עמידות אש לרכיבי פלדה במבנה (חלק א')

הקדמה

במאמר זה אפרט את השיטות להגנה פסיבית כנגד אש לרכיבים במבנה פלדה. עמידות אש למבנה נקבעת לפי תקנות הבנייה: תקנות התכנון והבניה (בקשה להיתר, תנאיו ואגרות) (תיקון מס' 3), התשס"ח - 2008 – קובץ התקנות 6173.

התיקון בתקנות מרכז נושאים הקשורים למרכיבי הבניין השונים, אשר התאמתם נדרשת לצורכי בטיחות אש. עיקרי ההוראות מתבססים על התקינה האמריקאית NFPA-101-Life Safety code וגם על סמך הידע והניסיון שהצטבר בישראל ע"י רשויות הכבאות, מהנדסי הבטיחות, אדריכלים ומהנדסים. לחלק ב' של המאמר לחץ כאן.

בתקנות רכיבי שלד הבניין יסווגו לעמידות אש לפי אחד מסוגי השלד כמפורט בטבלה:

המספרים הטבעיים בטבלה מסמנים את העמידות הדרושה של רכבי השלד במבנה ביחידות של שעות:

המספרים הרומים מציינים עמידות האש לפי אופי החומר:

השילוב של שני המספרים מציינים את סוג שלד המבנה. קביעת סוג השלד של המבנה נקבע לפי פרמטרים שונים כדוגמא: אופיו של המבנה (מגורים, משרדים, ציבורי), גובהו, תכולתו ומידת התפוסה שלו. בעיית עמידות אש קיימת גם במבני בטון, וההתמודדות עם עמידות האש במבנים אלה תלויה בממדי האלמנטים ובמידת הכיסוי של מוטות הזיון ושל וכבלי הדריכה.

רכיבי בטון

בעיית עמידות אש קיימת גם במבני בטון, וכי ההתמודדות עם עמידות האש בבטון תלוי בממדי האלמנטים ובמידת הכיסוי של מוטות הזיון ושל וכבלי הדריכה.

בטבלה 6.15  מתוך תקן 466 חלק 1 נקבע מהם המידות המינימאליות לרכיבים מבטון לצורך עמידה בדרישה לעמידות אש:

רכיבי פלדה

בטמפרטורות גבוהות, כול חומר עלול לאבד מחוזקו. לכול חומר מאופיינת טמפרטורת סף שהיא הטמפרטורה שבה חוזקו של החומר קטן. לדוגמא, טמפרטורת הסף של פלדה היא 500 מעלות צלזיוס.

במבנה עלולים להתרחש כשלים כגון קריסה של אלמנטים לחוצים, קריסה תוך כדי כפיפה, ועיבורים בפרופילים ובמחברים. בגרף הבא מתוך התקן האירופאי, Eurocode 3- Part 1-2 : General rules Structural fire design, ניתן לראות את היחס בין עליית הטמפרטורה להתארכות היחסית בפלדת קרבון:

בטבלה הבאה, שנכתבה בהתאם לתקן הבריטי BS5950 Part 8, ניתן לראות מהי הטמפרטורה המקסימאלית המותרת עבור אלמנטי קורה או עמוד - בהתאם לסוג המבנה (בניין משרדים ובית ספר או בבניין אחסנה) ולמספר הצדדים בהם האלמנטים חשופים לאש:

כאשר יחס העומס, Load ratio, ניתן ע"י הנוסחה:

לצורך המחשה, בתמונה הבאה עבור קבוצת המבנים הראשונה מהטבלה ביחס עומס (Load ratio) של 0.6 ניתן לראות את טמפרטורה המקסימאלית המותרת  עבור קורה חשופה לאש משלושה ומארבעה צדדים:

בעמידות אש של רכיב פלדה קיים קשר ישיר בין מידת היקף חשיפת הרכיב לאש לחתך הרכיב, יחס זה נקרא בקיצור Hp/A.

כאשר:

• [Heat Perimetr (Hp) [m - אורך היקף החתך החשוף לאש.

• [Cross-sectional Area [m^2 - שטח חתך פרופיל הפלדה.

לדוגמא: פרופיל RHS 100/100/5 החשוף לאש מארבעה צדדים, בעל שטח חתך 18.9 סמ"ר:

רכיב בעל שטח חתך גדול יותר, הינו רכיב כבד יותר, כמות החום הדרושה להעלאת הטמפרטורה שלו גדולה יותר, ולכן התחממותו איטית יותר.

חתך כבד יותר (בעל Hp/A נמוך) מתחמם לאט יותר מאשר חתך קל יותר (בעל Hp/A גבוה). בנוסף, חתך כבד יותר ידרוש בידוד הגנת אש נמוכה יותר מאשר חתך קל יותר - כדי לקבל את אותה עמידות אש.

בגרף הבא ניתן לראות את קצב החימום של שלוש קורות ללא הגנת אש החשופות לניסוי תקני של אש בתוך תנור, ביחסי Hp/A שונים:

לדוגמא, הטבלה הנ"ל לקוחה מתוך קטלוג של יצרן. בעזרתה ניתן לקבוע את העובי המינימאלי של האלמנט לצורך הגנת אש על פי היחס Hp/A, על סמך זמן עמידות האש הדרוש:

לחלק ב' של המאמר, בו יתוארו מספר שיטות וחומרים לצורך שיפור עמידות אש של רכיבים, לחץ כאן.