مقاومت در برابر آتش

  • دوشنبه 4 آذر 1392 ساعت 17:12

مقالات => خانه های چوبی

 

دکتر سپهر گنجه‌ای
دکترای مهندسی راه و ساختمان از سوئد و امریکا، متخصص خانه‌های چوبی و
سیستم‌های سبک ساختمانی، مشاور عالی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی

دکتر سعید بختیاری
عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، مدیر بخش آتش

 

چکیده:

       تأمین ایمنی در برابر آتش‌سوزی یک موضوع اساسی در هر ساختمان با هر گونه مصالح است‌. توجه خاص به ایمنی در برابر آتش در الزامات و مقررات ساختمانی همه کشورهای توسعه‌یافته دیده می‌شود. مقاومت در برابر آتش یک ساختمان پیچیده تر از آن است که بتوان آنرا با معیار قابل اشتعال بودن یا نبودن مصالح آن ارزیابی کرد. در واقع خواص مقاومت در برابر آتش یک سیستم ساختمانی باید در مجموع و در کل ساختمان مورد بررسی قرار گیرد. بر طبق پژوهش‌های انجام شده توسط انجمن ملی حفاظت در برابر آتش کشور کانادا "بیشتر آتش سوزیها توسط منابع و موادی آغاز می‌شود که به‌داخل ساختمان آورده می‌شوند و نه بواسطه مصالحی که در ساختمان آن به‌کار برده شده است". آزمون‌های آتش انجام شده در انجمن فوق و بر روی دیوارهای قاب سبک چوبی پوشیده شده با ورق‌های گچی نشان داده است که مقاومت آنها از دیوارهای ساخته شده با وادارهای (استادهای) فولادی بیشتر است. چوب یک مصالح قابل اشتعال است ولی در هنگام آتش سوزی یک لایه ذغال با قابلیت انتقال حرارت کم در سطح آن بوجود می‌آید که مانع از نفوذ سریع آتش و حرارت بداخل آن شده و در نتیجه میتواند مقاومت خود را برای زمانی طولانی حفظ کند. از این روی میتوان یک سیستم ساختمان چوبی سنگین (Heavy timber system)  را بدون پوشش محافظ در نظر گرفت و در عین حال مقاومتی بیشتر از 90 دقیقه در هنگام آتش سوزی بدست آورد. اجزای سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی با پوششی از ورق‌های گچی و طراحی درست مقاومتی بیشتر از 2 ساعت در هنگام آتش سوزی بدست می‌دهند. رفتار یک ساختمان در برابر آتش در درجه نخست بستگی به نحوه طراحی و اجرای آن دارد و نه به انتخاب مصالح سازه آن.
       سیستم خانه‌های سبک قاب سبک چوبی برای اجرای ساختمان‌های کوتاه‌مرتبه و میان‌مرتبه، شش طبقه و کمتر، کاربرد گسترده‌ای داشته است. خطر آتش‌سوزی و بخصوص گسترش آتش بیشتر از هر چیز دیگر در محدودیت طبقات خانه‌های چوبی تعیین کننده بوده است. جلوگیری از افزایش تراکم جمعیت جهت کاهش آلودگی‌های زیست محیطی و مشکلات اجتماعی ناشی از تراکم جمعیت، یکی دیگر از عوامل محدودیت طبقات ساختمان‌های مسکونی در کشورهای پیش رفته صنعتی است. مجتمع‌های ساختمانی با برج‌های بلند مرتبه که پس از جنگ جهانی دوم به دلیل نیاز مبرم به ساخت و ساز پس از رکود ساختمانی و خرابی‌های دوران جنگ در کشور آلمان ساخته شدند، به دلیل بوجود آمدن مشکلات اجتماعی و عوامل ذکر شده تخریب گردیده و جای خود را به ساختمان‌های کوتاه مرتبه داده‌اند. در چند دهه اخیر، با مطرح شدن فن‌آوری‌های جدید، نظیر خاموش‌کننده‌های خودکار آتش، فضابندی آتش، اشباع چوب‌های بدون محافظ با مواد کندسوز‌کننده و پیش‌بینی راه‌های فرار در هنگام آتش‌سوزی، زمینه مناسبی جهت افزایش طبقات و ارتفاع خانه‌های قاب سبک چوبی فراهم شده ‌است.

مقاومت سیستم قاب سبک چوبی در برابر آتش
       مقاومت چوب در برابر آتش بستگی به حجم چوب و پوشش‌های مورد استفاده برای جدارها دارد. برابر آیین‌نامه‌های معتبر بین المللی، ابعاد سطح مقطع چوب سازه در سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی نباید از اندازه اسمی 5 در 10 سانتی‌متر کمتر باشد.
       در سطح چوب هنگام سوختن لایه‌ای از ذغال با مقاومت حرارتی زیاد تولید می‌شود که مانع از نفوذ حرارت به داخل چوب می‌شود (شکل 1). در نتیجه با تداوم آتش ضخامت لایه ذغال بیشتر شده و باعث افزایش زمان مقاومت چوب در برابر آتش می‌گردد. مقاومت باقی مانده یک عضو سازه چوبی در هنگام آتش‌سوزی برابر است با مقاومت سطح مقطع قسمتی از آن که هنوز ذغال نشده است؛ بر خلاف سازه فولادی که مقاومت خود را به شدت با ازدیاد حرارت از دست می‌دهد.

 
شکل 1 -  نحوه سوختن و گسترش حرارت در سطح مقطع چوب در هنگام آتش‌سوزی

       اگر حرارت و زمان آتش‌سوزی و دسترسی به اکسیژن هوا به اندازه کافی باشد، چوب در حدود 250-200 درجه سلسیوس آتش می‌گیرد. برای مشتعل شدن تحت تأثیر مستقیم آتش، چوب به درجه حرارتی بین 300 تا 400 درجه سانتیگراد نیاز دارد. اگر چوب را تحت تأثیر تشعشع حرارتی قرار دهیم و حرارت آنرا بالا ببریم به حرارت بیشتری در حدود 500 تا 600 درجه سلسیوس نیازمندیم تا بتوانیم آنرا شعله‌ور کنیم. شعله‌ور شدن و سوختن چوب به گونه‌ای کنترل شده و با سرعتی ثابت انجام می‌گیرد. سرعت سوختن چوب در حدود نیم میلیمتر تا یک میلیمتر در دقیقه است. در اثر سوختن چوب دود ایجاد می‌شود و گازهای ایجاد شده باعث ایجاد اخلال در سیستم تنفسی انسان نمی‌شوند.
       مقاومت سیستم قاب سبک چوبی در برابر آتش در بیشتر موارد با نصب تخته‌های گچی، با ضخامت متناسب بستگی به شرایط کاربرد، که تمامی سطح داخلی ساختمان را پوشانده است، برآورده می‌شود. از این رو، در بسیاری از موارد لازم است که از ورق‌های گچی مقاوم در برابر آتش که با رنگ قرمز مشخص است، استفاده شود. اجرای مناسب این ورق‌های گچی برای تأمین مقاومت لازم در برابر آتش در راهروها، راه پله ها، راه‌های فرار آتش‌سوزی و در نزدیکی شومینه‌ها ضروری است. بر طبق جدول‌های ارائه شده در آیین نامه ساختمانی کشور کانادا، 1995، دیوارهای باربر و غیر باربر این سیستم ساختمانی با روش‌های متداول بین 45 دقیقه تا 2 ساعت می‌توانند در برابر آتش مقاومت داشته باشند.

       قرار دادن تخته‌های گچی به درستی در کنار یکدیگر و کیپ کردن درزهای بین آنها و همچنین بستن روزنه‌های بین اتاق‌ها و فضاهای داخلی دیگر برای جلوگیری از انتشار آتش و گازهای آتش زا، در ساختمان‌های با قاب سبک چوبی، باید با دقت و به درستی انجام شود.

 
شکل 2 – بالا بودن مقاومت تیرهای چوبی نسبت به تیرهای فولادی در آتش سوزی سال 1953 نیویورک

       فولاد در دمای حدود 1460 درجه سلسیوس آب میشود و در حدود 200 درجه مقاومت آن شروع به کاهش مینماید و در 400 درجه به‌شدت نقصان پیدا کرده بگونه‌ای که در 550 درجه سلسیوس 60 درصد مقاومت خود را از دست داده است، درحالی که ازدیاد حرارت تاثیری در مقاومت چوب ندارد. مقایسه مقاومت چوب و فولاد در برابر آتش هرگز به‌خوبی آتش سوزی سال 1953 در فرانکفورت واقع در ایالت نیویورک به نمایش گزاشته نشده است. تیرهای فولادی پس از ساعت‌ها آتش سوزی مقاومت خود را به‌کلی از دست داده و بر روی تیرهای چوبی آویزان شده‌اند (شکل2). قابل توجه است که درجه حرارت در آتش سوزی‌ها به‌راحتی می‌تواند به 1200 درجه سلسیوس برسد درجایی که فولاد مقاومت خود را در 900 درجه سلسیوس بکلی از دست می‌دهد (شکل2). در آتش سوزی فوق مقاومت نهایی ساختمان در برابر آتش توسط تیرهای چوبی تأمین شده است.

 
شکل 3 -  نقصان مقاومت فولاد با افزایش درجه حرارت

نتیجه گیری
1. چوب قابل اشتعال است ولی ذغال ایجاد شده در سطح چوب، به دلیل خاصیت عایقکاری حرارتی خود، از سرعت نفوذ آتش به درون چوب می‌کاهد و باعث پایداری بیشتر چوب می‌گردد.  بواسطه همین پدیده تیرهای قطور چوبی مقاومت بمراتب بیشتری نسبت به فولاد در آتش سوزیها داشته اند.
2. در ساختمانهای با قاب سبک چوبی، همواره سازه چوبی با مصالح نسوز پوشانده میشود.
3. با آغشته کردن چوب به برخی از مواد شیمیایی افروزش پذیری و قابلیت انتشار آتش آنرا پایین میآورند.
4. قاب سبک چوبی به واسطه استفاده از ورق‌های گچی، مقاومت بالایی در برابر آتش از خود نشان می‌دهد. این سیستم ساختمانی مقاومت تا دو ساعت و نیم در برابر آتش‌سوزی را به آسانی فراهم می‌کند.
5. برای رسیدن به مقاومت بیشتر، از ورق‌های گچی مقاوم شده در برابر آتش استفاده می‌شود. ورق‌های گچی مقاوم در برابر آتش، دارای الیاف و افزودنی‌های دیگر می‌باشند.
6. میزان مقاومت یک ساختمان در برابر آتش در درجه اول بستگی به نحوه طراحی و اجرا دارد و نه به انتخاب مصالح.

مقاومت اجزای چوبی در برابر آتش
       با وجود طراحی و اجرای مناسب دیوارها، سقف‌ها، کف‌ها و ‌بام‌ها، مواردی مانند راه‌پله‌ها، آتش‌بندها و بازشوها نیز در تعیین مقاومت نهایی ساختمان در برابر آتش اهمیت بسیاری دارند و طرح و اجرای آنها باید به گونه‌ای مناسب صورت گیرد. موارد فوق به خصوص در ساختمان‌های با قاب سبک چوبی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. محصولات آتش‌سوزی (شعله، دود و گازهای سمی یا داغ) می‌توانند با حرکت از بین کانال‌های باز موجود در فضاهای پنهان پیشروی کرده و گسترش یابند. برای جلوگیری از این عمل، الزامات آیین‌نامه‌ها نصب مواد و مصالح آتش‌بند و هوابند را در محل‌های مشخص از فضاهای پنهان ضروری می‌سازند. فضاهای پنهان بین تیرچه‌های کف و بین استاد‌ها در جداکننده‌ها و دیوارهای قاب سبک چوبی در محل‌هایی که فضاهای مستقل به یکدیگر مرتبط می‌شوند، باید به وسیله این مصالح بسته شوند. آتش‌بندها یا موانع آتش مصالحی هستند که در گشودگی‌های کوچک عبورکننده از میان اجزای ساختمانی مانند کف‌ها و دیوارها بکار برده می‌شوند، اما هوابندها موانعی می‌باشند که در فضاهای پنهان بزرگتر، مانند فضاهای بین کف و سقف کاذب یا فضاهای ‌‌زیرشیروانی به کار می‌روند. در شکل‌های 4 تا 7 برخی از مهم ترین کاربرد آتش بندها و هوابندها در ساختمان‌های چوبی نشان داده شده است.


 
شکل4 - آتش بند در محل عبور لوله   -      آتش بند در سقف جداکننده طبقات


 
شکل5 - مانع آتش بین دودکش و سقف جداکننده طبقات

 

شکل6 - آتش بند در دو انتهای راه‌پله‌ها

 
شکل7 - آتش بند بر روی پی و یا بر روی جداکننده بین فضاهای گوناگون

       درهای ساختمان نیز برای جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی نقش بسیار مهمی دارند. اگر دری در هنگام آتش سوزی باز بماند یا مقاومت آن در برابر آتش‌ کم باشد، به راحتی می‌تواند تمام تمهیدات محافظت در برابر آتش، مانند نقش دیوارهای مقاوم در برابر آتش، را خنثی کند، زیرا آتش‌سوزی از طریق بازشوی در باز مانده به راحتی می‌تواند گسترش یابد.

ساختمان‌های چوبی از دیدگاه رفتار آنها در برابر آتش
       سازه‌های چوبی، از دید رفتار در برابر آتش، به دو دستة سازه‌های «چوبی سنگین» و «قاب سبک چوبی» قابل تقسیم می‌باشند. سازه‌های چوبی سنگین آن‌هایی هستند که عناصر سازه‌ای اصلی آنها مانند تیرها، ستون‌ها، کف‌ها یا خرپاها از «چوب چندلایه چسبیده‌ به هم»، چوب چسب Glue laminated timber (Glulam)، تنه‌های درخت (گردبینه) یا چوب یکپارچه با مقاطع بزرگ (الوار)، ساخته شده‌اند. در ساختمان با قاب سبک چوبی که متداول ترین سیستم ساختمانی در کشورهای صنعتی است و در اینجا بیشتر به آن پرداخته می‌شود، از اجزای چوبی با اندازه‌های کوچک تر مثل وادارها (studs) با حداقل ابعاد اسمی 5 در 10 سانتی‌متر استفاده می‌شود. دیوارها و قسمت زیرین کف‌های جدا کننده طبقات با مصالحی‌ مانند تخته‌های گچی پوشانده می‌شوند تا مشخصات لازم آنها در درجه نخست از نظر مقاومت در برابر آتش تأمین شود.
       ساختمان چوبی سنگین، Heavy Timber Construction همة کاربری‌های قاب چوبی با ابعاد بزرگ در ساختمان‌ را در بر دارد. اصطلاح "ساختمان چوبی سنگین" در مقررات محافظت در برابر آتش در آمریکای شمالی معنای خاصی دارد، به این ترتیب که حداقل ابعاد اسمی تیرها و ستون‌های این نوع سازه باید (mm) 150 و ضخامت الوارهای کف آنها باید دست کم (mm) 50 باشد. لازم به ذکر است که نوع ساختار ساختمانی IV  قید شده در آیین‌نامه پیشنهادی محافظت ساختمان‌ها در برابر آتش (نشریه 444 مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن) که تحت عنوان الوار سنگین معرفی شده است، اشاره به همین نوع ساختمان دارد.
       چوب چسب (Glue Laminated Timber) مورد استفاده در سازه‌های چوبی از چند لایه چوب چسبیده به هم ساخته می‌شوند. در بیشتر موارد طول لایه های منفرد، طول کامل سازه است که در درازا با اتصالات موسوم به انگشتی Finger Joints  به گونه‌ای سر به سر متصل شده اند. سازه‌های متشکل از چوب چسب را می‌توان با هر شکل و در هر اندازه‌ای ساخت و تنها مشکل حمل و نقل محدود کننده ابعاد آنها است. لایه‌های منفرد در سازه‌های منحنی شکل باید نازک و با ضخامت حدود 10 تا 20 میلی‌متر باشند تا بتوان آنها را به صورت منحنی در آورد.  اما برای اجزای ساختمانی صاف می‌توان از لایه‌های ضخیم‌تر با ضخامت حدود 45-35  میلی‌متر استفاده کرد. چسب‌های بر پایة رزورسینول، اوره ملامین یا کازئین رایج ترین نوع چسب‌های مصرفی برای این منظور می‌باشند. نتایج آزمون‌های آتش نشان داده است که اجزای سازه‌ای چوب چسب در هنگام آتش‌سوزی رفتاری مانند اجزای چوبی یکپارچه با همان مقطع دارند، به جز آن‌هایی که با چسب‌های کازئین چسبانده شده‌اند. چسب‌های پایه اپوکسی نیز در آتش‌سوزی‌ رفتار خوبی از خود نشان نداده‌اند.

طراحی ساختمان از دیدگاه ایمنی در برابر آتش
        یک طراحی مناسب ایمنی در برابر آتش‌سوزی شامل تمهیدات پیشگیرانه، به کارگیری سیستم‌های کشف و اعلام حریق، خاموش کن‌های خودکار، طراحی مناسب راه‌های خروج، محدود کردن گسترش آتش با استفاده از مصالح مناسب و اجزای ساختمانی مقاوم در برابر آتش، پوشاندن سازه چوبی با مصالح غیر قابل اشتعال، تجهیز ساختمان به لوازم و امکانات اطفای حریق و ایجاد امکان دسترسی مناسب نیروهای آتش‌نشانی به ساختمان است [انجمن ملی حفاظت در برابر آتش کشور کانادا].
در این میان، پیشگیری از آتش‌سوزی به طور معمول به معنای جلوگیری از اشتعال مواد قابل سوخت از راه کنترل منبع گرما یا کنترل مقدار مصالح قابل سوخت در ساختمان می‌باشد. این امر بستگی کامل به طراحی مناسب، انتخاب مصالح، جزئیات اجرایی، تعمیر و نگهداری ساختمان و محتویات آن دارد.
       لازم به ذکر است که سطح الزامات ایمنی در برابر آتش‌سوزی، بستگی به نوع تصرف (یا کاربری) و ابعاد ساختمان دارد. الزامات آتش مقررات ساختمانی، در خصوص مشخصات و نوع رفتار مصالح و اجزای ساختمانی، به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
1. واکنش مواد در برابر آتش ـ نشان‌دهنده میزان مشارکت یک فراورده در گسترش حریق است. بر این اساس باید با استفاده از روش‌های آزمایش و طبقه‌بندی مناسب، و با توجه به کاربری، ابعاد ساختمان و نوع فضاها، از مصالح با رفتار مناسب در برابر آتش استفاده کرد.
2. مقاومت در برابر آتش ـ توانایی یک فراورده یا عنصر ساختمانی برای ادامه عملکرد خود و جلوگیری از گسترش حریق از فضای محل وقوع به فضاهای مجاور است که با آزمایش‌های مقاومت در برابر آتش ارزیابی می‌شود. برای جلوگیری از گسترش آتش از یک فضا به فضاهای مجاور باید از اجزا و سیستم‌های با مقاومت کافی در برابر آتش استفاده کرده و راه انتقال آتش و گازهای آنرا مسدود نمود. میزان مقاومت در برابر آتش به نوع جزء ساختمانی، کاربری و ابعاد ساختمان بستگی دارد.

مقررات مرتبط با چوب از نظر اشتعال‌پذیری و گسترش حریق
       برای محدود کردن گسترش آتش‌سوزی، باید مصالح را، با توجه به فضای مورد کاربری، از نوعی انتخاب کرد که دارای مشخصات مناسب در برخورد با آتش باشند. مقررات ساختمانی کشورهای گوناگون، محدودیت استفاده از مصالح در نازک‌کاری را بر اساس رده واکنش در برابر آتش آنها تعیین می‌کنند که در نهایت بر اساس استاندارد ملی آنان می‌تواند متفاوت باشد.
       اکثر کشورهای اروپایی استانداردهای خاص خود را در این زمینه دارند. با این وجود، گرایش اکثر کشورها به سمت پذیرش استانداردهای واحد اروپایی (EN) یا بین‌المللی (ISO) است تا استانداردهای ملی آنان مطابق با این استانداردها تدوین ‌شود. از جمله آزمایش‌های مهم واکنش در برابر آتش می‌توان به آزمایش‌های افروزش‌پذیری، قابلیت سوختن، پیشروی سطحی شعله بر روی مصالح و فرآورده‌ها، شدت رهایش گرما و رها شدن دود و گازهای سمی در هنگام سوختن را نام برد. برای هریک از این مشخصات، آزمایش‌های گوناگونی وجود دارد که بر حسب ابعاد آزمایش، نوع و کاربرد فرآورده موردنظر و استاندارد مرجع متفاوت می‌باشد.
       نقش مهم دیگر چوب و مصالح قابل اشتعال در نازک‌کاری سطح‌های داخلی ساختمان است. مصالح نازک‌کاری می‌توانند با مکانیسم‌های گوناگون به گسترش آتش‌سوزی در داخل ساختمان کمک نمایند. تجربیات بدست آمده از آتش سوزی‌ها نشان داده است که اکثر مصالح چوبی دارای مشخصات واکنش در برابر آتش و پیشروی شعله تا حدودی بالا هستند و باید  با عمل‌اوری‌های مناسب با کاربری آنها را کندسوز کرد.

مشخصات و عملکرد چوب از نظر واکنش در برابر آتش
چوب یک ماده عالی قابل سوختن است و هنگامی که در معرض هوا و گرمای کافی قرار گیرد، می‌سوزد. تخریب حرارتی چوب در مراحل گوناگونی رخ می‌دهد. فرایند تخریب حرارتی و محصولات آن به شدت گرمایش و نیز به دما بستگی دارد. ترتیب مرحله‌های سوختن چوب از قرار زیر است:
1. چوبی که در معرض دمای زیاد قرار می‌گیرد، تجزیه شده، به گازهای فرار و ذغال تبدیل می‌شود. در دماهای کمتر از 300 درجه سلسیوس، ذغال محصول غالب آتش سوزی در چوب است، درحالی‌که گازهای فرار در دماهای بالاتر از 300 درجه سلسیوس غالب می‌شوند.
2. بخشی از گازهای فرار قابل اشتعال می‌باشند، بنابراین اگر ترکیبی مناسب از مخلوط گازـ هوا در دماهای حدود 400 تا 500 درجه سلسیوس به وجود آید، آن گاز شعله ور خواهند شد. احتراق فاز گازی به شکل شعله پدیدار می‌شود.
3. در صورت تهویه هوا و دسترسی به اکسیژن کافی، اکسیداسیون لایه‌های ذغال در دمای حدود 200 درجه سلسیوس مهم می‌شود. برای این فرایند دو ماکزیمم در شدت احتراق در در دماهای 360 و 520 درجه سلسیوس گزارش شده است. فرایند اکسیداسیون ذغال به شکل پنهان‌سوزی یا سرخ شدگی دیده می‌شود تا آنجا که به خاکستر تبدیل شود. اما اگر فرایندهای احتراق همراه با شعله، از رسیدن هوای تازه به سطوح ذغال جلوگیری کند، این احتراق، که از نوع فاز جامد است، پیش‌روی نخواهد کرد.
برای کم کردن رفتار چوب در برابر آتش، بسیاری از خواص آن را تغییر می‌دهند که از جمله مهم ترین این خواص قابلیت افروزش، شدت رهایش گرمای ناشی از سوختن، پیشروی سطحی شعله، گازهای سمی و دود، گرگرفتگی سراسری و شدت ذغال‌شدن در فضاهای بسته می‌باشند.

قابلیت افروزش پذیری
       افروزش چوب، یا هر مصالح قابل سوختن دیگر، می‌تواند در حضور شعله خارجی یا در عدم حضور آن و تنها تحت تاثیر حرارت رخ دهد. افروزش بدون وجود شعله خارجی را افروزش خود به خودی می‌نامند که به طور معمول در دماهای بالاتر از دمای افروزش با شعله رخ می‌دهد. گرمای خارجی می‌تواند به هر دو صورت جابجایی یا تابشی به جسم منتقل شود. دمای افروزش چوب بین 300 تا 400 درجه سلسیوس گزارش شده است. اندازه‌گیری دقیق دمای سطح در هنگام افروزش کار دشواری است و در روش‌های استانداردی نظیر روش گرماسنج مخروطی یا روش پیشروی جانبی شعله (LIFT) نیز این اندازه‌گیری با تنظیم تراز تابشی خارجی صورت می‌گیرد.
       نتیجه‌های به‌دست آمده از آزمون‌ها به شدت به نوع ماده، خواص ترموفیزیکی آن و شرایط آزمون بستگی دارد. برای مثال نوع چوب، چگالی و میزان رطوبت آن بر زمان افروزش تأثیرگذار است. مصالح چوبی که با گرماسنج مخروطی مورد آزمون قرار گرفته‌اند، دماهای افروزشی در محدوده 300 تا 400 درجه سلسیوس و شار افروزش بحرانی بین (KW/m2) 13-10 از خود نشان داده‌اند. شار افروزش بحرانی، شاری است که در مقادیر کمتر از آن، افروزش رخ نخواهد داد. دمای شعله‌وری سطحی برای چوب‌های با چگالی پایین، کمتر است.
       شعله‌وری بدون حضور منبع اشتعال خارجی، یا غیر پیلوتی، به طور کامل به شرایط ویژه آزمون بستگی دارد و ممکن است پراکندگی وسیعی در نتیجه‌های آزمون داشته باشد. به عنوان مثال برای گرمایش تابشی اجسام جامد سلولزی، افروزش غیرپیلوتی، در 600 درجه سلسیوس گزارش شده است، در حالی که برای افروزش غیرپیلوتی با گرمایش جابجایی، دماهای خیلی پایین‌تر بین 270 تا 470 درجه سلسیوس گزارش شده است.

طرز عمل کندسوز کننده‌ها
       برخی مواد شیمیایی کندسوز کننده برای عمل‌آوری چوب و کاهش قابلیت سوختن آن به‌کار میرود. هدف اصلی عمل‌آوری چوب با کندسوزکننده‌ها، کاهش سرعت پیشروی شعله روی سطح چوب است تا از این راه ایمنی در برابر آتش در خانه‌های دارای نازک‌کاری‌های چوبی یا پانل‌های ساخته شده از فراورده‌های چوبی بهبود یابد.
       فرآوری عمقی چوب با مواد شیمیایی زیر فشار، بسیار مؤثرتر از کاربرد رنگ‌های محافظ در سطح آن است. فرایند آغشته‌سازی با فشار شبیه موردی است که در کاربرد مواد شیمیایی برای مقاوم سازی در برابر پوسیدگی به کار می‌رود ولی حفظ نمک‌های مورد نیاز برای کند‌سوز کنندگی بسیار مهم‌تر است. آغشته‌سازی با مواد شیمیایی می‌تواند دارای برخی اثرات منفی شامل افت مقاومت چوب و خوردگی بست‌های فلزی باشد که به علت طبیعت جاذب رطوبت بودن بسیاری از مواد شیمیایی بدتر نیز می‌شود. باید توجه کرد که مواد شیمیایی کند سوز کننده، مقاومت در برابر آتش اجزای سازه‌ای چوبی را به میزان قابل توجهی بهبود نمی‌بخشند؛ زیرا اگرچه چوب کند سوز شده است ولی چنانکه در معرض آتش‌سوزی گسترده قرار گیرد، پروسه ذغال شدن در آن همچنان ادامه خواهد یافت.

دود و گازهای سمی
       تولید دود یکی از مهم‌ترین مشکلات آتش‌سوزی‌ها است. واژه دود به طور عموم به معنای مخلوط محصولات پیرولیز و هوای گرم بالارونده‌ای که نزدیک محل آتش‌سوزی وجود دارد، می‌باشد. در این معنا دود شامل گازها، ذرات ریز جامد و قطره‌های مایع است. دود خطرات گوناگونی را با خود به همراه می‌آورد که از آن جمله ایجاد فضای تاریک و مختل کردن امکان دید و به‌همراه آوردن گازها و ذرات سمی و کشنده را باید عنوان کرد.
       به طور کلی دو موضوع اساسی برای مقابله با خطرهای دود مورد توجه قرار می‌گیرد؛ محدود کردن تولید دود و کنترل دود تولید شده. کنترل جریان دود موضوع مهمی است که از آن بیشتر در طراحی و ساخت ساختمان‌های بلند یا بزرگ استفاده می‌شود. در چنین ساختمان‌هایی، محصولات احتراق ممکن است حتی در فواصل دور از محل آتش‌سوزی، موجب تلفات و خسارات قابل توجهی شوند.
       به صورت رایج، چندین روش ‌آزمون در مقیاس کوچک وجود دارد که اطلاعاتی را در خصوص تولید دود ناشی از سوختن مواد به دست می‌دهند. این روش‌ها به طور کلی بر اساس اندازه‌گیری کاهش درصد عبور نور و تیرگی فضا کار می‌کنند، ولی ممکن است روش شرایط پرتودهی متفاوتی داشته باشد. یکی از این روش‌ها استاندارد ASTM E84 است.
       در این آزمون، اندازه‌گیری دود براساس میرایی درصدی نورسفید است که از میان مسیر خروج دود عبور می‌کند و با یک فتوسل اندازه‌گیری می‌شود. این مقدار به شاخص گسترش دود (SDI) بدل می‌شود، به نحوی که به کفپوش از جنس چوب بلوط قرمز (به عنوان استاندارد کالیبراسیون) عدد 100 تعلق می‌گیرد. در مقررات امریکا الزامات پیشروی سطحی شعله برای نماکاری داخلی، همراه با الزامات SDI آورده می‌شود که در بیشتر موردها عددی کمتر از 450 را مطالبه می‌کند. شاخص SDI برای دو نوع چوب در جدول 2  آورده شده است. لازم به ذکر است که برای اندازه‌گیری دود نیز مانند پیشروی سطحی شعله، روش‌های زیادی وجود دارد.
       سمی بودن محصولات احتراق یک مسئله بسیار مهم دیگر است، به گونه‌ای که در حدود 75 تا 80 درصد قربانیان آتش‌سوزی به علت قرار گرفتن در معرض دود،‌ گازهای سمی و یا کمبود اکسیژن جان خود را از دست داده و در واقع تماسی با شعله آتش نداشته‌اند. این خطر جانی به طور معمول، ناشی از سوختن لوازم منزل و برخی از مصالح ساختمانی ناشی می‌شود و نه از سوختن مصالح چوبی. درجه سمی بودن که از تجزیه حرارتی مواد سلولزی و چوب نتیجه می‌شود به دلیل تنوع وسیع انواع دود چوب بسیار پیچیده است. ترکیب و تراکم اجزای تشکیل‌دهنده اصلی به عواملی همچون میزان تابش، میزان رطوبت و اکسیژن، گونه چوب،‌ هرگونه عمل‌اوری‌ یا روکش‌ که ممکن است به کار گرفته شده باشد، بستگی دارد. چوب رده بندی شده ساختمانی از این نظر در جایگاه مناسبی قرار گرفته و فاقد دودهای سمی است.
       در میان گازهای تولید شده در هنگام آتش سوزی، مونوکسیدکربن گاز سمی بسیار خطرناکی است. حتی مقادیر کم مونوکسیدکربن نیز بسیار سمی است، زیرا هموگلوبین موجود در خون با مونوکسیدکربن ترکیب پایدار شده و در نتیجه هموگلوبیت قابلیت ترکیب با اکسیژن و در نتیجه انتقال آنرا به سلول‌های بدن از دست داده و می‌تواند به خفه شدن قربانی منجر شود . این نوع مسمومیت کربوکسی‌هموگلوبین نامیده می‌شود.

مقاومت اجزای ساختمان چوبی در برابر آتش
       براساس روش‌های آزمون استاندارد، چوب عمل‌اوری شده کندسوز و چوب عمل‌اوری نشده، هردو مصالحی قابل سوختن تشخیص داده شده‌اند، بنابراین محدودیت‌های قید شده در جدول فوق برای مصالح قابل سوختن، در مورد تمام مصالح و اجزای ساختمانی چوبی اعمال می‌شود. با این‌حال، در برخی مدارک فنی امریکایی، کاربرد چوب عمل‌اوری شده کندسوز، دربرخی از کاربردهای ویژه، بعنوان مصالح غیرقابل سوختن مجاز می‌باشد.
       هنگامی که چوب در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد،  تجزیه شده و یک لایه عایق حرارتی از جنس ذغال ایجاد می‌شود که سرعت سوخت چوب را کم می‌کند. ظرفیت باربری یک عضو سازه‌ای چوبی، بستگی به اندازه سطح مقطع آن دارد. بنابراین میزان ذغال و سطح مقطع چوب، مهم‌ترین عامل در تعیین مقاومت اعضای چوبی سازه‌ای در برابر آتش است.
سازه چوبی سنگین مقاومت بسیار خوبی در برابر آتش از خود نشان داده است. مثال‌های مستند بسیاری از این سازه‌ها که در معرض آتش‌سوزی شدید قرار گرفته‌ ولی ویران نشده‌اند، در مراجع معتبر فنی موجود است.
مقاومت در برابر آتش‌سوزی اعضای سازه‌ای چوب چسب، همچون طاق‌ها،  تیرها و ستون‌ها به طور کلی برابر است با مقاومت اعضای ساخته شده از چوب توپر یک‌تکه. اطلاعات موجود در مراجع فنی، نشان می‌دهند که مقاومت در برابر آتش‌سوزی تمامی اعضای ساختمانی ساخته شده با چوب چندلا که با چسب‌های فنلی یا ملامین چسبیده شده باشند، برابر است با مقاومت در برابر آتش‌سوزی همان عضو ساختمانی که با چوب یک‌تکه ساخته شده باشد. مقاومت در برابر آتش سوزی چوب چندلای چسبیده شده با کازئین، اندکی کمتر از این می‌باشد.
       قاب چوبی سبک،  Light Wood Frame Construction به واسطه استفاده از تخته‌های گچی و ورق‌های غیر قابل اشتعال که تمامی سطح سازه چوبی را می‌پوشاند، مقاومت بالایی در برابر آتش از خود نشان داده است. اجزای این سیستم ساختمانی به راحتی می‌تواند دو ساعت در برابر آتش‌سوزی مقاومت کنند. در این سیستم‌ ساختمانی برای رسیدن به برخی از درجه‌بندی‌های الزامی مقاومت در برابر آتش، از تخته گچی نوع X مقاوم شده در برابر آتش‌سوزی استفاده می‌شود. تخته گچی نوع X با رنگ قرمز مشخص شده و دارای الیاف و افزودنی‌هایی می‌باشند که مقاومت بالاتری در برابر آتش دارند.
       درجه مقاومت در برابر آتش که برای اجزای ساختمانی مانند دیوار، کف یا سقف داده می‌شود، مربوط به کل سیستم ساختمانی است، با این وجود این مقاومت برای سیستم دیوار یا سقف را می‌توان به شکل مجموع مقاومت جداگانه نازک‌کاری داخلی و اعضای تشکیل دهنده قاب در نظر گرفت. در یک روش پذیرفته شده در آیین‌نامه‌های ساختمانی، مقاومت در برابر آتش سیستم‌های قاب سبک با جمع مقاومت‌های پوسته و قاب محاسبه می‌شود. برای مثال درجه مقاومت در برابر آتش‌سوزی یک دیوار قاب چوبی با تخته گچی نوع x به ضخامت 16 میلی‌متر و عایق پشم‌سنگ، برابر با مجموع مقاومت اجزا یعنی جمع 20 دقیقه برای دیوار ستونک،40 دقیقه برای تخته گچی، 15 دقیقه برای عایق پشم‌سنگ محاسبه می‌شود که یک مقاومت 75 دقیقه‌ای برای کل دیوار به دست می‌آید.
       رفتار خوب سازه‌ای اجزای چوبی در آزمون‌های آتش ناشی از یکنواختی مقاومت مکانیکی چوب در کل جرم چوب است.  بنابراین، قسمت سوخته نشده چوب کماکان دارای مقاومت بالایی است و ظرفیت باربری آن تنها به همان نسبت که سطح مقطع آن در اثر سوختن کاهش یافته است، کم می‌شود. در طراحی‌هایی نظیر پانل‌های ساندویچی با استفاده از چوب که قسمت‌ باربر به طور سریع می‌تواند در معرض حریق قرار گیرد، مقاومت سیستم در برابر آتش، می‌تواند به سرعت از بین برود. چنانکه اعضای با مقاومت بیشتر در بیرون و اعضای با مقاومت کمتر، در داخل سیستم قرار داشته باشند، این اتفاق با سرعت بیشتری رخ خواهد داد. به طور کلی اگر قرار باشد که از این پانل‌های ساندویچی به عنوان عضو باربر استفاده شوند، باید به وسیله تخته‌های گچی یا سایر مصالح مقاوم در برابر آتش محافظت شوند. در این صورت، مقاومت حریق مصالح محافظت‌کننده، عامل کلیدی برای تعیین درجه مقاومت سیستم در برابر آتش خواهد بود.
ساختمان‌های با قاب سبک چوبی که محافظت نشده باشند، نسبت به ساختمان‌های با سازه چوبی سنگین، مقاومت کمتری در برابر آتش‌سوزی دارند. در این قبیل سازه‌ها، توجه به جزئیات اجرایی مناسب برای به حداقل رساندن خطر آتش‌سوزی بسیار مهم است. همچنین کیفیت اجرا برای رسیدن به مقاومت مناسب در برابر آتش‌سوزی اهمیت به سزایی دارد. برای مثال، اجرای ناصحیح یا نامناسب میخ‌ها، استفاده از اتصالات نامناسب و یا ضخامت کمتر از حد نیاز نازک‌کاری‌های داخلی، می‌تواند مقاومت در برابر آتش سیستم را به نحو قابل توجهی کاهش دهد. روش اتصال نازک‌کاری داخلی به اعضای قاب و توجه به اجرای صحیح درزهای بین تخته‌ها، عوامل مهمی در تعیین مقاومت در برابر آتش اجزای ساختمانی هستند. نوع و مقدار عایقی که در داخل سیستم بکار برده شود، اثر مهمی بر روی مقاومت سیستم در برابر آتش دارد. عبور هرگونه کابل‌ یا نصب جعبه الکتریکی، لوله و سایر گشودگی‌های تأسیساتی که فاقد آتش‌بندی لازم باشند، بر روی مقاومت در برابر آتش سیستم اثر می‌گذارد.
       بطور کلی کاربرد عایق‌های حرارتی پلیمری مانند پلی استایرن و پلی یورتان در سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی به دلیل مقاومت بسیار کم آنها در برابر آتش، پیشروی سریع شعله و افزایش بار آتش ساختمان مناسب نمی‌باشند. از طرف دیگر انجام عایق‌کاری صوتی در پوسته خارجی از الزامات این سیستم ساختمانی است. عایق‌های معدنی دارای قابلیت هم‌زمان عایق کاری حرارتی و صوتی بوده، در جایی که عایق‌های پلیمری بطور کلی فاقد قابلیت عایق‌کاری صوتی می‌باشند.

 
مراجع:


1. دکتر سپهر گنجه‌ای، بررسی و ارزیابی چند سیستم مطرح در پروژه‌های انبوه سازی ساختمان‌های مسکونی. سیستم خانه‌های اسکلت سبک چوبی. مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، شماره نشر گ-500 ، تهران 1389.
2. مبحث سوم مقررات ملی ساختمان، حفاظت ساختمانها در مقابل حریق. وزارت مسکن و شهرسازی، معاونت نظام مهندسی و اجرای ساختمان. دفتر ندوین مقررات ملی ساختمان 1380.
3. Wood-frame Construction, Fire Resistance and Sound Transmission. Forintek Canada Corporation. Canada 2006.
4. Consortium on fire resistance and sound insulation of floors: Sound insulation class and impact insulation class results, Internal Report IRC-IR-776, Institute for Research in Construction, National Research Council Canada 1998.
5. Summary report for consortium on fire resistance and sound insulation of floors: Sound insulation class and impact insulation class results, Internal Report IRC-IR-776, Institute for Research in Construction, National Research Council Canada, 1998.
6. Wood-frame Construction, Fire Resistance and Sound Transmission. Forintek Canada Corporation. Canada 2002.
7.  . Brand-och ljudisolering, byggboken. PARCO AB, Division Byggisolering. Rekv. Nr. 318.  Shövde Sweden 2002.

 

ارسال نظر

ارسال

فرم درخواست استعلام خدمات 

این فرم در راستای ارایه هر چه بهتر و دقیق تر مشاوره و اجرای پروژه های ساختمانی برای بازدید کنندگان سایت چوبین سازه در نظر گرفته شده، شایان ذکر است تیم های فنی و اجرایی ما بهترین پیشنهاد ها را در اسرع وقت و طبق نیازهای مطرح شده به شما ارایه خواهند کرد.

 

 

:
:
:
: