Podczas projektowania konstrukcji ognioodpornych, wszystkie parametry techniczne wykorzystywanych materiałów są bardzo ważne, jednakże, materiały niepalne są niewiele warte, jeżeli są nieodpowiednio wykorzystane lub też nieodpowiednie jest ich zastosowanie systemowe.
Ognioodporność
Przypisanie płyt konstrukcyjnych do odpowiednich klas ognioodporności zależy od stopnia wypalenia się masy ciała stałego oraz założonego obciążenia ogniowego (kg/m²). Na obszarze Wspólnoty Europejskiej został przyjęty system klasyfikacji ognioodporności materiałów budowlanych, budowli i ich części (89/106/WE), obowiązujący wszystkie kraje członkowskie Wspólnoty. Są również podane podstawowe pojęcia i kryteria, które należy uwzględnić przy zagospodarowaniu kubatury i powierzchni budowli, dobieraniu konstrukcji lub ich części, dostosowywaniu procesów technologicznych, organizowaniu ciągów bezpiecznego poruszania się pracowników czy osób odwiedzających.
Inny ważny dokument, którym należy się kierować – norma EN 14509 „Samonośne płyty warstwowe z rdzeniem z materiału termoizolacyjnego w obustronnej okładzinie z blachy”. Komisja Europejska przewiduje możliwość ustalenia również specyficznych wymogów wobec ognioodporności zgodnie z EN 13501-1 wobec materiałów i budowli, z zapewnieniem bezpieczeństwa ogniowego. Dopuszczalne i dozwolone są inne rozwiązania inżynieryjne, polepszające wymogi bezpieczeństwa ogniowego spełniające wymagania, z wykorzystaniem nowych materiałów i innowacji. W oparciu o dane dokumenty będziemy próbowali wyjaśnić relacje pomiędzy wymogami stawianymi w regulacjach, a wybranymi płytami konstrukcyjnymi. Konstrukcja budowli jest klasyfikowana według odporności ogniowej i reakcji na ogień. Odporność ogniowa – oznacza zdolność części składowych budowli do przeniesienia obciążenia ogniowego – R, oraz do zachowania jednolitości (szczelności) – E i izolacyjności – I przez określony przedział czasowy. Odporność ogniowa budowli jest często porównywana do szybkości podnoszenia się (wzrostu) ognia, wyrażonej w minutach. Wprowadzone pojęcie „obciążenie ogniowe“ budynku ma na celu ustalanie jego niezawodności i obliczenie ilości ciepła mogącej się wytworzyć po spaleniu się wszystkich znajdujących się w strefie ognia materiałów i konstrukcji budowlanych.
Przykład
Dla lepszego zrozumienia posłużmy się prostym przykładem, w którym wybierzemy płyty konstrukcyjne obecnie często stosowane do budowy pomieszczeń magazynowych. Załóżmy, że powierzchnia ścian magazynu 40 x 40 x 5 wynosi 800 m², a dach stanowi 1600 m², a więc ogólna powierzchnia płyt stanowiłaby 2400 m². Wykorzystując płyty o grubości 100 mm, ilość materiału odpowiednio wyniosłaby 240 m³. Używając płyty z wełny skalnej przy pustym magazynie obciążenie ogniowe stanowiłoby: [240 m³ x 90 kg/m³ x 0,8 MJ/kg]/1 600 m², gdzie 90 − gęstość materiału, 0,8– wartość cieplna materiału zgodnie z EN ISO 1716.
A więc obciążenie ogniowe wynosiłoby od 10 do 20 MJ/m², co nie jest równoważne ilości i gęstości materiałów organicznych.
Obciążenie ogniowe takiego samego magazynu, do którego wykorzystanoby płyty styropianowe (EPS), wyniosłoby: 300 MJ/m² = [240 m³ x 50 kg/m³ x 40 MJ/kg]/1 600 m². Obciążenie ogniowe magazynu z płyt EPS jest od 15 do 30-krotnie większe niż w wypadku używania płyt z wełny skalnej.
Musimy uwzględnić również to, co mamy zamiar magazynować, a więc określamy wpływ zawartości magazynu. W wypadku, gdy nie jest ona znana, teoretycznie dla magazynów obliczane obciążenie ogniowe wynosi 1000MJ/m².
W pierwszym wypadku – w magazynie z płyt z wełny skalnej – przypisuje się drugą kategorię obciążenia ogniowego, natomiast w drugim – pierwszą. Na podstawie możliwego obciążenia ogniowego ustalamy dozwoloną klasę zagrożenia ogniowego budowli i klasę zagrożenia ogniowego konstrukcji. Konstrukcje budowli według zagrożenia ogniowego dzielą się na cztery klasy: K0, K1, K2 i K3. Rozpatrywany prosty wypadek należy do klasy K0 zagrożenia ogniowego konstrukcji i zgodnie z tym wymagania wobec materiału (reakcja na ogień) są określone jako A2–s1, d0.
Wniosek: przykładowo, jeżeli liczone dla magazynu obciążenie ogniowe wynosi 1000MJ/m² (co odpowiada 25 kg drewna opałowego), ściany i konstrukcje powinny być nie mniejsze niż klasa A2-s1, d0 lub w najgorszym przypadku wypadku B-s1, d0.
Czy to jest ważne?
Uwzględniając to, co zostało wspomniane w celu uniknięcia błędów, należałoby pamiętać, że:
– za każdym razem lepiej wykonać wspomniane obliczenia, żeby mieć pewność, iż płyty nadają się do konkretnych warunków;
– dodatkowe obciążenie ogniowe płyt EPS i PUR (pianki poliuretanowej) może znacząco wpływać na projekt całej budowli, ponieważ jest ona dzielona na mniejsze strefy, lub może zwiększać koszty w związku z instalowaniem dodatkowych środków gaśniczych;
– stosunek obciążenia ogniowego konstrukcji do obciążenia ogniowego zawartości może wzrosnąć do 30 proc. Oznacza to, że dobór płyt pozostaje jednym z najważniejszych czynników i przy zmianie magazynowanych materiałów może ulec zmianie klasa zagrożenia ogniowego budowli;
– ważnym jest, jaki środek porotwórczy jest używany do płyt PUR: CO, pentan czy gaz typu HFC. Ma to wpływ na zwiększenie obciążenia ogniowego;
– w wypadku, gdy materiał nie jest znany lub brak danych technicznych, zaleca się wykonanie badań laboratoryjnych i ustalenie wartości cieplnej;
– obecnie stosowany PIR (poliizocyjanurat) został zalegalizowany jako produkt niepalny w Wielkiej Brytanii i certyfikowany LPCB/FM.
Niezbędne rozwiązania
We wszystkich bez wyjątku wypadkach płyty ścienne i dachowe nie powinny uczestniczyć w procesie palenia się. Przeznaczeniem takich płyt jest powstrzymywanie rozprzestrzeniania się ognia i utrzymanie się do momentu, aż się rozpadnie konstrukcja – szkielet nośny budynku. Podstawowym problem do rozwiązania staje się ochrona szkieletu oraz rozwiązania techniczne dotyczące mocowania takich systemów płyt. We współczesnych lekkich budowlach najczęściej używa się mechanicznego mocowania (łączniki śrubowe), a więc ich jakość jest wyjątkowo ważna.
Cztery etapy deformacji ścian ogniowych
Dowolna konstrukcja, a więc ściany ogniowe lub jakiekolwiek inne ściany rozdzielające, pod działaniem wysokich temperatur ulegają deformacji.
Znając parametry wybranej konstrukcji, można imitować przyszłe deformacje temperaturowe i zmiany konstrukcyjne płyt.
Poza innymi deformacjami wyróżnia się cztery fazy zmiany płyt o charakterze deformacyjnym.
Z powodu dodatkowo obliczanych obciążeń konstrukcji zaleca się instalowanie tylko dwuoporowych, jednootworowych ścian ogniowych, mocowanych elastycznie. Najlepiej się sprawdza pionowy sposób montowania płyt.
1. Podczas eksploatacji ściana ogniowa z płyt wspiera się o konstrukcję oporową. Na podporę oddziałuje tylko pionowe obciążenie masą własną płyt. Ściany ogniowe nie powinny być w inny sposób unieruchomione lub nie powinny być do nich zamocowane dodatkowe obciążenia. W przypadku tak wykonanej ściany przyjmuje się obciążenie równomiernie rozłożone 30 kg/m², powstające zarówno podczas montażu, jak i podczas eksploatacji. Takie ściany ogniowe są nazywane pasywnymi i używane są jako konstrukcje odgradzające wraz z wymogami wobec nich stosowanymi. Węzeł górny takich ognioodpornych przegród jest instalowany elastycznie (2 rys.).
2. W wypadku pożaru w ciągu pierwszych trzech – pięciu minut deformacje ściany ogniowej wskutek efektu cieplnego zostaną skierowane w kierunku źródła ognia. Przy gwałtownym wzroście temperatury warstwa kleju wypala się, zwiększając obciążenie ogniowe i płyty tracą siłę trzymania. Przy należycie wykonanym węźle górnym (2 rys.), stalowe okładziny płyt zawisają. W tym czasie ważne jest, żeby połączenia były maksymalnie szczelne, co uniemożliwia przedostanie się ognia przez złącza.
W tym stadium ciężar płyt jest przekazywany na górny węzeł konstrukcji, a więc konstruktor powinien tutaj przewidzieć dodatkowe obciążenia i zapewnić szczelność konstrukcji.
3. Po rozwarstwieniu się płyty i oddzieleniu się wewnętrznej okładziny płyty, sama ściana ogniowa wraca do pierwotnej pionowej pozycji. W czasie tej fazy pożaru, gdy palą się syntetyczne powłoki okładzin, warstwa kleju i substancje organiczne, wydziela się trujący gaz. W skład materiałów używanych przez niektórych producentów wchodzą zwiększone ilości substancji organicznych. Takie płyty klasyfikuje się według klasy B-s2, d0.
4. W ostatnim stadium działania ognia, na skutek wzrastającej temperatury deformacja płyt jest skierowana w przeciwnym kierunku do źródła ognia. To najważniejszy etap, zwany również aktywnym. Teraz już nie powstają dodatkowe obciążenia oraz zmniejsza się wydzielenie się trującego dymu. Deformująca się płyta, odchylająca się w przeciwnym kierunku jeszcze bardziej zaciska złącza i również hamuje możliwe przedostanie się ognia przez złącza płyt w przeciwnym kierunku. Tu najważniejsza jest grubość materiału izolacyjnego oraz kształt złączy płyt, które uniemożliwiają nagrzewanie się okładzin stalowych po drugiej stronie, gdzie temperatura może wynosić do 150–180°C.
Co się dzieje, jeżeli „zaoszczędzono” na grubości materiału izolacyjnego? Przy wzroście temperatury warstwa izolacyjna nie zapewnia spadku temperatury i całkowicie rozwarstwia płytę oraz odwarstwia drugą taflę, wypada materiał izolacyjny i ogień przedostaje się do drugiego pomieszczenia.
Lekcje
Lekcje najczęściej bywają bolesne i sprawiedliwe tylko pod tym względem, że uświadamiają, iż kompromisy są niedopuszczalne. Tylko wspólnymi staraniami konstruktorów, monterów i producentów możliwe jest zapewnienie właściwej funkcjonalności budynku.
Już na etapie projektowania powinno się zadecydować, jakie są główne cele i wymogi w zakresie bezpieczeństwa, jakie materiały spełniają te wymogi oraz jakie są sposoby realizacji tych wymogów i rozwiązania techniczne. W wypadku ścian ogniowych ważne są trzy czynniki: odpowiednio dobrane płyty, ich zainstalowanie i adekwatny stopień zabezpieczenia konstrukcji nośnych. Żadna ściana ogniowa nie powstrzyma rozprzestrzeniającego się ognia, jeśli przynajmniej jeden ze wspomnianych czynników nie spełni postawionych wymogów. I jeszcze – zawsze należy przewidzieć zagrożenie ogniowe po obu stronach ściany, a więc nie ma ważnych i nieważnych części składowych.
Zabezpieczenie konstrukcji
W celu należytego zapewnienia stabilności budowli i odporności na ogień, ważne jest przemyślenie kwestii zabezpieczenia konstrukcji nośnych. Istnieje wiele sposobów zabezpieczenia konstrukcji – farby ogniochronne, płyty gipsowe, maty z wełny skalnej – co ilustruje przykład prostego węzła (3 rys.).
Przewidywana grubość warstwy ochronnej > 40 mm, co spełnia wymogi EI180.
Wszystkie elementy mocowania – tylko stalowe, a miejsca ich mocowania zabezpieczone przed działaniem temperatury.
Sufity podwieszane
Oddziaływanie na zawieszane sufity, w odróżnieniu od ścian, odbywa się nie tylko od strony wewnętrznej (4 rys.). W przypadku pożaru zachodzą właściwie takie same procesy jak w wypadku ścian. Jedyna różnica polega jedynie na tym, że konstrukcje oporowe są stale obciążone masą własną płyt. W celu zwiększenia nośności, po drugiej stronie sufitu czasem montuje się blachę stalową profilowaną, przejmującą ciężar rozwarstwionych płyt i niepozwalającą na odsłonięcie styków. Taką konstrukcję klasyfikuje się jako REI60 lub REI120.
Dodatkowa dodatnia cecha zawieszanych sufitów – nie trzeba zabezpieczać złożonych konstrukcji nośnych. Także można zmniejszać grubość izolacji dachu albo nawet z niej zrezygnować. Po zmniejszeniu się przestrzeni użytkowej, zmniejszą się nakłady na ogrzewanie budynku, natomiast tak powstała przestrzeń doskonale nadaje się do urządzenia pomieszczeń technicznych lub komunikacji.
Witold Gulczyński, „Paroc Panel System Oy Ab“ kontakt tel. +48 691 701 921
