آتش‌سوزی پدیده‌ایست که هر سازه در طول عمر مفید خود ممکن است آن را تجربه نماید. با گسترش شهرسازی‌های مدرن، پتانسیل خطرات ناشی از آتش‌سوزی و احتمال وقوع آنها در سازه نیز گسترش یافته است. آنچه دارای اهمیت می‌باشد چگونگی پیشگیری و همچنین مقابله با خطرات آتش‌سوزی در ساختمان‌ها می‌باشد که باید بسیار مورد توجه قرار گیرد.در این مقاله به تاثیر آتش بر سازه ساختمان ها می پردازیم.
عوامل مؤثر بررفتار سازه ها درهنگام آتش سوزی :
-اندرکش سازه ای: بر خلاف عضو منفرد ، رفتار یک قاب سازه ای درزمان آتش سوزی ، تحت تاثیر اندرکنش اعضای سازه ای متصل درقسمتهای مجاور آتش وسایر قسمتها ، قرار دارد . این مساله برای رفتار کل قاب سودمند است ، زیرا تخریب برخی از اعضای سازه ای ، لزوماً باعث به مخاطره افتادن پایداری کل سازه نمی شود . دراین حالت اعضای باقیمانده ، مسیر دیگری برای انتقال بار قسمتهای تخریب شده ، بوجود می آورند.
-اتصالات :
زمانیکه دراثر آتش سوزی دریک تیر ساده با اتصالات برشی ، خیز بوجود می آید ، اتصالات انتهایی کمی درمقابل دوران مقاومت می کنند ولنگر انتهایی بوجود می آید درنتیجه لنگروسط دهانه وپدیدۀ غشایی یکطرفه کاهش می یابد. مقاومت دربرابر لنگر وکشش اتصال باعث افزایش مقاومت تیر دربرابر آتش تازمان گسیختگی اتصال می گردد. این اثر سودمند درقابهای فولادی چند دهانه با اتصالات ساده مشخص تراست . دربیشتر مدلسازیها فرض می شود که مشخصات پیش از آتش سوزی یک اتصال ،پس ازآن نیز ثابت می ماند . به نظر می رسد که رفتار اتصالات ، معین می کند که تخریب موضعی باشد ویا به صورت پیش رونده درآید .
-قیدهای انتهایی :
پاسخ سازه ای یک عضو تحت شرایط آتش سوزی می تواند با توجه به شرایط انتهایی آن به شدت تغییر کند. برای بار و آتش یکسان ، یک تیر با دو انتهای صلب، نسبت به یک تیر یک سرساده ویک سر غلطک، تغییر شکل کمتری می دهد ومدت زمان بیشتری مقاومت می کند. افزودن قید محوری درابتدا به دلیل نبود درجه آزادی برای انبساط محوری، باعث افزایش تغییر شکل می شود. باافزایش گرما، سرعت افزایشی تغییر شکل کاهش می یابد.
-بارگذاری:
یک عامل تعیین کننده دررفتار عضو درمعرض آتش سوزی ، باراعمالی آن است . تخریب سازه زمانی اتفاق می افتند که بار اعمالی ازبارنهایی بیشتر شود. دوام دربرابر آتش یک عضو باکاهش بار اعمالی ، افزایش می یابد .
-تاثیر مواد ضد آتش:
مواد ضد آتش باید با ضخامتی پایدار، روی فولاد راپوشش دهند صدمه وارده به مواد ضد آتش دراثر ضربه ، باعث کاهش قابلیت مواد به عنوان پوشش می شود . درنتیجه پوشش باید دربرابر سایش، ضربه، ارتعاش ودمای بالا مقاومت کند . مواد ضد آتش ممکن است درنتیجه کرنش حرارتی ناشی ازتفاوت انبساط حرارتی فولاد وپوشش ضد آتش ویا انحنای عضو فولادی ، فرو بریزند.پوشش های ضد آتش ممکن است دراثر از دست دادن چسبندگی به فولاد تخریب شوند.
-خاموش کنندهای آتش :
درآتش سوزی یک ساختمان ، افزایش دمای اعضای مجاورآب پاش ها محدود می شود، درنتیجه مقاومت اعضاء دربرابر آتش ، افزایش می یابد.
سازه های معین:
با تشکیل اولین مفصل پلاستیک تخریب می شوند ، ولی با تشکیل مفصل پلاستیک درسازۀ نامعین ،یک درجه ازنامعینی ، کاسته می شود وسازه همچنان می تواند دربرابر آتش مقاومت کند.
توزیع دما :
باتوجه به پوشش محافظ وآرایش اعضا دارای دمای متفاوت درسطح مقطع وطول خود هستند .
دوام سازه دربرابرآتش:
به عنوان مشخصه یک ساختمان ، برای تحمل آتش وحفاظت ازآن تعریف می شود.(ASTM2001a) دوام به دو مورد بستگی دارد: ابتدا قابلیت یک عضو درحفظ استحکام سازه ای وپایداری ، درهنگام قرار گیری درمعرض آتش است.
دوم برای برخی عضوها مانند دیوارها وسقفها، جلوگیری از گسترش آتش می باشد . به طور کلی درجه دوام دربرابر آتش یک عضوسازه ای تابعی است از:
- ۱-میزان باراعمال شده به عضو
- ۲-نوع عضو (تیر- ستون و…)
- ۳-ابعاد عضو وشرایط تکیه گاهی
- ۴-جریان گرمایی حاصل ازآتش دراطراف عضو
- ۵-نوع ماده تشکیل دهنده(بتن- فولاد و…)
- ۶-تاثیر افزایش دمای عضو سازه ای برمشخصات مکانیکی تشکیل دهنده آن .
با افزایش دما، مقاومت عضو دربرابر تغییر شکل معین،ضریب کشسانی وسختی کاهش می یابد.تیرهاوخرپاها ممکن است باتوجه به شرایط انتهایی ، واکنش های متفاوتی رانشان دهند ، عضوی که دارای قید محوری نیست ، درهنگام آتش سوزی بدون ایجاد نیروی محوری تغییر شکل پیدا می کند. *تاثیر آتش بر سازه ساختمان ها*
عضو محوری
اما عضوی که دارای قید محوری است، تنشهای محوری ایجاد می شود . عضوهایی که به هم متصل نیستند، ممکن است با غلبه بار وارده برمقاومت موجود ، تخریب شوند ولی درعضوهای متصل به هم ، به دلیل کاهش ضریب کشسانی ،تغییر شکل قابل توجه اتفاق می افتد ولی عضو دیرتر تخریب می شود . با کاهش ضریب کشسانی و تضعیف اتصال ستون ها به کفها، لاغری ستون افزایش می یابد ودرنتیجه حساسیت ستون به کمانش افزایش می یابد.
درجه بندی سازه ها از نظر میزان خطر پذیری:
درجه بندی سازه ها برای تعیین درجه دوام لازم برای عضوهای مختلف مورد نیاز است و می تواند در تدوین آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر آتش مورد استفاده قرار گیرد که در بررسی تاثیر آتش بر سازه ساختمان ها بسیار موثر است.
اجزا و قطعات ساختمانی با توجه به زمان مقاومت در برابر آتش به سه گروه تقسیم می شوند :
۱ – مانع گسترش آتش : با حداقل نیم ساعت مقاومت در برابر اشتعال و سرایت آتش به طرف دیگر
۲- مقاومت در برابر آتش : با حداقل یک و نیم ساعت در برابر آتش و نیز پایداری در برابر فشار آب و آتش نشانی .
۳- بسیار مقاوم در برابر آتش : با حداقل سه ساعت مقاومت در برابر آتش ..
فولاد یا بتن؟
به طور کلی، آتش و حرارت ایجاد شده سبب کاهش استحکام مکانیکی کلیه مصالح خواهد شد؛ اما شدت این تاثیر در مصالح مختلف متفاوت می‌باشد. امروزه ساختمان‌های بلند شهری با اسکلت فلزی و بتنی ساخته می‌شوند، کارفرمایان بر حسب نیازهای خود یکی از این دو نوع سیستم سازه‌ای را انتخاب می‌کنند. ولی آنچه که کمتر در هنگام انتخاب سیستم سازه‌ای ساختمان‌ها مورد توجه قرار می‌گیرد، توان مقاومت آنها در مقابل آتش‌سوزی می‌باشد. با توجه به تحقیقات انجام شده، اگرچه مقاومت بتن در برابر آتش به شدت کاهش می‌یابد،
اما، سازه‌های فلزی، به شدت در مقابل آتش‌سوزی ضعیف بوده و با کوچکترین حریقی که در کنار ستون‌ها ایجاد شود، فولاد فورا گداخته شده و بخش زیادی از مقاومت خود را از دست می‌دهد. ساختمان‌های بلند باتوجه به عدم دسترسی خودروهای آتش‌نشانی و ساختار سازه‌ای، نسبت به آتش، حساس‌تر هستند. در این ساختمان‌ها، استفاده از شبکه‌های بارندۀ خودکار، شبکه کشف و اعلام حریق، سیستم کنترل دود، استفاده از مولد برق اضطراری و اتاق کنترل مرکزی الزامی است.
با توجه به تحقیقات انجام شده، اگرچه مقاومت بتن در برابر آتش به شدت کاهش می‌یابد، اما، سازه‌های فلزی، به شدت در مقابل آتش‌سوزی ضعیف بوده و با کوچکترین حریقی که در کنار ستون‌ها ایجاد شود، فولاد فورا گداخته شده و بخش زیادی از مقاومت خود را از دست می‌دهد. ساختمان‌های بلند باتوجه به عدم دسترسی خودروهای آتش‌نشانی و ساختار سازه‌ای، نسبت به آتش، حساس‌تر هستند. در این ساختمان‌ها، استفاده از شبکه‌های بارندۀ خودکار، شبکه کشف و اعلام حریق، سیستم کنترل دود، استفاده از مولد برق اضطراری و اتاق کنترل مرکزی الزامی است.
روشهای مقاوم سازی بتن در مقابله با آتش:
- افزایش پوشش میلگرد ها
- استفاده ازمیلگرد های باfy کمترکه دارای دمای بحرانی بالاتری هستند.
- استفاده از دانه های لیکا
عمده‌ترین روشهای مقاوم‌سازی فولاد در مقابله با آتش
- مواد پاششی با خواص معدنی (پوشش‌های ضد حریق با خواص معدنی)
- مواد پاششی شیمیایی از رنگ‌های منبسط شونده
روشهای مقابله با آتش سوزی
- سامانه اعلام حریق
- آب‌پاشهای خودکار؛ برای کنترل آتش در مراحل اولیه گسترش و خاموش کردن یا تحت کنترل درآوردن آن تا ورود ماموران آتش نشانی طراحی می‌شوند و این آب پاشها معمولاً قادر به کنترل آتش سوزی‌های شدید نیستند.
- مبارزه به روش دستی
- مقاوم‌سازی ساختمان‌ها و اجزای آن شامل قاب‌های ساختمانی، کفها، جدا‌کننده‌ها، حصار دور آسانسور‌ها و پله‌ها می‌باشند.
مهمترین قسمتهای قاب‌های سازه‌ای شامل ستون‌ها، شاهتیرها وخرپاها هستند.
در این مقاله به تاثیر آتش بر سازه ساختمان ها پرداختیم.
منابع:
2. civil808.com
3. bamna.ir
