تصميم السلامة من الحرائق: تدابير حماية لصناعة الصلب المُعَدِّل

التحدي المادي: لماذا النار هي مجموعة تصميم أساسية للمحتوى المهيمن

إن مواهب الصلب الجاهزة هي العمود الفقري للهياكل الحديثة الخرسانية الطويلة المدى، من مرآب وقوافل السيارات إلى أسطح الأرض العالية وسفن الاحتواء النووي، وهذه العناصر الصلبة العالية القوة، هي عوامل متوترة لوضع الخرسانة في الإجهاد، مما يتيح التصاميم الفعالة، غير أن الخواص الميتالورجية التي تجعل من الفولاذ المسببين قويا إلى حد يجعل من الانتقاء أمراً غير قابل للانتقاص.

ويجب أن تتناول استراتيجية شاملة لحماية الحرائق من أجل الخرسانة المجهزة سلفاً مسار الحمولة بأكمله، من الاتجاه نفسه إلى مناطق المرساة والمصفوفة الملموسة المحيطة بها، وهذا يتطلب من المهندسين التحرك إلى ما يتجاوز الجداول الوصفية البسيطة واعتماد فهم شامل لنقل الحرارة وعلم المواد والميكانيكيات الهيكلية عند درجات الحرارة العالية.

فيزياء وميتالورجيا من الصلب المُعَلِّب في النار

ويُصنع الفولاذ الجاهز لتحقيق مستويات عالية جداً من القوة المضغوطة، تتراوح عادة بين 720 1 من البوليتار المحتوي على الفولاذ و860 1 من البوليسترا، ويتم الحصول على هذا القوام من خلال عملية سحب باردة وتقليص من الإجهاد، مما يخلق بنية دقيقة، وعندما تتعرض لإطلاق النار، فإن الطاقة الحرارية تعطل هذا الهيكل، وترتفع درجة الحرارة إلى 150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، وتبدأ الفولاذية تدريجياً في الاسترخاء.

ومع ارتفاع درجة الحرارة إلى 400 درجة مئوية، فإن معدل الفولاذ المفترس يتسارع بشكل كبير، فالخيال أو التشوه الذي يعتمد على الزمن تحت الضغط، يؤدي إلى الانحراف بشكل دائم، ويقلل مباشرة من القوة الجاهزة، وفي 600 درجة مئوية، فإن وجود سلالة نموذجية من الصلب قد يفقد أكثر من 80 في المائة من قوتها المتوترة في الغرفة.

مناورات التأقلم الزمني ونقل الحرارة

ويستلزم التصميم من أجل السلامة من الحرائق تعريفاً واضحاً للتعرض للحرائق، أما المعيار الأكثر شيوعاً لتشييد المباني فهو IISO 834 نموذجاً للحريق ، وهو يحفز حرائق خلوية متطورة بالكامل، ويميل هذا النوع من الأشعة إلى الارتفاع بسرعة، حيث يصل إلى 600 درجة مئوية في غضون خمس دقائق وأكثر من 000 1 درجة مئوية في غضون ساعة واحدة.

إن السلوك الحراري للخرسانة منخفض نسبيا، وهو يوفر الحماية المتأصلة، غير أن عمق الغطاء الخرساني هو أهم متغير جغرافي واحد في حماية المنافذ، ويمكن أن تضاعف الزيادة في الغطاء بمقدار 25 ملم الوقت الذي يستغرقه وصول النزعة إلى درجة حرارة حرجة، ويجب على المهندسين استخدام نماذج لنقل حراري مثبتة للتحقق من أن الغطاء المحدد كاف لإبقاء درجة الحرارة المتراوحة تحت الحدود القصوى لفترة مقاومة الحريق المطلوبة، مثل 60 دقيقة.

التهديد الإضافي بالقطع الخرسانية

وحتى مع وجود غطاء كاف، فإن ظاهرة معروفة باسم التنقيب عن الطلقات يمكن أن تجعل من الاختلاط السلبي للحماية أمراً عديم الجدوى، وفي حالة الحريق، فإن بخار الماء المحاصر في مسامير الخرسانة يولد ضغطاً داخلياً هائلاً، وعندما يتجاوز الضغط الحاد من هذا الضغط القوة الخيمة للخرسانة، تنفجر أجزاء من السطح.

الاستراتيجيات الأساسية لحماية الحرائق السلبية من أجل إجهاد المراهقين

إن الحماية من الحرائق السلبية هي أول خط دفاعي للمنافذ الهيكلية، وهذه النظم مصممة لاحتواء أو إبطاء انتشار الحرائق والحفاظ على السلامة الهيكلية للمبنى، وبالنسبة للخرسانة المثبتة مسبقا، يمكن تصنيف PFP إلى غطاء ملموس، وطبقات الطلاء، ونظم التخزين.

التغطية التضحيةية

(أ) الطريقة البسيطة والفعالة من حيث التكلفة لحماية المنافذ الجاهزة توفر كمية كافية من الغطاء الخرساني؛ والأفعال الملموسة كإسفنجة حرارية، مما يؤدي إلى إبطاء معدل نقل الحرارة إلى الفولاذ.

المواد الاصطناعية المطفأة

وعندما لا يمكن تحقيق الغطاء المطلوب بسبب قيود التصميم، أو عندما تكون هناك حاجة إلى حماية إضافية للهياكل القائمة، كثيرا ما تطبق هذه المواد السماوية أو الجوز أو المواد ذات الصلصة على السطح الخرساني، وهي توفر طبقة سميكة وثابتة من شأنها أن تؤخر التغلغل الحراري، وهذه المواد ذات فعالية من حيث التكلفة ويمكن تطبيقها على المعادن الأرضية المعقدة.

التدوين الاستهلالي والتفاعلي

أما بالنسبة للخرسانة المعرّضة أو المناطق التي يلزم فيها ظهورها بشكل رقيق ومنتهي، فإن التصفيات البدائية هي الحل المفضل، وهذه المعاطف تُطبق كأفلام رقيقة (عادة 1-3 ملم لتصنيف الخرسانة لمدة ساعتين) ولكنها تتوسع تحت الحرارة لتشكل شحنة سميكة منخفضة الكثافة، وتُعدّ هذه المادة الرمية التي تُعدّ أكثر شيوعاً من أجل الصلب الهيكلي.

يجب تفتيش جميع المعاطف بانتظام، ويمكن أن تتحلل الطلاءات تحت الضوء والرطوبة فوق البنفسجية، وينبغي لمتعهد حماية الحرائق المؤهل أن يقوم بعمليات تفتيش على مواصفات الصانع، وغالباً ما كل سنة أو خمس سنوات، تبعاً للتعرض البيئي.

نظم المجلس وكلادنغ لـ " تيندون " الخارجية

أما بالنسبة للمنافذ الخارجية بعد فترة التوتر، مثل تلك المستخدمة في الجسور أو أسطح الملعب، فإن المنافذ تقع خارج نطاق الخرسانة، وفي هذه الحالات، تكون محمية بنظم داخلية غير مجهزة بالفلور أو بمقياس حراري أو أو بطانيات الألياف المرنة .

تصميم أجهزة قياس الحريق على مستوى المنظومة

إن حماية منتصف الميول لا يكفي، ويجب أن ينظر تصميم السلامة من الحرائق في النظام الهيكلي بأكمله، بما في ذلك الاتصالات والاستمرارية ومسارات الحمل.

ضمان إعادة التوطين الهيكلي

وفي حالة الحريق، من المعقول توقع أن تشهد بعض الاتجاهات انخفاضا في القوام، حيث يوفر هيكل قوي مسارات التحميل البديلة ] بحيث يمكن إعادة توزيع الحمولة إذا فقدت إحدى النواحي أو إحداها، دون إحداث انهيار تدريجي، وهذا غالبا ما ينطوي على تصميم إجراءات حمولة بديلة في الزلازل أو توفير دعم مستمر في الخصبة.

منطقة الضعف والحماية

إن منطقة المرساة هي أكثر أجزاء الأعضاء حساسية، حيث إن رأس المرساة والزجاجات هو في كثير من الأحيان من الفولاذ الذي يرتفع تركيزات الضغط، ولا يوجد سوى غطاء ملموس ضئيل جدا مقارنة بمنتصف العمر، كما أن تعزيزات الرش في منطقة المرساة يمكن أن تكون كثيفة، مما يؤدي إلى فراغات ملموسة، وفي حالة الحريق، فإن عدم وجود المرساة يؤدي فورا إلى إزالة القوة الجاهزة في ذلك الاتجاه.

Unbonded vs. Bonded Tendon Behavior in Fire

وفي حين أن سلوك الميول في النار يتأثر بشدة بما إذا كان مربوطاً أو غير مربوط، فإن النزعة التي تُفضي إلى وجود خلل في نظام مُزدحم، لا تؤدي إلى حدوث خلل في المجرى، كما أن الرنة توفر بعض الحماية الحرارية، وإذا ما فقدت الميول الراب، فإن الخرسانة لا تزال توفر بعض ضبط النفس.

الامتثال لمدونة المباني ومعايير الهندسة المطفولة

والأساس القانوني لتصميم السلامة من الحرائق هو مدونة المباني المحلية، ومعظم الرموز تشير إلى معايير محددة لتحديد مقاومة الحريق.

المسارات الوصفية: ACI 216.1 و Eurocode 2 الجزء 1-2

أما النهج الوصفي فيشمل اختيار أبعاد الأعضاء وتغطية من الجداول المنصوص عليها في معايير مثل [(FLT:0]) 216.1 / TMS 0216 () أو شروط محددة لتحديد مقاومة الحرائق للتجمعات العقارية والمؤنثة أو جداول الاختبارات التي تعتبر مطولة من نوع " اليورو " .

نهج هندسة الحرائق القائمة على الأداء

وبالنسبة للهياكل المعقدة أو العالية المخاطر، كثيرا ما يستخدم تصميم قائم على الأداء، ويشمل ذلك تحديد سيناريوهات محددة لإطلاق النار (مثل إطلاق النار في مرآب سيارات) والقيام بنقل الحرارة والتحليل الهيكلي، وإظهار أن الهيكل يفي بمعايير القبول.() ويتيح هذا النظام للمهندسين أن يُحدّدوا التصميم إلى أقصى حد، ويخفضون تكاليف الحماية المفرطة، ويقيّمون سيناريوهات واقعية للأداء قبل الزواج:

معايير قبول اختبار مقاومة الحرائق

Forceptance criteria typically include structural adequacy] (the ability to support the design load), ]temperature transmission) (limiting the temperature rise on the unexposed face to prevent ignition), and [FLction:4]integrity[FressLT:5]

الأداء الطويل الأجل لنظم حماية الحرائق وصيانتها

ولا يكون نظام حماية الحرائق فعالا إلا إذا ظل قائماً وينفذ على النحو المقصود في حياته التصميمية.

تفتيش النظم الوقائية

وينبغي أن تشمل عمليات التفتيش المنتظمة فحص سماكة الغطاء الخرساني باستخدام أجهزة القياس، وتفتيش إدارة المواد الكيميائية لأغراض التسمية، والتحقق من نظم اللوحات من الثغرات أو التطهير، وفي هياكل السيارات، يمكن أن يتدهور التعرض لملح التفريغ عند تصميم الخرسانة، وينبغي أن تحدد خطة الصيانة.

إصلاح واستعادة التنغونات التي دمرتها النيران

وبعد الحريق، قد تبدو الهياكل المجهزة مسبقا سليمة ولكنها فقدت قوة كبيرة من القوة الجاهزة، فالطرق غير المدمرة للتقييم، مثل الرصد الصوتي وعلم الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، يمكن أن تساعد على تحديد مواقع المنافذ المضرورة، غير أن تقييم قوة الضغط المتبقية أمر صعب، وكثيرا ما ينطوي الإصلاح على قطع المنافذ المضرة والاستعاضة عنها بمنافذ خارجية جديدة، أو إصلاح نظام مكمل للتشغيل.

خاتمة

ويتطلب تصميم السلامة من الحرائق في الهياكل التي تستخدم المنافذ الصلبة المسبقة اتباع نهج منضبط في اختيار المواد، وتحليل نقل الحرارة، والتصميم الهيكلي، وضمان الجودة، ويقتضي ضعف الصلب المرتفع في ارتفاع درجات الحرارة أن يضع المهندسون الأولوية للتغطية الملموسة، وتقييم المخاطر المتفرقة، وتحديد نظم الحماية السلبية الملائمة من الحرائق للمناورات والمراسي، وذلك بإدماج السلامة من الحرائق في التصميم الهيكلي الأولي، والالتزام بنظم الحياة الحقيقية،