جاورجي ستيل
بحث
هل يجب أن يكون الفولاذ الإنشائي مقاومًا للحريق؟
نعم، يتطلب الفولاذ الهيكلي عادةً حماية من الحرائق لمنع الانهيار الهيكلي، لكن اللوائح المحددة تعتمد كلياً على نوع تشييد المبنى المحدد في قانون البناء الدولي (IBC).
الصلب هو بالفعل مادة غير قابلة للاحتراق، ولكن هذا لا يعني أنه "لا يخاف من النار". تشير البيانات إلى أن الفولاذ يفقد حوالي 50% من قدرته (أي قوة الخضوع) عند 1100 درجة فهرنهايت (حوالي 593 درجة مئوية). ولسوء الحظ، في حريق مبنى قياسي، يستغرق الأمر دقائق فقط للوصول إلى درجة الحرارة هذه، وليس ساعات.
ولذلك، بالنسبة لمشاريع البناء من النوع الأول والنوع الثاني-أ والنوع الثالث-أ، يجب أن تكون الأعضاء الفولاذية (الأعمدة والعوارض والدعامات) مقاومة للحريق لتلبية حدود مقاومة الحريق المحددة (عادةً ساعة أو ساعتين أو 3 ساعات).
إذا تم تصنيف مشروعك على أنه من النوع II-B (هيكل غير محمي غير قابل للاحتراق) أو النوع V-B، أو يمكنك استيفاء شروط محددة للحد من نظام الرش والتباعد بين الحرائق، فقد لا يحتاج الفولاذ الإنشائي إلى حماية نشطة من الحرائق. في التحليل النهائي، يعتمد الأمر على تقاطع طبيعة استخدام المبنى (مجموعة الإشغال)، وقيود الارتفاع/المساحة ونوع البناء.
الخواص الفيزيائية للصلب في النار
لفهم سبب احتياج الفولاذ الإنشائي للحماية من الحرائق، يجب علينا أولاً تصحيح سوء الفهم المفاهيمي: التمييز بين "غير القابل للاحتراق" و"المقاوم للحريق".
الصلب نفسه لا يحترق. ومع ذلك، تتدهور خواصه الميكانيكية بشدة في درجات الحرارة العالية. فبالنسبة لمهندسي الإنشاءات، تُعتبر 1100 درجة فهرنهايت (593 درجة مئوية) عتبة حياة أو موت. في حريق مبنى نموذجي، ترتفع درجة الحرارة المحيطة بسرعة كبيرة لدرجة أنه بمجرد وصول الفولاذ إلى درجة الحرارة هذه، تنخفض قوة خضوعه وصلابته إلى النصف على الفور.
عند هذه النقطة، يزداد خطر الانهيار الكارثي للهيكل بشكل كبير. نقوم بتدابير الحماية من الحرائق - سواءً كان ذلك برش طلاء مثبط للحريق أو طلاء - ليس للحفاظ على الفولاذ نفسه بالأساس، ولكن لتأخير الوقت الذي يصل فيه الفولاذ إلى درجة الحرارة الحرجة هذه، لكسب الوقت للإخلاء ودخول فرق الإطفاء.
نوع البناء المطلوب للحماية من الحرائق في كود IBC
تقسِّم IBC المباني إلى 5 فئات عريضة، تحدد كل فئة منها تصنيفاً مختلفاً لمقاومة الحرائق. الفئات التالية هي الفئات الأكثر تضرراً حيث يجب تنفيذ الوقاية من الحرائق على المكونات الفولاذية:
بناء من النوع الأول:
عادةً ما تكون المباني الشاهقة أو تلك المباني المزدحمة عالية الخطورة. هذا النوع من المباني له أكثر متطلبات الحماية من الحرائق صرامة. في هذا النوع من المشاريع، يجب أن تكون الأعمدة والعوارض والدعامات الفولاذية الإنشائية محمية بشكل وثيق، وغالباً ما تكون حدود مقاومة الحريق من ساعتين إلى 3 ساعات. في النهاية، كلما كان المبنى أعلى، كلما استغرق وقتاً أطول في الانهيار.
النوع الثاني-أ (الإنشاءات المحمية غير القابلة للاحتراق/المحمية غير القابلة للاحتراق):
مواد هذا النوع من البناء غير قابلة للاحتراق (الفولاذ والخرسانة). لاحظ حرف "A" هنا - في اللغة العامية، رؤية حرف "A" تعني عادةً "محمي (محمي)". هذا يعني أن الإطار الهيكلي الرئيسي يجب أن يصل إلى حد مقاومة الحريق لمدة ساعة واحدة.
النوع III-A:
عادةً ما تكون الجدران الخارجية لهذه الهياكل غير قابلة للاحتراق، ولكن يمكن أن تكون الجدران الداخلية من أي مادة تسمح بها المواصفات. ومرة أخرى، يؤكد حرف "A" هنا مرة أخرى على "محمية"، مما يعني أن الفولاذ الهيكلي الداخلي يجب أن يكون مقاومًا للحريق لتلبية متطلبات الساعات المقابلة.
ورشة عمل الهياكل الفولاذية
تقدم ورش عمل الهياكل الفولاذية تصميمات متعددة الاستخدامات. يضمن الامتداد الواضح مساحة خالية من العوائق، بينما توفر أعمدة الوسط والأعمدة الوسيطة حلولاً اقتصادية للامتدادات العريضة.
جسر/هيكل فولاذي جسر الجسر
تستخدم الجسور ذات الهياكل الفولاذية نسباً عالية من القوة إلى الوزن لتحقيق امتدادات طويلة حيث يصعب استخدام الدعامات الوسيطة.
مباني الهياكل الفولاذية
تتميز مباني الهياكل الفولاذية بتصميمات متعددة الاستخدامات لتلبية الاحتياجات المتنوعة. يوفر الامتداد الشفاف مساحة مفتوحة، بينما تزيد الأعمدة المركزية والوسيطة من التوفير في المساحات الكبيرة. تستوعب الجملونات المتعددة العروض المعقدة.
متى يمكن "تسطيح" الهياكل الفولاذية؟
لا يجب أن تكون جميع الهياكل الفولاذية مغلفة بإحكام. عندما نقوم بضبط التكاليف، غالبًا ما نستخدم سيناريوهات محددة في IBC لإبقاء الفولاذ "غير محمي:
النوع II-B (منشأة غير محمية غير قابلة للاحتراق/غير محمية غير قابلة للاحتراق):
إذا كان من الممكن تصنيف المشروع إلى النوع الثاني-ب سيكون الأمر أسهل بكثير. يدرك الكود أن مخاطر هذا النوع من المباني (بناءً على استخدامه وحجمه) منخفضة بما يكفي بحيث لا يتطلب الإطار الفولاذي تصنيفاً للحريق. وهذا أمر شائع جداً في المباني التجارية أو المستودعات منخفضة الارتفاع، حيث سترى العوارض الفولاذية مكشوفة مباشرةً.
النوع V-B:
هذا هو النوع الأقل تقييداً (عادةً ما يكون البناء الخشبي الخفيف، ولكن أيضاً البناء الفولاذي). يرمز الحرف "B" إلى "عدم وجود حماية"، مما يعني أن العضو الإنشائي لا يتطلب أي تصنيف لمقاومة الحريق.
مسافات الفصل بين الحرائق:
إذا كان المبنى بعيدًا بما فيه الكفاية عن المباني الأخرى أو خطوط الممتلكات الأخرى، فسيتم تقليل خطر الحرارة المشعة. في هذه الحالة، يسمح IBC بتخفيض متطلبات تصنيف الحرائق للجدار الخارجي الحامل للحمولة وفقاً لتباعد الحرائق.
لعبة نظام الرش الآلي "خصم" نظام الرش الآلي
يعد نظام الرش الآلي متغيراً رئيسياً عند تحديد ما إذا كان الهيكل الفولاذي يحتاج إلى حماية من الحرائق.
تسمح IBC "بالمقايضات" بعد تركيب نظام رشاشات NFPA 13 المتوافق تمامًا مع NFPA 13". وهذا أمر شائع جداً في التصميم الفعلي، وغالباً ما يسمح تركيب نظام الرشاشات لفريق التصميم بتقليل معدل مقاومة الحريق المطلوب للفولاذ الهيكلي.
على سبيل المثال، قد يُسمح بإعادة تصنيف أو إعفاء المبنى الذي كان يتطلب في الأصل تصنيفًا للحريق لمدة ساعة واحدة (النوع الثاني-أ) وفقًا للكود (النوع الثاني-أ) بسبب نظام رشاشات قوي. المنطق بسيط: نظام إخماد الحرائق النشط (الرشاش) يقلل من احتمالية وصول الفولاذ إلى نقطة الفشل القاتلة التي تبلغ 1,100 درجة فهرنهايت.
طبيعة الاستخدام والارتفاع والمساحة
أخيرًا، خلاصة القول، إن الإجابة على "ما إذا كان الفولاذ الإنشائي يحتاج إلى حماية من الحرائق" ليست بنعم أو لا، بل هي عملية حسابية تستند إلى ثلاثة عوامل في المواصفات:
طبيعة الاستخدام:
ما الغرض من المنزل؟ يجب أن يكون للمنشأة عالية الخطورة لتخزين المواد القابلة للاشتعال أو قاعة مزدحمة قواعد أكثر صرامة للوقاية من الحرائق من مستودع صغير.
الارتفاع والمساحة:
كلما كان المبنى أكبر وأطول، زادت صعوبة إخلاء وإطفاء الحرائق. ولذلك، كلما زاد الحجم، تميل IBC إلى فرض النوع الأول أو النوع الثاني-ألف من المباني، مما يؤدي إلى اشتراط الحماية من الحرائق.
نوع البناء:
هذا تحليل شامل للنقطتين السابقتين بعد التصنيف النهائي.
باختصار، عندما يدفعك مزيج من الطبيعة والارتفاع والمساحة نحو نوع معين من البناء (مثل النوع الأول أو الثاني-أ أو الثالث-أ)، يجب عليك حماية الهيكل الفولاذي من الحريق لمنعه من فقدان قوته في الحريق.
المؤلف:مايكل روس
أنا مهندس إنشائي أول متخصص في استراتيجيات الحماية من الحرائق. بفضل خبرتي التي تمتد لأكثر من 14 عاماً في مجال الإنشاءات التجارية، أساعد المهندسين المعماريين والمطورين على التعامل مع لوائح IBC المعقدة لتحقيق التوازن بين السلامة الإنشائية وحلول الحماية من الحرائق الفعالة من حيث التكلفة.
