حفاظت از ساختمان در برابر حریق و نقاط ضعف سازه‌ و مصالح در برابر آتش

حفاظت ساختمان در برابر حریق

حفاظت از ساختمان‌ها در برابر حریق یکی از مهم‌ترین جنبه‌های ایمنی در طراحی و ساخت بناها است. مبحث سوم مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان «حفاظت ساختمان‌ها در برابر حریق» به‌طور جامع به الزامات و ضوابط مرتبط با ایمنی ساختمان‌ها در برابر آتش‌سوزی پرداخته است. این مبحث با هدف تأمین ایمنی جانی، مالی و حفظ منافع ملی در طراحی و اجرای ساختمان‌ها تدوین شده است. در این مقاله به بررسی نقاط ضعف سازه‌ها و مصالح ساختمانی در برابر آتش و اصول حفاظت از ساختمان‌ها بر اساس مبحث سوم مقررات ملی ساختمان ایران پرداخته می‌شود.

سازه‌ها و مصالح ساختمانی ممکن است در برابر حریق دارای ضعف‌هایی باشند که شناسایی و اصلاح آن‌ها نقش مهمی در افزایش ایمنی ساختمان‌ها دارد. این نقاط ضعف عبارت‌اند از:

.1 مصالح قابل اشتعال: برخی مصالح ساختمانی مانند چوب، پلاستیک و فوم‌های پلیمری قابلیت اشتعال بالایی دارند و می‌توانند در هنگام آتش‌سوزی به سرعت شعله‌ور شوند. این مصالح به‌ویژه در ساختمان‌های قدیمی و سازه‌هایی که از تکنولوژی‌های سنتی استفاده می‌کنند، مشکل‌ساز هستند.

2. کاهش مقاومت سازه‌ای: بسیاری از مصالح ساختمانی در دماهای بالا خواص مکانیکی خود را از دست می‌دهند. برای مثال، فولاد که یکی از مصالح اصلی در سازه‌های مدرن است، در دماهای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد به تدریج مقاومت خود را از دست می‌دهد. بتن نیز در معرض حرارت زیاد ترک‌خورده و خواص باربری خود را از دست می‌دهد.

3. انتشار دود و گازهای سمی: برخی مصالح ساختمانی در هنگام سوختن، دود غلیظ و گازهای سمی تولید می‌کنند که می‌تواند خطرات جدی برای سلامت افراد حاضر در ساختمان به همراه داشته باشد. برای مثال، مواد پلیمری مانند PVC در حین سوختن گازهای سمی مانند کلرید هیدروژن آزاد می‌کنند.

4. نقص در طراحی اتصالات: در سازه‌های فلزی یا ترکیبی، اتصالات نامناسب می‌تواند منجر به گسترش سریع آتش در میان بخش‌های مختلف ساختمان شود. این مسئله به‌ویژه در سازه‌هایی که فاقد پوشش‌های محافظتی کافی هستند، دیده می‌شود.

5. تخریب حرارتی پوشش‌ها: پوشش‌های محافظتی مانند ضدحریق پایه سیمانی در صورت عدم کیفیت یا نصب نامناسب ممکن است در دماهای بالا تخریب شوند و حفاظت کافی ارائه ندهند.

براساس مبحث سوم مقررات ملی ساختمان ایران و استانداردهای بین‌المللی مانند ISO 834 و ASTM E119، مصالح ساختمانی باید حداقل مقاومت مشخصی در برابر آتش داشته باشند. این مقاومت براساس زمان سنجیده می‌شود. دیوارهای باربر باید توانایی حفظ مقاومت سازه‌ای خود را در برابر دماهای بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد برای حداقل ۱۲۰ دقیقه داشته باشند.

کف‌ها و سقف‌ها باید علاوه بر پایداری سازه‌ای، انتقال حرارت به طبقات زیرین را به حداقل برسانند.

مواد عایق و پوشش‌ها باید در برابر اشتعال مقاوم باشند و حداقل دود یا گاز سمی تولید نکنند. استاندارد NFPA 703 نیز معیارهایی برای ارزیابی مواد غیرقابل اشتعال ارائه می‌دهد.

بر اساس الزامات مبحث سوم و استاندارد NFPA 92 (استاندارد سیستم‌های تخلیه دود)، ساختمان‌های چندطبقه، مراکز خرید، و ساختمان‌های صنعتی باید به سیستم‌های تخلیه دود و تهویه هوا مجهز شوند. این سیستم‌ها نقش کلیدی در کنترل گسترش آتش و کاهش دود دارند.

سیستم‌های فشار مثبت در راه‌پله‌ها طبق استانداردهای NFPA 101 و مقررات ملی، باید مانع از ورود دود به مسیرهای خروج اضطراری شوند. هواکش‌های اضطراری در ساختمان‌های صنعتی یا پارکینگ‌ها، هواکش‌های مکانیکی باید توانایی جابجایی حداقل ۱۰ بار حجم هوای فضا در ساعت را داشته باشند. سنسورهای دود و کنترل خودکار  هم باید به صورت خودکار عمل کرده و جریان دود را به سمت خروجی‌ها هدایت کنند.

حفاظت از ساختمان‌ در برابر حریق نیازمند رعایت اصول مهندسی و استفاده از تکنولوژی‌های نوین است. این اصول که در مبحث سوم مقررات ملی ساختمان نیز به آن‌ها اشاره شده است، عبارت‌اند از:

1. انتخاب مصالح مقاوم در برابر آتش یا ضدحریق‌ها: استفاده از مصالحی که مقاومت حرارتی بالایی دارند و در هنگام مواجهه با آتش دچار تغییرات شدید نمی‌شوند، از الزامات مهم است. برای مثال، آجرهای نسوز، بتن‌های مقاوم در برابر حرارت و فولاد پوشش‌دهی شده با مواد ضدحریق از جمله این مصالح هستند.

2. طراحی مناسب سازه: طراحی ساختمان باید به گونه‌ای باشد که در برابر گسترش آتش مقاومت کند. استفاده از سیستم‌های جداکننده مانند دیوار ضد حریق و درب‌ ضد حریق می‌تواند از انتشار آتش به بخش‌های دیگر ساختمان جلوگیری کند.

3. نصب سیستم اعلام حریق: سیستم‌های کشف دود و اعلام حریق باید در مکان‌های مناسب ساختمان نصب شوند تا در صورت وقوع آتش‌سوزی، افراد حاضر در ساختمان به سرعت از خطر آگاه شوند.

4. راه‌های خروج ایمن: طراحی مسیرهای خروجی ایمن و کافی که در زمان وقوع حریق به ساکنان اجازه تخلیه سریع و ایمن بدهد، از اصول اساسی است. این مسیرها باید عاری از موانع و به‌طور مداوم قابل استفاده باشند.

5. نصب سیستم‌ اطفاء حریق: سیستم‌ اطفاء حریق مانند اسپرینکلر، کپسول آتش‌نشانی و سیستم آب‌رسانی باید در ساختمان نصب و به‌صورت منظم بررسی شوند.

6. آموزش و فرهنگ‌سازی: آموزش ساکنان ساختمان در خصوص رفتار صحیح در مواقع حریق و استفاده از تجهیزات اطفاء حریق، نقش کلیدی در کاهش خسارات دارد.

7. استفاده از فناوری‌های نوین: استفاده از حسگرهای حرارتی و سیستم‌های هوشمند مدیریت حریق می‌تواند کارایی عملیات‌های ایمنی را افزایش دهد.

یکی از مباحث مهم در طراحی ساختمان‌ها، تحلیل رفتار مواد در شرایط آتش‌سوزی و بررسی اثرات دما بر پایداری سازه‌ای آن‌هاست. تحقیقات پیشرفته در زمینه مهندسی حریق نشان داده است که رفتار حرارتی مواد می‌تواند به شدت تحت تأثیر ترکیب شیمیایی، ابعاد و شرایط محیطی قرار گیرد. به عنوان مثال، در سازه‌های بتنی، ترک‌خوردگی حرارتی ناشی از انبساط دیفرانسیلی مصالح (مانند سنگدانه‌ها و سیمان) منجر به کاهش مقاومت فشاری بتن در دماهای بالای ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌شود. این پدیده، به نام اسپالینگ (Spalling) شناخته می‌شود و می‌تواند ساختار داخلی بتن را به شدت آسیب‌پذیر کند.

در سازه‌های فولادی، آزمایش‌های حرارتی (مانند آزمون‌های ISO 834 و ASTM E119) نشان داده‌اند که مقاومت فولاد در دماهای بین ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش یافته و در دمای ۱۱۰۰ درجه به نقطه تسلیم نزدیک می‌شود. استفاده از پوشش‌های ضدحریق بر پایه مواد معدنی یا پاششی‌های حجیم بر پایه سیمان، می‌تواند حفاظت حرارتی ایجاد کند.

تحلیل‌های عددی با استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته مانند ANSYS و FDS (Fire Dynamics Simulator) به مهندسین امکان می‌دهند رفتار سازه را در شرایط آتش‌سوزی مدل‌سازی کنند. این تحلیل‌ها شامل شبیه‌سازی انتقال حرارت، بررسی نقاط ضعف اتصالات جوشی و پیچی، و بررسی تغییر شکل سازه‌ها در برابر بارهای دینامیکی ناشی از انبساط حرارتی است. این ملاحظات نشان می‌دهد که استفاده از فناوری‌های نوین و تحلیل‌های پیشرفته می‌تواند تأثیرات مخرب آتش بر ساختمان‌ها را به حداقل برساند.

حفاظت از ساختمان‌ها در برابر حریق یکی از مهم‌ترین وظایف مهندسان ساختمان و معماران است. شناسایی نقاط ضعف مصالح و سازه‌ها، طراحی مناسب و استفاده از تکنولوژی‌های نوین می‌تواند به کاهش خسارات ناشی از آتش‌سوزی کمک کند. رعایت الزامات مبحث سوم مقررات ملی ساختمان، راهکاری کارآمد برای ارتقای ایمنی ساختمان‌ها در برابر حریق است. همچنین، ارتقای آگاهی عمومی و مشارکت همگانی در اجرای دستورالعمل‌های ایمنی می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی در پیشگیری از وقوع حوادث حریق داشته باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر مقالات زیر را مطالعه فرمایید. 

- مقاومت ساختمان های بتنی در برابر آتش

- رفتار بتن در برابر آتش

- نقاط ضعف سازه‌ها و مصالح ساختمانی برای مقاومت در برابر آتش