رتبه بندی مقاومت بتن و عناصر سازه ای بنایی در برابر آتش

رتبه بندی مقاومت بتن و عناصر سازه ای بنایی در برابر آتش

 

درجه بندی حریق در عناصر سازه ای بتنی و بنایی دو عامل را در نظر می گیرد: استقامت در برابر آتش و مقاومت در برابر آتش. استاندارد ACI 206 تعریف این دو اصطلاح را ارائه می دهد:

استقامت در برابر آتش: مقدار زمان سپری شده است، که در طی آن آزمایش مقاومت و عملکرد یک ماده یا مجموعه را در برابر آتش، تحت شرایط تعیین شده، هنگام اعمال بر روی عناصر سازه ای نشان می دهد. میزان استقامت دربرابر آتش، باید با روش ها و معیارهای مشخص شده در روش تست استاندارد (ASTM E 119)، برای آتش سوزی در ساخت و ساز و مصالح اندازه گیری شود.

مقاومت در برابر آتش: مربوط به ویژگی ها و خواص ذاتی یک ماده، یا یک مجموعه، برای مقاومت در برابر آتش، و یا ایجاد محافظت در برابر آتش، در هنگام کاربرد آن بر روی عناصر ساختاری است. که با میزان ظرفیت مهار آتش در یک ماده، و یا ادامه انجام یک عملکرد ساختاری خاص در هنگام آتش سوزی، و یا با هر دو مشخص می شود. بطور کلی ضوابط ساختمان، حداقل مقاومت مورد نیاز در برابر آتش را برای اجزای ساختمان ها تعیین کرده است، که بستگی به نوع کاربری سازه، عملکرد عناصر موجود در آن، اهمیت ساختمان، محتویات ساختمان و سایر ملاحظات حفاظت در برابر آتش دارد. این مقاله معیارهای درجه بندی مقاومت در برابر حریق را بر اساس روش استاندارد (ACI 216.1M-07/TMS-216-07)، برای تعیین مقاومت مجموعه های ساختمانی بتنی در برابر آتش سوزی ارائه می دهد.

 

       
شکل 1- دیوار ساختمانی مقاوم در برابر آتش

 

روشهای تعیین درجه مقاومت در برابر آتش بتن و بنایی
طبق استاندارد ACI 216.1-M07، مقاومت مصالح و مجموعه های بتن و بنایی در برابر آتش باید با استفاده از یکی از روش های ارائه شده در بخش زیر برآورد شود:

1- صلاحیت از طریق آزمون
مواد و مجموعه مصالح ساختمانی مطابق با الزامات ارائه شده در ASTM E 119 آزمایش شده و بر اساس نتایج و شرایط ارائه شده، درجه بندی تست آتش تعیین می شود.

2- مقاومت در برابر آتش محاسبه شده
مقاومت عناصر یا مجموعه های بتن بنایی در برابر آتش ،که با استفاده از روش ارائه شده توسط ACI 216.1M-07 یا سایر روش های جایگزین به دست آمده است، قابل قبول است.

3- تایید از طریق عملکرد گذشته
استاندارد ACI 216.1M-07، استفاده از درجه بندی آتش در عناصر و مجموعه هایی که قبلاً استفاده شده است، و یا عملکرد آن ها ثابت شده است را رد نمی کند.

4- روش های جایگزین
ACI 216.1M-07 از کاربرد تکنیک‌های جدید و نوظهور، برای پیش‌بینی پیامدهای ایمنی زندگی، و نیز حفاظت از ساختمان‌ها و سازه‌ها جلوگیری نمی‌کند.

تست آتش مونتاژ دیوار
آزمایش آتش مونتاژ دیوار بر اساس ASTM E 119 چهار معیار عملکردی را ارائه می دهد که باید رعایت شوند:
• مقاومت مجموعه دیوار ها در برابر انتقال حرارت از طریق آنها.
• مقاومت در برابر عبور شعله آتش یا گازهای داغ از دیوار، برای ایجاد آتش و سوزاندن ضایعات پنبه در طرف دیگر دیوار، که در معرض آتش نیست.
• کاهش دادن ظرفیت حمل بار در دیوار باربر
• مقاومت در برابر ضربه، فرسایش و اثرات خنک کننده جریان شلنگ بر روی مجموعه پس از قرار گرفتن در معرض آتش.

 

مقاومت در برابر آتش عناصر مختلف بتن و اجزای دیگر ساختمان
مقاومت عناصر بنایی و اعضای بتنی در برابر آتش، با انتقال آتش کنترل شده از یه طرف مجموعه، و با افزایش دما در طرف دیگر دیوار که در معرض آتش نیست تعیین می شود. این حالت شکست برای فرموله کردن روشی استاندارد، برای محاسبه مقاومت بتن و عناصر بنایی متفاوت، در برابر آتش استفاده می شود. روش محاسبه استاندارد برای اجزای مختلف بنایی و بتنی در موارد زیر ارائه شده است که در ادامه به توضیح هر کدام خواهیم پرداخت:
• انتقال حرارت در اسلب
• درجه مقاومت در برابر حریق دیوار تک وایت شامل: الف) دیوار بتنی تک وایت، ب) دیوار سفالی تک وایت
• دیوارها، کف و سقف بتنی تک لایه
• دیوارها، کف ها و سقف های چند لایه

 

انتقال حرارت در اسلب
مقاومت دال بتنی با تکیه گاه ساده در برابر آتش ،که تحت تأثیر مواد تشکیل دهنده است، می تواند از شکل زیر با استفاده از پارامتر پوشش موثر بتن ( u ) به عنوان تابعی از نسبت گشتاور طراحی به ممان اسمی  ( M/M n ) تعیین شود.

در مورد دال های پیوسته، تغییراتی در توزیع گشتاور ایجاد می شود ، بنابراین تنش های منفی افزایش می یابد که به معنای افزایش گشتاور منفی در تکیه گاه ها نیز می باشد. اما در مورد وقوع آتش سوزی آرماتور منفی نسبت به آرماتور مثبت فاصله بیشتری با مبدأ آتش دارد و در نتیجه میزان حرارتی برابر با میلگردهای فولادی مثبت را تجربه نمی کند و در نتیجه مقابله با روند افزایش ممان منفی مقدور است.

 

شکل 2- مقاومت صفحات بتنی در برابر آتش

 

افزایش ممان منفی ممکن است منجر به تسلیم میلگردهای فولادی شود و کاهش لنگر، فضاهایی را برای نفوذ آتش ایجاد می کند. میلگردهای فولادی منفی باید به اندازه کافی گسترش داده شوند تا بتوانند توزیع مجدد گشتاور و همچنین جابجایی های نقطه عطف را تطبیق دهند. توصیه می شود حداقل 20 درصد از میلگردهای فولادی اوج ممان منفی باید در طول کل دهانه کشیده شوند.

رتبه بندی مقاومت در برابر آتش دیوار تک وایت
درجه مقاومت آتش دیوارها شامل: دیوارهای تک وایت، دیوارهای چند وایت و دیوار با عملیات سطحی؛ به میزان تزریق و نیز نوع پر کردن هسته‌ی واحدهای توخالی با مواد پرکننده بستگی دارد.

دیوار بنایی بتنی تک وایت
محاسبات مجموعه های دیوار بتنی وایت بر اساس مشخصات ACI 216.1M-07 و مطابق جدول زیر فرموله شده است. ضخامت معادل مورد نیاز مجموعه های بتنی ( Tea )، به ضخامت معادل واحد ساختمانی ( Te ) و ضخامت معادل مواد پرداخت تکمیلی مشخص شده ( Tef ) بستگی دارد:ضخامت معادل واحد بنایی برابر است با: حجم خالص تقسیم بر واحد سطح، که از ضرب ارتفاع در طول واحد بدست می آید. ضخامت واقعی یک واحد ساختمانی جامد به عنوان ضخامت معادل واحد در نظر گرفته می شود. ضخامت معادل واحد ساختمانی توخالی که به اندازه کافی با مواد پر شده است نیز برابر با ضخامت واقعی آن محسوب می شود.

جدول 1- رتبه بندی مقاومت در برابر آتش مجموعه های بنایی بتنی

 

دیوار بنایی تک وایت سفالی
درجه مقاومت در برابر حریق دیوار بنایی منفرد وایت سفالی، مطابق جدول زیر محاسبه شده است. همچنین ضخامت معادل دیوارهای بنایی سفالی بر اساس معادله زیر محاسبه می شود:

ضخامت واقعی مصالح بنایی مثل سفالی دوغابی و جامد، آن را برابر با واحد ضخامت سفال می کند.

جدول 2- مقاومت در برابر آتش دیوار بنایی سفالی

 

 

دیوارها، کف و سقف های بتنی تک لایه
درجه مقاومت در برابر آتش در دیوارها، کف ها و سقف های بتنی مسلح و ساده به ضخامت معادل عنصر بکار رفته در آن بستگی دارد و می توان آن را با استفاده از جدول زیر دریافت. ضخامت معادل انواع المان های بتنی در موارد زیر ارائه می شود:
• ضخامت معادل اعضای بتنی جامد، با سطوح تراز شده، برابر با ضخامت واقعی آن عضو است.
• ضخامت معادل پانل های هسته توخالی، که در همه جا دارای سطح مقطع ثابت هستند، بر اساس سطح مقطع خالص تقسیم بر عرض پانل محاسبه می شود.
• ضخامت معادل موادی به شکل دوغاب جامد شده، یا به صورت شل با موادی مانند: ماسه، خاک رس منبسط شده، تخته سنگ، شیل یا سرباره پر شده است، برابر با ضخامت دیوار یا دال جامد است.
• ضخامت معادل عناصر فلنجی مخروطی، برابر با 152 میلی متر است، در فاصله کمتر از ضخامت حداقل دو برابر شده تعیین می شود.
• ضخامت معادل عناصر در سطح آجدار، اگر فاصله دنده کمتر از چهار برابر حداقل ضخامت نباشد، با حداقل ضخامت پانل برابر است. و اگر فاصله بین دنده ها کمتر از چهار برابر حداقل ضخامت باشد، از تقسیم سطح مقطع خالص بر عرض پانل بدست می آید. می توانید معادله زیر را؛ برای زمانی که فاصله بین دنده ها کمتر از چهار برابر حداقل ضخامت و یا بیشتر از دو برابر حداقل ضخامت است، اعمال کنید.

 

جاگذاری در فرمول:
t: حداقل ضخامت
Te : ضخامت معادل با استفاده از معادله 2 محاسبه می شود
s: فاصله از مرکز به مرکز بین دنده ها

 

 

جدول 3- درجه بندی مقاومت در برابر آتش دیوارها، کف و سقف های بتنی تک لایه

 

دیوارها، کف و پشت بام چند لایه
روش های مختلفی مانند راه حل های گرافیکی، عددی و تحلیلی ارائه شده توسط ACI 216.1M-7 وجود دارد که برای تعیین مقاومت در برابر آتش دیوارها، در کف ها و سقف های متشکل از دو یا چند لایه از انواع مختلف بتن، یا عناصر پیش ساخته یا هر دو استفاده می شود. هر راه حل ترکیبی متفاوت از وزن طبیعی را در نظر می گیرد. وزن بتن نیمه سبک؛ بتن سبک، ساندویچ پانل ها و سیستم های عایق، و استفاده از مجموعه های بنایی سفالی و بتنی به عنوان بخشی از سیستم چند وایت.

 

راه حل گرافیکی و تحلیلی:

مقاومت در برابر آتش دیوارهای جامد، سقف ها و کف ساخته شده از انواع مختلف بتن را می توان با استفاده از معادله 4 یا معادله 5 که در زیر ارائه شده است، و یا با استفاده از شکل 2 در بالا تعیین کرد. وجود آتش احتمالی در هر طرف عنصر باید در نظر گرفته شود، بنابراین دو محاسبه جداگانه، برای هر طرف، با فرض قرار گرفتن در معرض آتش لازم است. کمتر از دو محاسبه به عنوان مقاومت در برابر آتش در نظر گرفته می شود، مگر در مواردی که همه چیز توسط کد مربوطه استاندارد خود عنصر تعیین شده باشد. در نهایت، محاسبه برای قسمت پایینی طبقات و سقف های در معرض آتش سوزی باید انجام گیرد.

 

 

جاگذاری معادلات:
R: مقاومت در برابر آتش، ساعت
ttot: ضخامت کل دال، میلی متر
dl:ضخامت لایه در معرض آتش، میلی متر

شکل 3- مقاومت دیوارهای بتنی دو لایه، کف و سقف

 

راه حل های عددی: کف، سقف و دیوار ساخته شده از یک لایه بتن نیمه سبک و یک لایه بتن معمولی است و ضخامت هر لایه برابر با 25 میلی متر یا بیشتر است. اگر لایه بتنی با وزن معمولی در معرض آتش باشد، مقاومت دو لایه با هم در برابر آتش، با رابطه 4 تعیین می شود و زمانی که لایه دیگر در معرض آتش باشد باید از معادله 5 استفاده شود.

راه حل عددی جایگزین: مقاومت در برابر آتش دیوارها، کف ها و سقف ها (غیر جامد) که از دو یا چند لایه از انواع مختلف بتن ساخته شده و یا از لایه های بتنی، عناصر بتنی، عناصر سفالی یا ترکیبی ساخته می شود، به شرح زیر محاسبه می شود.

جاگذاری فرمول:

R: مقاومت مجموعه در برابر آتش
R1، R2 و Rn: مقاومت در برابر آتش هر لایه (بر حسب ساعت)
A1، A2 و An: برابر با 0.3 است (بر حسب ساعت)

مقادیر(Rn) برای مصالح بتن را می توان از جدول 3 یا شکل 3 در بالا به دست آورد.
جدول 1 برای سنگ تراشی بتنی است، و برای سنگ تراشی سفال جدول 2 استفاده شده است.
در نهایت، زمانی که از جدول استفاده می شود، الحاق باید اعمال شود.

شکل 4- تأثیر ضخامت دال و نوع مقاومت سنگدانه، در برابر آتش برای دال های بتنی، بر اساس افزایش دمای 139 درجه سانتیگراد، برای سطحی که در معرض دید قرار نگرفته است.

 

ساندویچ پانل: معادله 6 ، برای محاسبه مقاومت در برابر آتش پانل های دیواری بتنی پیش ساخته ی متشکل از دو لایه بتن؛ که بین آنها یک لایه پلاستیک فوم قرار گرفته است، استفاده می شود. اگر ضخامت پلاستیک فوم کمتر از 25 میلی متر نباشد، R 0.59  در رابطه 6 برابر با 0.22 است. علاوه بر این، اگر ضخامت آن کمتر از 25 میلی متر باشد، سهم مقاومت در برابر آتش پلاستیک فوم صفر است. ضخامت لایه بتن در هر طرف فوم پلاستیک نباید کمتر از 25 میلی متر باشد.

انواع عایق حریق
ضرورت حفاظت از ساختمان‌ها و یا سازه‌های فولادی، باید به عنوان دغدغه بسیار مهمی مورد توجه طراحان و پیمانکاران قرار گیرد. یکی از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین روش‌های حفاظت ساختاری در زمینه مهندسی آتش استفاده از عایق های ضد حریق بر پایه سیمان می‌باشد. در این روش, ستون‌ها و تیرهای اصلی سازه با یک پوشش ضدحریق پایه سیمانی پوشش داده می‌شوند تا از قاب‌های ساختمانی در برابر آتش‌سوزی محافظت کنند. دیوارها، سقف‌ها و کف‌ها نیز مصالح غیر فعال هستند که می توان از انواع عایق در آن ها استفاده کرد.
خطر گسترش آتش در انواع ساختمان، خصوصا ساختمان های چند طبقه بسیار موضوع نگران کننده ای است و آتش سوزی های اخیر همچنان ادامه دارد. توجه داشته باشید، استفاده از انواع سیستم های عایق حرارتی و عایق آتش در یک ساختمان، یک مسیر بالقوه، مفید و کارآمد را برای هدایت و کنترل حرارت را ارائه می دهد. به همین جهت است که یک ساختمان چند طبقه نیاز مبرمی به پوشش حرارتی مناسب دارد تا به این نگرانی ها رسیدگی کند.

 

منبع:
theconstructor.org

 

گردآوری شده توسط تیم ترجمه شرکت سفید بام کرمانیان


 

بیشتر بخوانید:
ریزش ناگهانی عناصر سازه ای بتنی در هنگام حریق

 

حفاظت در برابر حریق ساختمان های بلند

 

رفتار بتن در آتش شدید

 

الزامات ساختمان های مقاوم در برابر حریق

 

8 ملاحظه اساسی طراحی برای ایمنی دربرابر آتش در سازه ها

تماس فوری