Porady

Paroc: Spokojnie, nie pali się. Jak zabezpieczać przed ogniem konstrukcje stalowe budynków?

14.09.2016

W warunkach pożaru, niezabezpieczone stalowe konstrukcje nośne w przeciągu 15-40 minut tracą połowę wytrzymałości strukturalnej. Tymczasem minimalne wymagania odporności ogniowej dla tego typu konstrukcji wynoszą 30-150 minut. Aby zapewnić optymalny poziom bezpieczeństwa pożarowego na poziomie projektu, niezbędny jest dobór izolacji o odpowiednich właściwościach ogniowych i grubości. Co należy uwzględnić, projektując izolacje konstrukcji profili stalowych?

Celem zabezpieczenia przeciwpożarowego w przypadku stalowych elementów konstrukcyjnych jest ochrona przed wysokimi temperaturami oraz bezpośrednim działaniem ognia. Zastosowanie izolacji termicznej powoduje zmniejszenie szybkości nagrzewania się elementów metalowych, a co za tym idzie – utrzymanie ich funkcji konstrukcyjnych w określonym przedziale czasowym. Kwestię izolacji przeciwpożarowej różnych rodzajów konstrukcji regulują w polskich przepisach budowlanych wymagania względem czasu odporności ogniowej. Na czas odporności ogniowej składają się różne parametry:

Celem zabezpieczenia przeciwpożarowego w przypadku stalowych elementów konstrukcyjnych jest ochrona przed wysokimi temperaturami    R – zdolność przenoszenia obciążeń – czas, w którym konstrukcja pod obciążeniem jest zdolna wytrzymać działanie normalnie rozwijającego się pożaru.
    E – szczelność ogniowa – czas, w którym konstrukcja zachowuje swoją jednolitość (szczelność).
    I – izolacyjność ogniowa – czas, w którym zimna strona przegrody konstrukcyjnej osiągnie na swojej powierzchni temperaturę 140°C podczas normalnie rozwijającego się pożaru.

Występują różnego rodzaju klasy konstrukcyjne - R, RE, E, EI, REI. Obok nich podaje się wymaganie czasowe w minutach - 15, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 lub 360.

– "Klasyfikacja może być zwiększana przez dodanie literki M, oznaczającej dodatkową wytrzymałość konstrukcji na działania mechaniczne lub literki C, gdy istnieją automatycznie zamykane drzwi" – wyjaśnia Adam Buszko, ekspert z firmy Paroc, producenta izolacji z wełny kamiennej.

– "Określenie klasy REI 60-M oznacza, że konstrukcja oprócz działania na nią czynników mechanicznych powinna wytrzymać działanie obciążenia, być szczelną oraz utrzymać izolacyjność cieplną przez minimum 60 minut pożaru" – dodaje.

Głównym punktem odniesienia dla technicznych obliczeń ogniowych jest tzw. standardowa krzywa ogniowa, odzwierciedlająca rozwój typowego pożaru w budynku. Metoda obliczeń często uwzględnia dodatkowy margines bezpieczeństwa, obejmując spodziewany rozwój pożaru, łącznie z fazą wygaszania. Metodą tą oblicza się czas wytrzymałości konstrukcji na ogień.

Odporność ogniowa

Szybkość nagrzewania się konstrukcji stalowej przy określonej ekspozycji na działanie ognia można w prosty przewidzieć, posługując się dwoma wielkościami fizycznymi. Tempo wzrostu temperatury w przekrojach określamy dwoma metodami – albo obliczając współczynnik masywności przekroju za pomocą stosunku ogrzewanej powierzchni do objętości, albo szacując stosunek powierzchni narażonej na działanie ognia do przekroju stalowego w danym profilu, który nazywamy wskaźnikiem masywności kształtu (F/A). Oba wskaźniki wyrażamy w jednostkach m-1.

W obu przypadkach możemy mówić o praktycznie tych samych prawidłowościach. Profil stalowy o dużej powierzchni otrzymuje więcej ciepła, niż profil o mniejszej powierzchni, a im większa objętość profilu i im większy przekrój kształtownika stalowego, tym większe jest rozpraszanie ciepła oraz lepsza odporność ogniowa całej konstrukcji. Mały i gruby profil będzie miał zatem wolniejszy przyrost temperatury, niż profil duży i cienki, który wymaga z kolei grubszej izolacji, aby osiągnąć dane wymagania odporności ogniowej. Wysoki wskaźnik masywności kształtu (F/A) oznacza szybki wzrost temperatury stali. Zależność tę obrazuje poniższy wykres.

Wysoki wskaźnik masywności kształtu (F/A) oznacza szybki wzrost temperatury stali

Dobór grubości izolacji

Przy obliczaniu wartości współczynnika masywności przekroju, używana jest pełna objętość profilu. Nie ma znaczenia fakt, czy element narażony jest na kontakt z ogniem z trzech, czy z czterech stron, ponieważ ciepło przyjmuje cały profil stalowy. Inaczej postępujemy w przypadku obliczania wskaźnika masywności kształtu (F/A), dla którego grubość materiału izolacyjnego możemy dobrać w zależności od sposobu ekspozycji na działanie ognia i zaaranżowania elementów ochrony przeciwpożarowej.

Przy obliczaniu wartości współczynnika masywności przekroju, używana jest pełna objętość profiluDobierając grubość izolacji dla konkretnego elementu, możemy korzystać z uproszczonych narzędzi opartych na instrukcjach niezależnych jednostek badawczych. Metoda obliczeń opracowana przez Norweskie Laboratorium Badań Ogniowych SINTEF NBL uwzględnia fakt, że profil stalowy jest w pełni obciążony ze statycznego punku widzenia. Projektując izolację konstrukcji stalowych, warto więc wybierać rozwiązania niepalne, a przy tym jak najmniej obciążające konstrukcję. W wymagania te dobrze wpisuje się wełna kamienna.

– "W przypadku systemów izolacji, takich jak PAROC FireSAFE, do czynienia mamy ze stosunkowo niską wagą samych płyt izolacyjnych PAROC FPS 17, dlatego nie ma potrzeby uwzględniania ich ciężaru w ogólnych obliczeniach obciążenia statycznego" – wyjaśnia Adam Buszko.

– "Wełna kamienna charakteryzuje się wysoką odpornością na nasiąkliwość wodą i nie absorbuje wilgoci z otaczającej atmosfery, zwłaszcza w wariancie płyt PAROC FPS 17ta z pokryciem z welonu szklanego i aluminium. Dzięki temu izolacja zachowuje swoją wagę i właściwości przez cały okres eksploatacji budynku" – dodaje ekspert Paroc.

Klasy odporności ogniowej, wymagane dla poszczególnych konstrukcji stalowych, uzyskiwane są poprzez odpowiedni dobór grubości izolacji. Grubość izolacji należy uzależniać od wskaźnika masywności kształtu zabezpieczanego elementu, a także od temperatury krytycznej stali, dla której nominalnie przyjmuje się 450°C lub 500°C. Gotowe, rekomendowane grubości izolacji w oparciu o badania SINTEF NBL, prezentuje poniższa tabela. Pełne wyniki doboru grubości izolacji są dostępne w Europejskiej Aprobacie Technicznej ETA-08/0093, wydanej dla systemu PAROC FireSAFE przez Fiński Instytut Badawczy VTT, Espoo.

Grubość izolacji dla różnych belek, działanie ognia z 3- i 4 stron, temperatura krytyczna stali 450°C

źródło i zdjęcia: Paroc

Firma powiązana:

Paroc

Telefon 61 468 21 90
www.paroc.pl
paroc.polska@paroc.com

Paroc