Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych

prof. PW, dr hab. inż. Mirosław Kosiorek* mgr inż. Marek Łukomski* PODRĘCZNIK FIZYKI BUDOWLI Bezpieczeństwo pożarowe część XII Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych Od października 2005 r., w ramach podręcznika fizyki budowli, publikujemy cykl artykułów poświęconych bezpieczeństwu pożarowemu. Dotychczas opublikowano jedenaście części, w których omówiono: oddziaływanie pożaru, funkcje elementów budynku w warunkach pożaru, właściwości stali, stopów aluminium, betonu i elementów murowych w podwyższonej temperaturze, efekty oddziaływania termicznego na beton, klasyfikację wyrobów budowlanych z uwagi na odporność ogniową, klasyfikację wyrobów budowlanych z uwagi na ich udział w rozwoju pożaru, klasyfikację i zastosowanie urządzeń wentylacyjnych z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe, zagadnienia dotyczące projektowania dachowej wentylacji oddymiającej, metody projektowania budynków z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe oraz zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji stalowych. W tym numerze zaprezentujemy zagadnienia związane z odpornością ogniową konstrukcji żelbetowych oraz zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji żelbetowych. W kolejnych publikacjach planowane jest omówienie następujących zagadnień: odporność ogniowa konstrukcji drewnianych, murów oraz przeszkleń. Po części podręcznika fizyki budowli poświęconej bezpieczeństwu pożarowemu ukaże się cykl artykułów dotyczących izolacyjności akustycznej w budownictwie, a w dalszej kolejności klimatu miasta i oświetlenia. Metody oceny odporności ogniowej Najprostsza metoda określenia odporności ogniowej polega na stosowaniu tabel, na podstawie których ustala się klasę odporności ogniowej pojedynczego elementu w zależności od poziomu obciążenia, wymiarów geometrycznych przekroju poprzecznego i otuliny zbrojenia. Tabele dotyczą wyłącznie elementów ogrzewanych wg krzywej standardowej. Druga, uproszczona metoda polega na sprawdzaniu po czasie t nośności przekroju zredukowanego, czyli odrzuceniu części przekroju ogrzanej do temperatury co najmniej 500 C jako nieprzenoszącej obciążeń. Nośność elementów zginanych określa się na podstawie temperatury zbrojenia, przyjmując, że wytrzymałość obliczeniowa betonu w strefie ściskanej jest taka, jak wytrzymałość charakterystyczna w temperaturze normalnej. Na rysunku 1 przedstawiono schemat belki ogrzewanej z trzech stron. Bardziej dokładna jest metoda stref (rysunek 2), polegająca na podziale przekroju na co najmniej 3 części. Właściwości mechaniczne do obliczeń przyjmuje się odpowiednio do wartości temperatury w środku każdej strefy (k c Θ 1 ), k c (Θ 2 ). * Instytut Techniki Budowlanej, Zakład Badań Ogniowych Metodę stosuje się, gdy znany jest rozkład temperatury w przekroju poprzecznym. Przykładowy rozkład temperatury w płycie pokazano na rysunku 3, a na rysunku 4 w słupach. Określanie odporności ogniowej za pomocą tabel Rys. 1. Redukcja przekroju belki ciągłej (wg EN1992-1-2): T strefa rozciągana; C strefa ściskana Rys. 2. Przykład podziału na strefy ściany ogrzewanej z dwóch stron (wg EN-1-2) Rys. 3. Rozkład temperatury w płycie (ścianie) grubości 20 cm (krzywa standardowa) Zasady określania odporności ogniowej wg tabel są podane w normie EN 1992-1-2 i wytycznych nr 409/2005 Projektowanie elementów żelbetowych i murowych z uwagi na odporność ogniową (ITB, Warszawa 2005 r.). W tabelach 1 4 podano przykładowe charakterystyki odporności ogniowej słupów, ścian nienośnych i nośnych oraz belek ciągłych wg wytycznych. Dotyczą one wyłącznie elementów pełnych, monolitycznych, ogrzewanych wg krzywej standardowej. Nie obejmują elementów prefabrykowanych i kanałowych oraz nie uwzględniają możliwych scenariuszy oddziaływania termicznego na powierzchhnie eksponowane. Niezależnie od wymiarów przekroju poprzecznego i grubości otuliny prętów zbrojeniowych element powinien spełniać wymagania konstrukcyjne wg PN-B-03264:2002 oraz PN-EN 1991-1-1:2005 (U). Podane w tabelach współczynniki wykorzystania nośności określa wzór: α = κ Sd κ Rd κ Sd obliczeniowe obciążenie w temperaturze normalnej; κ Rd obliczeniowa nośność elementu w temperaturze normalnej. Odległość osiową zbrojenia od powierzchni elementu określa się jako średnią ważoną (dotyczy przypadku, gdy wytrzymałości charakterystyczne wszystkich prętów są jednakowe) ze wzoru: a m = A Si pole powierzchni i-tego pręta; a i odległość osiowa i-tego pręta. u i = 1 A Si A a Si i 115

Rys. 4. Rozkłady temperatury w słupach (belkach) o przekroju 600 300 mm, ogrzewanych z czterech stron po 60 i 90 min, (krzywa standardowa) Podane w tabelach wielkości dotyczą średnicy lub mniejszego wymiaru przekroju poprzecznego elementu, a w przypadku ścian i płyt grubości ściany lub wysokości płyty. Odporność ogniową słupów można określić wg tabeli 1, jeżeli: obciążenia poziome przenoszone są przez elementy usztywniające; długość obliczeniowa słupa l o 3,0 m (dla kondygnacji pośrednich można Tabela 1. Minimalna osiowa odległość zbrojenia w przypadku słupów prostokątnych i okrągłych Klasa odporności Szerokość słupa/odległość środka ciężkości zbrojenia b min /a ogniowej słup eksponowany z więcej niż jednej strony eksponowany z jednej strony α = 0,3 α = 0,7 α = 1,0 α = 1,0 R 30 200/25 200/25 200/32 155/25 300/27 R60 200/25 200/36 250/46 155/25 300/31 350/40 R120 250/40 350/45* 350/57* 175/35 350/35 450/40* 450/51* R 240 350/61* 450/75* 295/70 Uwaga: w przypadku słupów okrągłych należy przyjmować, iż ekspozycja z jednej strony oznacza oddziaływanie pożaru na co najwyżej 25% obwodu słupa * Co najmniej 8 prętów Tabela 2. Minimalne grubości ścian nienośnych* Klasa odporności ogniowej b min [mm] EI 30 60 EI 60 80 EI 120 120 EI 240 175 * Stosunek wysokości do grubości ściany nie powinien przekraczać 40 przyjmować l o = 0,5l, a dla najwyższej l o = 0,7l, gdzie l jest długością słupa); mimośród M Sd /N Sd 0,15 h (lub 0,15l w zależności od zwrotu momentu M Sd ), gdzie M Sd /N Sd to moment zginający i siła podłużna wywołana obciążeniem obliczeniowym; stopień zbrojenia A s /A c < 0,04. W przypadku gdy odległość środka ciężkości zbrojenia a 70 mm (rysunek 5), należy pod powierzchnią betonu dodatkowo stosować siatkę stalową z drutu średnicy nie mniejszej niż 4 mm i oczku mniejszym niż 10 mm. Tabela 3. Minimalne wymiary ścian nośnych niezbrojonych i zbrojonych Klasa odporności ogniowej Minimalne wymiary [mm] grubość ściany/odległość osiowa zbrojenia α = 0,5 α = 1,0 ekspozycja ekspozycja ekspozycja ekspozycja z jednej strony z dwóch stron z jednej strony z dwóch stron REI 30/R 30 100/10 120/10 120/10 120/10 REI 60/R 60 110/10 120/10 130/10 140/10 REI 120/R 120 150/25 160/25 160/35 220/35 REI 240/R 240 230/55 250/55 270/60 350/60 Tabela 4. Minimalne wymiary przekroju belek swobodnie podpartych Klasa odporności Minimalne wymiary [mm] ogniowej możliwe kombinacje szerokości b min i odległości osiowej zbrojenia a grubość środnika b w R 30 b min = 80 120 160 200 80 a = 25 20 15 15 R 60 b min = 120 160 200 300 100 a = 40 35 30 25 R 120 b min = 200 240 300 500 130 a = 65 60 55 50 R 240 b min = 280 350 500 700 170 a = 90 80 75 70 a sd = a + 10 mm (a sd odległość osiowa prętów narożnych od boku belki. W przypadku gdy szerokość belki jest większa niż podana w kolumnie 4, nie jest wymagane powiększenie odległości osiowej Ekspozycja z jednej strony dotyczy słupa umieszczonego w licu ściany o tej samej odporności ogniowej co słupów wysuniętych, jeżeli część słupa znajdująca się w ścianie przenosi całe obciążenie. Otwory w ścianie 116

Rys. 5. Schemat do obliczania odległości osiowej prętów (wg a m ) muszą być umieszczone w odległości co najmniej b min od powierzchni słupa. Ściany. W tabeli 2 podano klasy odporności ogniowej ścian nienośnych, działowych, wysokości do 3,5 m, które klasyfikuje się tylko z uwagi na kryteria szczelności ogniowej E i izolacyjności ogniowej I, natomiast w tabeli 3 klasy odporności ścian obciążonych. Tabela 3 dotyczy także ścian oddzieleń przeciwpożarowych, pod warunkiem że uwzględniono oddziaływanie innych elementów konstrukcyjnych, ciśnienie i możliwość uderzenia zniszczonymi częściami konstrukcji. Przyjęta ekspozycja na działanie ognia z dwóch stron dotyczy ścian nośnych, które nie spełniają funkcji oddzielającej (słupy, ściany). W tym przypadku klasy odporności ogniowej oznacza się: R 30, R 60, R 90, R 120, R 180, R 240. Belki. W tabeli 4 podano klasy odporności ogniowej belek ogrzewanych z trzech stron, izolowanych przez strop przez cały czas oddziaływania temperatury. Przekroje, których dotyczy tabela 5, przedstawiono na rysunku 6. W przypadku belek z bokami pochylonymi (rysunek 6b) szerokość b przyjmuje się jako szerokość belki w środku ciężkości zbrojenia rozciąganego. Średnia grubości półki belki dwuteowej (rysunek 6c) powinna spełniać warunek: Tabela 5. Wymagana szerokość belki b min lub szerokość środnika b w (wg pren1992-1-2) Klasa odporności ogniowej Wymagane wartości minimalne b min lyb Ib w [mm] R 120 220 R 120 380 R 240 480 Rys. 6. Różne rodzaje przekrojów belek żelbetowych: a) przekrój o stałej szerokości; b) przekrój o zmiennej szerokości (o bokach pochylonych); c) przekrój dwuteowy d eff = d 1 + 0,5 d2 b min b min wg tabeli 5. Zasady tej można nie stosować, jeżeli w przekrój belki da się wpisać przekrój hipotetyczny, spełniający wymagania i zawierający całe zbrojenie (rysunek 7). Rys. 7. Zasada wpisywania przekroju hipotetycznego: C poprzeczny przekrój hipotetyczny Jeżeli rzeczywista szerokość półki b 1,4 b w (b w szerokość środnika), b deff < 2b 2 min,, to odległość osiową prętów zbrojeniowych należy zwiększyć do wartości: a eff d = a 185, b eff mi b w a b d eff = d 1 + 0,5 d 2 b min ; b min wg tabeli 4. Jeżeli b > 3,5 b w, wówczas nie uwzględnia się otworów w środniku, pod warunkiem że pozostała powierzchnia przekroju poprzecznego spełnia zależność: A c > 2 b 2 min Minimalna odległość osiowa pręta zbrojeniowego nie może być mniejsza niż wymagana dla klasy R 30 i niż połowa średniej odległości osiowej. Ze względu na duży gradient temperatury w narożach, odległość a sd lin i drutów w belkach swobodnie podpartych, z jedną warstwą zbrojenia, należy zwiększyć o 10 mm. W tabeli 4 podano minimalne wymiary przekroju poprzecznego i minimalne odległości osiowe w przypadku belek wolno podpartych. Jeżeli b b min wg tabeli 4, to powinien być spełniony warunek a sd a + 10 mm. W przypadku gdy redystrybucja momentu przekracza 15% (rysunek 8) i nie przeprowadza się dokładnych obliczeń, belki ciągłe należy opisywać jak belki wolno podparte. Rys. 8. Obwiednie momentów zginających nad podporą w sytuacji pożarowej (wg pren 1992-1-2): 1 wykres momentów zginających w sytuacji pożarowej dla t = 0; 2 obwiednia momentów zginających przenoszonych przez zbrojenie rozciągane; 3 wykres momentów zginających w sytuacji pożarowej; 4 obwiednia momentów zginających Zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji żelbetowych Zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji żelbetowych wykonuje się w celu zapewnienia lub zwiększenia odporności ogniowej elementów oraz ograniczenia bądź wyeliminowania zjawiska odpadania i eksplozyjnego odpryskiwania betonu od powierzchni nagrzewanych. Jest to szczególnie niebezpieczne, gdyż odpadające lub odpryskujące fragmenty mogą uszkadzać instalacje lub urządzenia zapewniające bezpieczeństwo pożarowe, np. kable zasilające wentylatory oddymiające. Konieczność zabezpieczenia ogniochronnego, zwłaszcza płyt stropowych i belek, może występować w przypadku stosowania zbrojenia wzmacniającego najczęściej w postaci taśm z materiałów wysokowytrzymałościowych, przyklejanych za pomocą żywicy. Jego temperatura krytyczna jest niska i może wynosić nawet 45 C. Zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji żelbetowych wykonuje się w przypadku pojedynczych elementów lub ich grupy. 117

Do zabezpieczeń pojedynczych elementów stosuje się: masy natryskowe; okładziny płytowe; zabezpieczenia hybrydowe, polegające na połączeniu okładzin płytowych oraz mas natryskowych. Grupy elementów zabezpiecza się za pomocą: membran poziomych (np. sufitów podwieszonych, sufitów samonośnych); membran pionowych (np. ściany oddzielające) oraz stosując elementy nośne poza obrysem budynku. Masy natryskowe Natryskowe masy ogniochronne produkowane są w postaci suchej mieszanki, w której skład wchodzą: spoiwo (na bazie cementu lub gipsu); wypełniacz lub wypełniacze (np. wermikulit, włókna mineralne lub granulat ze skalnej wełny mineralnej) oraz różnego rodzaju związki modyfikujące. Właściwości termoizolacyjne mas natryskowych uzyskuje się dzięki izolacyjności materiału wypełniającego oraz pochłanianiu dużej ilości ciepła w procesie podgrzewania i odparowywania wody zawartej w materiale ogniochronnym. Technologie przygotowywania i nanoszenia mas natryskowych: sucha sucha mieszanka, przygotowana fabrycznie, jest transportowana pneumatycznie i mieszana z wodą lub ciekłym spoiwem u wylotu końcówki agregatu natryskowego; mokra sucha mieszanka jest zarabiana wodą, a następnie nanoszona na elementy stalowe mechanicznie za pomocą agregatów pompowo-natryskowych w sposób zbliżony do mechanicznych prac tynkarskich. Izolacje ogniochronne z mas natryskowych mają zwykle grubość 10 60 mm. W celu zapewnienia im odpowiedniej przyczepności i trwałości stosuje się podkłady, umożliwiające przyczepność natrysku do powierzchni elementu. Niektóre masy wymagają zbrojenia warstwy ogniochronnej siatką stalową lub z włókna szklanego oraz stosowania łączników, zapewniających trwałość i przyczepność do zabezpieczanego elementu w warunkach pożaru. Technika natryskowa pozwala szybko wykonywać izolacje ogniochronne, chociaż wiąże się zza- brudzeniem otoczenia, co jest charakterystyczne dla procesów mokrych. Gęstość mas natryskowych zależy od rodzaju spoiwa oraz wypełniacza i wynosi najczęściej 260 800 kg/m 3. Natrysk ogniochronny, w zależności od grubości, wykonywany jest w jednej lub kilku warstwach, najczęściej dwóch lub trzech. Zabezpieczenia płytowe Ogniochronne zabezpieczenia płytowe polegają na obudowaniu elementów konstrukcji stalowej za pomocą płyt ze skalnej wełny mineralnej, płyt gipsowo-kartonowych, różnego rodzaju płyt na spoiwie gipsowym, cementowym, cementowo-wapiennym ze zbrojeniem najczęściej z włókien szklanych oraz z różnego rodzaju wypełniaczami. Zamknięta obudowa oraz właściwości termoizolacyjne płyt ograniczają oddziaływanie strumienia cieplnego. Płytowe zabezpieczenia ogniochronne wmontowane są do elementów konstrukcji stalowej za pomocą klejów lub połączeń mechanicznych, albo obydwu metod jednocześnie. Połączenia mechaniczne polegają na zastosowaniu wyłącznie łączników (wkręty, kotwy, szpilki oraz klamry) lub także cienkościennych profili, które po uprzednim zamocowaniu do zabezpieczanego elementu stanowią wsporczą konstrukcję, do której montuje się płyty ogniochronne. Elementy płytowe docina się na odpowiedni wymiar i łączy ze sobą bezpośrednio na budowie, co w przypadku 2- lub 3-warstwowej obudowy mocowanej łącznikami powoduje, że prace instalacyjne trwają dłużej niż np. aplikacja mas natryskowych. Z drugiej jednak strony obudowane elementy stalowe są estetyczne i nie wymagają dodatkowego wykończenia. Gęstość płyt ze skalnej wełny mineralnej wynosi ok. 150 kg/m 3, a płyt gipsowo-kartonowych zbrojonych rozproszonym włóknem szklanym ok. 800 kg/m 3. Gęstość płyt silikatowo-cementowych wynosi 450 900 kg/m 3. Zabezpieczenia płytowe wykonywane są jako jednolub wielowarstwowe, a ich grubość wynosi najczęściej 10 120 mm. Zabezpieczenia hybrydowe Zabezpieczenia te polegają na połączeniu płytowych systemów zabezpieczeń ogniochronnych z masami natryskowymi. Najczęściej wykorzystywane są płyty ze skalnej wełny mineralnej oraz masy natryskowe z wypełniaczami w postaci włókien mineralnych lub granulatu ze skalnej wełny mineralnej. Zabezpieczenia grupowe membrany poziome i pionowe, przegrody samodzielne. W celu zabezpieczenia elementów poziomych, takich jak belki, podciągi, dźwigary, płyty stropowe, stosuje się membrany poziome, najczęściej ogniochronne sufity podwieszone z prasowanych płyt z wełny mineralnej, zbrojonych płyt gipsowo-kartonowych lub płyt na spoiwie gipsowym, cementowym lub cementowo-wapiennym z różnego rodzaju wypełniaczami. W przypadku membran należy zabezpieczyć również oprawy oświetleniowe oraz inne elementy zaburzające ciągłość przegrody. Grupowe zabezpieczenia ogniochronne wykonuje się jako samonośne lub stowarzyszone (podwieszone lub zamocowane), w postaci przegród samodzielnych lub o określonej skuteczności ogniochronnej. Samodzielne oraz ogniochronne sufity podwieszone wykonuje się również z płyt uodpornionych na działanie ognia, mocowanych za pomocą wkrętów stalowych do rusztu z profili stalowych. Ruszt podwiesza się do zabezpieczanej konstrukcji regulowanymi wieszakami lub splotami z drutu stalowego. W przypadku sufitów samonośnych płyty mocuje się do konstrukcji nośnej, najczęściej stalowej, która nie jest połączona z zabezpieczanymi elementami, lecz z innymi elementami wsporczymi (np. otaczające ściany lub słupy). W celu zwiększenia skuteczności ogniochronnej na powierzchni płyt sufitu układa się dodatkową izolację np. z mat lub płyt ze skalnej wełny mineralnej. Zasady stosowania zabezpieczeń ogniochronnych Wybór metody zabezpieczania ogniochronnego zależy od: ogólnej koncepcji konstrukcyjno- -przestrzennej budynku; wymagań wynikających z klasy pożarowej budynku, a w efekcie odporności ogniowej poszczególnych elementów; lokalizacji elementów budynku (wewnątrz, na zewnątrz); 118

wymagań w zakresie technologii wykonywania; wymagań wynikających ze sposobu użytkowania, wyglądu czy sposobu wykończenia. Zabezpieczenia należy wykonywać wg dokumentacji technicznej określonego obiektu, z uwzględnieniem wymagań polskich norm i przepisów budowlanych, wymagań zawartych w aprobatach technicznych oraz zgodnie z warunkami wykonania podanymi w instrukcji producenta. Zabezpieczenie pojedynczych elementów Rodzaj oraz parametry ogniochronnej warstwy izolacyjnej zależą od: wymaganej klasy odporności ogniowej; wymiarów elementu; otulenia prętów zbrojenia (odległości osiowej); temperatury krytycznej stali prętów zbrojenia. Temperatura krytyczna stali prętów zbrojenia jest to temperatura, po osiągnięciu której następuje wyczerpanie nośności elementu konstrukcyjnego. Zależy ona od poziomu wytężenia elementu oraz gatunku stali. Zabezpieczenia grupowe Samodzielna przegroda (pozioma lub pionowa) ma własną konstrukcję nośną (element samonośny) lub zamocowana jest do stowarzyszonej konstrukcji (element podwieszony lub przymocowany) nośnej dzielącej pomieszczenie (strefę pożarową) na części. Przegrody oddzielają elementy wymagające zabezpieczenia ogniochronnego od stref narażonych na ogień. Klasyfikuje się je w klasie EI szczelności i izolacyjności ogniowej. Klasa odporności ogniowej samodzielnej przegrody oddzielającej powinna być co najmniej równa lub wyższa od wymaganej klasy odporności ogniowej zabezpieczanych elementów. Przegroda ogniochronna (pozioma lub pionowa) ma własną konstrukcję nośną (element samonośny) lub zamocowana jest do stowarzyszonej konstrukcji (element podwieszony lub przymocowany) i ogranicza oddziaływanie pożaru na zabezpieczany element. Rodzaj zabezpieczania ogniochronnego zależy od wymaganej klasy odporności ogniowej elementów. Miarą skuteczności ogniochronnej membran jest czas t 320, t 400, t 550, w którym przekroczone zostają wartości graniczne temperatury w przestrzeni między membraną a elementem oraz na powierzchni zabezpieczanego elementu. Klasy D (320 C), D (400 C), D (550 C) skuteczności ogniochronnej wyrażają zdolność membran do ograniczenia warunków termicznych w przestrzeni między membraną a elementami zabezpieczanymi. W przypadku konstrukcji żelbetowych stosuje się zabezpieczenia w klasie D (550 C), D (400 C) i D (320 C). W przypadku wymaganej 120-minutowej odporności ogniowej konstrukcji żelbetowej należy zastosować membranę ogniochronną sklasyfikowaną w klasie D (550 C) 120, D (400 C) 120 lub D (320 C) 120. Wzmacnianie za pomocą zbrojenia doklejonego W przypadku zmiany sposobu użytkowania budynków i wprowadzania nowych urządzeń technologicznych, a w efekcie wzrostu obciążeń, stosuje się wzmocnienia elementów zginanych za pomocą zbrojenia doklejanego. Początkowo jako zbrojenie doklejane stosowano stal, a ostatnio coraz częściej taśmy z włókna węglowego. Elementy wzmacniane ze względu na nośność powinny spełniać wymagania dotyczące odporności ogniowej. Współpracę taśm z włókien węglowych z elementem żelbetowym zapewnia się przez spoinę klejową. Płaskowniki stalowe klei się, ale oprócz tego można stosować dodatkowe zakotwienia mechaniczne, rozmieszczone na długości elementu lub na jego końcach. Wzmocnienia dokleja się za pomocą kleju epoksydowego o temperaturze mięknienia ok. 45 C. Włókna węglowe są zatapiane w matrycy o temperaturze mięknienia 100 150 C. Charakteryzują się odpornością na działanie wysokiej temperatury, jednak jej wpływ na właściwości mechaniczne nie został poznany. W przypadku gdy współpraca zbrojenia wzmacniającego z elementem żelbetowym jest zapewniona wyłącznie przez spoinę klejową, zbrojenie doklejane nie odgrywa istotnej roli w warunkach ogniowych. Jeżeli natomiast zbrojenie jest dodatkowo mocowane mechanicznie, o nośności elementu w warunkach ogniowych decyduje wpływ temperatury na właściwości mechaniczne zbrojenia oraz na podatność łączników. Temperatura nieizolowanego zbrojenia wzrasta bardzo szybko. W ciągu kilku minut następuje zniszczenie matrycy, w której są zatopione włókna, a spadek wytrzymałości zbrojenia stalowego jest tak znaczny, że jego rola w przenoszeniu obciążeń staje się nieistotna. Element wzmocniony zbrojeniem doklejonym będzie miał wymaganą odporność ogniową w przypadku zastosowania odpowiedniej izolacji, ale może się okazać, że nie jest to konieczne. Pożar jest oddziaływaniem o charakterze wyjątkowym. W związku z tym w obliczeniach stosuje się kombinację wyjątkową oddziaływań: Σγ GA G k + ψ 1,1 Q k,1 + ΣΨ 2,i Q k,i (+ΣA d (t)) G k wartość charakterystyczna oddziaływań stałych; Q k,1 wartość charakterystyczna podstawowego oddziaływania zmiennego; Q k,i wartość charakterystyczna pozostałych oddziaływań zmiennych; A d (t) wartość obliczeniowa oddziaływań spowodowanych pożarem, tj. oddziaływań pośrednich i dodatkowych omówionych powyżej; γ GA częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla obciążeń stałych; w sytuacji wyjątkowej γ GA = 1,0; Ψ 1,1 ; Ψ 2,i współczynniki określania wartości reprezentowanych obciążeń według Eurokodu 1. Ich wartości zależą od typu i kategorii obciążenia zmiennego i wynoszą: Ψ 1,1 = 0,2 0,9 oraz Ψ 2,i = 0,0 0,8. Jeżeli nie ma konieczności uwzględniania pośredniego oddziaływania pożaru, dopuszcza się uproszczone sposoby określania obciążeń konstrukcji. W celu określenia nośności przekroju przyjmuje się charakterystyczne wartości wytrzymałości materiałów konstrukcyjnych. Wytrzymałość charakterystyczna stali zbrojeniowej zmienia się zgodnie z rysunkiem 13 wg PN-EN 1992-1-2:2005 (U). O ile przy sprawdzaniu nośności w warunkach ogniowych przyjmujemy oddziaływania i wytrzymałość o war- 119

tościach charakterystycznych, to w warunkach normalnych wartości obliczeniowe tych wielkości. Ze względów konstrukcyjnych nośność elementu jest zwykle wyższa od nośności niezbędnej do spełnienia warunku stanu granicznego. Każdy element ma więc już pewną odporność ogniową. Jeżeli nośność pierwotnego przekroju po czasie t oddziaływania pożaru, określona dla wytrzymałości charakterystycznych N CH (θ (t) ) w temperaturze θ (t), nie będzie mniejsza od uogólnionych sił wewnętrznych E (CH) wywołanych obciążeniem o wartości charakterystycznej, nie trzeba zabezpieczać zbrojenia doklejonego. Jeżeli natomiast N CH (θ (t) ) < E (CH), wówczas możliwe jest: 1) zaizolowanie przekroju poprzecznego w taki sposób, aby obniżyć jego temperaturę do temperatury θ 2 < θ 1, tak aby: N CH (θ (t) ) E (CH) 2) zaizolowanie wyłącznie zbrojenia doklejonego, tak aby można było uwzględnić jego współpracę w wysokiej temperaturze; 3) zaizolowanie przekroju w celu obniżenia jego temperatury oraz temperatury zbrojenia doklejonego. W przypadku 2 i 3, niezależnie od tego, jaką część obciążenia przenosi zbrojenie doklejone, izolację trzeba tak zaprojektować, aby nie została przekroczona temperatura mięknienia spoiny klejowej. Niezbędna grubość izolacji może mieć kilkanaście centymetrów, przy czym wymagany jest duży stopień pewności, że izolacja nie Rys. 13. Współczynniki k (θ) określania wytrzymałości charakterystycznych w funkcji temperatury (beton zwykły, stal walcowana na gorąco) odpadnie lub nie ulegnie degradacji pod wpływem działania ognia, gdyż grozi to gwałtownym zniszczeniem w czasie znacznie krótszym od wymaganej odporności ogniowej. Z badań przeprowadzonych w ITB wynika, że temperatura 45 C występuje w spoinie klejowej tynków na siatce średnio już po 9 min (a w niektórych przypadkach nawet wcześniej). Czas osiągnięcia tej temperatury w spoinie potwierdzają także wyniki rejestracji temperatury w belkach. Zabezpieczenie zbrojenia doklejonego musi więc być wykonywane z materiałów o znacznie lepszych właściwościach izolacyjnych niż beton i mieć większą grubość izolacji. Przykładowo, przy izolacji grubości 10 cm z wełny mineralnej gęstości ok. 100 kg/m 3 temperatura mięknienia spoiny zostaje osiągnięta po ok. 40 min. Temperatura krytyczna zbrojenia doklejonego, niezależnie od tego, z jakiego materiału jest wykonane, jest równa temperaturze mięknienia spoiny klejowej i wynosi 45 C, podczas gdy temperatura krytyczna stali wynosi 400 600 C. Jeżeli więc istnieje konieczność uwzględnienia zbrojenia doklejanego z uwagi na odporność ogniową, zapewnienie jego współpracy z elementem żelbetowym może być związane z koniecznością wykonywania grubych izolacji i znacznym obniżeniem wysokości pomieszczenia. Uwzględnienie zbrojenia doklejanego nie zawsze jest konieczne. Wynika to z mniejszych wartości obciążeń i większych wartości wytrzymałości przyjmowanych do obliczania nośności przy oddziaływaniu warunków symulujących pożar niż przy sprawdzaniu stanów granicznych nośności w warunkach normalnych oraz z pewnego przewymiarowania przekroju, które zwykle następuje podczas projektowania. Pominięcie zbrojenia doklejanego przy określaniu odporności ogniowej jest możliwe w przypadku: 1) obliczeniowego wykazania, że po określonym czasie ogrzewania, odpowiadającym wymaganej klasie odporności ogniowej, nie została wyczerpana nośność elementu o przekroju pierwotnym; nie jest wówczas konieczne wykonywanie dodatkowej izolacji przekroju; 2) obniżenia temperatury pierwotnego przekroju poprzecznego przez zastosowanie izolacji i sprawdzenie jego nośności w podobny sposób jak poprzednio; niezbędne jest dodatkowe zaizolowanie elementu, ale izolacja jest znacznie cieńsza niż projektowana z uwagi na temperaturę krytyczną spoiny klejowej. Zabezpieczanie budowli zabytkowych przed wilgocią... (dokończenie ze str. 95) gruntu do poziomu zwierciadła wód gruntowych; brak możliwości wykonania drenażu utrudnia wykonanie przepompowni wód drenażowych; może to mieć miejsce przy zabezpieczaniu otwartych obiektów liniowych (np. murów obronnych), gdy eksploatacja i konserwacja urządzeń (pomp i układów sygnalizacyjnych) jest trudna lub niemożliwa; należy wówczas zastosować metodę polegającą na obniżeniu strefy odsychania wód podciąganych kapilarnie z gruntu przez przegrodę. Podsumowanie Pionowy drenaż odwrócony stwarza możliwości ochrony przeciwwilgociowej przyziemia obiektów zabytkowych, z zachowaniem zasady otwartości dyfuzyjnej zabezpieczanej przegrody. Płyty polistyrenowe, skierowane częścią drenująco-osuszającą do przegrody, pozwalają na stosowanie pocienionych iwpełni otwartych dyfuzyjnie powłok hydroizolacyjnych. Dzięki odpowiednim właściwościom termoizolacyjnym oraz ochronnym zapewniają trwałość powłok hydroizolacyjnych, a w efekcie trwałość zabezpieczanych murów. Wyeliminowanie betonowych warstw wyrównujących, niezbędnych w przypadku innych rozwiązań, pozwala ograniczyć do minimum ingerencję w zabezpieczany obiekt. Zastosowanie płyt o odpowiednich właściwościach hydroizolacyjnych ogranicza strefę drenażową, co korzystnie wpływa na otoczenie budynku. dr inż. Robert Wójcik 120