت تأمین حفاظت لازم اجزای سازه ای باید:
– طبق استانداردهای معتبر ملی و بین المللی معتبر مورد تست قرار بگیرند.
– از مراجع و سازمان های ذیصلاح و معتبر تاییدیه بگیرند.
– دارای تاییدیه بوده و دارای روش کاری استاندارد باشند.
انواع ساختارهای ساختمانی جهت حفاظت ساختمان در برابر حریق
ساختار، اعضای باربر و دیوارهای داخلی بنا می‌تواند با هرگونه مصالحی اعم از سوختنی و غیرسوختنی ساخته شود.
هر چند لازم است ساعت مقاومت حریق تعیین شده برای برخی عوامل باربر و مواضع مختلف بنا رعایت گردد.
این دسته ساختار خود شامل دو گروه فرعی یک و صفر ساعت مقاوم حریق است.
– مشخصات استفاده از مصالح در این دسته ساختار مانند دسته مقاوم حریق است.
– با این تفاوت که به مقاومت حریق و محافظت حریق کمتری نیاز خواهد بود.
– به طور کلی اعضای باربر و سازه بنا باید تا دو ساعت بتواند در برابر یک حریق مقاومت کند.
ساختارهای غیر سوختنی بر اساس ساعت مقاومت حریق اعضای باربر در مواضع مختلف بنا به دو گروه تقسیم می شوند:
۱ و ۲ ساعت مقاوم حریق
صفر و ۲ ساعت مقاوم حریق
بناهایی را شامل می‌شوند که اعضای باربر و سازه در آن‌ها با مصالح غیر سوختنی مانند بتن ساخته شده اند.
و هر گروه از اعضاء، دارای ساعت مقاومت حریق لازم و خواسته شده طبق ضوابط هستند.
همچنین تمهیدات حفاظت ساختمان در برابر حریق مطابق مقررات در آن‌ها اعمال می‌گردد.
ساختارهای مقاوم حریق خود بر اساس ساعت مقاومت حریق و رتبه حفاظتی بخ دو گروه تقسیم می شوند:
۳ و ۴ ساعت مقاوم حریق
صفر، ۱ و ۲ ساعت مقاوم حریق
میزان مقاومت حریق Fire Resistant Rating:
مدتی که مصالح یا ترکیبی از آن، توانایی مقاومت در مقابل آتش مستقیم، مطابق آزمایش حریق استاندارد را داشته باشد.
آزمایش حریق استاندارد Standard Fire Test:
جهت شناسایی مقاومت و رفتار مصالح، فرآورده‌های، اعضاء و اجزای ساختمانی در مقابل آتش‌سوزی انجام می شود.
این آزمایش منطبق بر منحنی دما – زمان استاندارد صورت می‌گیرد.
بار حریق Fire Load:
مقدار کل انرژی حرارتی آزاد شده از کل مواد سوختنی موجود در یک ساختمان گفته می‌شود.
این میزان بر مبنای انرژی گرمایی آزاد شده از یک کیلوگرم چوب بلوط قرمز خشک شده سنجیده می شود.
انرژی آزاد شده از یک کیلوگرم چوب بلوط قرمز معادل که مقدار آن برابر ۸/ ۱۷مگاژول بر کیلوگرم است.
مقررات حفاظت اجزای سازه ای ساختمان در برابر حریق
حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق یک مسئله مهم در طراحی ساختمان ها است.
مروری گذرا بر مقررات و آئین نامه‌های ساختمانی کشورهای مختلف، نشان می‌دهد که حجم قابل توجهی از مطالب این آئین نامه، صرفاً به ایمنی حریق اختصاص دارد و تا حدود زیادی ازقسمت‌های دیگر آئین نامه نیز متأثر از آن هستند.
یکی از ارکان مهم و ضروری در هنگام طراحی و اجرای سازه ای ساختمان ها محافظت در برابر آتش است.
در مبحث ایمنی حریق، زیرشاخه حفاظت غیرعامل در برابر حریق Passive fire protection خود به مقاوم نمود حریق بالا برد که این امر از تدابیر ایمنی حریق به منظور کاهش صدمات و تلفات جانی و مالی حریق می‌باشد.
حفاظت اجزای سازه ای ساختمان ها در برابر حریق سبب می‌شود، ساختمان تا زمان مناسبی در برابر حریق پایدار باشد که این امر کمک می‌کند تا در هنگام آتش‌سوزی زمان لازم برای فرار و تخلیه افراد ساکن از محل صورت گرفته و زمان لازم برای رسیدن نیروهای آتش نشانی و امدادی جهت اطفا حریق و تخلیه مصدومین از ساختمانها فراهم گردد.
بنابراین دستیابی به مقاومت حریق لازم در ساختمان، بدون تدابیر محافظتی امکان پذیر نیست و این موضوع می‌تواند برای اعضای مختلف ساختمان نیز صادق باشد.