ایمنی ساختمان در برابر حریق

مقدمه

یکی از مهمترین نیازها در طراحی ساختمان،تامین ایمنی در برابر آتش است.هرچه ساختمان ها از نظرجانی، اجتماعی، سیاسی یا اقتصادی مهم تر 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 ﭘوﺷش های محافظت کننده به منظور مقاوم سازی اجزای ساختمان در برابر آتش استفاده شود.

در مقررات ایمنی ساختمان ها در برابر آتش همیشه یک گروه بندی از نظر کاربری یا تصرف وﺟود دارد که ﺳطﺢ الزامات مربوطه در هر گروه از ساختمان ها بسته به اهمیت آن ها 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 آتش نشانی و به کارگیری سیستم های 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 می شود. سپس رفتار مصالح و ساختارهای ساختمانی و طبقه بندی آن ها در برابر حريق مرور می شود. در انتها، امکانات و ساختارهای ارائه شده جهت اجرای عناصر غير سازه ای مقاوم در برابر حريق، شامل دیوارهای جداکننده، دیوارهای  پوششی و سقف های کاذب و راه حل های موجود برای مقاوم سازی عناصر سازه ای در مقابل حريق، شامل پوشش های محافظ تیرها و ستون های فولادی معرفی می گردد.

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 م يشود. مرحله اول، مرحله ای است كه حريق ايجاد مي شود. 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 طولانی تر شود به نفع ما خواهد بود. این مرحله همان حالتي است كه شعله ايجاد شده و در مجاورت یک ماده قرار مي گيرد. دماي ماده بالا مي رود تا به نقطه اشتعال برسد. از این مرحله به بعد، حريق وارد مرحله دوم يعني حريق كامل مي شود. در این مرحله رفتار مواد و مصالح موجود در محيط تعین کننده نيست. بلکه رفتار اجزا و ساختارها اهميت دارد. اينكه چقدر ساختار مي تواند 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 آزمون های آتش استفاده می شود. ضمن این که در مقررات ساختمانی وسایر مدارک مصوب نیز برای طبقه بندی مصالح و فرآورده های ساختمانی به آزمون های استاندارد آتش رجوع می شود. بسیاری از کشورها در این زمینه استانداردهای مخصوص خود را دارند. در عین حال رویکرد اکثر کشور ها به سمت پذیرش استانداردهای واحد بین المللی (EN) اروپایی یا ( ISO) و تدوین استانداردهای ملی مطابق با آن ها می باشد. در مجموع، ارزیابی عملکرد محصولات ساختمانی در برابر حریق در دو حوزه اصلی زیر صورت می گیرد:

واکنش مواد در برابر حریق (طبقه بندی مصالح ساختمانی در برابر حریق)

به وسیله این آزمون ها میزان مشارکت یک فرآورده در گسترش آتش ارزیابی می شود. از آزمایش های مهم واکنش در برابر آتش می توان به قابلیت افروزش، قابلیت سوختن، پیشروی شعله در برابر فرآورده (نازک کاری)، مقدار و شدت رها شدن گرما و دود و گازهای سمی را نام برد. بر اساس نتایج آزمون های واکنش در برابر آتش، طبقه بندی مواد از بی خطر تا پر خطر صورت می گیرد که در هرکشور یامنطقه ای به استاندارد های ملی مورد استفاده بستگی  دارد. از این طبقه بندی در مقررات ملی ساختمان استفاده می شود. که با استفاده از آن محدوده مجاز کاربرد هر گروه از مصالح در ساختمان ها یا فضاهای مختلف ساختمان تعیین می شود. 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) مطابق جدول زیر طبقه بندی می شود.

این جدول علمی ترین و بهترین روش طبقه بندی را ارائه نموده و به عنوان استاندارد ملی ایران (شماره 8299 ) نیز پذیرفته شده است. مطابق این طبقه بندی 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 طبقه بندی، جزو گروه A2 قرار می گیرند.

مقاومت ساختارها در برابر حریق (طبقه بندی ساختارها در برابر حریق)

اساساً طبقه بندی ساختارها و اجزای ساختمانی در برابر حريق بر اساس زمان مقاومت آن ها در مقابل حريق و نوع مصالح تشکیل دهنده آن ها انجام می شود. توانایی یک فرآورده یا عنصر ساختمانی و ادامه عملکرد خود برای جلوگیری از گسترش آتش سوزی از فضای محل وقوع حریق به فضاهای مجاور، با آزمایش های مقاومت در برابر حریق ارز یابی 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 می شود (در برخی آزمايشات بارهای خارجی نیز به ساختار وارد می‌شود) و با بالا رفتن دما سه مشخصه زیر مورد ارزیابی قرار می گیرند:

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

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.


3. نارسایی Insulation ﺟزء ساختمانی ﻣورد ﻧظﺮ باید حتی الامکان عایق باشد تا موجب انتقال سریع حرارت به فضاهای مجاور نشود.

کد حریق که به اختصار با حرف F مخفف واژه Fire نمایش داده می شود پلکان هایی 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 باربریR=Load Carrying Capacity


• یکپارچگیE=Integrity


• عایق بندیI=Insulation

جزئیات و روش آزمون های مذکور برای سیستم های 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 می شود )به طور مثال زمانی که مقاومت اجزاء در برابر عبور حرارت کاهش يافته و افزایش دما در سمت ايمن ساختار رخ می دهد يا هنگامی که نفوذ دود يا شعله در سمت ايمن مشاهده می شود و يا ساختار دچار ناپايداری يا فروریزی می شود(، آزما شي متقوف شده و زمان ثبت می شود. بر همین  اساس، رده بندی مقاومت ساختارها و اجزای ساختمانی در برابر حريق به شرح جدول زیر تعريف می گردد:

در موارد خاص سایر معیارها را می توان در طبقه بندی 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 می تواند به مدت یک ساعت در برابر حریق مقاومت نمایند. بر طبق استاندارد EN13501-2 با موضوع طبقه بندی ساختارها و عناصر ساختمانی، طبقه بندی و روش آزمایش جداکننده های دیوار به صورت زیر می باشد:

■ جداکننده های باربر: R

■ جداکننده های باربر و متعلقات آن: REI

■ جداکننده های غیر باربر و متعلقات آن: EI

■ درها و بازشوها: EI

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

E نفوذناپذیری  124 دقیقه

 I نارسانایی  105 دقیقه

بنابراین طبقه بندی حریق ساختار دیوار جداکننده بدین صورت می شود:

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 بهره برداری در نظر گرفته می شود. اساسا برای تعیین مقاومت  لازم در برابر حریق در ساختمان، دو ﻣورد زیر در طراحی واجرای ساختمان مورد توجه و رعایت قرار می گیرد:

1. به کارگيری ساختارهای مقاوم در برابر حريق در عناصر غير سازه ای در بخش های داخلی ساختمان (نظیر دیوارهای جداکننده، د یوارهای پوششی و سقف های کاذب) جهت تقسيم بندی و محصور نمودن صحیح فضاها، بر اساس نوع کاربری و با هدف جلوگیری از نفوذ و پیشروی حريق به سایر فضاها و ساختمان های مجاور (ايجاد زون های حریق) به طوری که بایداز مصالح نازک کاری 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 نازک کاری راه های  خروج  و ﭘله ها حتما باید از نوع ایمن در برابر حریق باشند، اما سختگیری برای مصالح نازک کاری اتاق ها کمتر است. مصالح خطرناک مانند فوم های پلاستیکی  (مانند پلی استایرن) هیچ گاه نباید بدون پوشش محافظت کننده استفاده شوند.


2. مقاوم سازی عناصر سازه ای در برابر حريق، از طريق ايجاد پوشش های محافظ به نحوی که از فروپاشی ساختمان جلوگیری شود به طوری که مقاومت اﺟزاي سازه ای و جداکننده ها در برابر حریق باید براساس مقررات و متناسب با ارتفاع وکاربری ساختمان و فضاها تامین ﺷود. ﻤﻌﻣولاً برای اجزای سازه ای ساختمان به مقاومت یک یا دو ساعت در برابر حریق نیاز  است بسته به مورد کمتر یا بیشتر باشد. به عنوان مثال، بین دیوارهای آپارتمان ها یا اتاق های خواب در هتل ها باید حداقل یک ساعت مقاومت در برابر آﺗش ﺗأمین ﺷود. در بسیاری از اوقات  اﺟزاي سازه ای به تنهایی نمی توانند مقاومت  لازم در برابر آﺗش را ﺗأمین نمایند که از مهم ترین 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 پوشش های محا ظفت 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 دردهه های اخیر مصالح پوششی سبک که  داراي مقاومت مناسبی در برابر آﺗش هستند،ترویج یافته است. اسفتاده از این پوشش ها می تواند به سبک شدن سازه، افزایش سرعت اجرا و نهایتا کاهش هزینه های ساخت کمک نماید. همچنین با استفاده از این روش علاوه بر اینکه سازه هاي فولادی در برابر حريق مقاوم مي‌شوند، نازك كاري ستون نیز همزمان انجام مي شود.

3. سایر ملاحظات حفاظت ساختمان در برابر حریق به شرح زير می باشد:

■ استفاده از مصالح غیرقابل اشتعال

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

■ تعبيه سیستم های کشف و اعلام حریق در ساختمان

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

■ ایجاد راه های فرار ایمن برای خروج متصرفان در مواقع  آتش سوزی های گسترده

■ امکان دسترسی مناسب نیروهای آتش نشانی 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، طبقه بندی 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 ماده ای 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 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 می شود. 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 پرده ای از بخار ميان آتش و گچ، از نفوذ آتش جلوگیری  می گردد. 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 پایین تری می باشد.

معرفی محصولات مقاوم در برابر حریق

1. 
   

   صفحات رو شک دارگچی 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 می گيرند. 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 می شود. صفحاتFM ،FR دارای روکش کاغذی کرافت و صفحات Fireboard دارای روکش از جنس الياف شيشه می باشند.

معرفی ساختارهای مقاوم در برابر حريق

1. 
   

   ديوارهای جداکننده

   
   

دیوارهای  جداکننده برای تقسيم فضاهای داخلی ساختمان ها و ايجاد زون های حريق به کار می روند. نظیر کلیه ساختارهای مقاوم در برابر حريق، لایه های پوششی در این ساختار از نوع مقاوم در برابر حريق FM ،FR و يا پنل نسوز Fireboard می باشد. با استفاده از این ساختار می توان به کد حريق تا 180 دقیقه F180 دست يافت.

2. 
   

   ديوارهای پوششی

   
   

دیوارهای پوششی برای حفاظت چاه های تاسيساتی و چاه های آسانسور در برابر حريق کاربرد ويژه دارند. همچنین ، این نوع پوشش کاری برای مقاوم سازی دیوارهای  بنايي موجود در يک ساختمان و ايجاد زون حريق در ساختمان های در حال بهره برداری نیز به کار می رود. برای این منظور، صرفاً از ساختارهای پوششی مستقل از دیوار زمينه استفاده می شود. با استفاده از این ساختار می توان به کد حريق تا 90 دقیقه F90 دست يافت.

سقف های کاذب

سقف های کاذب یکپارچه

در سقف های کاذب یکپارچه، ساختارهای مقاوم در برابر حريق در دو دسته طبقه بندی می شوند:

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

■ سقف های کاذبی که کد حريق آن ها در تلفیق با مقاومت سقف اصلی در برابر حريق، به صورت ترکیبی تعیین می شود.

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 اقتصادی تر بوده، مشروط بر این که سقف اصلی بر اساس استاندارد DIN4102 بخش 4قابل رده بندی باشد.

سقف های کاذب مشبک

سقف های کاذب مشبک با تایل های 60x60 گچی و یا معدنی به بازار عرضه می گردد. محصول تایل های گچی و ساختاری که با این محصولات اجرا می گردد، فاقد کد حریق بوده و در صورت استفاده از محصولات معدنی و ساختارهای مقاوم در برابر حریق، می توان به کد حریق تا 90 دقیقه F90 دست یافت.

پوشش های تير و ستون مقاوم در برابر حريق

حفاظت سازه های فولادی در برابر حريق به کمک پوشش اين اعضا با صفحات نسوز یا مقاوم در برابر حريق امکا نپذیر است. بدین ترتیب که پوشش مذکور مانع از عبور حرارت ناشی از آتش سوزی و ا فزایش دمای پیرامون تيرها و ستون های فولادی  می گردند. با استفاده از اين روش می توان 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 روش ها (نظیر پوشش های بتنی) است. با استفاده از این روش، نازک کاری اجزای سازه ای نيز تامين گرديده، که خود صرفه اقتصادی و تسریع  در عملیات اجرايي را در بر دارد.