ایمنی ساختمان در برابر حریق

slide-fb27484

مقدمه

یکی از مهمترین نیازها در طراحی ساختمان، تامین ایمنی در برابر آتش است.هرچه ساختمان‌ها از نظر جانی، اجتماعی، سیاسی یا اقتصادی مهم‌تر باشد، باید از ایمنی بیشتری نیز برخوردار باشند. برای تامین ایمنی ومقاوم سازی ساختمان در برابر حریق مطلع باشد  و متناسب با نیازها و مشخصات ساختمان انتخاب مناسب را انجام دهد. همچنین مقاومت سازه و عناصر ساختمانی در برابر آتش باید مطابق با مقررات ملی ساختمانی تامین شود. برای این هدف در بسیاری از مواقع نیاز است تا از ﭘوﺷش‌های محافظت کننده به منظور مقاوم‌سازی اجزای ساختمان در برابر آتش استفاده شود.

در مقررات ایمنی ساختمان‌ها در برابر آتش همیشه یک گروه‌بندی از نظر کاربری یا تصرف وﺟود دارد که ﺳطﺢ الزامات مربوطه در هر گروه از ساختمان‌ها بسته به اهمیت آن‌ها متفاوت است. پس از مشخص شدن سطح انتظارات ایمنی در برابر آﺗش  برای یک ساختمان، طراح باید از مصالحی استفاده کند که در برابر آتش از ﺧواص و رفتار مناسبی برخوردار باشند. در کنار نقش مراکز آتش‌نشانی و به کارگیری سیستم‌های فعال مقابله با آتش نظیر تجهیزات اخطار دهنده و یا اطفای حریق در ساختمان، به کارگیری فنون جدید پیشگیری و حفاظت منفعل یا مقابله غیرمستقیم با آتش سوزی نیز در علم مهندسی ساختمان از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است.

در این مجموعه ابتدا ماهيت و روند آتش سوزی در ساختمان و اصول حفاظت ساختمان در برابر حريق بررسی می‌شود. سپس رفتار مصالح و ساختارهای ساختمانی و طبقه‌بندی آن‌ها در برابر حريق مرور می‌شود. در انتها، امکانات و ساختارهای ارائه شده جهت اجرای عناصر غير سازه‌ای مقاوم در برابر حريق، شامل دیوارهای جداکننده، دیوارهای پوششی و سقف‌های کاذب و راه‌حل‌های موجود برای مقاوم سازی عناصر سازه‌ای در مقابل حريق، شامل پوشش‌های محافظ تیرها و ستون‌های فولادی معرفی می‌گردد.

بررسی روند ایجاد و گسترش حريق در ساختمان

به طور کلی برای ایجاد حريق، شرایط زیر باید فراهم باشد:

■ ماده قابل اشتعال در محل وجود داشته باشد.

■ اکسیژن کافی برای اشتعال موجود باشد.

■ درجه حرارت به نقطه اشتعال ماده برسد.

در صورت وجود شرایط فوق ، یعنی رسیدن حرارت به نقطه اشتعال و وجود جريان هوا، مواد قابل اشتعال در محیط شعله ور می‌گردند.

ايجاد و گسترش حريق در دو مرحله انجام می‌شود. مرحله اول، مرحله ای است كه حريق ايجاد مي‌شود. این مرحله به رفتار مواد و مصالح بستگي دارد. قابل اشتعال بودن يا نبودن مواد در این مرحله تعیین کننده است هر قدر این مرحله طولانی‌تر شود به نفع ما خواهد بود. این مرحله همان حالتي است كه شعله ايجاد شده و در مجاورت یک ماده قرار مي‌گيرد. دماي ماده بالا مي‌رود تا به نقطه اشتعال برسد. از این مرحله به بعد، حريق وارد مرحله دوم يعني حريق كامل مي‌شود. در این مرحله رفتار مواد و مصالح موجود در محيط تعین کننده نيست. بلکه رفتار اجزا و ساختارها اهميت دارد. اينكه چقدر ساختار مي‌تواند در مقابل حريق مقاومت كند، دود را از خود عبور ندهد و دچار تغيير شكل نشود تعیین کننده است. بنابراین در انتخاب نوع مواد، مصالح، اجزا و ساختارهای يک ساختمان، بايد به رفتار آ نها در برابر حريق نیز توجه ويژه نمود.

ايجاد حريق و ادامه و توسعه آن در ساختمان به عوامل ديگری همچون دما، زمان و شدت آتش سوزی، میزان ورود هوا، وجود منافذ خروج حرارت، هندسه فضاها، وضعيت بازشوها، ساختارهای دیوار  و سقف نیز بستگی دارد.

برای ارزیابی رفتار و مشخصات مصالح و اجزای ساختمانی در برابر حریق از آزمون‌های آتش استفاده می‌شود. ضمن این که در مقررات ساختمانی وسایر مدارک مصوب نیز برای طبقه‌بندی مصالح و فرآورده‌های ساختمانی به آزمون‌های استاندارد آتش رجوع می‌شود. بسیاری از کشورها در این زمینه استانداردهای مخصوص خود را دارند. در عین حال رویکرد اکثر کشورها به سمت پذیرش استانداردهای واحد بین المللی (EN) اروپایی یا ( ISO) و تدوین استانداردهای ملی مطابق با آن‌ها می‌باشد. در مجموع، ارزیابی عملکرد محصولات ساختمانی در برابر حریق در دو حوزه اصلی زیر صورت می‌گیرد:

واکنش مواد در برابر حریق (طبقه‌بندی مصالح ساختمانی در برابر حریق)

به وسیله این آزمون‌ها میزان مشارکت یک فرآورده در گسترش آتش ارزیابی می‌شود. از آزمایش‌های مهم واکنش در برابر آتش می‌توان به قابلیت افروزش، قابلیت سوختن، پیشروی شعله در برابر فرآورده (نازک‌کاری)، مقدار و شدت رها شدن گرما و دود و گازهای سمی را نام برد. بر اساس نتایج آزمون‌های واکنش در برابر آتش، طبقه‌بندی مواد از بی‌خطر تا پر خطر صورت می‌گیرد که در هرکشور یا منطقه‌ای به استانداردهای ملی مورد استفاده بستگی دارد. از این طبقه‌بندی در مقررات ملی ساختمان استفاده می‌شود. که با استفاده از آن محدوده مجاز کاربرد هر گروه از مصالح در ساختمان‌ها یا فضاهای مختلف ساختمان تعیین می‌شود. در استاندارد آلمان (DIN 4102 ) رفتار و عملکرد مصالح و اجزای ساختمانی در برابر حریق مطرح شده است که بر اساس این استاندارد، مصالح ساختمانی به دوگروه اصلی نسوز (گروهA) و قابل اشتعال (گروه B)  طبقه بندی می‌شود.

این طبقه‌بندی به عنوان استاندارد ملی ایران (شماره 8299 ) نیز پذیرفته شده است. مطابق این طبقه‌بندی موادي مثل سنگ و آجر در گروه مواد نسوز پلی استایرن و ينوليت در گروه B2 و نفت و بن نيز در گروه B3 طبقه بندی شده اند. البته صفحات روکش دار گچی در طبقه‌بندی، جزو گروه A2 قرار می‌گیرند.

مقاومت ساختارها در برابر حریق (طبقه‌بندی ساختارها در برابر حریق)

اساساً طبقه‌بندی ساختارها و اجزای ساختمانی در برابر حريق بر اساس زمان مقاومت آن‌ها در مقابل حريق و نوع مصالح تشکیل دهنده آن‌ها انجام می‌شود. توانایی یک فرآورده یا عنصر ساختمانی و ادامه عملکرد خود برای جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی از فضای محل وقوع حریق به فضاهای مجاور، با آزمایش‌های مقاومت در برابر حریق ارزیابی میﺷ‌ود. بنابراین ،آزمایش مقاومت در برابر حریق به مرحله گسترش یافته حریق مربوط است. واژه مقاومت در برابر حریق لزوما ارتباط مستقیم با قابلیت اشتعال مواد ندارد. در این آزمایش، حريق تحت شرايط استاندارد بر ساختار اعمال می‌شود (در برخی آزمايشات بارهای خارجی نیز به ساختار وارد می‌شود) و با بالا رفتن دما سه مشخصه زیر مورد ارزیابی قرار می‌گیرند:

1 . پایداری  Load Carrying Capacity  : ﺟزء ساختمانی ﻣورد ﻧظﺮ باید پایداری ﺧود را در برابر افزاﻳش دما حفظ کرده، دچار گسیختگی و فروریزش نشود.

  1. 2 . یکپارچگی   Integrity : ﺟزء ساختمانی ﻣورد ﻧظﺮ باید یکپارچگی  ﺧود را حفظ نموده، دچار ترك و شکاف نشود تا از انتقال حرارت و دود به فضاهای مجاور جلوگیری گردد.
  2. 3 . نارسایی Insulation : ﺟزء ساختمانی ﻣورد ﻧظﺮ باید حتی الامکان عایق باشد تا موجب انتقال سریع حرارت به فضاهای مجاور نشود.
  3.  

کد حریق که به اختصار با حرف F مخفف واژه Fire نمایش داده می شود پلکان‌هایی هستند که طبق استاندارد بر حسب هر 30 دقیقه تعریف می شوند مانند F30 یا F90 ، بدین معنی که چنانچه ساختاری در آزمایش حریق استاندارد 70 دقیقه مقاومت نماید کد حریق F60 را به خود اختصاص خواهد داد. به علاوه، ممکن است پسوندهايي نیز در رده مقاومتی ساختار در برابر حريق مطرح شود که بيانگر رفتار مصالح  تشکیل دهنده آن ساختار است. این پسوندها عبارتند از:

  • ظرفیت باربری R = Load Carrying Capacity
  • یکپارچگی E = Integrity
  • عایق بندی I = Insulation

جزئیات و روش آزمون‌های مذکور برای سیستم‌های ساخت و ساز خشک مطابق با استاندارد ملی ایران ISIRI  در شرح استانداردهای زیر آمده است:

12055 – 1 مقاومت در برابر آتش – قسمت – 1 الزامات عمومی

12245 – 1 مقاومت در برابر آتش برای اجزای غیر باربر- قسمت 1 – دیوارها

12055 – 2 مقاومت در برابر آتش برای اجزای غیر باربر- قسمت 2 – سقف ها

هنگامی که عملکرد ساختار در برابر حريق دچار نقصان می‌شود (به طور مثال زمانی که مقاومت اجزاء در برابر عبور حرارت کاهش يافته و افزایش دما در سمت ايمن ساختار رخ می‌دهد يا هنگامی که نفوذ دود يا شعله در سمت ايمن مشاهده می‌شود و يا ساختار دچار ناپايداری يا فروریزی می‌شود)، آزمایش متوقف شده و زمان ثبت می‌شود. بر همین اساس، رده‌بندی مقاومت ساختارها و اجزای ساختمانی در برابر حريق به شرح زیر تعريف می گردد:

در موارد خاص سایر معیارها را می‌توان در طبقه‌بندی اضافه نمود. به عنوان مثال M مخفف Mechanical Effect بدین معنی که اجزای یک ساختار توانایی تحمل فشار مکانیکی بار حریق استاندارد و مقاومت در برابر بارهای شوک و دینامیکی حریق را داشته باشد و معمولا برای دیوارهای ضد آتش به کار می‌رود.

چنانچه ساختاری در کلاس REI60 قرار گیرد بدین معنی است که تک تک اجزای آن ساختار با حفظ ظرفیت باربری، یکپارچگی و عایق بودن می‌تواند به مدت یک ساعت در برابر حریق مقاومت نمایند. بر طبق استاندارد EN13501-2 با موضوع طبقه‌بندی ساختارها و عناصر ساختمانی، طبقه بندی و روش آزمایش جداکننده‌های دیوار به صورت زیر می‌باشد:

■ جداکننده‌های باربر: R

■ جداکننده‌های باربر و متعلقات آن: REI

■ جداکننده‌های غیرباربر و متعلقات آن: EI

■ درها و بازشوها: EI

به عنوان مثال بر طبق استاندارد EN1364-1 برای تعیین حداقل عملکرد ساختار دیوار غیرباربر در مقابل حریق بر حسب دقیقه موارد زیر تعیین شده است:

E نفوذناپذیری  124 دقیقه

 I نارسانایی  105 دقیقه

بنابراین طبقه‌بندی حریق ساختار دیوار جداکننده بدین صورت می‌شود:

EI 90 , E 120

 

بررسی اصول حفاظت ساختمان در برابر حریق

  • بسته به نوع کاربری يک ساختمان، ملاحظاتی برای حفاظت آن در برابر حريق در مراحل طراحی، اجرا و بهره‌برداری در نظر گرفته می‌شود. اساسا برای تعیین مقاومت لازم در برابر حریق در ساختمان، دو ﻣورد زیر در طراحی واجرای ساختمان مورد توجه و رعایت قرار می‌گیرد:

    1. به کارگيری ساختارهای مقاوم در برابر حريق در عناصر غيرسازه‌ای در بخش‌های داخلی ساختمان (نظیر دیوارهای جداکننده، دیوارهای پوششی و سقف‌های کاذب) جهت تقسيم‌بندی و محصور نمودن صحیح فضاها، بر اساس نوع کاربری و با هدف جلوگیری از نفوذ و پیشروی حريق به سایر فضاها و ساختمان‌های مجاور (ايجاد زون‌های حریق) به طوری که باید از مصالح نازک‌کاری مناسب با ﺧطﺮ کم یا قابل قبول از ﻧظﺮ ﮔسترش آﺗشﺳ‌وزي استفاده شود. اﻳن ﻣوﺿوع به ارتفاع ساختمان، کاربری آن و ﻧوع فضاها بستگی دارد. به عنوان مثال، مصالح نازک‌کاری راه‌های خروج و ﭘله‌ها حتما باید از نوع ایمن در برابر حریق باشند، اما سختگیری برای مصالح نازک‌کاری اتاق‌ها کمتر است. مصالح خطرناک مانند فوم‌های پلاستیکی  (مانند پلی استایرن) هیچ گاه نباید بدون پوشش محافظت کننده استفاده شوند.
    2. مقاوم سازی عناصر سازه‌ای در برابر حريق، از طريق ايجاد پوشش‌های محافظ به نحوی که از فروپاشی ساختمان جلوگیری شود به طوری که مقاومت اﺟزاي سازه‌ای و جداکننده‌ها در برابر حریق باید براساس مقررات و متناسب با ارتفاع وکاربری ساختمان و فضاها تامین ﺷود. ﻤﻌﻣولاً برای اجزای سازه‌ای ساختمان به مقاومت یک یا دو ساعت در برابر حریق نیاز  است بسته به مورد کمتر یا بیشتر باشد. به عنوان مثال، بین دیوارهای آپارتمان‌ها یا اتاق‌های خواب در هتل‌ها باید حداقل یک ساعت مقاومت در برابر آﺗش ﺗأمین ﺷود. در بسیاری از اوقات  اﺟزاي سازه‌ای به تنهایی نمی‌توانند مقاومت لازم در برابر آﺗش را ﺗأمین نمایند که از مهم‌ترین آن ها سازه فولادی است که حدودا 20 تا 30  دقیقه در برابر آﺗش مقاوم است، بنابراین برای محافظت از آن در برابر آﺗش و مقاوم سازی ساختمان لازم است از پوشش‌های محاظفت کننده در برابر آتش استفاده ﺷود.

    برای این منظور تا سالیان طولانی از دوربندی فولاد به وسیله مصالح سنگین مانند آجر و بتن استفاده شده است،ولی دردهه‌های اخیر مصالح پوششی سبک که داراي مقاومت مناسبی در برابر آﺗش هستند،ترویج یافته است. استفاده از این پوشش‌ها می‌تواند به سبک شدن سازه، افزایش سرعت اجرا و نهایتا کاهش هزینه‌های ساخت کمک نماید. همچنین با استفاده از این روش علاوه بر اینکه سازه‌هاي فولادی در برابر حريق مقاوم مي‌شوند، نازك كاري ستون نیز همزمان انجام مي‌شود.

    1. سایر ملاحظات حفاظت ساختمان در برابر حریق به شرح زير می‌باشد:

    ■ استفاده از مصالح غیرقابل اشتعال

    ■ استفاده از مبلمان مناسب جهت کاهش خطر ایجاد و گسترش حریق

    ■ تعبيه سیستم‌های کشف و اعلام حریق در ساختمان

    ■ تجهیز ساختمان با لوازم و امکانات اطفای حریق، متناسب با بار حریق محتمل

    ■ ایجاد راه‌های فرار ایمن برای خروج متصرفان در مواقع  آتش‌سوزی‌های گسترده

    ■ امکان دسترسی مناسب نیروهای آتش‌نشانی در اطراف و داخل ساختمان

    بر اساس ضوابط مندرج در نشریه 682 مرکز تحقیقات مسکن و مبحث سوم مقررات ملی ساختمان ایران، مقاومت اجزای ساختمانی (نظیر تیر، ستون، کف، سقف، دیوار خارجی و داخلی، … ) در برابر آﺗش ،برای ساختارهای مختلف ساختمان، طبقه‌بندی شده و بر این اساس حداکثر ارتفاع و مساحت تحت تصرف ساختمان تعیین میﺷود که این موضوع به نوع تصرف ساختمان نیز بستگی دارد.

     

بررسی رفتار گچ در برابر حريق

  • گچ ماده‌ای است معدنی که به گروه مواد ساختمانی نسوز A تعلق دارد. مقاومت خوب این ماده در برابر آتش، به دلیل وجود حدود 20 درصد آب تبلور در ترکیب آن است. به عنوان مثال، یک مترمربع صفحه روکش دار گچی (پانل گچی) به ضخامت 15 میلیمتر، به طور تقریبی 3 لیتر آب تبلور دارد. در مجاورت آتش، آب تبلور گچ تبخیر شده و انرژی گرمایی بدین ترتیب مصرف می‌شود. به طور مثال، برای تبخیر آب تبلور در یک صفحه گچی به ضخامت 15 میلیمتر، حدود 8400 کیلو ژول (حدود 2000 کیلوکالری) انرژی لازم است. همچنین به دليل تشکیل پرده‌ای از بخار ميان آتش و گچ، از نفوذ آتش جلوگیری می‌گردد. علاوه بر اثر آب تبلور، لایه باقی مانده گچ خود به عنوان یک عایق موثر عمل نموده، زیرا در مقایسه با گچ متبلور دارای ضریب هدایت حرارتی پایین‌تری می‌باشد.

معرفی محصولات مقاوم در برابر حریق

صفحات رو کش دارگچی (پانل گچی) مقاوم در برابر حريق

  • در ساختارهای دارای کد حريق، امکان استفاده از چند نوع صفحه گچی وجود دارد؛ صفحات گچی مقاوم در برابر حريق FR يا FM  و صفحات گچی نسوز.  Fireboard . بر اساس استاندارد DIN4102 ، صفحات FM ،FR  در رده A2 و صفحات Fireboard در رده A1 قرار می‌گيرند. هسته گچی این  صفحات با الیاف شیشه مسلح شده که موجب حفظ ايستايي هسته گچی و جلوگیری از فروپاشی آن پس از تبخير آب تبلور می‌شود. صفحات FM ،FR دارای روکش کاغذی کرافت و صفحات Fireboard دارای روکش از جنس الياف شيشه می‌باشند.

معرفی ساختارهای مقاوم در برابر حريق

ديوارهای جداکننده

  • دیوارهای جداکننده برای تقسيم فضاهای داخلی ساختمان‌ها و ايجاد زون‌های حريق به کار می‌روند. نظیر کلیه ساختارهای مقاوم در برابر حريق، لایه‌های پوششی در این ساختار از نوع مقاوم در برابر حريق FM ،FR و يا پانل نسوز Fireboard می‌باشد. با استفاده از این ساختار می‌توان به کد حريق تا 180 دقیقه F180 دست يافت.

ديوارهای پوششی

  • دیوارهای پوششی برای حفاظت چاه‌های تاسيساتی و چاه‌های آسانسور در برابر حريق کاربرد ويژه دارند. همچنین ، این نوع پوشش‌کاری برای مقاوم‌سازی دیوارهای بنايي موجود در يک ساختمان و ايجاد زون حريق در ساختمان‌های در حال بهره برداری نیز به کار می‌رود. برای این منظور، صرفاً از ساختارهای پوششی مستقل از دیوار زمينه استفاده می‌شود. با استفاده از این ساختار می‌توان به کد حريق تا 90 دقیقه F90 دست يافت.

سقف‌های کاذب

سقف‌های کاذب یکپارچه

  •  

    در سقف‌های کاذب یکپارچه، ساختارهای مقاوم در برابر حريق در دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند:

    ■ سقف‌های کاذبی که به تنهایی مقاومت لازم را در برابر حريق دارند.

    ■ سقف‌های کاذبی که کد حريق آن‌ها در تلفیق با مقاومت سقف اصلی در برابر حريق، به صورت ترکیبی تعیین می‌شود.

    با استفاده از هر دو ساختار فوق، می توان به کد حريق تا 90 دقیقه F90 دست يافت؛ با این توضيح که راه حل دوم اقتصادی‌تر بوده، مشروط بر این که سقف اصلی بر اساس استاندارد DIN4102 بخش 4 قابل رده‌بندی باشد.

اتصال سقف کاذب به دیوار

  • هر گونه ساختار سقف كاذب كه دارای كد حريق 30 تا 90 دقیقه باشد می‌تواند به ديوار جداكننده متصل شود، مشروط بر اين كه هر دو ساختار دارای كد حريق مشابه باشند. در اين صورت سطح ديوار (درمحل اتصال) بايد كاملا صاف بوده و لايه پوششی سقف بايد كاملا به آن بچسبد و درزگیری شود، به نحوی كه هیچ‌گونه روزنه ای برای نفوذ حريق وجود نداشته باشد. در صورتی كه سطح ديوار صاف نباشد، بايد با تمهیدات مناسبی اصلاح شود.

سقف‌های کاذب مشبک

  • سقف های کاذب مشبک با تایل‌های 60×60 گچی و یا معدنی به بازار عرضه می‌گردد. محصول تایل‌های گچی و ساختاری که با این محصولات اجرا می‌گردد، فاقد کد حریق بوده و در صورت استفاده از محصولات معدنی و ساختارهای مقاوم در برابر حریق، می‌توان به کد حریق تا 90 دقیقه F90 دست یافت.

پوشش‌های تير و ستون مقاوم در برابر حريق

  • حفاظت سازه‌های فولادی در برابر حريق به کمک پوشش اين اعضا با صفحات نسوز یا مقاوم در برابر حريق امکان‌پذیر است. بدین ترتیب که پوشش مذکور مانع از عبور حرارت ناشی از آتش‌سوزی و ا فزایش دمای پیرامون تيرها و ستون‌های فولادی  می‌گردند. با استفاده از اين روش می‌توان تيرها را تا 120 دقیقه و ستون‌ها را تا 180 دقیقه در برابر حريق مقاوم نمود. مزیت اين نوع ساختار حفاظتی، سرعت، سهولت و ارزانی آن نسبت به ساير روش‌ها (نظیر پوشش‌های بتنی) است. با استفاده از این روش، نازک‌کاری اجزای سازه‌ای نيز تامين گرديده، که خود صرفه اقتصادی و تسریع  در عملیات اجرايي را در بردارد.