ما هي مقاومة الحرائق للهياكل الفولاذية الصناعية؟

رغم أن الهياكل الفولاذية الصناعية غير قابلة للاشتعال بطبيعتها، إلا أنها عرضة لفقدان كبير في قوتها وتشوه عند تعرضها لدرجات الحرارة العالية الناتجة عن الحريق. وقد يؤدي ذلك إلى انهيار الهيكل، مما يُشكل خطرًا جسيمًا على الأرواح والممتلكات. لذلك، تُعدّ مقاومة الحريق عاملًا بالغ الأهمية في تصميم وبناء الهياكل الفولاذية الصناعية.

مقاومة الحرائق للهياكل الفولاذية الصناعية

1. كيف يؤثر الحريق على الهياكل الفولاذية:

فقدان القوة والصلابة: تنخفض مقاومة الخضوع ومعامل المرونة للفولاذ بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة. فبينما لا ينصهر الفولاذ إلا عند حوالي 1300 درجة مئوية، فإنه قد يفقد نصف قوته تقريبًا عند 650 درجة مئوية، وقد تتأثر سلامة الهيكل في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 400 درجة مئوية.
التمدد الحراري والتشوه: يتمدد الفولاذ عند تسخينه. وإذا تم تقييد هذا التمدد، فقد يُسبب إجهادات، مما يؤدي إلى انبعاج أو التواء أو اعوجاج الأعضاء.
تلف الوصلات: قد تُضعف درجات الحرارة المرتفعة أو تُدمر البراغي واللحامات والوصلات الأخرى، مما يُضعف الاستقرار العام للهيكل.
التغيرات المجهرية: قد يؤدي التعرض لفترات طويلة لدرجات حرارة عالية جدًا (فوق 700-800 درجة مئوية) متبوعًا بتبريد سريع (مثلًا، من مياه إطفاء الحرائق) إلى تغييرات دائمة في البنية المجهرية للفولاذ، مثل تكوين مارتنسيت هش، حتى لو كان التشوه المرئي ضئيلًا.

2. متطلبات مقاومة الحريق:

تحدد قوانين ولوائح البناء تصنيفات مقاومة الحريق المطلوبة لمختلف أنواع المباني وعناصرها، والتي يُعبَّر عنها غالبًا بالدقائق (مثل: 30، 60، 90، 120، 180، 240 دقيقة). يشير هذا التصنيف إلى المدة التي يجب أن يتحمل فيها الهيكل اختبار حريق قياسي دون أن ينهار، مما يسمح بإخلاء شاغليه وجهود مكافحة الحرائق.
تشمل العوامل المؤثرة على مقاومة الحريق المطلوبة غرض المبنى، وارتفاعه، ومساحته، وعدد شاغليه، ونوع وكمية المواد القابلة للاحتراق الموجودة.
"درجة الحرارة الحرجة" للعنصر الفولاذي هي درجة الحرارة التي تصبح عندها قدرته على تحمل الأحمال غير كافية لتحملها. تختلف هذه الدرجة باختلاف خصائص الفولاذ، والحمل المطبق، ومعامل المقطع (نسبة المحيط المكشوف إلى مساحة المقطع العرضي).

3. طرق الحماية من الحرائق للهياكل الفولاذية:

لتحقيق مقاومة الحريق اللازمة، تُستخدم طرقٌ مُختلفة للحماية السلبية من الحريق (PFP):
الطلاءات المُنتفخة: تتمدد هذه الطلاءات الشبيهة بالطلاء بشكلٍ كبير عند تعرضها للحرارة، مُشكّلةً طبقةً سميكةً عازلةً من الفحم تُؤخر انتقال الحرارة إلى الفولاذ. وتشتهر هذه الطلاءات بجمالها الأخّاذ وسهولة تطبيقها.
تشمل أنواعها الطلاءات القائمة على الماء، والطلاءات القائمة على المذيبات، والطلاءات القائمة على الإيبوكسي، ولكلٍّ منها خصائص مُحددة تتعلق بالتشطيب، وظروف التطبيق، والمتانة.
ألواح الحماية من الحريق: ألواحٌ صلبةٌ مصنوعةٌ من مواد مثل سيليكات الكالسيوم أو الصوف المعدني، تُثبّت ميكانيكيًا على أجزاء الفولاذ، مُوفرةً عزلًا قويًا. كما تُوفر حمايةً مُستمرةً بغض النظر عن الرطوبة، كما أنها مقاومةٌ للصدمات.
مواد مقاومة للحريق بالرش (SFRM): تُرشّ هذه البخاخات الأسمنتية أو القائمة على الألياف المعدنية مُباشرةً على الفولاذ، مُشكّلةً حاجزًا سميكًا ومتينًا يُبطئ انتقال الحرارة. وهي عمومًا فعالةٌ من حيث التكلفة ومُستخدمةٌ على نطاقٍ واسع.
التغليف بالخرسانة: يوفر تغليف العناصر الفولاذية بالخرسانة مقاومة ممتازة للحريق من خلال حمايتها ماديًا من التعرض المباشر للهب. ورغم فعاليتها العالية ومتانتها الهيكلية، إلا أنها تضيف وزنًا كبيرًا وقد تتطلب جهدًا كبيرًا.
أنظمة الأغطية المرنة: وهي أغطية متخصصة مصممة لتطبيقات محددة، وتوفر حاجزًا حراريًا موثوقًا.
العناصر المملوءة بالماء (الأغطية المائية): في بعض التطبيقات عالية الخطورة أو الحرجة، يمكن ملء مقاطع الفولاذ المجوفة بالماء الجاري، الذي يمتص الحرارة ويبددها، مما يحافظ على الفولاذ في درجات حرارة أقل من حرجة. هذه الطريقة أكثر تعقيدًا وتتطلب صيانة مكثفة.

4. اللوائح والمعايير:

تُنظّم مختلف قوانين ومعايير البناء الوطنية والدولية مقاومة الهياكل الفولاذية للحريق. ومن الأمثلة على ذلك معيار ISO 834 (لاختبارات الحريق)، ومعيار EN 13381 (لتحديد مقاومة العناصر الإنشائية للحريق)، وقوانين البناء الخاصة بكل بلد (مثل قانون SCDF للحريق في سنغافورة).
تُحدّد هذه المعايير إجراءات الاختبار، ومعايير الأداء، وتصنيفات المواد والأنظمة المقاومة للحريق.
تُعدّ عمليات الفحص والصيانة الدورية لأنظمة الحماية من الحرائق أمرًا بالغ الأهمية لضمان استمرار فعاليتها، إذ يُمكن أن تتقشر الطلاءات وتتشقق الألواح بمرور الوقت.
باختصار، على الرغم من أن الفولاذ مادة بناء متينة، إلا أن سلوكه في ظروف الحريق يتطلب تدابير حماية محددة لضمان سلامة الهياكل الصناعية وسلامتها. ويعتمد اختيار طريقة الحماية من الحرائق على عوامل مثل تصنيف مقاومة الحريق المطلوب، والاعتبارات الجمالية، والظروف البيئية، والتكلفة.