بررسی مقاومت ساختمان‌ها در برابر حریق و نقش سیستم‌های اسپرینکلر

از  سال ۱۸۷۴میلادی 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 ۱۸۹۶ 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 ۱۳ به سیستمهای اسپرینکلر اختصاص یافت. امروزه NFPA نزدیک به ۳۰۰ 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 ۳۷% از آتش سوزیهای تنها با فعال شدن یک اسپرینکلر، ۵۶% با کمتراز سه اسپرینکلر و ۸۳% باکمتر از ۱۰ 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 ۱۶،۰۰۰،۰۰۰ 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 ۱)  دیوار یا جداکننده ها با میزان ( Rate)  یک ساعت(۱-hour)  ، باید توانایی تحمل دمای ۱۷۰۰ درجه فارنهایت را در مدت یک ساعت، بدون فروپاشی داشته باشند.

نمودار ۱-  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 ۱  مقایسه بین گروه ها را در قسمتهای مختلف ساختمان نشان می دهد. بعنوان مثال I 443 را در نظر بگیرید:

عدد اول (۴) میزان مقاومت مورد نیاز دیوارهای خارجی تحمل کننده بار ، عدد دوم(۴) میزان مقاومت مورد نیاز دیوارهای داخلی تحمل کننده بار، ستون ها، تیر،خرپا و طاق و عدد سوم (۳) 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
۰۰۰ ۱۱۱ ۲HH ۲۰۰ ۲۱۱ ۰۰۰ ۱۱۱ ۲۲۲ ۳۳۲ ۴۴۳

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۲

۲

۲

۲

۲

۲

۲

۲

۲

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۲

۲

۱

۳

۳

۳

۴

۴

۴

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

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۲

۱

۱

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۲

۲

۱

۳

۲

۲

۴

۳

۳

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

۰

۰

۰

۱

۱

۱

H

H

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۲

۲

۱

۳

۲

۲

۴

۳

۳

ستونها

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

– فقط تکیه گاه یک طبقه است

–  فقط تکیه گاه سقف است

۰

۰

۰

۱

۱

۱

H

H

H

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۰

۰

۰

۱

۱

۱

۲

۲

۱

۳

۲

۲

۴

۳

۳

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

۰

۱

H

۰

۱

۰

۱

۲

۲

۳

سازه کف

۰

۱

H

۰

۱

۰

۱

۱

۵/۱

۲

سازه سقف

۰

۰

۰

۰

۰

۰

۰

۰

۰

۰

دیوارهای خارجی بدون بار

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

جدول ۱- میزان مقاومت سازه ها در برابر حریق( بر حسب ساعت) برای گروه های I تا V

در جدول ۲ 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 ۱۲۰۰ 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

۴

۳

۲

۱

۰

۲

۲

۲

۲¹

۱²

۰

دیوارهای داخلی تحمل کننده بار

۴

۳

۲

۱

۰

۱

۰

۱

۱

۰

سازه های قابی شکل شامل ستون، تیر یاخرپا

۴

۳

۲

۱

۰

۱¹

۲²

۰

H

۱

۰

سازه کف شامل تیر و تیرچه

۳¹

۲²

۲

۲

۱

۰

۱

۰

H

۱

۰

سازه سقف شامل تیر و تیرچه

۲

۵/۱

۱

۱

۰

۱

۱¹

۰²

H

۱

۰

۱  –  مقادیر مورد نظر IBC

۲  –  مقادیر مورد نظر NFPA 5000

جدول۲ – 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 ۳ ساعت مقاومت دیوارهای خارجی خارجی تحمل کننده بار، ۳ ساعت دیوارهای داخلی، ستون ها ،تیرها …. و ۲ 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 ۳  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

۱۶۰

۶۵

۵۵

۶۵

۵۵

۶۵

۵۰

۴۰

تجاری

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

۱۱

۴

۴

۴

۴

۴

۳

۱

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

۲۱۵۰۰

۱۲۵۰۰

۱۸۵۰۰

۱۲۵۰۰

۲۰۵۰۰

۱۴۵۰۰

۹۰۰۰

مسکونی ۱

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

۱۱

۴

۴

۴

۴

۴

۳

۲

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

۲۴۰۰۰

۱۶۰۰۰

۲۴۰۰۰

۱۶۰۰۰

۲۰۵۰۰

۱۲۰۰۰

۷۰۰۰

مسکونی ۲

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

۱۱

۴

۴

۴

۴

۴

۳

۲

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

۲۴۰۰۰

۱۶۰۰۰

۲۴۰۰۰

۱۶۰۰۰

۲۰۵۰۰

۱۲۰۰۰

۷۰۰۰

مسکونی ۳

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

۱۱

۴

۴

۴

۴

۴

۳

۳

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

UL

UL

UL

UL

UL

UL

UL

مسکونی ۴

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

۱۱

۴

۴

۴

۴

۴

۳

۲

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

UL

۲۴۰۰۰

۱۶۰۰۰

۲۴۰۰۰

۱۶۰۰۰

۲۰۵۰۰

۱۲۰۰۰

۷۰۰۰

انبار ۱

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

۱۱

۴

۳

۳

۳

۴

۳

۱

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

۴۸۰۰۰

۲۶۰۰۰

۱۷۵۰۰

۲۶۰۰۰

۱۷۵۰۰

۲۰۵۰۰

۱۴۰۰۰

۹۰۰۰

انبار ۲

بیشترین تعداد طبقه مجاز

UL

۱۱

۵

۴

۴

۴

۵

۴

۲

بیشترین مساحت مجاز هر طبقه( ft²)

UL

۷۹۰۰۰

۳۹۰۰۰

۲۶۰۰۰

۳۹۰۰۰

۲۶۰۰۰

۳۸۵۰۰

۲۱۰۰۰

۱۳۵۰۰

۱- UL به معنی “بدون محدودیت” است.

جدول۳- 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 ۱۶۰ فوت و حداکثر تعداد طبقات، ۱۱ طبقه می باشد ، نوع II A ،حداکثر ارتفاع ۶۵ فوت و در کاربری تجاری محدودیت متراژ در هرطبقه ۲۱۵۰۰  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.