ضخامت پوشش ضد حریق چگونه محاسبه می شود؟

پوشش ضد حریق پایه معدنی در زمره روش های ارزان قیمت مقاوم سازی سازه های فولادی در برابر حریق است. ترکیبی از ورمیکولیت و یک نوع چسباننده (سیمان یا گچ)، الیاف تسلیح کننده، مواد افزودنی کاهنده خوردگی فولاد مادر، و رزین های لاتکس امولسیونی دیگر اجزای مواد فایرپروف معدنی است. مواد فایرپروف به صورت ملات خشک تولید شده و با ترکیب مشخصی از آب مخلوط شده و به صورت شاتکریت روی ستون ها و تیرهای اسکلت فولادی پاشیده می شوند. اما نکته مهم در اینجا آن است که چه ضخامتی از ملات (ضخامت پوشش ضد حریق) باید روی اجزای سازنده قرار گیرد؟

محاسبه ضخامت پوشش ضد حریق

کلیدی ­ترین بخش ضوابط پوشش ضد حریق برای یک محصول استاندارد، استخراج حداقل ضخامت لازم برای اجرای پوشش ضد حریق است. تعیین ضخامت مورد نیاز برای پاشش یک محصول ضد حریق روی یک المان سازه ای در نگاه اول کمی پیچیده به نظر می رسد. اما دستورالعمل ساده زیر می تواند کار را کمی ساده کند.

گام اول: تعیین میزان مقاومت اعضای باربر سازه در برابر حریق بر اساس مبحث سوم مقررات ملی

در مبحث سوم مقررات ملی ساختمان به جهت جلوگیری از افزایش تلفات انسانی و خسارت های بیش از حد در آتش سوزی ها محدودیت هایی برای تعداد طبقات/ارتفاع ساختمان بر اساس میزان مقاومت اعضای باربر ساختمان در برابر حریق اعمال شده است (مبحث سوم مقررات ملی را از اینجا دانلود کنید). رعایت این محدودیت ها برای حفاظت ساختمان در برابر حریق کاملا حیاتی است. جدول ۳-۲-۲-الف از مبحث سوم مقررات ملی این محدودیت ها را روشن ساخته است. در این جدول می توان دریافت که آیا اساسا ساختمان نیاز به تمهیدات خاص محافظت از حریق دارد یا خیر؟ در صورتی که پاسخ مثبت است، سازه باید چند ساعت در برابر حریق مقاومت داشته باشد؟ پاسخ می تواند یک، دو و یا سه ساعت باشد. تعداد طبقات، نوع تصرف ساختمان (کاربری)، استفاده یا عدم استفاده از شبکه بارنده مهمترین پارامترهای تعیین کننده میزان مقاومت لازم است.

گام دوم: تعیین فاکتور مقطع اعضای سازه ای

پس از تعیین تعداد ساعات لازم برای مقاومت سازه، در گام دوم محاسبات میزان اینرسی حرارتی اعضاء سازه ای ضرورت پیدا می کند. اینرسی حرارتی مبین زمان لازم برای رسیدن دمای عضو فولادی به میزان بحرانی ۵۰۰ درجه سانتیگراد در یک شار حرارتی معلوم و ثابت است. هر چه اینرسی حرارتی یک عضو سازه ای بیشتر باشد، زمان طولانی تری برای رسیدن به دمای بحرانی فوق الذکر نیاز است و به عبارتی آن عضو سازه ای مقاوم تر است. در سوی مقابل، برای یک عضو سازه ای با اینرسی حرارتی پایین می توان انتظار داشت در زمان بسیار کوتاهی دمای عضو سازه ای به میزان بحرانی ۵۰۰ درجه سانتیگراد برسد. در دمای بحرانی ۵۰۰ درجه سانتیگراد تنش تسلیم فولاد تا ۵۰ درصد کاهش می یابد.

پژوهش ها نشان می دهد اینرسی حرارتی یک عضو سازه ای رابطه مستقیمی با مشخصات هندسی نیمرخ (مقطع) عضو سازه ای دارد. پارامتر هندسی قابل تعریف است با نام فاکتور مقطع (section factor).

که در این رابطه، صورت کسر محیط در معرض حریق نیمرخ است و مخرج معرف مساحت نیمرخ است. اگر از واحد استاندارد متر مربع برای سطح و متر برای محافظت استفاده شود، می توان دریافت واحد فاکتور مقطع معکوس متر است.

نشان داده اند که فاکتور مقطع با آسیب پذیری نیمرخ رابطه مستقیمی دارد. هر چه میزان فاکتور مقطه بیشتر باشد، معرف اینرسی کمتر حراراتی است. به عبارتی در شار حرارتی ثابت، نیمرخ با فاکتور مقطع بیشتر سریعتر به دمای بحرانی می رسد و لذا آسیب پذیر تر است. برای درک بهتر پارامتر هندسی فاکتور مقطع، شکل زیر را در نظر بگیرید.

نیمرخ A از یک سو محیط تحت حریق بیشتر و سوی دیگر مساحت کمتری نسبت به نیمرخ B دارد. این بدان معناست، شار حرارتی دریافتی نیمرخ A بسیار بیشتر از نیمرخ B است و از سوی دیگر به دلیل جرم واحد طول کمتر نیمرخ، اینرسی حرارتی نیمرخ A کمتر است. کمتر بودن اینترسی حرارتی به معنای آن است که انرژی حرارتی کمتری برای افزایش دمای نیمرخ A لازم است. بنابراین می توان گفت، نیمرخ A آسیب پذیرتر از نیمرخ B است. لذا، برای مقاوم سازی این دو نیمرخ در برابر حریق از یک پوشش ضد حریق ثابت، ضخامت بیشتری باید بر روی نیمرخ A اجرا شود. پارامتر هندسی فاکتور مقطع نیز گواه این موضوع است. مشخص است که نسبت محیط به مساحت در نیمرخ A بسیار بیشتر از نیمرخ B است.

محاسبه فاکتور مقطع برای نیمرخ های مختلف عملیات نسبتا ساده ای است که با در دست داشتن مشخصات هندسی نیمرخ به سادگی قابل انجام است. برای نمونه، برای نیمرخ IPE160 با در نظر داشتن مشخصات هندسی پایه به شرح زیر:

می توان فاکتور مقطع را محاسبه کرد:

در شکل زیر نیز مجددا فاکتور مقطع برای دو نیمرخ مختلف محاسبه شده است.

گام سوم: تعیین ضخامت بر اساس داده های فنی شرکت تولید پوشش ضد حریق

تولید کنندگان پوشش های ضد حریق دارای فرمولاسیون متفاوتی هستند. بنابراین طبعا عملکرد واحدی در حریق های با زمان های مختلف و فاکتور مقطع متفاوت ندارند. از این رو لازم است در یک آزمایشگاه مرجع و بر اساس یک استاندارد بین المللی مانند ASTM E84 و یا UL263 مورد ارزیابی و سنجش قرار گیرند. نمونه های متنوعی از نیمرخ ها با طیق وسیعی از فاکتور مقطع در شرایط استاندارد حریق سلولزی یا حریق هیدروکربنی با ضخامتهای مختلف پوشش ضد حریق تست شده و در نهایت، جداول استانداردی برای دستیابی به مقاومت های ۳۰، ۶۰، ۹۰، ۱۲۰ و ۱۸۰ دقیقه برای فاکتور مقطع مختلف بدست می آید. این جداول استاندارد به عنوان داده فنی پوشش ضد حریق مبنای محاسبات قرار می گیرند.

ضخامت پوشش ضد حریق ایران پروف

همانطور که اشاره شد به دلیل تفاوت در فرمولاسیون موارد فایرپروف شرکت های مختلف، ضخامتهای مورد نیاز برای یک عضو فولادی با فاکتور مقطع مشخص ارائه می شود. این تفاوت بعضاً از مرتبه ۷۰ تا ۱۵۰ درصد نیز بالغ می شود. عموما هرچه کیفیت پوشش ضد حریق بیشتر باشد، ضخامت کمتری برای عملکرد یکسان بدست  می آید.

ایران پروف به عنوان تولید کننده و مجری پوشش های ضد حریق در آزمایشهای استانداردی که در مرکز تحقیقات مسکن و راه  شهرسازی انجام پذیرفته است موفق دریافت تاییدیه شده است. در تاییدیه های ایران پروف، جدول ضخامت برای حریق های مختلف از ۳۰ دقیقه تا ۱۸۰ دقیقه در فاکتورهای مقطع مختلف ذکر شده است. برای نمونه، در تصویر زیر می توان جدول ضخامت برای نیمرخ های I و H شکل را در حریق دو ساعته در دماهای طراحی مختلف برای پوشش ایران پروف مشاهده نمود. دمای طراحی عموما ۵۰۰ درجه در پروژه ها منظور می گردد.

کارفرمایان، مشاورین و پیمانکاران محترم می توانند از مشاوره تیم مهندسی ایران پروف بدون محدودیت استفاده نمایند. برای این منظور با شماره های زیر تماس بگیرید.