اجزای فلزی در ساختمان، مانند میلگردهای فونداسیون، لوله‌های فلزی و شفت آسانسور، رسانای جریان الکتریکی هستند. در شرایطی مانند نقص در سیم‌کشی یا برخورد صاعقه، حتی اختلاف ولتاژ جزئی میان این اجزا می‌تواند باعث عبور جریان‌های خطرناک شود. این جریان‌ها ممکن است منجر به برق‌گرفتگی، آتش‌سوزی یا آسیب دیدن تجهیزات برقی ساختمان شوند.
یکی از راهکارهای موثر برای پیشگیری از این خطرات و افزایش ایمنی ساختمان، اجرای همبندی فونداسیون است. در این روش، همه اجزای فلزی ساختمان به کمک یک هادی الکتریکی، مانند میلگرد همبندی یا سیم مسی، به یکدیگر و در نهایت به زمین (ارت) متصل می‌شوند. این اتصال با از بین بردن اختلاف ولتاژ اجزای فلزی، مسیر ایمنی را برای تخلیه جریان‌های ناخواسته به زمین فراهم میکند.
اگر می‌دانید فونداسیون چیست، لازم است با روش همبندی فونداسیون نیز آشنا شوید. در این مقاله، نحوه همبندی ساختمان را بررسی کرده و به انواع، مراحل و ضوابط اجرای آن خواهیم پرداخت.
همبندی فونداسیون چیست؟
بسیاری از اجزای فلزی سازه یا تاسیسات ساختمان، بسته به جنس، نحوه اتصال و محل قرارگیری خود، پتانسیل الکتریکی متفاوتی دارند و می‌توانند حامل جریان برق شوند. این جریان تنها ناشی از برق‌کشی ساختمان نیست، بلکه الکتریسیته ساکن، اتصال کوتاه یا حوادث طبیعی مانند صاعقه نیز می‌توانند چنین جریان‌هایی را ایجاد کنند. بنابراین، اگر بین اجزای فلزی ساختمان اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد، مسیری برای عبور جریان شکل می‌گیرد که می‌تواند بسیار خطرناک باشد.
برای درک بهتر موضوع فرض کنید دو قطعه فلزی در ساختمان ولتاژهای متفاوتی داشته باشند. اگر فردی به طور همزمان هر دو را لمس کند، بدن او مانند یک رسانا عمل کرده و مسیر عبور جریان را فراهم میکند. عبور جریان برق از بدن، حتی با شدت کم، می‌تواند باعث برق گرفتگی و آسیب‌های جدی شود.
به همین دلیل، استانداردهای ایمنی الکتریکی تاکید می‌کنند که برای جلوگیری از این خطرات، همه اجزای فلزی ساختمان باید با اجرای همبندی فونداسیون از نظر الکتریکی به هم متصل شوند.
در روش همبندی فونداسیون، همه اجزای فلزی موجود در فونداسیون و سازه به کمک میلگردهای فولادی یا سیم‌های مسی به هم متصل شده و در نهایت به زمین وصل می‌شوند تا یک شبکه یکپارچه رسانا را تشکیل دهند. این شبکه همبند با از بین بردن اختلاف پتانسیل اجزای فلزی، مانع از ایجاد مسیرهای ناایمن برای عبور جریان می‌شود. در نتیجه، هر گونه نشت جریان الکتریکی در سازه از طریق این شبکه به سرعت به زمین منتقل شده و از خطرات احتمالی جلوگیری می‌شود.
انواع همبندی فونداسیون
همبندی ساختمان ها با توجه به نوع و شدت مخاطرات الکتریکی، به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. به طور کلی، همبندی فونداسیون بر اساس محل اجرا به دو نوع اصلی و اضافی تقسیم می‌شود:
همبندی اصلی
در این روش، همه اجزای فلزی ساختمان شامل اسکلت فلزی، میلگردهای فونداسیون، لوله‌های فلزی آب و گاز، قاب در و پنجره، بدنه تابلوهای برق و تاسیسات مکانیکی، از طریق یک هادی الکتریکی به یکدیگر و سپس به زمین (ارت) متصل می‌شوند تا اختلاف پتانسیل در کل ساختمان از بین برود. به این ترتیب، در صورت برخورد صاعقه یا بروز مشکل در سیستم برق، جریان الکتریکی به طور یکنواخت در کل شبکه فلزی پخش شده و به سرعت به زمین تخلیه می‌شود.
همبندی اصلی باید همزمان با آرماتوربندی فونداسیون و پیش از بتن‌ریزی انجام شود، زیرا پس از آن دسترسی به اجزای اصلی سازه دشوار خواهد بود. اتصال همبندی اصلی به سیستم ارت معمولا از طریق الکترود یوفر یا سیم‌کشی مستقیم به تابلو برق اصلی ساختمان (شین ارت) انجام می‌شود.
همبندی اضافی یا تکمیلی
این روش، مکمّل همبندی اصلی است و به صورت موضعی و هدفمند در بخش‌هایی از ساختمان اجرا می‌شود که احتمال برق‌گرفتگی در آنها بالاتر است. در این حالت، اجزای فلزی موجود در همان فضا به یکدیگر و در صورت نیاز به زمین متصل می‌شوند تا اختلاف ولتاژ آنها از بین برود.
همبندی اضافی بیشتر در محیط‌های مرطوب یا با تجهیزات خاص، مانند آشپزخانه، حمام، سرویس‌های بهداشتی، موتورخانه، استخر، سونا و اتاق عمل بیمارستان که احتمال تماس انسان با سطوح فلزی و تجهیزات الکتریکی وجود دارد، انجام می‌شود.
برخلاف همبندی اصلی، همبندی اضافی همیشه به سیستم ارت متصل نمی‌شود و در برخی موارد فقط پیوستگی الکتریکی بین اجزای فلزی برقرار می‌گردد. این نوع همبندی معمولا در مراحل پایانی ساخت و هنگام نصب تجهیزات اجرا می‌شود.
روش‌های اجرای همبندی ساختمان
برای همبندی ساختمان، با توجه به شرایط پروژه و نیازهای ایمنی، از هادی‌های مختلفی استفاده می‌شود که هر یک ویژگی‌ها، مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. در ادامه، دو روش رایج اجرای همبندی فونداسیون معرفی شده‌اند:
همبندی فونداسیون با میلگرد
میلگرد فولادی به دلیل رسانایی مناسب، استحکام بالا و قیمت مقرون به صرفه یکی از رایج‌ترین هادی‌ها برای اجرای همبندی ساختمان محسوب می‌شود. در روش همبندی فونداسیون با میلگرد، اجزای فلزی فونداسیون و سازه به کمک میلگردهای فولادی به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک شبکه هم‌پتانسیل را ایجاد کنند.
مزیت اصلی این روش، سهولت اجرا و صرفه اقتصادی آن است، زیرا بدون نیاز به مصالح یا تجهیزات اضافی و با استفاده از همان میلگردهای موجود در فونداسیون، یک شبکه رسانا در زیر ساختمان برای اتصال به سیستم زمین یا ارت تشکیل می دهد. این شبکه به دلیل سطح تماس گسترده ای که با بتن و خاک دارد، مسیر ایمن و کم‌مقاومتی برای انتقال جریان‌های خطرناک ناشی از نشتی برق، صاعقه یا الکتریسیته ساکن به زمین فراهم میکند.
همبندی فونداسیون با سیم مسی
مس به دلیل رسانایی الکتریکی بسیار بالا، می‌تواند جریان‌های نشتی و صاعقه را بهتر از فولاد و بسیاری از فلزات دیگر به زمین منتقل کند. علاوه بر این، مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد که باعث می‌شود عملکرد و دوام مناسبی در بتن یا خاک داشته باشد. این ویژگی ها، در کنار شکل پذیری و انعطاف پذیری بالا باعث شده است که سیم مسی در بسیاری از پروژه ها برای همبندی ساختمان مورد استفاده قرار بگیرد. با این حال، مس قیمت بالاتری نسبت به انواع میلگرد از جمله قیمت میلگرد ۱۴ دارد و استفاده از آن ممکن است باعث افزایش هزینه پروژه شود. برای کاهش این هزینه در برخی پروژه های بزرگ، از ترکیب سیم مسی و میلگرد فولادی در اجرای همبندی استفاده می‌شود تا ضمن کاهش هزینه، رسانایی مطلوب نیز حفظ شود.
برای اجرای همبندی فونداسیون با سیم مسی، از سیم بدون روکش با سطح مقطع حداقل 6 میلی‌متر مربع استفاده می‌شود. این سیم معمولا در تماس با بتن یا در مجاورت شبکه میلگرد قرار می‌گیرد تا اتصال بین قسمت‌های فلزی برقرار شود. طبق توصیه‌های فنی، سیم مسی باید در هر حداکثر 6 متر، با استفاده از جوش، بست فلزی یا کلمپ مخصوص به میلگردهای موجود در بتن متصل شود تا پیوستگی الکتریکی شبکه حفظ شده و یک مدار اتصال به زمین پیوسته شکل بگیرد.
| معیار | میلگرد همبندی | سیم مسی همبندی |
|---|---|---|
| جنس | فولاد کربنی ساده | مس خالص یا روکش‌دار |
| مقاومت خوردگی | متوسط، نیاز به پوشش بتن | مقاوم در برابر خوردگی |
| هدایت الکتریکی | پایین‌تر از مس | بسیار بالا |
| هزینه | کمتر | بیشتر |
| دوام مکانیکی | بسیار بالا | کمتر از میلگرد، شکننده‌تر |
| سازگاری با بتن | بسیار خوب | ممکن است در تماس با بتن آسیب‌پذیر باشد |
| نصب و اجرا | نیاز به جوش یا بست محکم | نصب آسان‌تر، قابل خمکاری |
| کاربرد | فونداسیون‌های بتنی | سازه‌های فلزی و سیستم‌های برق |
| نگهداری | نیاز به نگهداری کم | ممکن است نیاز به بررسی و محافظت داشته باشد |
همبندی ارت در فونداسیون
اتصال به زمین یا “اِرت کردن” یکی از اصول مهم ایمنی در طراحی و اجرای ساختمان‌ها است که هدف اصلی آن، محافظت از انسان‌ها، تجهیزات و خود سازه در برابر خطرات ناشی از جریان برق است. سیستم ارت یک مسیر ایمن و با مقاومت کم برای عبور جریان‌هایی مانند برق‌گرفتگی، صاعقه، نشت جریان یا الکتریسیته ساکن به زمین فراهم میکند و از بروز حوادث جدی جلوگیری میکند.
در همبندی ارت در فونداسیون، میلگردهای همبندی یا سیم‌های مسی پس از برقرار کردن اتصال الکتریکی بین میلگردهای فونداسیون و سایر اجزای فلزی ساختمان، به الکترود زمین یا شینه ارت متصل می‌شوند تا یک مسیر پیوسته برای تخلیه جریان‌های ناخواسته به زمین فراهم شود.
بتن به دلیل رطوبت و مواد معدنی موجود در آن خاصیت نیمه‌رسانا دارد. زمانی که میلگردهای فولادی داخل بتن قرار می‌گیرند، با خاک اطراف در تماس غیرمستقیم قرار می‌گیرند. بنابراین، در صورت اتصال صحیح هادی‌های همبند به شبکه آرماتور فونداسیون، به دلیل سطح تماس گسترده با بتن و خاک، یک شبکه رسانای یکپارچه شکل می‌گیرد که مانند سیستم ارت عمل کرده و جریان‌های الکتریکی را به طور ایمن به زمین تخلیه میکند.
مراحل اجرای همبندی فونداسیون
نحوه همبندی فونداسیون چه با سیم مسی و چه میلگرد تقریبا مشابه است و به ترتیب شامل مراحل زیر می‌شود:
- تهیه نقشه سیستم همبندی: پیش از اجرای همبندی ساختمان، نقشه دقیقی از شبکه همبندی تهیه می‌شود. در این نقشه، مسیر عبور هادی‌ها، محل اتصال به سیستم ارت و تابلو برق اصلی تعیین شده و نوع هادی، میلگرد یا سیم مسی، انتخاب می‌شود.
- اجرای همبندی همزمان با آرماتوربندی: در صورت استفاده از میلگرد همبندی، میلگردها باید با سیم آرماتوربندی، بست فلزی یا جوش در فواصل منظم به یکدیگر متصل شوند تا یک شبکه رسانای پیوسته شکل گیرد. در روش استفاده از سیم مسی، سیم یا نوار مسی به صورت یک حلقه بسته یا شبکه در کف یا پیرامون فونداسیون قرار می‌گیرد تا در تماس کامل با بتن و خاک باشد.
- اتصال به سیستم ارت: در روش همبندی با میلگرد، یک میلگرد عمودی (میلگرد ارت) به شبکه همبند جوش داده می‌شود و در زمان بتن‌ریزی، بخشی از آن بیرون گذاشته می‌شود تا پس از اجرا به سیم مسی روکش‌دار متصل گردد. این سیم، مسیر ارتباط شبکه همبند با تابلو برق اصلی یا چاه ارت را فراهم میکند. نحوه همبندی فونداسیون با سیم مسی به این صورت است که یکی از شاخه‌های سیم از بتن خارج شده و به سیستم ارت متصل می‌گردد.
برای عملکرد بهتر و توزیع یکنواخت جریان، شبکه همبندی باید حداقل از سه نقطه به سیستم ارت وصل شود و در فونداسیون‌های بزرگ، این تعداد می‌تواند بیشتر باشد. - کنترل کیفیت اتصالات: پیش از بتن‌ریزی، باید اطمینان حاصل شود که تمام بخش‌های فلزی به درستی متصل هستند. تست اتصالات معمولا با دستگاه های اندازه گیری مقاومت مانند اهم متر انجام می شود. اگر اتصال همه بخش های فلزی به طور صحیح برقرار شده باشد، مقاومت الکتریکی مسیر نزدیک به صفر خواهد بود.
- بتن ریزی فونداسیون: پس از اطمینان از صحت اجرای شبکه همبندی، بتن‌ریزی انجام می‌شود. در این مرحله باید مراقبت کافی صورت گیرد تا سیم های مسی جابجا نشوند و محل خروج میلگرد یا سیم ارت در بتن دفن نشود.
- مستندسازی و ثبت نقشه‌ها: نقشه ها و تمام اطلاعات مربوط به مسیر هادی‌ها، نقاط اتصال و محل دسترسی به سیستم ارت باید ثبت شده و برای بازرسی‌های دوره‌ای یا تعمیرات آینده نگهداری شود.
اصول همبندی فونداسیون
برای اینکه همبندی بتواند نقش رسانای خود را به طور موثر ایفا کند، اجرای آن باید مطابق استانداردهای معتبر و ضوابط فنی انجام شود. مهم‌ترین اصول همبندی فونداسیون شامل موارد زیر است:
- اجرای همزمان با ساخت فونداسیون: همبندی فونداسیون باید همزمان با آرماتوربندی و پیش از بتن‌ریزی انجام شود، زیرا پس از بتن‌ریزی دسترسی به میلگردها و اتصالات دشوار خواهد بود. هرچند در برخی موارد می‌توان پس از بتن‌ریزی، سیم مسی را روی بتن نصب کرد، اما این روش کارایی کمتری دارد.
- انتخاب هادی مناسب: برای همبندی می‌توان از میلگرد فولادی یا سیم مسی با سطح مقطع مناسب استفاده کرد، اما به دلیل کمتر بودن قیمت میلگرد، استفاده از آن رایج‌تر است. حداقل قطر میلگرد باید 8 یا 10میلی‌متر باشد. سطح مقطع سیم مسی برای همبندی اصلی، باید حداقل 6 میلی‌متر مربع و حداکثر 25 میلی‌متر مربع باشد. انتخاب دقیق سطح مقطع به جنس هادی، طول مسیر و مقررات ملی بستگی دارد.
- پیوستگی اتصال الکتریکی: شبکه همبندی باید تمام اجزای فلزی ساختمان، از فونداسیون تا بالاترین نقطه سازه، شامل اسکلت فلزی، آرماتورها، تیر و ستون‌ها، تاسیسات آب و گاز، بدنه تجهیزات برقی و مکانیکی و آسانسور را به هم متصل کند تا اختلاف ولتاژ خطرناک ایجاد نشود.
- کیفیت اتصالات: اتصالات باید محکم، کم‌مقاومت و مقاوم در برابر خوردگی باشند. میلگردها با سیم آرماتوربندی نرم یا جوش به هم متصل می‌شوند. در سیم‌های مسی، اتصال با بست همبندی، کلمپ یا اتصال پرسی انجام می‌گیرد. این اتصالات معمولا از جنس مس، برنج یا فولاد گالوانیزه هستند و اتصال محکم بین سیم مسی و آرماتور ایجاد می کنند. مقاومت اتصال باید تا حد امکان نزدیک به صفر و حداکثر 0.2 اهم باشد.
- فاصله مجاز اتصالات: برای پخش بهتر جریان، هادی‌های همبندی در فونداسیون باید طوری چیده شوند که شبکه‌ای با خانه های حداکثر 20×20 متر تشکیل دهند. در مناطق پرخطر از نظر صاعقه، این فاصله به حدود 10 متر کاهش می‌یابد.
- ساختمان‌های چند طبقه: در سازه‌های فلزی اجرای همبندی در فونداسیون کافی است و نیازی به همبندی تمام طبقات نیست، زیرا اسکلت فلزی رسانای خوبی است. در سازه‌های بتنی، به ویژه ساختمان‌های حساس، همبندی باید علاوه بر فونداسیون، در تمام طبقات اجرا شود.
- همبندی اضافی در فضاهای پرریسک: در فضاهایی مانند حمام، سرویس بهداشتی، استخر، آشپزخانه صنعتی، موتورخانه، آزمایشگاه‌های صنعتی، دامداری، اتاق عمل، ICU و اتاق نگهداری تجهیزات پزشکی باید علاوه بر همبندی اصلی، همبندی تکمیلی اجرا شود تا همه اجزای فلزی به شبکه محلی ارت وصل شوند.
- نصب پلیت همبندی و اتصال به ارت اصلی: پلیت همبندی رابط بین شبکه همبندی در فونداسیون و سیستم ارت ساختمان است. این پلیت پیش از بتن‌ریزی نصب می‌شود و پس از اجرا، هادی ارت اصلی به آن و سپس به چاه ارت متصل می‌گردد.
- رعایت الزامات قانونی: اجرای همبندی فونداسیون باید مطابق مقررات و استانداردهای ملی و بین‌المللی انجام شود. در ایران، مبحث 13 مقررات ملی ساختمان ضوابط و نحوه همبندی فونداسیون را مشخص کرده است.
تفاوت همبندی و روش یوفر چیست؟
الکترود یوفر (Ufer ground) که به آن الکترود بتنی هم گفته می‌شود، نوعی الکترود زمین است که از میلگردهای مدفون در بتن فونداسیون برای ایجاد اتصال به زمین استفاده می کند. این میلگردها به دلیل تماس مستقیم بتن با زمین، مسیر کم‌مقاومتی را برای تخلیه جریان‌های الکتریکی ناشی از صاعقه یا نقص سیم‌کشی به زمین فراهم می‌کنند. الکترود یوفر بخشی از سیستم ارت ساختمان است و به طور مستقیم به سیم ارت اصلی متصل می‌شود.
هر چند روش همبندی فونداسیون و الکترود یوفر هر دو از الزامات مهم ایمنی الکتریکی سازه‌ها هستند، اما وظیفه و کارکرد آنها یکسان نیست. یوفر با هدف ایجاد یک ارت موثر و کم‌مقاومت برای اتصال به زمین اجرا می‌شود، در حالی که همبندی ساختمان با هدف هم‌پتانسیل کردن اجزای فلزی ساختمان و از بین بردن اختلاف ولتاژ بین آنها انجام می‌گیرد.
همبندی به تنهایی نمی‌تواند جریان الکتریکی را به زمین منتقل کند، مگر آنکه به الکترود یوفر یا چاه ارت متصل شده باشد. به همین دلیل، در طراحی‌های استاندارد ساختمان‌های جدید معمولا هر دو سیستم به‌طور همزمان اجرا می‌شوند تا حداکثر ایمنی الکتریکی فراهم شود.
تفاوت همبندی اسکلت فلزی و بتنی
هر چند نحوه همبندی فونداسیون در همه ساختمان‌ها تقریبا مشابه است، فلزی یا بتنی بودن سازه بر نحوه اجرای آن تاثیرگذار است:
همبندی فونداسیون اسکلت فلزی
در سازه‌های فلزی، اجرای همبندی ساده‌تر است، زیرا خود اسکلت ساختمان به دلیل اتصال تمام تیرها و ستون‌ها از طریق جوش یا پیچ و مهره، یک مسیر هادی یکپارچه و کم‌مقاومت ایجاد میکند. در این حالت، نیازی به ایجاد شبکه همبند مجزا در تمام طبقات نیست و معمولا اجرای همبندی در فونداسیون یا کف طبقه همکف و اتصال اسکلت فلزی در چند نقطه به شینه اصلی زمین یا الکترود زمین کافی است.
همبندی در سازه‌های بتن‌آرمه
بتن رسانای بسیار ضعیف‌تری است و به همین دلیل، باید از اتصال الکتریکی آرماتورها با سایر بخش های فلزی ساختمان اطمینان حاصل شود. در ساختمان‌های بتنی کوچک‌تر، معمولا همبندی در فونداسیون اجرا شده و اجزای فلزی هر طبقه از طریق سیم ارت به آن متصل می‌شوند.
در ساختمان‌های بزرگ و حساس مانند برج‌ها، بیمارستان‌ها و مراکز داده، علاوه بر فونداسیون، همبندی در تمامی طبقات و ستون‌ها نیز اجرا می‌گردد. همچنین، در بخش‌هایی مانند پشت بام، آسانسور، فضاهای مرطوب و موتورخانه که احتمال اختلاف پتانسیل موضعی بالا است، همبندی اضافی انجام می‌شود تا ایمنی الکتریکی به حداکثر برسد.
جمع بندی
همبندی فونداسیون با ایجاد اتصال الکتریکی بین اجزای فلزی ساختمان و سیستم زمین، شبکه یکپارچه‌ای برای انتقال جریان‌های الکتریکی خطرناک به زمین ایجاد میکند. این کار باعث می‌شود تمام بخش‌های فلزی ساختمان در یک پتانسیل الکتریکی قرار بگیرند و ایمنی سازه در برابر خطراتی مانند صاعقه یا جریان‌های نشتی به طور چشمگیری افزایش می یابد.
اجرای صحیح این سیستم مستلزم انتخاب هادی مناسب مانند میلگرد فولادی یا سیم مسی با مشخصات فنی مناسب و بر اساس استانداردها است. در این مسیر، فولادسل به عنوان مرجع تخصصی قیمت آهن آلات، با ارائه خدمات مشاوره‌ای و تامین انواع میلگرد ساده و آجدار، تیرآهن، ورق، لوله، نبشی، ناودانی و مزفتول، همراه مطمئن پروژه‌های عمرانی و صنعتی است.