بررسی مقاومت ساختمان‌ها در برابر حریق و نقش سیستم‌های اسپرینکلر

بررسی مقاومت ساختمان‌ها در برابر حریق و نقش سیستم‌های اسپرینکلر

از  سال 1874میلادی که اسپرینکلر توسط “هنری پارملی” اختراع شد، این وسیله نسبتاً ساده که گروهی از صاحبنظران آن را بعنوان بهترین و کارآمد ترین وسیله ایمنی ساخته شده تا به امروز می دانند، با استفاده از تجهیزات رایج در شبکه های لوله کشی نظیر شیرآلات ، لوله و اتصالات مربوطه با هدف حفظ جان و مال افراد در برابر حریق بکارگرفته شده است. جالب است بدانیم هیچ ساختمان مجهز به سیستم اسپرینکلر دچار خسارت سنگین نشده و در انگلستان تاکنون مرگ ناشی از حریق در خانه های مجهز به سیستم اسپرینکلر گزارش نشده است.

در سال 1896 میلادی پس از کسب مقبولیت و محبوبیت سیستمهای اسپرینکلر در ایالات متحده آمریکا، جهت هماهنگ نمودن و یکپارچه سازی طراحی این سیستمها ، کارخانجات تولید کننده اسپرینکلر، شرکت های بیمه و سازمانهای آتش نشانی، ائتلاف ملی حفاظت از حریق(National Fire Protection Association)  یا NFPA را تشکیل دادند. اولین مجموعه تهیه شده با کد 13 به سیستمهای اسپرینکلر اختصاص یافت. امروزه NFPA نزدیک به 300 کد در زمینه های مختلف ایمنی منتشر نموده است.

به استناد NFPA 13 در  طراحی سیستمهای اسپرینکلر پس از بررسی ریسک موجود ، منابع آب مورد نیاز سیستم، نوع و جهت نصب اسپرینکلرانتخابی،….. تعداد اسپرینکلر مورد نیاز در فواصل مشخص نصب می شوند. در هنگام حریق فقط تعداد اندکی از اسپرینکلرها  تحت تأثیر حرارت بوجودآمده فعال شده و حریق را  کنترل یا اطفاء می نمایند. با توجه به آمارهای منتشر شده 37% از آتش سوزیهای تنها با فعال شدن یک اسپرینکلر، 56% با کمتراز سه اسپرینکلر و 83% باکمتر از 10 اسپرینکلر کنترل یا اطفاء شده اند.  با وجود تمام امتیازات ، برخی افراد نگران فعال شدن تصادفی اسپرینکلرها و  خیس شدن محیط کار یا زندگی خود هستند، برای رفع این نگرانی کافیست بدانیم تا به امروز، به ازاء هر 16،000،000 اسپرینکلر نصب شده فقط یک اسپرینکلر بطور تصادفی فعال شده است. که این عدد در مقایسه با آمار مرتبط با نشتی شبکه های آب مصرفی ساختمانها بسیار ناچیز است.

بطور خلاصه هدف از نصب سیستمهای اسپرینکلر عبارتند از:

–         حفاظت از جان انسانها

–         حفاظت از اموال افراد

–         حفاظت از سازه و جلوگیری از فروریزی ساختمان

در این بخش به بررسی تأثیر سیستمهای اسپرینکلر بر روی افزایش مقاومت ساختمان در برابر حریق می پردازیم:

بر اساس کدهای ساختمانی، سازه ها با توجه به ” قابلیت سوختن” و “مقاومت در برابر حریق”  اجزاء تشکیل دهنده آنها تقسیم بندی می شوند . با توجه به  این تقسیم بندی ،  مساحت، ارتفاع و کاربری ساختمانها ، تعیین  می گردد.

در NFPA 220 با عنوان ”  استاندارد برای انواع سازه های ساختمانی”، مقاومت مواد در معرض حریق، در مدت زمان مشخص (بر اساس ساعت)  اندازه گیری شده است. بر اساس نمودار مندرج در NFPA 251 (نمودار 1)  دیوار یا جداکننده ها با میزان ( Rate)  یک ساعت(1-hour)  ، باید توانایی تحمل دمای 1700 درجه فارنهایت را در مدت یک ساعت، بدون فروپاشی داشته باشند.

نمودار 1-  منحنی میزان مقاومت مواد در برابر حریق

هدف از تعریف” میزان مقاومت مواد در برابر حریق” عبارت است از:

– محدود کردن قابلیت سوختن اجزاء ساختمان جهت جلوگیری از فروریزی در هنگام حریق

–  تهیه موانع جهت جلوگیری از  گسترش حریق درون ساختمانها و سرایت به ساختمانهای مجاور

– محدود کردن خطر آتش سوزی با کنترل اندازه و ارتفاع ساختمانها ( متناسب با هر سازه)

بطور کلی سازه ساختمانها از نظر مقاومت در برابر حریق به  پنج گروه تقسیم می شوند، که با  اعداد یونانی I، II ، III ، IV و V نمایش داده می شوند و بترتیب I بیشترین و Vکمترین مقاومت در برابر حریق را دارد.

جدول 1  مقایسه بین گروه ها را در قسمتهای مختلف ساختمان نشان می دهد. بعنوان مثال I 443 را در نظر بگیرید:

عدد اول (4) میزان مقاومت مورد نیاز دیوارهای خارجی تحمل کننده بار ، عدد دوم(4) میزان مقاومت مورد نیاز دیوارهای داخلی تحمل کننده بار، ستون ها، تیر،خرپا و طاق و عدد سوم (3) میزان مقاومت مورد نیاز سازه کف و سقف ساختمان را در برابر حریق و  بر حسب ساعت نمایش می دهد.

 

میزان مقاومت در برابر حریق (بر حسب ساعت) برای سازه های Type I تا Type V

گروه V

گروه IV

گروه III

گروه II

گروه I

 

000

111

2HH

200

211

000

111

222

332

443

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

2

 

2

 

2

 

 

 

2

 

2

 

2

 

 

 

2

 

2

 

2

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

2

 

2

 

1

 

 

 

3

 

3

 

3

 

 

 

4

 

4

 

4

دیوارهای خارجی تحمل کننده بار

 

–  تکیه گاه بیش از یک طبقه ، ستون یا دیوارهای دیگر است

 

– فقط تکیه گاه یک طبقه است

 

–  فقط تکیه گاه سقف است

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

2

 

1

 

1

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

2

 

2

 

1

 

 

 

3

 

2

 

2

 

 

 

4

 

3

 

3

دیوارهای داخلی تحمل کننده بار

 

–  تکیه گاه بیش از یک طبقه ، ستون یا دیوارهای دیگر است

 

– فقط تکیه گاه یک طبقه است

 

–  فقط تکیه گاه سقف است

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

H

 

H

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

2

 

2

 

1

 

 

 

3

 

2

 

2

 

 

 

4

 

3

 

3

ستونها

 

–  تکیه گاه بیش از یک طبقه ، ستون یا دیوارهای دیگر است

 

– فقط تکیه گاه یک طبقه است

 

–  فقط تکیه گاه سقف است

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

H

 

H

 

H

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

2

 

2

 

1

 

 

 

3

 

2

 

2

 

 

 

4

 

3

 

3

تیر، خرپا و طاق

 

–  تکیه گاه بیش از یک طبقه ، ستون یا دیوارهای دیگر است

 

– فقط تکیه گاه یک طبقه است

 

–  فقط تکیه گاه سقف است

0

1

H

0

1

0

1

2

2

3

سازه کف

0

1

H

0

1

0

1

1

5/1

2

سازه سقف

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

دیوارهای خارجی بدون بار

 

1 – H بیانگر سازه های Heavy Timber بوده که  دارای نمای زیبا ، استحکام بالا و  مقاومت مناسبی در برابر حریق هستند.

جدول 1- میزان مقاومت سازه ها در برابر حریق( بر حسب ساعت) برای گروه های I تا V

در جدول 2 مقایسه ای بین استانداردهای NFPA وIBC )مقررات بین المللی ساختمانها (در خصوص مقاومت قسمتهای مختلف ساختمان در برابر حریق نمایش داده شده است.

بخاطر داشته باشید براساس IBC تقسیم بندی به دو نوع A وB صورت گرفته ، که نوع A نشان دهنده وجود پوشش روی بخشهای فولادی است. ( با وجود اینکه فولاد غیرقابل اشتعال است، اما استحکام خود را در حدود 1200 درجه فارنهایت از دست می دهد، این در حالیست که در هنگام حریق دمای بوجود آمده چند برابر این مقدار است.) در نوع Bپوششی بر روی فولاد استفاده نمی شود.

 

میزان مقاومت اجزاء ساختمان (بر حسب ساعت) در برابر حریق  بر اساس استانداردهای مختلف

NFPA 220, 101

I-443

I-332

I-222

II-111

II-000

III-211

III-200

IV-2HH

V-111

V-000

IBC

I-A

I-B

II-A

II-B

III-A

III-B

IV-HT

V-A

V-B

NFPA 5000

I-442

I-332

I-222

II-111

II-000

III-211

III-200

IV-2HH

V-111

V-000

دیوارهای خارجی تحمل کننده بار

4

3

2

1

0

2

2

2

0

دیوارهای داخلی تحمل کننده بار

4

3

2

1

0

1

0

1

1

0

سازه های قابی شکل شامل ستون، تیر یاخرپا

4

3

2

1

0

0

H

1

0

سازه کف شامل تیر و تیرچه

2

2

1

0

1

0

H

1

0

سازه سقف شامل تیر و تیرچه

2

5/1

1

1

0

1

H

1

0

 

1  –  مقادیر مورد نظر IBC

2  –  مقادیر مورد نظر NFPA 5000

جدول2 – مقایسه ای بین استانداردهای NFPA وIBC

همانگونه که در جدول مشخص است IBC معادلی برای I 443 ندارد و تقسیم بندی از I-A شروع می شود،  نوع I-A دارای 3 ساعت مقاومت دیوارهای خارجی خارجی تحمل کننده بار، 3 ساعت دیوارهای داخلی، ستون ها ،تیرها …. و 2 ساعت مقاومت کف می باشد.

به هر حال جدول فوق در خصوص محدودیت ارتفاع ساختمان ،تعداد طبقات یا متراژ هر طبقه  کمکی به ما  نمی کند. در جدول 3  ارتفاع ، تعدادطبقات و مساحت هر طبقه ساختمان بر اساس نوع I تا V نمایش داده شده است، ردیفهای بالای جدول به نوع ساختمان بر اساس مقاومت در برابر حریق اختصاص دارد، ردیف چهارم ارتفاع مجاز ساختمان با توجه به هر گروه و بر حسب فوت بیان شده است، ردیفهای بعد محدودیت تعداد ومتراژ هر طبقه را بر حسب  فوت مربع مشخص می کند.

 

   

نوع سازه

   

گروه I

گروه II

گروه III

گروه IV

گروه V

   

A

B

A

B

A

B

H

A

B

بیشترین ارتفاع مجاز ساختمان( ft )

UL¹

160

65

55

65

55

65

50

40

تجاری

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

11

4

4

4

4

4

3

1

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

21500

12500

18500

12500

20500

14500

9000

مسکونی 1

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

11

4

4

4

4

4

3

2

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

24000

16000

24000

16000

20500

12000

7000

مسکونی 2

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

11

4

4

4

4

4

3

2

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

24000

16000

24000

16000

20500

12000

7000

مسکونی 3

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

11

4

4

4

4

4

3

3

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

UL

UL

UL

UL

UL

UL

UL

مسکونی 4

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

11

4

4

4

4

4

3

2

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

24000

16000

24000

16000

20500

12000

7000

انبار 1

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

11

4

3

3

3

4

3

1

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

48000

26000

17500

26000

17500

20500

14000

9000

انبار 2

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

11

5

4

4

4

5

4

2

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

79000

39000

26000

39000

26000

38500

21000

13500

 

1- UL به معنی “بدون محدودیت” است.

جدول3- محدودیت ارتفاع، طبقات و مساحت  ساختمانها بر اساس مقاومت در برابر حریق

با توجه به جدول فوق ، نوع I A هیچ محدودیتی در ساخت ندارد،اما درنوع I B حداکثر ارتفاع قابل ساخت 160 فوت و حداکثر تعداد طبقات، 11 طبقه می باشد ، نوع II A ،حداکثر ارتفاع 65 فوت و در کاربری تجاری محدودیت متراژ در هرطبقه 21500  فوت مربع می باشد.

جالب است بدانیم در صورت استفاده از سیستمهای اسپرینکلر، می توان  تعداد طبقات یا مساحت هرطبقه را افزایش داد یا از موادی با میزان مقاومت کمتر در برابر حریق استفاده نمود و نهایتاً بدون آنکه از ایمنی ساختمان کم شود هزینه های مرتبط با سازه را به مقدار قابل توجهی کاهش داد.