AKTUALNE TENDENCJE NORMALIZACYJNE W ZAKRESIE BEZPIECZEŃSTWA POŻAROWEGO KONSTRUKCJI DREWNIANYCH

Transkrypt

1 ANNA DĘBOWSKA *, WOJCIECH SKOWROŃSKI AKTUALNE TENDENCJE NORMALIZACYJNE W ZAKRESIE BEZPIECZEŃSTWA POŻAROWEGO KONSTRUKCJI DREWNIANYCH CURRENT STANDARDS TENDENCIES ON FIRE SAFETY OF TIMBER STRUCTURES Strezczenie Abtract Pożary w budynkac ą nieprzewidywalne, kiedy ię wydarzą, powodują ogromne znizczenia. Bezpieczeńtwo użytkowników zależy od wielu czynników uwzględnianyc już przy projektowaniu obiektu budowlanego. Projektowanie na wypadek pożaru jet zatem ważnym elementem całościowego proceu zapewnienia bezpieczeńtwa pożarowego kontrukcji. W artykule omówiono obowiązujące aktualnie wymagania związane z bezpieczeńtwem pożarowym obiektów budowlanyc, a także przedtawiono krótką carakterytykę metod ocrony przeciwpożarowej elementów drewnianyc. Słowa kluczowe: pożar, odporność ogniowa, kontrukcje drewniane, bezpieczeńtwo pożarowe Fire in building are unpredictable event, wen tey occur, tey can caue great damage. Te aety o te occupant depend on many actor taken into account at te tage o building deign. Structural ire deign i an important part o te overall proce o providing ire aety o tructure. Ti paper decribe currently valid requirement connected wit ire aety o tructure and alo preente a ort caracteritic o metod o ire protection o timber element. Keyword: ire, ire reitance, timber tructure, ire aety * Dr inż. Anna Dębowka, Katedra Podtaw Projektowania Budowlanego, Wydział Budownictwa, Politecnika Opolka. ** Pro. dr ab. inż. Wojciec Skowrońki, Katedra Budownictwa i Inratruktury, Wydział Inżynierii Kztałtowania Środowika i Geodezji, Uniwerytet Przyrodniczy we Wrocławiu.

2 60 1. Wtęp Projektanci budowli i budynków przy podejmowaniu decyzji o zabezpieczeniac ogniocronnyc powinni korzytać z ormuł obliczeniowyc, by uzaadnić poziom bezpieczeńtwa [1]. Bezpieczeńtwo pożarowe kontrukcji drewnianyc powinno być analizowane na podtawie zagadnień cieplnyc i równań nośności ogrzewanej kontrukcji, przedtawionyc np. w []. Analizy kontrukcji drewnianyc w wielu przypadkac powinny być bardzo precyzyjne, gdyż dotyczą budynków, któryc elementy wykonane ą z materiałów o niekorzytnej carakterytyce ze względu na kryteria palności. Dodać należy, że aktualnie w normac rezygnuje ię z wielu kontroweryjnyc uprozczeń powzecnie unkcjonującyc w praktyce projektowej podcza analizy kontrukcji ze względu na obciążenie wyjątkowe pożarem i przyjmuje ię bardziej obiektywne kztałtowanie zabezpieczeń ogniocronnyc.. Wymagania tecniczno-budowlane w zakreie bezpieczeńtwa pożarowego Przepiy określające wymagania dotyczące bezpieczeńtwa pożarowego budynków muzą być w zczególny poób repektowane w odnieieniu do kontrukcji drewnianyc. W tym zakreie zapewnienie bezpieczeńtwa wymaga uwzględnienia zaleceń tecniczno-budowlanyc narzucającyc ograniczenie w przypadku pożaru: a) prędkości utraty nośności kontrukcji (nośność powinna być zacowana w czaie wynikającym z możliwości ewakuacji ludzi przy uwzględnieniu bezpieczeńtwa ekip ratowniczyc), co jet głównym tematem niniejzej pracy, b) rozprzetrzeniania ię ognia i dymu w budynku, c) rozprzetrzeniania ię pożaru na ąiednie budynki. Zgodnie z 16, ut. 1, rozporządzenia [3] podtawowe elementy kontrukcji w budynkac zaliczanyc do kla odporności pożarowej A, B, D oraz E powinny pełniać wymagania nośności ogniowej zawarte w tabl. 1. Klaa odporności ogniowej wybranyc elementów kontrukcji Tablica 1 Klaa odporności Klaa odporności ogniowej elementów: pożarowej budynku głównej kontrukcji nośnej kontrukcji tropów A R 40 REI 10 B R 10 REI 60 C R 30 REI 60 D R 30 REI 30 E 3. Potencjalne możliwości analizy pożarowej Aktualne tendencje normalizacyjne wiążą ię z nowym podejściem do problemu oddziaływania pożaru na kontrukcje, który wynika z teorii wymiany ciepła w ogrzewanyc elementac budowlanyc, rozpatrywanyc z uwzględnieniem prędkości wzrotu temperatury.

3 61 W Eurokodzie 1 zakłada ię, że temperatura palin w pomiezczeniac ogarniętyc pożarami wzrata zgodnie z krzywymi temperatura cza. Niektóre z nic podane ą w dokumencie interpretacyjnym do Dyrektywy Rady Wpólnot Europejkic 89/106/EEC dotyczącej wyrobów budowlanyc [4]. Wzrot temperatury palin w pomiezczeniu ogarniętym pożarem (po momencie rozgorzenia) zależy przede wzytkim od: obciążenia ogniowego, ilości dopływającego do pomiezczenia powietrza, kztałtu pomiezczenia oraz właściwości cieplnyc ścian i tropów. Zarówno na orum międzynarodowym, jak i w kraju dykutowany był problem założeń, jakie należy przyjmować podcza projektowej analizy kontrukcji w tak zwanyc ytuacjac wyjątkowyc (accidental ituation), do któryc zaliczany jet pożar. Codzi o uwzględnienie cenariuzy pożarów dającyc możliwość jak najwzectronniejzej analizy kontrukcji oraz optymalnego doboru koztownyc izolacji ogniocronnyc i tym podobnyc zabezpieczeń. Uwzględniono je, dopuzczając toowanie innyc krzywyc temperatura cza opiującyc bardziej i mniej intenywny rozwój pożaru, takic jak krzywa węglowodorowa, krzywa zewnętrzna, krzywa tlącego ię ognia. Najbardziej uniweralna jet krzywa parametryczna wyrażająca rezygnację z uogólnień, opiująca pożar w konkretnym pomiezczeniu z uwzględnieniem zarówno wzrotu temperatury, jak i padku w azie tudzenia T = 135[1 0,34 exp (0,t * ) 0,04 exp (1,7t * ) 0,47 exp(19t * )] (1) T temperatura, t * unkcja czau, obciążenia ogniowego, geometrii i wentylacji pomiezczenia, co zczegółowo opiano w Eurokodzie 1, cz. [5]. Gorące gazy w ogarniętym pożarem pomiezczeniu przekazują ciepło elementom kontrukcyjnym. Procey cieplne zacodzące w kontrukcji i jej izolacji ogniocronnej modeluje ię za pomocą równania Fouriera-Kircoa z uputami cieplnymi T c ρ = div ( λ grad T ) + q () t t cza, q uput ciepła przemiezczającego ię wraz z wilgocią, c ciepło właściwe, ρ gętość, λ wpółczynnik przewodności cieplnej. Na tyku materiału kontrukcyjnego i izolacji ogniocronnej obowiązują warunki ciągłości temperatury i gętości trumienia cieplnego, natomiat wymianę ciepła między powierzcnią zewnętrzną (narażoną na ogień) a otaczającym kontrukcję ośrodkiem można opiać prawem Newtona T λ = α ΔT (3) n T/ n pocodna w kierunku normalnej do brzegu obzaru, ΔT różnica temperatury otoczenia i temperatury izolacji ogniocronnej (lub powierzcni materiału kontrukcyjnego), α wpółczynnik przejmowania ciepła.

4 6 Założenia analiz kontrukcji budowlanyc w warunkac pożaru określone zotały między innymi w wytycznyc ITB, wytycznyc ECCS, normac Eurocode i ą nadal dykutowane. Przy czym wyraźny jet brak inormacji umożliwiającyc ormułowanie racjonalnyc modeli obliczeniowyc dla potrzeb pożarowej analizy kontrukcji o przekrojac drewnianyc. Do rzadko podejmowanyc dotyccza należy problem zarówno wpływu prędkości ogrzewania, jak i nieliniowości izykalnej na wyniki obliczeń wartości ił wewnętrznyc, ugięć i naprężeń w ogarniętyc pożarem elementac kontrukcyjnyc. Konekwencje nieliniowego zacowania ię kontrukcji w pożarze ą itotne (częto ą niekorzytne) z punktu widzenia bezpieczeńtwa (o czym była mowa w pracy []), ale równocześnie prowadzą do nieco bardziej komplikowanej analizy carakterytyk przekroju poprzecznego, co pokazano poniżej, rozpatrując przekrój protokątny drewniany z blacami talowymi (pokazany na ryc. 1). Ryc 1. Element drewniany ekponowany termicznie z trzec tron Fig. 1. Timber member expoe to ire on tree ide W pożarze drewniany rdzeń przekroju ulega ukceywnej redukcji. W prezentowanej analizie przekrój zotał rozdzielony na część protokątną i wyokrągloną (aprokymowaną kztałtem połowy elipy). Cecy geometryczne przykładowego przekroju (ryc. 1) określono, traktując przekrój jako prowadzony do drewna (wówcza carakterytyki wyznacza ię przy uwzględnieniu we wzorac obliczeniowyc parametru poprawkowego η w ). 1/ n A η w, = (4) 1/ nw A A, n parametry nieliniowego modelu tali, A w, n w parametry nieliniowego modelu drewna. Dla przekroju na ryc. 1 ( b, grubość i wyokość blacy; = 1 ) prowadzony do drewna moment bezwładności przekroju względem oi x przy podziale na część drewnianą (I w, ) oraz przy uwzględnieniu wzmocnienia talą (I, ) opiują równania I p, w, I w, + ηw, I, w = (5)

5 I w, = b + e e1 e1 b b y + y e e e y + y ( y + e ) 1 dy + b y + e dy y + y + 1/ n y dy dy + 63 I, = b y + y dy (7) 4. Zabezpieczenia kontrukcji drewnianyc Celem zabezpieczenia ogniocronnego kontrukcji drewnianyc jet obniżenie topnia palności drewna przez toowanie cemicznyc środków ogniocronnyc oraz zabezpieczenie elementów przed płomieniami i wzrotem temperatury przez toowanie ołon z materiałów niepalnyc. Projekt zabezpieczenia powinien wynikać z analizy obliczeniowej kontrukcji w tanie wyjątkowym (wywołanym pożarem). Środki ogniocronne powinny mieć ważną aprobatę tecniczną ITB, jak również inne dokumenty potwierdzające ic przydatność i kuteczność ocronną. W tablicy zetawiono przykładowe środki zabezpieczeń przeciwpożarowyc. Tablica Zetawienie wybranyc środków ocrony przeciwpożarowej elementów drewnianyc Aprobata tecniczna 19/ / / / / / / /003 Środek ocronny Zużycie jednotkowe Klayikacja ogniowa Termin ważności impregnat olny 35 kg oli/m 3 (1) I topień palności (1) (1030% roztwór) 00 g oli/m () II topień palności () impregnat olny 180 g oli/m () drewno gr. 1 mm (030% roztwór) I topień palności impregnat olny 40 kg oli/m 3 (1) drewno gr. 1 mm (0% roztwór) 00 g oli/m () I topień palności impregnat olny (0% roztwór) impregnat olny (030% roztwór) impregnat olny (530% roztwór) impregnat olny impregnat olny (30% roztwór) drewno gr. 6 mm drewno gr. 1 mm 35 kg oli/m 3 (1) g oli/m () I topień (1) ; drewno gr. 8 mm II t. () 40 kg oli/m 3 (1) g oli/m () i klejka gr. 5 mm I topień; klejka gr. 1 mm II topień 00 g oli/m () drewno gr. 0 mm I topień palności wg danyc II topień palności producenta 40 kg oli/m 3 (1) drewno gr. 0 mm g oli/m () I topień palności (6)

6 / / / / / / / / /004 cd. tabl. impregnat olny wg danyc producenta I topień palności impregnat 0,5 l/m () drewno gr. 19 mm SRO; gr. 100 mm NRO arba pęczniejąca g/m () drewno gr. 1 mm kładnikowa II topień palności arba pęczniejąca wg danyc producenta I i II topień palności emulja + lakier lakier jednokładnikowy bezbarwny lakier dwukładnikowy 40 g/m emulja 100 g/m lakier II topień palności (trudno zapalny) ,35 l/m () drewno gr. 19 mm II topień palności g/m () klejka gr. 1 mm I topień; drewno gr. 18 mm I lub II t. wg danyc producenta II topień palności lakier dwukładnikowy lakier bezbarwny 00 g/m () drewno gr. 0 mm I t.; okładzina gr. 0 mm NRO preparat pęczniejący 50 g/m () drewno gr. mm /005 I topień palności płyty gipowe płyty gr mm płyty niepalne oraz NRO / /003 płyty ilikatowo-cementowe płyty gr mm płyty niepalne (1) przy aplikacji metodami wgłębnymi () przy aplikacji metodami powierzcniowymi 5. Zakończenie W praktyce częto wytępuje potrzeba podnozenia odporności ogniowej elementów kontrukcji drewnianyc przez toowanie przedtawionyc zabezpieczeń. Zabezpieczenia należy projektować racjonalnie. Analiza bezpieczeńtwa pożarowego w takic przypadkac powinna obejmować zagadnienie cieplne i zagadnienie nośności przedtawione ogólnie w Eurokodac, a w zczególności w literaturze tecnicznej. Literatura [1] Skowrońki W., Fire aety o metal tructure. Teory and deign criteria, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warzawa 004. [] Dębowka A., Skowrońki W., Zagadnienia nieliniowej analizy drewnianyc kontrukcji w pożarze, Inżynieria i Budownictwo nr, 007, [3] Rozporządzenie Minitra Inratruktury z dnia 1 kwietnia 00 r. w prawie warunków tecnicznyc, jakim powinny odpowiadać budynki i ic uytuowanie. DzU z dnia 15 czerwca 00 r., Nr 75, poz [4] Dokument interpretacyjny do Dyrektywy 89/106/EEC dotyczącej wyrobów budowlanyc. Wymaganie podtawowe nr Bezpieczeńtwo pożarowe, Wyd. ITB, Warzawa [5] Bai o deign and action on tructure Part -: Action on tructure expoed to ire, Eurocode 1- Part -, ENV , 1994.