Pożar –to niekontrolowany w czasie rozkład termiczny materiałów palnych. Podstawowym procesem fizykochemicznym zachodzącym podczas pożaru jest przebiegająca z dużą szybkością reakcja utleniania, której towarzyszy wydzielanie znacznej ilości ciepła.
Oddziaływanie pożaru to oddziaływania wyjątkowe. Cechy pożaru: w przeważającej liczbie przypadków jest spowodowany działalnością ludzką, jego oddziaływania nie mają charakteru bezpośrednich oddziaływań mechanicznych, lecz powodują zmianę środowiska budynku i jego otoczenia, a oddziaływania mechaniczne na konstrukcję mają charakter wtórny. W warunkach pożaru następują zmiany: warunków termicznych, ciśnienia,
składu chemicznego atmosfery (zmniejszenie zawartości tlenu i toksyczność produktów spalania), zakresu widzialności (zadymienie). Czynniki te oddziałują na użytkowników i konstrukcję budynku, a także na jego otoczenie. W odróżnieniu od spalania kontrolowanego, np. w piecu lub kominku, które określa się słowem „ogień”, pożar jest zjawiskiem przebiegającym żywiołowo, przy czym stan środowiska zmienia się w czasie i jest zróżnicowany w poszczególnych pomieszczeniach i częściach budynku. Stan ten zależy od wielu czynników i zdolności konstrukcji do przenoszenia obciążeń w warunkach silnych oddziaływań termicznych, właściwości przegród budowlanych, rozwiązań przestrzennych, rodzaju i ilości składowanych materiałów palnych, rodzaju i rozmieszczeniu palnych materiałów budowlanych a także od instalacji gaśniczych i ograniczających rozprzestrzenianie się dymu. Skutki pożaru w dużym stopniu zależą od szybkości reakcji użytkowników na zagrożenie oraz od czasu, jaki upłynie do chwili podjęcia zewnętrznej akcji ratowniczo-gaśniczej, a także od sposobu organizacji tej akcjiprzez osoby wewnątrz budynku i przez ekipy zewnętrzne. Istotne znaczenie ma tu szybkość i umiejętność wykorzystania informacji, które zapewniają systemy alarmowe wykrywające dym i wzrost temperatury, systemy łączności ze strażą pożarną oraz wewnętrzne systemy wizualno-akustyczne, umożliwiające monitorowanie przebiegu pożaru i informowanie użytkowników o stanie zagrożenia, a także kierowanie akcją ewakuacyjną. Poziom bezpieczeństwa pożarowego określa wiele różnorodnych czynników technicznych, organizacyjnych, kulturowych, socjologicznych i psychomotorycznych. Zależy od rozwiązań przestrzennych i konstrukcyjnych budynku, od sposobu i rodzaju użytych materiałów, jakości instalacji elektrycznych i ogrzewczych, umiejętności posługiwania się urządzeniami i materiałami, przezorności i kultury technicznej użytkowników, reakcji użytkowników i grup na sytuacje zagrożenia, organizacji, wyszkolenia i wyposażenia służb ratowniczych, możliwości dotarcia do budynku ogarniętego pożarem.
Pojęcie bezpieczeństwa pożarowego jest związane ściśle z charakterem przepisów obowiązujących w tym zakresie, przy czym można rozróżnić dwa krańcowo różne sposoby ich formułowania: 1.W postaci nakazów i zakazów odnoszących się do pewnych konwencjonalnych charakterystyk; 2.W postaci wymagań użytkowych.
W 1. przypadku przepisy mają w dużym stopniu charakter formalno- prawny, a miarą bezpieczeństwa pożarowego jest zgodność wykonania budynku z podanymi w nich wymaganiami. Miara ta jako koniunkcja wymagań o różnej istotności, może przyjmować wyłącznie dwie wartości: 0 – jeśli nie są spełnione którekolwiek z wymagań zawartych w przepisach, to bezpieczeństwo pożarowe budynku nie jest zapewnione; 1 – jeśli spełnione są wszystkie wymagania zawarte w przepisach, to budynek jest bezpieczny. W 2. przypadku miarą bezpieczeństwa pożarowego jest czas do osiągnięcia stanów krytycznych: konstrukcji, środowiska w pomieszczeniu i poszczególnych częściach budynku.
Bezpieczeństwo pożarowe wg UE: Obiekty budowlane powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w przypadku pożaru: przez założony czas była zapewniona nośność konstrukcji, było ograniczone powstawanie i rozprzestrzenianie się ognia i dymu w obiektach, było ograniczone rozprzestrzenianie się ognia na obiekty sąsiednie, mieszkańcy mogli opuścić obiekt lub być uratowani w inny sposób, był zapewniony odpowiedni poziom bezpieczeństwa ekip ratowniczych.
Coraz wyraźniej zarysowuje się granica pomiędzy budynkami o tradycyjnych układach funkcjonalnych: pomieszczenie – korytarz, klatka schodowa, dla których można sformułować stosunkowo proste przepisy, a grupą budynków o skomplikowanych rozwiązaniach przestrzenno-architektonicznych i o różnych rozwiązaniach przestrzeni wewnętrznej, dla których przepisów w formie zakazów i nakazów nie da się określić w sposób racjonalny.
Według polskich przepisów budynki oraz części budynków, stanowiące odrębne strefy pożarowe, dzieli się, w zależności od przeznaczenia i sposobu użytkowania, na: 1.mieszkalne, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej charakteryzowane kategorią zagrożenia ludzi ZL, 2.produkcyjne i magazynowe PM, 3.inwentarskie IN.
Rozróżnia się ZL: ZL I–pomieszczenia przeznaczone do jednoczesnego przebywania ponad 50 osób niebędących ich stałymi użytkownikami, a nie przeznaczone przede wszystkim do użytku dla ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się, ZL II–do użytku dla ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się; ZL III–użyteczności publicznej, nienależące do ZL I i ZL II, ZL IV – mieszkalne, ZL V-zamieszkania zbiorowego, niezakwalifikowane do ZL I i ZL II.
Strefą pożarową nazywa się budynek lub część budynku, oddzieloną od innych budynków lub od pozostałych części budynku niezabudowanym pasem terenu o określonej szerokości minimalnej bądź przegrodami oddzieleń przeciwpożarowych. Przegrody te powinny być tak zbudowane , aby pożar nie rozprzestrzenił się między budynkami bądź na pozostałą część budynku, a także, aby pożar nie został przeniesiony z innej części budynku do strefy pożarowej. Przegrodą może być ściana lub strop.
Klasa odporności ogniowej budynku to symbol pewnej grupy budynków. Klasa odporności ogniowej jest z kolei symbolem pewnej grupy elementów o określonych właściwościach, decydujących o odporności ogniowej. Natomiast odporność ogniowa jest to zdolność elementu budynku poddanego badaniu normowemu do spełnienia przez określony czas wymagań dotyczących nośności, jak i funkcji wydzielających. Miarą odporności ogniowej jest więc czas. Zapewnienie w określonym czasie nośności konstrukcji jest warunkiem podstawowym decydującym o zarządzeniu ewakuacji bądź podjęciu akcji ratowniczo-gaśniczej.
Funkcja wydzielająca dotyczy przegród, przez które w określonym czasie nie powinien przedostawać się ogień i gorące gazy, a także nie powinna nadmiernie wzrosnąć temperatura nieogrzewanej powierzchni przegrody.
Warunki termiczne, które przyjmuje się przy określaniu klas odporności ogniowej elementów budynku, charakteryzują następujące parametry: po 5 minutach temperatura otoczenia osiąga wartość ponad 570°C, po 30 minutach około 840°C, a po 90 minutach przekracza 1000°C.
Obciążenie ogniowe jest to suma energii cieplnej, która może być wyzwolona w wyniku spalenia wszystkich materiałów palnych znajdujących się w określonej przestrzeni (w MJ), natomiast gęstość obciążenia ogniowego jest to obciążenie ogniowe przypadające na jednostkę powierzchni i wyraża się w MJ/m².
Reakcja na ogień to odpowiedź materiału na ogień działający na wyrób w określonych warunkach ekspozycji (w postaci wydzielonego ciepła, dymu, obszaru spalania bądź płonących kropel). Reakcja na ogień podawana w postaci opisowej (niepalny, niezapalny, trudno zapalny, łatwo zapalny) lub w postaci klas (A₁, A₂, B, C, D, E, F) charakteryzuje możliwy udział materiałów budowlanych w rozwoju pożaru. Terminem materiały określa się wyroby w postaci homogenicznej lub wyroby warstwowe, jak płyty okładzinowe, wykładziny podłogowe itp.
Główna konstrukcja nośna to wszystkie elementy konstrukcyjne niezbędne do zapewnienia nośności i stateczności budynku.
Podczas pożaru budynek powinien mieć pewne właściwości użytkowe, które umożliwią ewakuację i ograniczą rozmiary strat materialnych. Celem nadrzędnym jest zapewnienie w określonym czasie nośności konstrukcji budynku (kryterium R). Można to osiągnąć przez ograniczenie wzrostu temperatury pożaru, przez ograniczenie wzrostu temperatury konstrukcji lub w wyniku stosowania obu tych zabiegów jednocześnie. Wzrost temperatury pożaru ogranicza się za pomocą wewnętrznych instalacji gaśniczych lub w wyniku zewnętrznej akcji gaszenia pożaru. Wzrostowi temperatury konstrukcji, przy danym poziomie oddziaływań termicznych, przeciwdziała się ograniczając dopływ ciepła lub odprowadzając ciepło. Dopływ strumienia ciepła można ograniczyć przez izolowanie elementów konstrukcji lun stosowanie substancji pochłaniającej ciepło (przemiany fazowe i procesy chemiczne). Do chłodzenia konstrukcji służą specjalne instalacje wodne (metoda ta jest stosowana rzadko i wyłącznie do chłodzenia zamkniętych profili stalowych) lub substancje wydzielające wodę w procesie ogrzewania.
Z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe można wyodrębnić następujące trzy struktury budynków: 1.Budynki lub części budynków zawierające stosunkowo niewielkie pomieszczenia, z których wychodzi się na korytarz, a następnie na zewnątrz budynku lub na klatkę schodową. Budynkami takimi są hotele, szpitale, szkoły i częściowo budynki administracyjno-biurowe. Są tu: pomieszczenia lub zespoły pomieszczeń , w których pożar wybuchł; części budynku pośrednio zagrożone, w których może pojawić się dym i wzrosnąć temperatura, części budynku, w których nie występują zjawiska związane z pożarem. 2.Budynki z dużymi, otwartymi przestrzeniami wewnętrznymi, np. atria, antresole, przez które mogą rozprzestrzeniać się produkty pożaru. 3. Budynki w których mieszczą się wieloprzestrzenne pomieszczenia handlowe, wystawowe lub biurowe. W budynkach 1go rodzaju rozprzestrzenianie ognia i dymu można ograniczyć przez: dobór materiałów w pomieszczeniach w taki sposób, aby ich udział w rozwoju pożaru był możliwie mały, czyli przez stosowanie materiałów o odpowiedniej klasie z uwagi na ich rekcję na ogień, zastosowanie w budynku takiej konstrukcji przegród budowlanych i zamknięć otworów , aby stanowiły one skuteczną barierę dla ognia, a także zainstalowanie urządzeń ograniczających rozprzestrzenianie ognia przez instalacje , jak specjalnych przepustów kablowych, klap odcinających w przewodach wentylacyjnych itd.
Jako zasadę ograniczenia rozprzestrzeniania się ognia i dymu w budynku przyjmuje się ochronę sąsiada, dróg ewakuacyjnych, tzn. korytarzy i klatek schodowych oraz (w budynkach o dużej wysokości) wind pożarowych, pozwalających dotrzeć do poszczególnych kondygnacji ekipom ratowniczo- gaśniczym, a także ochronę przed rozprzestrzenianiem się pożaru między kondygnacjami.
Aby zapobiec rozprzestrzenianiu się pożaru między kondygnacjami, stawia się wymagania dotyczące ścian zewnętrznych, klatek schodowych, szybów windowych i instalacyjnych oraz zamknięć otworów i przepustów instalacyjnych.
W budynkach 2go rodzaju zwykle część obiektu jest rozwiązana podobnie, tzn. są wydzielone biura, pokoje hotelowe lub sklepy, z których prowadzą wyjścia na korytarze ewakuacyjne, wiodące na zewnątrz lub do klatek schodowych, natomiast kondygnacje połączone są schodami lub otworami w stropach o dużych powierzchniach. Przestrzenie te obejmują dwie, trzy lub wszystkie kondygnacje budynku i są nazywane partiami lub atriami. Sformułowane zasady ogólne realizuje się w tym przypadku przez ukierunkowanie przepływu dymu. W dużych przestrzeniach handlowych podstawowym rozwiązaniem umożliwiającym ewakuację jest utrzymanie odpowiedniej wysokości o niewielkim nasyceniu dymem oraz lokalizacja obszaru objętego ogniem i zadymionego. Uzyskuje się to dzięki systemom wentylacji pożarowej i kurtyn dymowych.
Ściany wewnętrzne pełnią w budynku funkcje nośne i funkcje wydzielające, mogą wydzielać korytarze, pomieszczenia użytkowe, piony instalacyjne, klatki schodowe. Ściany działowe służą do wydzielenia w budynku pewnych obszarów użytkowych, na które w ciągu określonego czasu nie powinny przedostawać się płomienie i dym.
Stropy zawsze spełniają funkcję nośną. Nie zawsze natomiast wydzielają w całości kondygnacje, np. w przypadku tzw. antresoli strop wydziela poziomy użytkowe. W takim przypadku pożar na niższym piętrze powoduje zadymienie obu poziomów użytkowych.
Zarówno ściany wewnętrzne, jak i stropy powinny pełnić funkcje wydzielające, zwykle w ciągu określonego czasu niezbędnego np. do ewakuacji ludzi lub do podjęcia akcji gaśniczej.
Aby pożar nie rozprzestrzeniał się przez przegrodę powinny być spełnione następujące warunki: 1.Przegroda nie może ulec całkowitej lub częściowej destrukcji pod wpływem oddziaływań termicznych, tzn. nie mogą pojawić się nieszczelności (szczeliny), przez które przedostawałyby się płomienie lub gorące gazy. Jest to warunek szczelności ogniowej (E); 2.Powierzchnia przegrody od strony sąsiedniego pomieszczenia nie powinna osiągnąć zbyt wysokiej temperatury, która mogłaby spowodować zapalenie się materiałów, oparzenia ludzi lub nadmierny wzrost temperatury w pomieszczeniu na skutek konwekcji. Jest to warunek izolacyjności ogniowej (I). 3.Strumień ciepła przechodzącego przez przegrodę nie powinien osiągnąć zbyt dużej gęstości, aby nie doszło do zapalenia materiałów lub nadmiernego oddziaływania promieniowania cieplnego na ludzi. Jest to warunek ograniczenia promieniowania cieplnego – radiacji ogniowej (W).
Aby strop mógł pełnić funkcje użytkowe podczas pożaru, poza warunkami szczelności i izolacyjności powinien także spełniać kryterium nośności. Dotyczy to także ścian nośnych.
Często można określić, od której strony pożar będzie oddziaływał na element lub z której strony elementu oddziaływanie pożaru jest bardziej niekorzystne. W przypadku stropów, z uwagi na znacznie wyższą temperaturę pod sufitem niż przy podłodze oraz ze względu na usytuowanie belek stropowych czy zbrojenia, przyjmuje się oddziaływanie termiczne pożaru od strony sufitowej. W przypadku ścian oddzielających mieszkania, pokoje biurowe lub hotelowe nie ma wyróżnionego kierunku oddziaływania pożaru, tzn. pożar o podobnej intensywności może powstać zarówno z jednej, jak i z drugiej strony ściany. W przypadku ściany oddzielającej pion instalacyjny od drogi ewakuacyjnej zagrożeniem jest pożar w pionie instalacyjnym, gdyż wobec znikomej gęstości obciążenia ogniowego na korytarzu lub klatce schodowej nie może dojść do powstania rozwiniętego pożaru. Jeżeli natomiast pion instalacyjny będzie przebiegał przez pokój biurowy, warunki w zakresie funkcji wydzielających powinny być spełnione przy założeniu, że pożar może oddziaływać na przegrodę z jednej bądź z drugiej strony.
Ściany zewnętrzne. Funkcje: 1.ograniczyć rozprzestrzenianie się ognia i dymu w budynku; 2.ograniczyć rozprzestrzenianie się pożaru na obiekty sąsiednie; 3.umożliwić ewakuację użytkowników; 4.zapewnić bezpieczeństwo ekipom ratowniczym. Niedostateczne ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu wewnątrz budynku jest związane głównie z rozprzestrzenianiem się ognia i dymu między kondygnacjami. Może ono następować na skutek: zapalenia się palnych izolacji cieplnych, zniszczenia lub niewłaściwej konstrukcji ściany. W drugim przypadku ogień i dym może się rozprzestrzeniać w następujący sposób: na skutek przerzutu ognia pomiędzy oknami, przez niewypełnione powłoki ściany, przez styki i połączenia miedzy ścianą i stropem, w wyniku nadmiernego wzrostu temperatury ściany kondygnacji powyżej pomieszczenia w którym wybuchł pożar.
Z pierwszą grupą czynników stwarzających możliwość rozprzestrzenienia się pożaru między kondygnacjami budynku są związane wymagania dotyczące klasyfikacji w zakresie reakcji na ogień materiałów stosowanych w ścianach zewnętrznych oraz w zakresie rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne. Z druga grupą związane są wymagania dotyczące wymiarów geometrycznych części międzykondygnacyjnej ściany zewnętrznej oraz właściwości tej części i jej połączeń ze stropem. Rozprzestrzenianie się ognia wydobywającego się przez okno można ograniczyć bądź przez zapewnienie odpowiedniej wysokości pasa międzykondygnacyjnego, bądź stosując elementy poziome utrudniające przerzut ognia. Możliwości przerzutu ognia miedzy kondygnacjami zależą w dużym stopniu od konstrukcji pasa międzykondygnacyjnego, ukształtowania połączeń i materiału z którego wykonano pas.
Pasy międzykondygnacyjne z cegły, betonu, gazobetonu na ogół spełniają wszystkie wymagania, pod warunkiem doboru odpowiedniego ocieplenia. W przypadku lekkich ścian osłonowych, często pas ten wykonuje się osobno i uszczelnia przestrzeń między nim a powłoką zewnętrzną. Pas może być betonowy – monolityczny, murowany lub wykończony jako ścianka gipsowo- kartonowa.
Możliwość rozprzestrzeniania się pożaru miedzy budynkami ogranicza się zwykle przez zapewnienie odpowiednich odległości między ścianami zewnętrznymi budynków. W zabudowie miejskiej przestrzeganie tej zasady jest utrudnione, gdyż wiąże się ze stratą terenu i znacznymi nakładami finansowymi. W takich przypadkach ściany zewnętrzne powinny spełniać funkcję przegrody oddzielenia przeciwpożarowego.
Podłogi i podłogi podniesione. Dopóki były wykonywane ze stosunkowo grubych desek, klepki z twardego drewna liściastego, kamienia bądź cegły nie przywiązywano wagi do ich reakcji na ogień. Problem pojawił się od momentu, gdy zaczęto stosować nawierzchnie podłogowe z linoleum i PCV, a nabrał szczególnego znaczenia, gdy coraz powszechniejsze stały się tekstylne wykładziny podłogowe z różnego rodzaju włókien. W związku ze zjawiskiem konwekcji, w wyniku którego gorące gazy unoszą się do góry, podłogi nie są narażone, w początkowej fazie pożaru, na tak intensywne oddziaływanie termiczne jak stropy i sufity. Nie powinny one przyczyniać się do rozprzestrzeniania ognia od źródła o niewielkiej intensywności. Dla podłóg i wykładzin na drogach ewakuacyjnych i w dużych pomieszczeniach przyjmuje się scenariusz odpowiadający oddziaływaniu strumienia ciepła przez drzwi do pomieszczeń sąsiednich. Krytyczny strumień ciepła, tzn. taki, przy którym następuje zapłon, nie powinien mieć wartości niższej niż 8,0 kW/m².
Podłogi podniesione dzielą pomieszczenie na dwie części. Są one stosowane coraz częściej w lokalach biurowych, gdyż umożliwiają rozprowadzenie w sposób łatwy i dostosowany do potrzeb, np. instalacji elektrycznych, zasilających komputery czy sieciowych. Przestrzeń między górna powierzchnią stropu a dolną powierzchnią podłogi podniesionej spełnia więc funkcję kanału instalacyjnego. Coraz częściej jest także elementem instalacji wentylacyjnej lub kanałem grzewczym, służącym do rozprowadzenia ciepłego powietrza. Pod podłoga podniesioną mogą znajdować się materiały palne, które mogą ulec zapaleniu. W wyniku pożaru podłoga może ulec zniszczeniu, utrudniając lub uniemożliwiając ewakuację. Dlategow przepisach stawia się wymagania dotyczące nośności, funkcji oddzielających podłóg i reakcji na ogień płyt podłogowych.
Materiały, z jakich zbudowano sufit, muszą spełniać określone wymagania dotyczące reakcji na ogień, co wynika z faktu, że w strefie podsufitowej występują najwyższe wartości temperatury gazów pożarowych.
Z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe sufity podwieszone mogą być stosowane w celu: zwiększenia odporności ogniowej stropu, ochrony przed zniszczeniem instalacji prowadzących między sufitem podwieszonym a stropem,
ochrony użytkowników przed ogniem, w przypadku zapalenia się instalacji między sufitem podwieszanym a stropem.
Sufit podwieszony, przeznaczony do ochrony stropu i jego konstrukcji nośnej można projektować jako: część układu: sufit podwieszony-płyta stropowa (ewentualnie konstrukcja nośna płyty stropowej), który łącznie zapewnia nośność (R), izolacyjność (I) i szczelność ogniową (E), samodzielną przegrodę, która spełnia kryteria szczelności ogniowej (E) oraz izolacyjności (I).
Sufity podwieszone powinny zawsze spełniać pewne wymagania dot. reakcji na ogień.
ZASADA- stosować sufity podwieszone niepalne lub niezapalne z materiałów niekapiących i nieodpadających pod wpływem ognia.
Stan bezpieczeństwa pożarowego w danej chwili t=tp jest określany przez: stan konstrukcji, stan środowiska.
W budynku o strukturze pomieszczenie-korytarz-klatka schodowa można wyodrębnić podczas pożaru następujące obszary funkcjonalne: pomieszczenie objęte pożarem, obszar chroniony (np. drogi ewakuacyjne), obszary bezpieczne, tzn. takie części budynku, do których można ewakuować użytkowników, jeśli nie ma możliwości ewakuacji na zewnątrz ( np. budynki wysokościowe, szpitale).
Rozpatrując oddziaływanie pożaru należy wyodrębnić: 1.oddziaływanie na użytkowników: termiczne przez promieniowanie i konwekcję, wynikające ze zmian składu atmosfery, fizjologiczne i związane z ograniczeniem widoczności; 2.oddziaływanie na konstrukcję: termiczne, przez promieniowanie i konwekcję, i w mniejszym stopniu w wyniku przewodzenia, mechaniczne, w wyniku wzrostu ciśnienia, chemiczne.
Czynniki oddziałujące na użytkowników mają charakter bezpośrednio fizjologiczny – wynikający ze wzrostu temperatury środowiska, promieniowane cieplne i obecność drażniących lub toksycznych produktów spalania, psychologiczny – związany z nagłym stanem zagrożenia oraz pośredni – spowodowany osłabieniem percepcji ( ograniczenie widoczności wskutek zmian właściwości optycznych środowiska).
Podstawowym warunkiem uzyskania pożądanego poziomu bezpieczeństwa pożarowego jest zapewnienie w określonym czasie t=tkr nośności konstrukcji.
Czas tkr może być określany w różny sposób, wynikający ze sposobu użytkowania budynku. Może to być np. czas niezbędny do ewakuacji użytkowników czy rozpoczęcia akcji ratowniczo-gaśniczej. W przypadku budynków wysokościowych lub szpitali, z których całkowita ewakuacja jest niemożliwa, czas ten może obejmować cały okres trwania pożaru.
Wymaganie zapewnienia nośności konstrukcji budynku w ciągu określonego czasu t=tkr można wyrazić wzorem:
Efi,d ≤ Rfi,d,t dla t ≤ tkr ; gdzie: Efi,d - efekt oddziaływań w sytuacji pożarowej (uogólnione siły wewnętrzne), Rfi,d,t - nośność konstrukcji w funkcji czasu, określona np. przez graniczne wartości uogólnionych sił wewnętrznych.
Z uwagi na oddziaływanie środowiska pożaru na użytkowników i możliwości ewakuacji w poszczególnych częściach budynku oznaczonych przez uogólnione współrzędne κ, nie powinien być przekroczony w ciągu określonego czasu t ≤ t κ,kr stan krytyczny środowiska. Zwykle κ oznacza obszary dyskretne w budynku, jak np. pomieszczenie, w którym wybuchł pożar, korytarz, klatkę schodową; można je oznaczyć κi. Czas tkr,i jest różny dla poszczególnych obszarów κi, gdyż użytkownicy opuszczają najpierw pomieszczenie, w którym wybuchł pożar i pomieszczenie bezpośrednio zagrożone, następnie korytarzem docierają do klatki schodowej. Jeżeli odpowiednio oznaczy się czasy potrzebne do opuszczenia pomieszczenia (te1), korytarza (te2) i klatki schodowej (te3), to dla poszczególnych obszarów κi powinny być spełnione nierówności: tκ1, kr ≥ te1 ; tκ2, kr ≥ te1 + te2 ; tκ3, kr ≥ te1 + te2 + te3 . Oznacza to, że czas do osiągnięcia stanu krytycznego środowiska w danym obszarze powinien być dłuższy od czasu ewakuacji z danego obszaru. Z uwagi na oddziaływanie na użytkowników i charakterystyki optyczne dymu, przy których jest możliwa ewakuacja, istotne są następujące parametry środowiska: temperatura, strumień ciepła, stężenie produktów toksycznych i drażniących, spadek zawartości tlenu, zasięg widoczności. Oznaczając przez Φkr,j krytyczną wartością parametru Φj (t), która nie powinna być przekroczona w danym czasie tκi, otrzymuje się następujący zbiór warunków określających stany uważane za bezpieczne Φj,κi (t) ≤ Φkr,j ; dla t ≤ tκi,kr dla dowolnego i oraz j ze zbioru i oraz j, przy czym warunek Efi,d ≤ Rfi,d,t dla t ≤ tkr powinien być spełniony dla t ≥ max t κi,kr .
Przy rozpatrywaniu materiałów palnych i ich udziału w rozwoju pożaru istotny
jest podział na następujące grupy: 1.materiały wyposażeniowe i materiały składowane, 2.materiały wystroju wnętrz, 3.materiały i wyroby budowlane. Do 1ej grupy będą należały np. meble, książki, papier w pomieszczeniach biurowych, farby, rozpuszczalniki, kleje w sklepach z chemią budowlaną czy telewizory, radia itp. w opakowaniach ze styropianu w sklepach i magazynach ze sprzętem audiowizualnym.Materiały wystroju wnętrz to zasłony, kotary, firanki i różnego rodzaju elementy dekoracyjne, wykładziny podłogowe. Materiały i wyroby budowlane to podłogi, izolacje cieplne, pokrycia dachowe, okładziny ścienne, instalacje elektryczne, przewody wentylacyjne, przewody gazowe itp.
Rodzaj i ilość materiałów wyposażenia i materiałów składowanych zależy od przeznaczenia budynku i nie jest tu możliwa ingerencja z zewnątrz. Bardzo ograniczona jest także możliwość reglamentacji materiałów drugiej grupy, gdyż kompozycje i wystrój mieszkań lub biur są sprawą indywidualną. Można natomiast stawiać wymagania dotyczące wystroju wnętrz w teatrach, kinach, budynkach handlowych, salach konferencyjnych, na drogach ewakuacyjnych.
Zakres stosowania materiałów i wyrobów trzeciej grupy jest regulowany przepisami techniczno-budowlanymi i zależy od klasyfikacji ogniowej dotyczącej niepalności lub stopnia palności (klasyfikację tę zastępuje się obecnie klasyfikacją z uwagi na reakcję na ogień). Wysoka temperatura podczas pożaru oraz zadymienie są spowodowane na ogół spalaniem materiałów z pierwszej grupy. Mają one decydujący udział w zespole zjawisk, które są związane z pożarem w pomieszczeniu. Procentowy udział palnych materiałów budowlanych w całości materiałów spalanych podczas pożaru jest na ogół niewielki. Ich wartość opałowa nie ma decydującego znaczenia w spalaniu.
Zagrożenia pożarowe spowodowane stosowaniem tych materiałów zwykle nie polegają na ich znaczącym udziale w bilansie cieplnym, lecz na możliwości rozprzestrzeniania się pożaru w budynku i przyśpieszeniu rozwoju pożaru. Wnika to stąd, że materiały te mogą mieć duże wymiary geometryczne, przebiegać przez wiele pomieszczeń, obejmować znaczne powierzchnie i długości. Występują one w miejscach, w których nie ma materiałów wyposażeniowych i innych materiałów użytkowych w budynku. Pożar z kondygnacji na kondygnację może się przenieść przez palne elewacje i ocieplenia, instalacje elektryczne, przewody wentylacyjne. Nawet przy utrudnionym dostępie powietrza może nastąpić jego rozprzestrzenienie prze łatwo palną izolację na skutek tlenia.
Tak było w przypadku jednego z najtragiczniejszych pożarów w budynku biurowym w Buenos Aires. Przyczyną pożaru buło iskrzenie wentylatora. Pożar rozprzestrzenił się przez palne izolacje przewodów wentylacyjnych i w krótkim czasie objął poddasze i większość kondygnacji.
Właściwości pożarowych elementów budynków nie można opisać posługując się tylko właściwościami materiałów składowanych. Mogą one w ograniczony sposób opisywać cechy powierzchniowe elementu, nie dają natomiast odpowiedzi na pytanie, co dzieje się wewnątrz niego.
Zachowanie się elementu w pożarze jest bowiem wypadkową: właściwości cieplnych, grubości warstw, rozwiązań złączy elementów i połączeń miedzy warstwami, właściwości mechanicznych przy ogrzewaniu, np. naprężeń powodujących pękanie, wilgotności i struktury wewnętrznej (ciśnienie pary wodnej może spowodować
pękanie i destrukcję wyrobu). Znając stopień palności materiału budowlanego trudno jeszcze określić, w jaki sposób zachowuje się ten materiał podczas pożaru. Materiały są często stosowane w elementach warstwowych jako izolacje cieplne ścian, dachów lub jako pokrycia dachowe na różnych podkładach. Dlatego też wprowadzono ocenę elementów budowlanych z uwagi na rozprzestrzenianie się ognia. Klasyfikacja ta jest związania z oddziaływaniem termicznym, odpowiadającym pojedynczym płonącym przedmiotom, np. koszy ze śmieciami w przypadku ścian.
Obecnie klasyfikację dotyczącą rozprzestrzeniania ognia przez elementy wewnętrzne zastępuje się klasyfikacją wprowadzoną w Unii Europejskiej (nie dotyczy to rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne przy działaniu ognia od zewnątrz). Dotychczas cechy materiałów związane z ich odpowiedzią na działanie ognia określano jako „stopień palności”. Obecnie używa się bardziej prawidłowego terminu „reakcja na ogień”. Klasyfikacja dotycząca reakcji na ogień stosowana w Polsce zgodnie z przepisami techniczno-budowlanymi jest inna niż wprowadzona w ramach Unii Europejskiej. Dotyczy to wszystkich krajów, gdyż klasyfikacja ta została oparta na zupełnie nowych zasadach i metodach badawczych, niestosowanych dotychczas w żadnym z państw. W związku z tym, przez pewien okres przejściowy będą funkcjonowały obie klasyfikacje , ale w taki sposób, że klasy wyrobów według Decyzji Komisji Europejskiej zostaną przyporządkowane określeniom występującym w polskich przepisach techniczno-budowlanych.
Materiały i wyroby dzieli się na niepalne, niezapalne, trudno zapalne i łatwo zapalne.
Wyroby i materiały niepalne to produkty pochodzenia nieorganicznego zawierające nie więcej niż 1% masy lub objętości homogenicznie rozprowadzonego materiału organicznego, lub wyroby wykonane z kilku materiałów niepalnych. Jeśli wyrób powstał w wyniku klejenia wielu materiałów niepalnych, ilość użytego kleju nie może przekraczać 0,1% masy lub objętości wyrobu. Materiały niepalne to: glinoporyt, perlit, wermikulit, szkło zwykłe, szkło komórkowe, beton, beton komórkowy, cement, wapno, żużel wielkopiecowy, kruszywa mineralne, gips, glina, kamień naturalny i łupki oraz metale: miedź i stopy miedzi, cynk i stopy cynku, żelazo, stal, aluminium i stopy aluminium, ołów, pod warunkiem, że nie występuje w formie rozdrobnionej. Wyroby wykonane z tych materiałów, jak: tynki, ceramika, cegła cementowa. Wyroby i materiały palne to produkty pochodzenia organicznego, jak: drewno płyty drewnopochodne, płyty z innych włókien roślinnych (płyty paździerzowe), tworzywa sztuczne, guma, bawełna, wełna itp. Wyroby składające się z części nieorganicznych i organicznych, jak np. płyty z wełny mineralnej, wełny szklanej, płyty wiórowo-cementowe, strużkobetony, tynki akrylowe, klasyfikowano jako palne lub niepalne na podstawie badań.
Przynależność materiałów do którejś z grup zależy od zawartości części organicznych i podawana jest w aprobatach technicznych. Wyroby palne, takie jak: okładziny ścian i sufitów, sufity podwieszone dzieli się na: niezapalne, trudno zapalne, łatwo zapalne. Materiały trudno zapalne to wyroby z drewna liściastego o gęstości nie mniejszej niż 800 kg/m³ i grubości min. 12 mm. Pozostałe wyroby z drewna i materiałów drewnopochodnych są klasyfikowane jako niezapalne lub trudno zapalne w wyniku dodania antypirenów w procesie produkcji lub wykonania zabezpieczeń za pomocą środków ogniochronnych. Oprócz podziału na palność i stopień palności wyroby klasyfikuje się ze względu na toksyczność produktów spalania i dymotwórczość. Badania dotyczące wydzielania lotnych, toksycznych produktów spalania prowadzi się w Polsce zgodnie z PN-87/B-02855. Badanie polega na analitycznym oznaczeniu ilościowym produktów decydujących o toksyczności środowiska pożaru (CO, CO₂, HCN, HCL, NOx ), powstałych w temperaturze
rozkładu 450, 550 i 750°C. Na podstawie wartości otrzymanych wskaźników toksymetrycznych WLC50M materiały klasyfikuje się jako bardzo toksyczne (BT), toksyczne (T) lub umiarkowane toksyczne (UT). Wskaźnik WLC50M charakteryzuje łączną toksyczność wymienionych produktów w odniesieniu do stężeń śmiertelnych przy 30 minutowej ekspozycji. Badania własności dymotwórczych prowadzono zgodnie z PN-89/B-02856 w celu określenia współczynnika zaniku kontrastu (lub szybkości jego zmiany). Na podstawie wartości współczynników wyróżniono materiały intensywnie dymiące (BD), o średniej intensywności dymienia (D) i o małej intensywności dymienia (UD). Obecnie badania według tej normy mogą służyć do określenia własności optycznych dymu, lecz nie są już podstawą klasyfikacji. Klasyfikacji, z uwagi na dymotwórczość, dokonuje się według norm europejskicj.
Posadzki i podłogi, które nie zostały zakwalifikowane jako niepalne dzieli się na trudno zapalne i łatwo zapalne. Badanie przeprowadza się metodą płyty promieniującej, co polega na poddaniu poziomo ułożonej próbki działaniu zewnętrznego strumienia promieniowania cieplnego, o określonym rozkładzie gęstości wzdłuż próbki oraz płomienia inicjującego spalanie.
Z uwagi na stopień rozprzestrzeniania ognia badano i klasyfikowano takie elementy obiektów budowlanych, jak: ściany wewnętrzne i zewnętrzne przy działaniu ognia od strony pomieszczenia, ściany zewnętrzne przy działaniu ognia od strony elewacji, okładziny ścienne wewnętrzne i zewnętrzne na podłożu z materiałów niepalnych przy działaniu ognia od strony okładzin, dachy przy działaniu ognia od strony pokrycia i od strony okapu, izolacje rur i kanałów.
Pod względem stopnia rozprzestrzeniania ognia elementy budowli klasyfikowano jako: nierozprzestrzeniające ognia, które w obszarze działania źródła ognia mogą ulec spaleniu, a poza tym obszarem nie ulegają spaleniu; nie dopuszcza się spalania po czasie badania, ani też występowania płonących kropli lub odpadów stałych, słabo rozprzestrzeniające ogień, które mogą ulegać spaleniu poza obszarem działania źródła ognia w zakresie określonym w kryteriach oceny badania; nie dopuszcza się spalania po czasie badania, ani też występowania płonących kropli i odpadów stałych,
silnie rozprzestrzeniające ogień, które ulegają spaleniu: poza obszarem działania źródła ognia, poza zakresem określonym w kryteriach oceny przyjętym dla elementów słabo rozprzestrzeniających ogień, po czasie badania lub z występowaniem płonących kropli lub odpadów stałych.
Nie była to klasyfikacja jednolita, gdyż scenariusze badań były różne dla poszczególnych elementów. Klasyfikacje te, z wyjątkiem klasyfikacji ścian zewnętrznych przy działaniu ognia od zewnątrz, zastępuje się klasyfikacją dotyczącą reakcji na ogień.
Reakcja na ogien wg UE
Scenariusz pożaru związany z tą klasyfikacją dotyczy narożnika pomieszczenia i nie obejmuje takich elementów , jak ocieplenia, ściany zewnętrzne, wyroby liniowe (izolacje rur, przewody elektryczne). Klasyfikacja jest określona dla dwóch grup wyrobów: materiałów i wyrobów budowlanych, z wyjątkiem wykładzin i nawierzchni
podłogowych, wykładzin i nawierzchni podłogowych. Reakcje między scenariuszem odniesienia a oddziaływaniami termicznymi określono w sposób następujący: Klasa F: wyroby, dla których nie określono właściwości z uwagi na reakcją na ogień, i nie zaliczono do jednej z klas: A1, A2, B, C, D, E; Klasa E: wyroby odporne w krótkim czasie na działanie małego płomienia, bez istotnego rozprzestrzeniania płomienia; Klasa D: wyroby spełniające kryteria klasy E i odporne w dłuższym czasie na działanie małego płomienia, bez istotnego rozprzestrzeniania płomienia; dodatkowo zdolne do przejęcia działania pojedynczego płomienia z dostatecznym opóźnieniem i ograniczonym rozprzestrzenieniem ognia; Klasa C: jak klasa D, lecz spełniające bardziej surowe wymagania; Klasa B: jak klasa C, lecz ostrzejsze kryteria; Klasa A2: te same kryteria jak klasa B według PN-EN 13823; dodatkowo w warunkach rozwiniętego pożaru wyroby nie powinny mieć znacznego udziału w obciążeniu ogniowym i rozwoju pożaru. Klasa A1: wyroby tej klasy nie powinny mieć udziału w żadnej fazie rozwoju pożaru, łącznie z pożarem rozwiniętym, powinny spełniać także wszystkie wymagania klas niższych.
Płonące krople/odpady. d2 – nie ma ograniczeń, d1 – brak płonących kropli/odpadów w określonym czasie, d0 – nie dopuszcza się płonących kropli/odpadów. Podobnie są określane klasy wyrobów dla podłóg, przy czym nie dokonuje się klasyfikacji z uwagi na płonące krople i odpady.
Określenia związane z klasyfikacją wyrobów budowlanych podane według polskich przepisów techniczno-budowlanych są stosowane bez zmian. Określeniom tym przyporządkowane są klasy wyrobów , z uwagi na reakcję na ogień według UE (euroklasy), zgodnie z opracowaniem Instytutu Techniki Budowlanej.
Podane relacje mogą być stosowane tylko w jednym kierunku, tzn. euroklasę można przyporządkować określeniom stosowanym w przepisach, natomiast na podstawie polskiej klasyfikacji wyrobu nie można ustalić euroklasy.
Wyroby, które klasyfikuje się jako wyroby klasy A1 bez badań, co w odniesieniu do przepisów odpowiada wyrobom niepalnym podano w polskich przepisach techniczni-budowlanych.
Klasyfikacja w zakresie rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne przy działaniu ognia od zewnątrz (co dotyczy w szczególności ociepleń), do czasu ustanowienia normy europejskiej, pozostaje bez zmian.
Dym jest aerozolem składającym się z mieszaniny powietrza i gazowych produktów spalania oraz rozproszonych w fazie gazowej cząstek stałych i ciekłych. Dym zmniejsza możliwości motoryczne człowieka, ograniczając widzialność, działając drażniąco, toksycznie i przyczyniając się do niedoboru tlenu. Oddziałuje także przez podwyższoną temperaturę i promieniowanie. Temperatura około 120°C powoduje oparzenia I stopnia po około 8 minutach, a temperatura 200°C po około 2-3 minutach. W temperaturze powyżej 200°C następuje oparzenie dróg oddechowych. Przez dłuższy czas człowiek znosi promieniowanie cieplne o natężeniu 2 kW/m², ale promieniowanie o natężeniu 3,5 kW/m² już tylko przez około 60 s. Podczas pożaru wszystkie te czynniki mogą oddziaływać na użytkowników budynków łącznie, jednak dotychczas przeprowadzone badania nie pozwalają na określenie ani ich interakcji, ani synergizmu związków chemicznych. Do oceny zagrożenia toksycznego przyjmuje się wskaźniki toksymetryczne (WLC50SM) obliczone w taki sposób, że efekt toksyczny jest sumą efektów działania poszczególnych składników dymu. Podstawowe związki toksyczne zawarte w dymie: to tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO2), cyjanowodór (HCN), dwutlenek azotu (NO2) i chlorowodór (HCL).
Przy bezpłomieniowym rozkładzie termicznym, spowodowanym brakiem tlenu, spalanie jest niecałkowite i stosunek CO2/CO jest bliski jedności. W tych warunkach przy słabej wentylacji, dochodzi do tzw. zaczadzenia. Tlenek węgla łączy się z hemoglobiną, tworząc karboksyhemoglobinę i powodując niedobór tlenu w organizmie. Podobny jest mechanizm działania cyjanowodoru. Różnica polega na rym, że HCN powoduje śmierć przy znacznie mniejszych dawkach niż CO.
Oddziaływanie dwutlenku węgla polega na efekcie hiperwentylacji, tzn. zwiększeniu szybkości oddychania, co powoduje szybką kumulację CO2 w organizmie. Przy niskich stężeniach tlenu obecność CO2 może wywierać skutek pozytywny, zwiększając dopływ tlenu. W początkowej fazie pożaru, przy dużym dopływie powietrza, HCN i CO oraz inne związki toksyczne spalają się dając atmosferę o małej toksyczności. Przy niedoborze tlenu produkty rozkładu termicznego w tej fazie są bardzo toksyczne. W rozwiniętej fazie pożaru, po rozgorzeniu, w pomieszczeniu występuje zwykle niedobór tlenu oraz nadciśnienie. Produkty rozkładu, w których występuje CO i HCN, rozprzestrzeniają się w budynku, powodując zagrożenie w dużych obszarach. Jeśli przyjmie się schemat rozprzestrzeniania się dymu w małych pomieszczeniach o wymiarach 6 x 4 m i wysokości 2,5 m (według rys. 9.13) oraz kryteria stanu granicznego: strumień ciepła z warstwy podsufitowej Q ≤ 2,5 kW/m²; zasięg widzialności z ≥ 3 m w dolnej części pomieszczenia wysokości h ≤ 1,5 m,a także stężenia podane wcześniej, to czas do osiągnięcia stanu krytycznego, w ciągu którego powinna nastąpić ewakuacja z pomieszczenia, wynosi około 2 minut. Miedzy szybkością wydzielania dymu a toksycznością produktu spalania nie ma korelacji, tzn. że wielkości te są niezależne.
Wentylacja pożarowa obejmuje różne systemy stosowane w zależności od rodzaju i wielkości pomieszczeń, ich usytuowania w budynku i celu, któremu mają służyć. W dużych jednokondygnacyjnych lub umieszczonych na ostatniej kondygnacji pomieszczeniach handlowych, produkcyjnych i magazynowych stosuje się tzw. oddymianie dachowe polegające nie tylko na odprowadzaniu dymu, ale też i ciepła, co umożliwia obniżenie wymagań dotyczących odporności ogniowej z uwagi na nośność. Do usuwania dymu są stosowane systemy grawitacyjne lub wymuszone. W systemach grawitacyjnych wykorzystuje się zjawisko unoszenia gorących gazów, a dym wydobywa się przez otwory w dachu. Otwory te są zamykane klapami dachowymi, które otwierają się wskutek wzrostu temperatury w przestrzeni poddachowej lub po otrzymaniu sygnału z czujki dymowej.
Oddymianie wymuszone odbywa się za pośrednictwem dachowych wentylatorów oddymiających. W obu sytuacjach, za pomocą specjalnych kurtyn, ograniczających rozprzestrzenianie się gorących gazów, wydziela się przestrzenie poddachowe, tworząc strefy dymowe oraz doprowadza się powietrze zewnętrzne (poprzez otwory kompensacyjne), zapewniające odpowiednie wyrównanie ciśnień i właściwy kierunek przepływu.
Kondygnacje podziemne lub pośrednie oddymia się metodą wentylacji wymuszonej, przy czym stosuje się dwa systemy usuwania spalin: system kanałowy, w którym dym uchodzi przez otwory w kanałach podsufitowych i przez pion wentylacyjny; jednocześnie jest zapewniony nawiew powietrza zewnętrznego; system bezkanałowy, w którym wentylatory przepływowe wymuszają przepływ spalin w kierunku pionu wyjściowego; także i tu trzeba zapewnić dopływ powietrza zewnętrznego.
W budynkach wysokości do 25 m stosuje się grawitacyjny system oddymiania klatek schodowych. Dym usuwa się poprzez otwór w dachu nad klatką schodową zamykany klapą dymową. Klapa otwiera się zdalnie po naciśnięciu jednego z przycisków umieszczonych przy wejściach do klatki schodowej lub na sygnał z czujki dymowej.
Systemu tego nie stosuje się w budynkach wysokości powyżej 25 m, gdyż w wyniku efektu kominowego płomienie mogą przedostać się na klatkę schodową. W obiektach takich oddymianie zapewnia wentylacja nadciśnieniowa i system zamknięty.
Wentylacja pożarowa ma na celu: przeciwdziałanie rozprzestrzenianiu się dymy i gorących gazów pożarowych poza kondygnację objętą pożarem wzdłuż ciągów ewakuacyjnych, umożliwienie ewakuacji ludzi z zagrożonej strefy oraz ułatwienie przeprowadzania skutecznej akcji gaśniczej, przez zapobieżenie nadmiernemu ograniczeniu widoczności oraz spadkowi stężenia tlenu poniżej wartości zagrażającej życiu, w poziomych korytarzach ewakuacyjnych i w
przedsionkach przeciwpożarowych na kondygnacji objętej pożarem, a także na klatkach schodowych. Jak wcześniej podano w budynkach do wysokości 25 m klatki schodowe oddymia się stosując wentylację grawitacyjną. Otwór nad klatką schodową powinien mieć powierzchnię nieprzekraczającą 5% powierzchni klatki schodowej i nie mniejszą niż 1 m².
System ten umożliwia usunięcie dymu z klatki schodowej i zapobiega zadymieniu powierzchni na kondygnacjach nieobjętych pożarem. W wielu budynkach powstają pożary, które są groźne nie z uwagi na wysoką temperaturę, lecz ze względu na zadymienie. Dotyczy to pożarów instalacji elektrycznych w ciągach instalacyjnych i pożarów w zsypach.
W celu zapewnienia odpowiedniego przepływu dymu, a także dla uniknięcia rozprzestrzeniania się ognia przez otwory wentylacyjne, w systemie oddymiania stosuje się specjalne klapy. Są to: przeciwpożarowe klapy odcinające – urządzenia odcinające stosowane w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, otwarte w pozycji normalnej, zamykane samoczynnie w przypadku przekroczenia temperatury zadziałania wyzwalacza termicznego i/lub na sygnał z czujnika wykrywania dymu; klapy odcinające wyciągowe – urządzenia odcinające stosowane w instalacjach wentylacji pożarowej, wbudowane w system wyciągowy, zamknięte w pozycji normalnej, otwierane samoczynnie w przypadku przekroczenia temperatury zadziałania wyzwalacza termicznego i/lub zdalnie (otwarcie samoczynne dotyczy kondygnacji objętej pożarem, otwarcie zdalne dotyczy kondygnacji sąsiednich),
klapy odcinające nawiewne – urządzenia odcinające stosowane w instalacjach wentylacji pożarowej, wbudowane w system nawiewny (kompensacyjny), zamknięte w pozycji normalnej, otwierane samoczynnie w przypadku przekroczenia temperatury zadziałania wyzwalacza termicznego i/lub zdalnie (otwarcie samoczynne dotyczy kondygnacji objętej pożarem, otwarcie zdalne dotyczy kondygnacji sąsiednich); klapy transferowe – urządzenia odcinające stosowane w instalacjach wentylacji pożarowej, umieszczone w przegrodzie miedzy przedsionkiem przeciwpożarowym a oddymianym korytarzem ewakuacyjnym, otwarte w pozycji normalnej, zamykane samoczynnie w przypadku przekroczenia temperatury zadziałania wyzwalacza termicznego; klapy upustowe – urządzenia odcinające stosowane w instalacjach wentylacji pożarowej, umieszczone w przegrodzie zewnętrznej klatki schodowej, zamknięte w pozycji normalnej, otwierane samoczynnie w przypadku przekroczenia przewidywanej wartości nadciśnienia w przestrzeni klatki schodowej.
W budynkach wysokich są stosowane dwa podstawowe systemy zabezpieczenia dróg komunikacyjnych przed zadymieniem: Rozwiązane A. Zasadą jest tu rozdzielenie systemu zabezpieczającego przed zadymieniem klatki schodowej i przedsionków przeciwpożarowych od systemu wentylacji oddymiającej korytarza ewakuacyjnego przez zastosowanie w przedsionkach oddzielnej instalacji nawiewno-wyciągowej. Rozwiązanie A obejmuje: jedną kratkę nawiewną w każdym przedsionku przeciwpożarowym, umieszczoną na odgałęzieniu pionowego przewodu nawiewnego instalacji wentylacji pożarowej, oddzieloną klapą odcinającą nawiewną, jedną kratkę wyciągową w każdym przedsionku przeciwpożarowym, umieszczoną na odgałęzieniu pionowego przewodu nawiewnego instalacji wentylacji pożarowej, oddzieloną klapą odcinającą wyciągową, jedną lub więcej kratek nawiewnych w każdym korytarzu ewakuacyjnym; każdą z nich umieszcza się na odgałęzieniu pionowego przewodu wywiewnego instalacji wentylacji pożarowej i oddziela się klapą odcinającą wyciągową (istnieje możliwość zastosowania trzech kratek wyciągowych na jednym odgałęzieniu oddzielonym klapą odcinającą wyciągową).
Rozmieszczenie wentylatorów, stanowi tylko przykład ich lokalizacji w budynku. Wszystkie wentylatory nawiewne mogą być umieszczone na najwyższej lub najniższej kondygnacji, a w przypadku wentylatora (wentylatorów) wytwarzającego nadciśnienie na klatce schodowej – również na kondygnacjach pośrednich.
Przy rozmieszczeniu kratek nawiewnych i wyciągowych w korytarzu ewakuacyjnym, należy przestrzegać zasady, że w bezpośrednim sąsiedztwie przedsionka przeciwpożarowego powinna znajdować się kratka nawiewna.
Zarówno w przedsionkach przeciwpożarowych, jak i na korytarzach ewakuacyjnych kratki nawiewne powinny znajdować się przy podłodze, a kratki wyciągowe pod stropem lub w przestrzeni sufitu podwieszonego. Zalecane jest, aby górna krawędź kratki nawiewnej znajdowała się na wysokości nie większej niż 0,8 m nad poziomem podłogi, natomiast dolna krawędź kratki wyciągowej – na wysokości nie mniejszej niż 1,8 m nad poziomem podłogi.
Zasadą jest tu połączenie systemu zabezpieczającego przed zadymieniem klatki schodowej i przedsionków przeciwpożarowych z systemem wentylacji oddymiającej korytarza, przez zastosowanie nawiewu powietrza z przedsionka przeciwpożarowego do przestrzeni korytarza (nawiew klapami transferowymi umieszczonymi w ścianie miedzy przedsionkiem a korytarzem). Rozwiązanie B obejmuje: jedną kratkę nawiewną w każdym przedsionku przeciwpożarowym, umieszczoną na odgałęzieniu pionowego przewodu nawiewnego instalacji wentylacji pożarowej, oddzieloną klapą odcinającą nawiewną, jedną klapą transferową w każdym przedsionku przeciwpożarowym, umieszczoną w przegrodzie miedzy przedsionkiem a korytarzem ewakuacyjnym, jedną lub więcej kratek wyciągowych w każdym korytarzu ewakuacyjnym; każdą z nich umieszcza się na odgałęzieniu pionowego przewodu wentylacyjnego instalacji wentylacji pożarowej i oddziela się klapą odcinającą wyciągową.
Podobnie jak w przypadku rozwiązania A, przedstawiono tylko jedną z możliwości rozwiązania wentylatorów, wchodzących w skład wentylacji pożarowej.
Zasady rozmieszczania kratek wyciągowych na korytarzu ewakuacyjnym są takie same jak w rozwiązaniu A. W urządzeniach instalowanych w przedsionkach przeciwpożarowych dolna krawędź kratki nawiewnej powinna znajdować się na wysokości nie mniejszej niż 1,8 m nad poziomem podłogi, natomiast górna krawędź klapy transferowej – na wysokości nie większej niż 0,8 m nad poziomem podłogi.
Zastosowanie klap transferowych, wbudowanych w drzwi miedzy przedsionkiem przeciwpożarowym a korytarzem ewakuacyjnym, nie jest zalecane ze względu na często występujące uszkodzenia w układach wyzwalających klap.
Jeżeli w skutek ograniczeń wymiarowych nie jest możliwe umieszczenie klapy transferowej w ścianie między przedsionkiem a korytarzem, dopuszcza się zastosowanie drzwi z wbudowaną klapą, ale wówczas układ taki powinien wykazywać niezawodność działania potwierdzoną w procesie aprobacyjnym (niezależnie od konieczności potwierdzenia niezawodności działania i odporności ogniowej samej klapy transferowej).
Do zabezpieczenia dróg ewakuacyjnych przed zadymieniem może również być stosowany system wentylacji pożarowej stanowiący kombinację rozwiązań A i B.
W systemie mieszanym powietrze jest nawiewane do korytarza ewakuacyjnego w bezpośrednim sąsiedztwie przedsionka przeciwpożarowego przez klapę transferową i wyciągane przez najbliższą kratkę wyciągową (rozwiązanie B), a w dalszej odległości od przedsionka, w korytarzu, są umieszczone przemiennie dodatkowe kratki nawiewne i wyciągowe wraz z odpowiadającymi im przewodami pionowymi (rozwiązanie A).
Klatki schodowe są zabezpieczone przez zadymieniem przez wytworzone w nich nadciśnienie. Zastosowany zarówno w rozwiązaniu A jak i B układ nawiewny musi zapewniać na każdej kondygnacji różnicę ciśnienia 20-80 Pa po obu stronach zamkniętych drzwi, miedzy klatką schodową a korytarzem ewakuacyjnym. Dolna wartość ciśnienia ma zapobiec przenikaniu gazów pożarowych do klatki schodowej, a wartość górna umożliwić otwarcie drzwi do przedsionków przeciwpożarowych podczas ewakuacji.
W przypadku trudności z uzyskaniem odpowiedniego nadciśnienia w przestrzeni klatki schodowej jest zalecane stosowanie wentylatorów nawiewnych ze zmienną prędkością obrotową sterowanych impulsem ciśnienia lub klap upustowych umieszczonych w przegrodzie zewnętrznej klatki schodowej (z reguły w ścianie zewnętrznej na ostatniej kondygnacji) i otwieranych samoczynnie w przypadku przekroczenia dopuszczalnego nadciśnienia. Otwieranie klap dymowych, przeznaczonych do grawitacyjnego odprowadzania dymu i ciepła, zamontowanych w stropie nad klatką schodową, powinno się odbywać tylko zdalnie a o ich otwarciu, w przypadku nieprawidłowego zadziałania systemu wentylacji pożarowej, powinny decydować osoby kierujące akcją ratowniczą.
Niezbędne powierzchnie aerodynamicznie czynne przy oddymianiu grawitacyjnym przyjmuje się, zakładając moc pożaru 300 kW/m² (przy oddymianiu mechanicznym 600 kW/m²). Jak wykazują obliczenia, w praktycznych zastosowaniach wpływ mocy pożaru w zakresie 100-600 kW/m² na wielkość powierzchni aerodynamicznie czynnych jest niewielki.
Aerodynamicznie czynna powierzchnia klapy dymowej jest to iloczyn powierzchni otworu w (m²) i współczynnika przepływu cv określa się doświadczalnie lub obliczeniowo za pomocą symulacji komputerowych, z uwzględnieniem wpływu wiatru, ze wzoru:
Aby oddymianie przebiegało prawidłowo, należy zapewnić dopływ powietrza zewnętrznego. Powierzchnia otworów dolotowych nie powinna być mniejsza niż 1,5 Acz.
Rozprzestrzenianiu się dymu i ciepła pod stropem lub dachem zapobiegają kurtyny dymowe wydzielające strefy dymowe.
Klapy dymowe są otwierane za pomocą urządzeń o napędzie pneumatycznym, sprężynowym i elektrycznym. Napędy pneumatyczne i sprężynowe uruchamiane są w wyniku wzrostu temperatury, zwykle w około 65°C, natomiast napędy elektryczne na sygnał z czujek dymowych.
Stosuje się klapy dymowe jednoskrzydłowe kopułkowe, dwuskrzydłowe i żaluzjowe. Maksymalne wymiary klapy (długość boku lub średnica) nie powinny przekraczać 2,5 m. Jeżeli grubość warstwy dymu jest nie mniejsza niż 1m, wymiary klapy mogą wynosić 3 m.
Funkcja wydzielająca może być określona następująco: przez zapewnienie, aby przez przegrodę nie przedostały się płomienie i gorące gazy; jest to właściwość przegrody nazywana szczelnością ogniową i oznaczana symbolem E; przez ograniczenie temperatury nieogrzewanej powierzchni przegrody; izolacyjność ogniowa I; przez ograniczenie promieniowania cieplnego przechodzącego przez przegrodę; ograniczenie radiacji ogniowej W.
Wszystkie przegrody klasyfikowane z uwagi na odporność ogniową muszą zapewnić szczelność ogniową E. Kryteria oceny, polegające na sprawdzeniu, czy w elemencie nie powstały nadmierne szczeliny bądź czy wydobywające się przez przegrodę gorące gazy spalinowe nie mogą prowadzić do zapalenia się materiałów palnych, znajdujących się po nieogrzewanej stronie przegrody, są podane w normach. Kryteria dotyczące izolacyjności przegrody odnoszą się do temperatury średniej i temperatury maksymalnej po nieogrzewanej stronie przegrody. Temperatura średnia nie może przekroczyć 140°C, natomiast temperatura maksymalna w jednym punkcie 180°C. Wartości te charakteryzują tylko poziom, na jakim sformułowano kryteria izolacyjności, gdyż w normach dotyczących poszczególnych elementów budynku podano jeszcze inne wartości, które są dopuszczalne na ograniczonym obszarze.
Jeżeli są spełnione kryteria z uwagi na szczelność ogniową E oraz na izolacyjność ogniową I, to zawsze jest spełnione kryterium z uwagi na ograniczenie promieniowania cieplnego W. Jako dopuszczalną wartość promieniowania cieplnego, które może przechodzić przez przegrodę lub które emituje przegroda, przyjęto 15 kW/m². Kryteria nośności (R), zapewnienia szczelności ogniowej (E), izolacyjności ogniowej (I) i radiacji ogniowej (W), są kryteriami podstawowymi.
Oprócz tego przegrody i zamknięcia otworów ocenia się z uwagi na: szczególne oddziaływania mechaniczne ( np. odporność na uderzenie po określonym czasie ekspozycji ogniowej) – oznaczenie M, zdolności do zamknięcia otworu (drzwi) C, przepuszczalność schłodzonego dymu (drzwi) S, odporność na pożar przez zapaleniem się sadzy (kominy) G, zdolność do zabezpieczenia przed zapaleniem się materiałów palnych (okładziny) K.
W przypadku kabli o przekroju do 2,5 mm² (instalacje sygnalizacyjno- alarmowe, oświetlenie awaryjne itp. przyjmuje się kryterium ciągłości dostawy energii przez określony czas, przy oddziaływaniu termicznym według krzywej normowej w ciągu 30 min (dla t > 30, Θ = const). Takie kable klasyfikuje się oznaczając np. PH 15, PH 30. Kable innych rodzajów określa się symbolami P 15, P 30, przy oddziaływaniu termicznym krzywej standardowej.
Podczas pożaru konstrukcje mogą pełnić w budynku różne funkcje: Wyłącznie funkcję nośną. Elementy lub konstrukcje spełniające kryteria związane z tą funkcją oznacza się symbolem R. Wyłącznie funkcję oddzielającą. Ta funkcja jest związana z kryterium szczelności ogniowej E i/lub izolacyjności ogniowej I. Nie wchodząc w szczegóły można stwierdzić, że szczelność ogniowa dotyczy zachowania ciągłości elementu. Oznacza to, że powstają rysy i pęknięcia, przez które mogą się przedostawać płomienie lub gorące gazy, a odpowiednia izolacyjność ogniowa sprawi, że nie dojdzie do przekroczenia po stronie przeciwnej od strony, którą działa ogień (pożar), temperatury o więcej niż 140°C. Zarówno funkcję nośną, jak i oddzielającą. Elementy liniowe, takie jak słupy i belki, pełnią w zasadzie wyłącznie funkcję nośną, chociaż w niektórych przypadkach (np. jeżeli są fragmentem ścian) także funkcję wydzielającą. Elementy płaskie (ściany) mogą pełnić zarówno funkcję nośną, jak i wydzielającą lub obie funkcje jednocześnie (stropy).
Elementom budynku przypisuje się klasy odporności ogniowej według zasad podawanych w normach dotyczących metod badań. Ten sam element może mieć przypisane różne klasy odporności ogniowej, w zależności od kryteriów według których jest oceniany. Tak np. ściana nośna przy danym poziomie obciążeń może mieć klasę odporności ogniowej R 240/RE 120/REI 90, tzn., że kryteria, według których ocenia się nośność, są spełnione w czasie nie krótszym niż 240 min, kryteria nośności, szczelności ogniowej w czasie nie krótszym niż 120 min, a kryteria nośności, szczelności i izolacyjności jednocześnie tylko w czasie 90 min. Kryterium I nigdy nie występuje samodzielnie, gdyż utrata szczelności ogniowej jest równoznaczna z utratą izolacyjności ogniowej.
Ogólną zasadą przy zapewnieniu odpowiedniej odporności ogniowej jest izolowanie przekroju tak, aby w wyniku oddziaływań termicznych nie nastąpił nadmierny wzrost temperatury. W przypadku konstrukcji żelbetowych i murowanych osiąga się to, stosując odpowiednie wymiary geometryczne zwiększające pojemność cieplną, izolując zbrojenie odpowiedniej grubości otuliną.
Wymagania te dotyczą:zapewnienia w odpowiednim czasie nośności konstrukcji, ograniczenia powstawania i rozprzestrzeniania się ognia i dymu wewnątrz budynku, ograniczenia rozprzestrzeniania się pożaru na obiekty sąsiednie, umożliwienia ewakuacji, zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa ekipom ratowniczym.
Wymagania powyższe mogą być spełnione przez zastosowanie konstrukcji o cechach przewidzianych przepisami lub w wyniku oceny inżynierskiej i identyfikacji potrzebnych właściwości użytkowych.
W pierwszym przypadku bierze się pod uwagę tradycyjnie pojętą odporność ogniową, a oddziaływania termiczne przyjmuje się według tzw. krzywych nominalnych, a w drugim uwzględnia się oddziaływania termiczne, wynikające z właściwości fizycznych i chemicznych materiałów, rozwiązania przestrzenne
oraz instalacje do tłumienia pożaru i instalacje do odprowadzania dymu i ciepła.
W ramach obu pojęć można także na różnym poziomie szczegółowości analizować odporność ogniową. Związane jest to głównie z nośnością konstrukcji, którą – tak jak dotychczas można oceniać jako nośność zbioru poszczególnych elementów lub analizować część lub całą konstrukcję.
Pokazany schemat wynika z różnych kombinacji przyjętego modelu mechanicznego konstrukcji i modelu rozwoju pożaru oraz sposobu formułowania wymagań.
Sposób formułowania wymagań odgrywa tu rolę kluczową. Może on polegać bądź na podaniu klas wyrobów, które należy stosować w budynku, bądź funkcji i właściwości użytkowych.
Procedura projektowania konstrukcji w warunkach pożaru powinna obejmować: wybór odpowiedniego scenariusza pożarowego, określenie związanego z tym pożarem modelu obliczeniowego, obliczenie zmian temperatury w elementach konstrukcji, określenie efektów mechanicznych w konstrukcji poddanej działaniu ognia.
Do niedawna jedyną metodą oceny odporności ogniowej były badania doświadczalne prowadzone w specjalnych piecach ogrzewczych według zależności standardowej. Wyniki tych badań mogły dotyczyć tylko wąskich klas elementów wykonanych w jednej wytwórni i ze ściśle zdefiniowanych materiałów. Wprawdzie od dawna istnieją podstawy teoretyczne obliczania zarówno pól temperatury w elementach budynku, jak i oceny nośności konstrukcji, jednak z powodu braku danych dotyczących zachowania się materiałów w pożarowych warunkach termicznych i ich interpretacji projektowej, nie można było ustalić zasad obliczeniowych oceny odporności ogniowej. Badania takie są trudne, długotrwałe oraz kosztowne i nadal dla wielu pojawiających się na rynku wyrobów brak jest odpowiednich danych doświadczalnych.
Metody obliczeniowe stosuje się przy pewnych założeniach. Jednym z podstawowych warunków jest zachowanie ciągłości materiału. Metody te mogą być przydatne do oceny nośności i izolacyjności elementów, lecz już szczelność ogniowa musi być na ogół sprawdzana doświadczalnie lub zapewniona w wyniku spełnienia pewnych wymagań konstrukcyjnych.
Metody obliczeniowe stosuje się do konstrukcji stalowych, żelbetowych, drewnianych i murowych. Nie zawsze jednak w pełnym zakresie, gdyż z uwagi na wielość rozwiązań profili metalowych, elementów murowych, a także wobec różnorodności materiałów izolacyjnych i sposobów ich aplikacji, trudno jest opracować efektywny model obliczeniowy.
Dlatego też badania doświadczalne, mimo, że wykonywane w ograniczonym zakresie, są nadal często jedyną metodą oceny odporności ogniowej. Jeżeli badaniom odporności ogniowej nie towarzyszą odpowiednie badania cech fizycznych, ich wyniki odnoszą się tylko do jednej zależności czas-temperatura i nie mogą być rozszerzone na inne scenariusze pożaru. Jeśli brak jest danych doświadczalnych dotyczących właściwości materiałów w wysokiej temperaturze lub są trudności z opracowaniem modelu fizycznego – stosuje się metody hybrydowe, polegające na zebraniu wyników badań eksperymentalnych, przygotowaniu modelu fizycznego i matematycznego oraz ponownej weryfikacji doświadczalnej. Zgodnie z Eurokodami klasy odporności ogniowej elementów budynku można określać metodami: 1.Według tablic, tylko dla krzywej standardowej; 2.Na podstawie obliczeń dla elementów i zespołów konstrukcyjnych, przy różnych scenariuszach rozwoju pożaru; 3.Dla całej konstrukcji (tzw. analiza globalna), przy różnych scenariuszach rozwoju pożaru.
Podstawą analizy konstrukcji jest określenie pól temperatury. Procedura projektowania konstrukcji w warunkach pożaru powinna obejmować: wybór odpowiedniego scenariusza pożarowego, określenie związanego z tym pożarem modelu obliczeniowego, obliczenie zmian temperatury w elementach konstrukcji, określenie efektów mechanicznych w konstrukcji poddanej działaniu pożaru. Przy określaniu pola temperatury w ciałach stałych korzysta się z
empirycznego prawa Fouriera: h = - λgradΘ gdzie λ – współczynnik przewodzenia ciepła.
W materiałach kapilarno-porowatych, do których należy zaliczyć większość materiałów budowlanych, oprócz czystego przewodzenia ciepła przez szkielet materiału występują ponadto: przewodzenie ciepła (czasem również i konwekcja) przez powietrze wypełniające pory, promieniowanie pomiędzy ściankami porów. W materiałach wilgotnych gradient temperatury wywołuje ponadto ruch wilgoci , związane z nim konwekcję oraz przemiany fazowe w materiale. W obliczeniach pól temperatury w elementach w „zwykłych” warunkach stosuje się z reguły prawo Fouriera dobierając makroskopowy współczynnik przewodzenia ciepła, który ujmuje również zjawiska zachodzące w porach materiału, natomiast pomija się ruch wilgoci.
W warunkach szybkiego nagrzewania się elementów konstrukcji budowlanych podczas pożaru lub badań odporności ogniowej wpływ wilgoci (tak wody wolnej, jak i uwolnionej wody związanej) na pole temperatury staje się pomijalny.
Jednocześnie przy intensywnym nagrzewaniu wilgotnego materiału powstaje dodatkowa siła motoryczna, jaką jest ciśnienie pary wodnej w temperaturze powyżej 100°C. Gradient ciśnienia występujący wewnątrz materiału kapilarno- porowatego wywołuje molarny transport mieszaniny parowo-powietrznej typu filtracji.
W konsekwencji w materiale w temperaturze powyżej 100°C należy rozpatrywać trzy sprzężone procesy fizyczne:
przewodzenie ciepła, przewodzenie wilgoci, wyrównanie ciśnienia mieszaniny parowo-powietrznej, a w temperaturze do 100°C tylko dwa sprzężone procesy fizyczne: przewodzenie ciepła, przewodzenie wilgoci. Przy pominięciu zmian gęstości objętościowej oraz rozkładu niezwiązanego z uwalnianiem wilgoci (np. rozkład węglanu wapnia), natomiast po wprowadzeniu źródeł wilgoci uwalnianej wskutek dehydratacji, jak również towarzyszących im upustów ciepła, można wykorzystać model matematyczny, sformułowany przez Łykowa, w postaci układu równań różniczkowych cząstkowych.
W temperaturze do 100°C układ równań (9.54) sprowadza się do dwu pierwszych równań, przy czym w drugim równaniu znika człon zawierający ᐁ²p (ciśnienie przyjmuje się równe 0).
Przy obliczaniu odporności ogniowej konstrukcji wystarczy określić pola temperatury w elemencie lub jego przekroju poprzecznym. Istnieje więc uzasadniona potrzeba rozpatrywania prostszych modeli operacyjnych, w mniejszym stopniu uwzględniających sprzężenia pól: temperatury, wilgotności i ciśnienia.
W modelu tym pomija się efekty ruchu wilgoci, przyjmując parametry cieplne o charakterze technicznym, a nie fizycznym.
Jeśli dysponuje się pomiarem wartości temperatury na brzegach, stosuje się warunki brzegowe I rodzaju. Jeśli jest znany strumień ciepła dopływający do elementu, stosuje się warunki brzegowe III rodzaju.
Strumień ciepła dopływający do powierzchni elementu hnet składa się z części konwekcyjnej i radiacyjnej.
Przegród budowlanych z samej stali nie wykonuje się. Dlatego też rozważania dotyczące odporności ogniowej można tu ograniczyć do elementów prętowych, jak słupy czy belki, i właściwości użytkowej związanej z zapewnieniem w określonym czasie nośności konstrukcji.
Długość prętów jest wielokrotnie większa niż wymiary przekroju poprzecznego, zatem przy jednorodnej temperaturze w pomieszczeniu (przy ogrzewaniu według zależności nominalnych lub parametrycznych) można pominąć przewodzenie ciepła wzdłuż elementów. Przy takich założeniach rozważania ogranicza się do przekroju poprzecznego o grubości jednostkowej.Stal charakteryzuje się dużą przewodnością cieplną λ (średnio 40 W/(mxK)), można więc w przybliżeniu założyć, że temperatura przekroju jest jednorodna.Temperatura przekroju poprzecznego jest więc funkcją wskaźnika U/A. Na ogół wskaźniki U/A konstrukcji stalowych zawierają się w granicach 100 – 250 mˉ¹. Nieizolowane konstrukcje stalowe w ciągu pierwszych 15 minut osiągają stosunkowo wysoką temperaturę. Tylko słabo obciążone nieizolowane elementy o wskaźniku U/A mniejszym od 100 m ˉ¹ mogą zachować nośność w czasie od 15 do 30 minut. Dla uproszczonego modelu, przy założeniu jednorodnej temperatury, można ustalić temperaturę krytyczną, w której następuje wyczerpanie nośności.Temperatura krytyczna jest to więc temperatura, która nie powinna być przekroczona, aby element nie uległ zniszczeniu.Czas jaki upływa do osiągnięcia tej temperatury, określa odporność ogniową elementu. Aby konstrukcje stalowe odznaczały się odpornością ogniową 15 minut lub większą, powinny być chronione przed oddziaływaniem nadmiernej temperatury. Najbardziej rozpowszechnioną metodą jest izolowanie konstrukcji przy użyciu materiałów o znacznie mniejszej przewodności cieplnej niż przewodność cieplna stali. W obliczeniach uproszczonych można pominąć pojemność cieplną izolacji, gdyż zarówno masa, jak i ciepło właściwe stali są wielokrotnie większe od masy i ciepła właściwego izolacji. W przypadku elementów konstrukcji na części obwodu przekroju nagrzewanych, a na części oddających ciepło (belki stropowe dachowe) pola temperatury w konstrukcji można obliczać za pomocą wzorów jednowymiarowego przewodzenia ciepła, przyjmując obwód nagrzewany pomniejszony o szerokość styku elementu konstrukcji stalowej z innym elementem. Obliczenia te dają zapas bezpieczeństwa rzędu 10-35% w przypadku belek stropowych.
W rzeczywistości następuje odprowadzanie ciepła do betonu, obniżające znacznie temperaturę górnej półki w porównaniu z temperaturą dolnej półki części środnika. Powoduje to również przesunięcie osi obojętnej i wzrost nośności w stosunku do przypadku, gdy temperatura całego przekroju jest taka, jak temperatura dolnej półki. Ocena odporności ogniowej z uwzględnieniem tego czynnika wymaga analizy dwuwymiarowego pola temperatury. Grubości izolacji są podane w aprobatach technicznych ITB, w zależności od wskaźnika U/A i temperatury krytycznej Θa,kr. Jeżeli nie są dokonywane obliczenia, temperaturę krytyczna przyjmuje się: dla klasy R 30-550°C; dla klasy R 60-500°C; dla klasy R 120-950°C. W przekrojach klasy 4 i innych niż rozciągane, temperatura krytyczna nie może być niższa niż 350°C. Konstrukcje stalowe zabezpiecza się przed wpływem ciepła wydzielanego podczas pożaru przez: sytuowanie elementów nośnych poza obrysem budynku, zabezpieczenie pojedynczych elementów, osłony ogniochronne grup elementów (sufity podwieszone, ściany działowe). Pojedyncze elementy zabezpiecza się, nanosząc izolację na powierzchnię elementu (zabezpieczenia konturowe lub obudowując element płytami (zabezpieczenia skrzynkowe). Zabezpieczenia ogniochronne dzieli się niekiedy na tradycyjne i specjalne. Technologie tradycyjne to obetonowanie, obmurowanie, a więc zabiegi stosowane zwykle na placu budowy przy wykonywaniu innych robót. W ramach technologii specjalnych nakłada się farby ogniochronne, natryski i tynki ogniochronne oraz wykonuje się zabezpieczenia z płyt ogniochronnych. Z uwagi na mechanizmy działania, środki zabezpieczające dzieli się na: środki aktywizowane termicznie, środki pasywne. Wśród środków aktywizowanych termicznie wyróżnia się: powłoki pęczniejące, powłoki absorpcyjne. Powłoki pęczniejące pod wpływem temperatury wytwarzają porowatą warstwę izolacyjną. Zwykle w procesie pęcznienia wyzwala się woda, która pochłania część energii cieplnej przy odparowaniu. W materiałach ogniochronnych aktywizowanych termicznie zachodzą procesy chemiczne związków węgla i fosforu. Substancje organiczne, rozkładają się pod wpływem temperatury, tworząc związki węglowe, gazy oraz węgiel. W obecności kwasu fosforowego dodatkowo jest wyzwalana woda, umożliwiając powstanie pianki o właściwościach termoizolacyjnych. Większość środków aktywizowanych termicznie zawiera następujące komponenty: generator kwasu fosforowego (np. fosforan amonu), który pod wpływem temperatury ulega rozpadowi, prowadząc do powstania kwasu fosforowego; substancje organiczne, rozkładające się z wytworzeniem zwęgliny; substancje spieniające – materiały ulegające dekompozycji pod wpływem ciepła, które tworzą niepalne gazy decydujące o ekspansji pianki; spoiwo (materiał akrylowy lub epoksydowy), wiążące pęczniejące pokrycie i utrzymujące gazy wewnątrz porów. Proces spęczniania rozpoczyna się w temperaturze 200 – 250°C. Woda powstała w wyniku reakcji rozkładu związków organicznych w obecności kwasu fosforowego ulega odparowaniu, a powstałe pęcherzyki formują piankę. Pianka ulega dalszemu spęcznieniu wskutek wydzielania gazów ze środków spieniających. Większość powstałych pęcherzyków jest kontrolowana przez spoiwo wiążące piankę i nadające jej odpowiednią sztywność. Obecność kwasu fosforowego zapobiega utlenianiu węglowego szkieletu i erozji powłoki pod wpływem wysokich temperatur. Zestaw farb do zabezpieczeń ogniochronnych składa się zwykle z trzech warstw. Warstwa podkładowa o grubości 40 – 100 μm, nakładana na stal oczyszczoną metodą piaskowania do wymaganego stopnia czystości, pełni funkcję antykorozyjną i przygotowuje przyczepne podłoże pod powłokę pęczniejącą. Ogniochronna warstwa pęczniejąca może być różnej grubości, zależnie od wskaźnika masywności zabezpieczanego przekroju, wymaganej klasy odporności ogniowej oraz temperatury krytycznej stali. W zastosowaniach praktycznych spotyka się grubości 300 – 4000 μm. Grube powłoki nakłada się warstwami (nawet do 8 warstw), a niektórzy producenci zalecają zbrojenie powłoki siatkami z włókien stalowych lub szklanych. Nakładanie zestawu ogniochronnego kończy ułożenie warstwy nawierzchniowej grubości 40 – 120 μm, której zadaniem jest ochrona powłoki przed oddziaływaniem środowiska oraz wykończenie dekoracyjne powłoki. Powłoki nanosi się ręcznie lub natryskowo. Najczęściej producenci farb dopuszczają obydwa sposoby malowania.
Mechanizm działania powłok absorpcyjnych wiąże się z pochłanianiem energii cieplnej w wyniku chłodzenia oblacyjnego, polegającego na topnieniu materiału powłoki lub sublimacji, czyli przejściu materiału z fazy stałej bezpośrednio w stan gazowy. Jest to więc zmniejszenie strumienia energii cieplnej, dopływającej do powierzchni stali w wyniku pochłaniania jej części potrzebnej na przemiany fazowe materiału pokrycia.
Ogniochronne izolacje natryskowe. Są to zwykle izolacje z granulatu wełny mineralnej o gęstości 300 – 600 kg/m². Przewodność cieplna w temperaturze 20°C tego typu izolacji wynosi 0,085 W/(mxK), a ciepło właściwe 14 Wmin/(kgxK). Stosuje się dwie technologie wykonania izolacji natryskowych: transportem pneumatycznym fabrycznie przygotowanej suchej masy i mieszaniem jej z wodą lub ciekłym spoiwem u wylotu końcówki specjalnego agregatu natryskowego (technologia „sucha”); z mieszaniem składników „na mokro” i nakładaniem mechanicznym tynku.
Tynki ogniochronne. Są to wyprawy, zawierające jako wypełniacz lekkie kruszywo (np. perlit), nanoszone agregatem tynkarskim. Na ogół przy większych wysokościach belek stosuje się siatkowanie. Gęstość takich tynków wynosi 600 – 1000 kg/m³, a ich współczynnik przewodzenia ciepła, w zależności od gęstości, w granicach 0,09 – 0,20 W/(mxK).
Zabezpieczenia płytowe. Stosuje się różnego rodzaju wyroby, od płyt z wełny mineralnej o gęstości 150 kg/m³, przez płyty gipsowo-kartonowe zbrojone rozproszonym włóknem szklanym o gęstości 800 kg/m³, po specjalne płyty silikatowo cementowe o zróżnicowanej gęstości (450 – 900 kg/m³) i współczynniku przewodzenia ciepła 0,08 – 0,20 W/(mxK). W niektórych technologiach płyty są klejone lub klejone i mocowane mechanicznie. W innych wyłącznie mocowane mechanicznie.
Zabezpieczenia grupowe . Mogą tu być stosowane sufity podwieszone z prasowanych płyt z wełny mineralnej, wełny szklanej, płyt gipsowo-kartonowych lub specjalnych płyt ogniochronnych. Rozwiązanie powinno obejmować zabezpieczenie opraw oświetleniowych, kratek wentylacyjnych i otworów rewizyjnych.
Słupy można zabezpieczać przy wykonywaniu ścian betonowych, murowanych lub lekkich ścian warstwowych, przy czym odporność ogniowa słupów zależy od odporności ogniowej ściany i może być niesymetryczna w zależności od tego, z której strony działa ogień.
Zalecenia przy wykonywaniu zabezpieczeń ogniochronnych konstrukcji stalowych: 1.W przypadku wypełniania słupów z profili zamkniętych betonem, należy w ścianach wykonać otwory u podstawy i przy głowicy słupa o powierzchni co najmniej po 3 cm². Rozstaw otworów nie powinien być większy niż 5 m. Otwory te powinny przebiegać także przez izolację zewnętrzną; 2.W przypadku zastosowania ogniochronnych farb pęczniejących, instalacje i przewody wentylacyjne powinny przebiegać w odległości co najmniej 1,5 cm od profilu; 3.Złącza śrubowe powinny być zabezpieczone; 4.Przejścia instalacyjne przez otwory w belkach powinny być wykonane według, przy czym przewody instalacyjne należy podwieszać w taki sposób, aby nie spoczywały na izolacji ogniochronnej; 5.Przed przystąpieniem do wykonania zabezpieczeń ogniochronnych, należy zamocować do konstrukcji łączniki, uchwyty itp., służące np. do montażu instalacji lub sufitów podwieszonych (w szczególności dotyczy to elementów mocowanych metodą spawania).
Najprostszą metodą jest określenie odporności ogniowej według tablic, w których – w zależności od poziomu obciążenia, wymiarów geometrycznych przekroju poprzecznego i otuliny zbrojenia – ustala się klasę odporności ogniowej pojedynczego elementu. Tablice dotyczą wyłącznie elementów ogrzewanych według krzywej standardowej.
Druga uproszczona metoda polega na sprawdzeniu po jakim czasie t nośność przekroju zredukowanego, czyli przyjmowanego bez części przekroju ogrzanej do temperatury wyższej niż 500°C, jako nieprzenoszącej obciążeń. Nośność sprawdza się na podstawie temperatury zbrojenia, przyjmując, że wytrzymałość obliczeniowa betonu w strefie ściskanej jest taka, jak wytrzymałość charakterystyczna w temperaturze normalnej.
Odporność ogniową słupów można określić, jeżeli: obciążenia poziome przenoszone są przez elementy usztywniające; długość obliczeniowa słupa l0 ≤ 3,0 m, (dla kondygnacji pośrednich można przyjmować l0 = 0,5 l, a dla kondygnacji najwyższej l0 = 0,7 l, gdzie l jest długością słupa); mimośród MSd i NSd to moment zginający i siła podłużna wywołana obciążeniem obliczeniowym; stopień zbrojenia As/Ac < 0,04.
Gdy odległość środka ciężkości zbrojenia a ≥ 70 mm, należy dodatkowo stosować pod powierzchnią betonu siatkę stalową z drutu o średnicy nie mniejszej niż 4 mm i oczku mniejszym niż 10 mm.
Ekspozycja z jednej strony dotyczy słupa umieszczonego w licu ściany o tej samej odporności ogniowej co słup lub słupów wysuniętych, jeżeli część słupa znajdująca się w ścianie przenosi całe obciążenie. Żaden otwór w ścianie nie może być umieszczony bliżej powierzchni słupa niż w odległości bmin.
W tablicy 9.26 podano klasy odporności ogniowej ścian nienośnych, działowych o wysokości do 3,5 m, które klasyfikuje się tylko z uwagi na kryteria szczelności ogniowej E i izolacyjności ogniowej I, natomiast w tablicy 9.27 – klasy odporności ścian obciążonych. Przyjęta w tablicy 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 tablicy podano klasy odporności ogniowej dla belek ogrzewanych z trzech stron, izolowanych przez cały czas oddziaływania temperatury przez strop. W przypadku belek z bokami pochylonymi szerokość b przyjmuje się jako szerokość belki w środku ciężkości zbrojenia rozciąganego. Średnia grubość półki belki dwuteowej powinna spełniać warunek: deff = d1 + 0,5d2 ≥ bmin. Zasady tej można nie stosować, jeżeli w przekrój belki da się wpisać przekrój hipotetyczny, spełniający wymagania i zawierający całe zbrojenie.
Odporność ogniowa konstrukcji murowych. Podobnie jak w przypadku konstrukcji żelbetowych, klasy odporność ogniowej murów można określać na podstawie tablic lub obliczeniowo. W zasadzie metody obliczeniowe dotyczą elementów pełnych, gdyż trudno jest ustalić rozkład temperatury w elementach drążonych, pustkach, cegłach sitówkach, kratówkach itp. Klasy odporności ogniowej ścian z pustaków i płyt drążonych oraz pustaków ceramicznych są podawane w aprobatach technicznych. W zależności od rozmieszczenia i kształtu otworów oraz ich usytuowania w stosunku do ekspozycji ogniowej ściany zachowują się w różny sposób.
Klasy odporności ogniowej o stosunku wysokości do grubości ściany nie większym niż: dla ścian nośnych: na zaprawie zwykłej lub lekkiej 27, na cienkich spoinach 30; dla ścian nienośnych 40; podano w tablicach w zależności do: rodzaju użytych elementów murowych, grupy elementów murowych , wskaźnika wykorzystania nośności ściany (α = NSd/NRd).
Drewno w konstrukcjach jest stosowane jako drewno lite, poddawane wyłącznie obróbce mechanicznej, lub drewno klejone, w postaci elementów klejonych warstwowo oraz z forniru grubości od 3,2 do 4 mm. Z uwagi na sposób stosowania, elementy drewniane występują jako nieosłonięte elementy prętowe bądź w elementach warstwowych, w których drewno stanowi szkielet konstrukcji, natomiast funkcje oddzielające spełniają okładziny z desek, płyt gipsowo kartonowych lub innych i wypełnienie izolacyjne. Elementy warstwowe mogą powstawać na budowie bądź są produkowane w wytwórniach jako gotowe płyty lub fragmenty elementów konstrukcyjnych i na placu budowy jedynie scalane. W elementach warstwowych jest stosowane na ogół drewno lite, chociaż w ostatnim okresie coraz częściej wykonuje się (wzorem konstrukcji stalowych) dwuteowniki lub elementy stalowo-drewniane.
W dwuteownikach półki przenoszące moment są z drewna litego, natomiast środnik przenoszący naprężenia styczne ze sklejki lub płyt drewnopodobnych. Elementy stalowo-drewniane są wykorzystywane jako belki stropowe. Półki wykonuje się z drewna litego, natomiast funkcję środnika pełnią taśmy, pręty lub profile gięte na zimno łączące półki belki. W związku z tym powstaje rodzaj kratownicy, w której elementy stalowe przenoszą siły osiowe. Z uwagi na konieczność wykorzystania nośności przekroju, szkielet jest wykonany ze stosunkowo wąskich i wysokich elementów o dużym momencie bezwładności w jednym kierunku i małym w drugim. Przed utratą stateczności szkielet chronią wykładziny.
Wobec dużej różnorodności rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych, w wielu przypadkach brak jest danych doświadczalnych, pozwalających na obliczeniowe określenie odporności ogniowej. Z drugiej strony odporność ogniowa nieosłoniętych elementów dwuteowych jest bardzo niska. Z uwagi na sposób stosowania drewna można wyodrębnić konstrukcje prętowe i konstrukcje płytowe. W drewnianych konstrukcjach prętowych podobnie jak w konstrukcjach stalowych, odporność ogniową rozważa się tylko z uwagi na funkcję nośną, określoną przez kryterium R. Odpowiednią klasę odporności ogniowej uzyskuje się przez dobranie takich wymiarów przekroju poprzecznego, aby niezwęglone jądro przekroju mogło przez określony czas przenosić obciążenia występujące w sytuacji pożarowej. W drugim przypadku następuje rozdzielenie funkcji nośnych i wydzielających. Funkcję nośną R pełni szkielet drewniany, któremu odpowiednią odporność ogniową zapewnia dobranie odpowiedniej grubości okładzin.
Funkcję wydzielającą (kryteria E oraz I) pełnią okładziny wraz z wypełnieniem. Elementy konstrukcyjne mogą być zabezpieczone okładzinami z drewna, materiałów drewnopochodnych lub innych ( np. płytami gipsowo kartonowymi). Jeżeli element jest zabezpieczony, w obliczeniach nośności należy uwzględnić że: rozpoczęcie zwęglania następuje z opóźnieniem w stosunku do początku zwęglania określonego dla elementów nieosłoniętych, prędkość zwęglania ulega redukcji w czasie tf określającym zniszczenie okładzin, prędkość zwęglania wzrasta po zniszczeniu okładzin, czyli po osiągnięciu czasu tf.
Przy sprawdzaniu odporności ogniowej niezabezpieczonych lub zabezpieczonych konstrukcji prętowych, można korzystać z metody redukcji przekroju poprzecznego, z metody redukcji właściwości mechanicznych lub z metody obliczania nośności na podstawie analizy przepływu ciepła i masy, z uwzględnieniem zmiany parametrów mechanicznych przekroju w funkcji temperatury i wilgotności. Dwie pierwsze metody są metodami uproszczonymi, trzecia zaś wymaga określenia wielu parametrów doświadczalnych i – mimo, że ma podstawy teoretyczne – obecnie jest trudna do zrealizowania.
W metodzie redukcji właściwości mechanicznych przyjmuje się w obliczeniach: przekrój określany przez granicę niezwęglonego jądra przekroju; dla t ≥ 20 min współczynnik kmod,fi . Dla t = 0 i sytuacji pożarowej przyjmuje się kmod,fi = 1, a dla 0 ≤ t ≤ 20 min.
można zastosować poziomą płytę żelbetową (bądź rozwiązanie równorzędne) w połaci dachowej bezpośrednio pod niepalnym lub trudno zapalnym pokryciem szerokości co najmniej 0,8 m i grubości co najmniej 0,1 m; 2. Aby zapobiec rozprzestrzenianiu się pożaru miedzy strefami pożarowymi, klapy dymowe powinny być oddalone od ściany oddzielenia przeciwpożarowego o co najmniej 5 m a w przypadku przylegających do siebie stref pożarowych o zróżnicowanej wysokości – o co najmniej 2,5 m. Ściany oddzieleń przeciwpożarowych powinny wystawać poza zewnętrzną płaszczyznę ścian budynku co najmniej 0,3m. Występ można zastąpić pasami w płaszczyźnie ściany zewnętrznej, wykonanymi z materiałów niepalnych o odpowiedniej odporności ogniowej równej odporności ogniowej ściany oddzielenia przeciwpożarowego i o szerokości w planie nie mniejszej niż 1,80 m po obydwu stronach ściany oddzielenia przeciwpożarowego. 3.Otwory drzwiowe i oświetlające (bez klasy odporności ogniowej) w ścianach zewnętrznych dwóch sąsiednich stref pożarowych powinny być od siebie oddalone co najmniej o 4 m, licząc miedzy najbliższymi krawędziami tych otworów, jeżeli kąt zawarty miedzy tymi ścianami jest mniejszy niż 120° i nie mniejszy niż 90°; 4.W przypadku stosowania sufitów podwieszanych ściana oddzielenia przeciwpożarowego powinna przecinać przestrzeń pomiędzy sufitem a otworem lub stropodachem. Lekkie ściany oddzieleń przeciwpożarowych, np. z płyt warstwowych, składających się z wełny mineralnej lub innych materiałów niepalnych w okładzinach z blachy stalowej, można kształtować w różny sposób. W tym przypadku rozdziela się funkcje tak, aby np.. Konstrukcja stalowa miała odporność ogniową z uwagi na nośność R, natomiast płyta warstwowa z uwagi na szczelność i izolacyjność EI.
Można także konstruować ściany o niesymetrycznej odporności ogniowej, jeżeli oddzielają one części budynku o różnych klasach odporności pożarowej. Ściany oddzieleń przeciwpożarowych mają zapobiegać przemieszczaniu się pożaru pomiędzy strefami pożarowymi. Podane w poprzednich punktach wymagania określają zasady konstruowania takich ścian, które spełniają ten postulat w większości przypadków, ale nie zawsze. Jeżeli zdarzy się niesprzyjający, mało prawdopodobny zbieg okoliczności, czyli łącznie wystąpi pożar o dużej intensywności, niekorzystny kierunek wiatru, niekorzystna cyrkulacja powietrza wewnątrz budynku, to ściana oddzielenia przeciwpożarowego może nie zapobiec przerzutowi pożaru do sąsiedniej strefy. Zawsze jednak ułatwi jej obronę podczas akcji gaśniczej.
Błędy w konstruowaniu ścian powstają na etapie projektowania. Polegają one na tym, że: konstrukcja nośna budynku jest fragmentem konstrukcji nośnej ściany, co powoduje, że w przypadku wzrostu temperatury powstają znaczne siły poziome prowadzące do zniszczenia przegrody; ściany oddzieleń przeciwpożarowych nie są obliczane pod tym kątem i nie są konstruowane w taki sposób, aby te obciążenia zminimalizować, nie są uwzględniane obciążenia poziome, wynikające z różnicy ciśnień i cyrkulacji powietrza podczas pożaru, nie są zachowane odległości świetlików i klap dymowych od ściany oddzielenia przeciwpożarowego, co umożliwia przerzut ognia przez dach, stosuje się klapy dymowe o zbyt małym kącie otwarcia, co przy silnym wietrze i pootwieranych drzwiach grozi „wtłoczeniem” ognia do wewnątrz budynku, nie przewiduje się kompensacji przewodów wentylacyjnych.
Przegrody klasy E ograniczają w ciągu określonego czasu jedynie przepływ gorących gazów i obszar płomieni do pomieszczenia, w którym wybuchł pożar. Przegrody klasy EW dodatkowo ograniczają strumień ciepła, ale efekt oddziaływania ognia na obiekty znajdujące się po stronie przeciwnej zależy od cech geometrycznych i usytuowania przegrody oraz położenia obiektu względem niej. Według polskich przegrody klas E lub EW mogą być stosowane tylko w przedsionkach, jako druga przegroda oddzielająca od klatek schodowych pomieszczenia, w których może powstać pożar. Dominującymi obecnie rozwiązaniami w zakresie przeszkleń ognioochronnych są konstrukcje szkieletowe, w których szyby stanowią przezroczyste lub częściowo przezroczyste wypełnienie. Metalowy lub drewniany szkielet umożliwia łączenie tafli szyb, mocowanie drzwi lub okien i przenosi obciążenia od ciężaru własnego, a w szczególności od stosunkowo ciężkich szyb izolacyjnych. Wdraża się też systemy łączone szkieletowo-klejone.
Zastosowanie ścianek szkieletowych danego rodzaju zależy od następujących czynników: kryteriów oceny funkcji wydzielających (czy ścianka ma spełniać kryteria EI, czy tylko E lub EW), efektów oddziaływań termicznych na szkielet nośny ścianki, co może przejawiać się zmianą właściwości fizycznych lub destrukcją materiału, a także powstawaniem odkształceń lub sił wewnętrznych w wyniku rozszerzalności liniowej. Kryteria oceny mają decydujący wpływ na wybór rodzaju (izolacyjne lub nieizolacyjne) rozwiązania szkieletu, a także na przyjęcie sposobu mocowania szyb w ramie. Efekty oddziaływań termicznych, związane z rozszerzalnością termiczną, mają natomiast wpływ głównie na rozwiązania szkieletu, przy czym podstawowe znaczenie ma tutaj ograniczenie niekorzystnego oddziaływania gradientu temperatury w przekroju poprzecznym. W wyniku wystąpienia różnic temperatury dochodzi do silnego wygięcia przegrody w kierunku działania ognia bądź do powstania momentów zginających, w przypadku sztywnego zamocowania do innych elementów budynku lub do utraty stateczności związanej z ograniczeniem odkształceń.
Ścianki przeszklone są wrażliwe na niedokładności wykonania. Bardzo istotny jest także ich podział geometryczny i sposób mocowania. Połączenia ścianek z innymi elementami budynku powinny być elastyczne i umożliwiać przemieszczenia, aby uniknąć dodatkowych sił wewnętrznych wywołanych rozszerzalnością liniową.
Środki ogniochronne Substancje używane do ochrony przed ogniem powinny:opóźnić moment zapalenia się materiału, zmniejszyć szybkość powierzchniowego rozprzestrzeniania się płomienia, zmniejszyć intensywność palenia się materiałów. Środkom ogniochronnym stawia się ponadto wymagania dodatkowe: muszą być nieszkodliwe dla ludzi i zwierząt, nie mogą wydzielać toksycznych substancji w normalnych warunkach eksploatacji, podczas rozkładu termicznego w wysokiej temperaturze nie powinny wydzielać substancji nadmiernie toksycznych, nie powinny zmieniać właściwości oraz barwy zaimpregnowanego materiału, nie powinny powodować korozji stali (gwoździe, połączenia).
Najbardziej skutecznie elementy i konstrukcje drewniane zabezpiecza się przed ogniem, impregnując wyroby te w trakcie procesu produkcyjnego. Niejednokrotnie jednak zabezpieczenia wymagają wyroby już gotowe lub nawet wbudowane w obiekt. W takich przypadkach stosuje się następujące technologie: nasycanie drewna specjalnymi roztworami, pokrywanie wyrobu farbą lub lakierem, pokrywanie wyrobu warstwą materiału niepalnego.
Środki ogniochronne- rodzaje: 1.Środki wytwarzające w wysokiej temperaturze gazowe powłoki ochronne, z gazów niepalnych. Mają działanie inhibitujące palenie, są zdolne do związania się ze strukturą polimeru i przekształcenia jej w trudno zapalną. Są to związki amonowe, halogenowe (Br, Cl, F), siarczany organiczne; 2.Środki hamujące wzrost temperatury cząstek lignocelulozowych, dzięki pochłanianiu energii na przemiany fazowe, rozkładowi oraz zdolności przechodzenia w temperaturze płomienia w niepalne formy ciekłe, odcinające dopływ tlenu. Wytwarzają węglowe warstwy ochronne oraz piany izolacyjne; 3.Środki łączące cechy obu wyżej podanych grup; 4.Środki izolujące (środki aktywizowane termicznie, które pod wpływem ciepła pęcznieją, tworzą grubą, zwęgloną warstwę ochronną, powłoki barierowe, zawierające włókna mineralne, szkło granulowane, kaolin lub inne materiały nieorganiczne, obniżające strumień ciepła dopływający do powierzchni ochronnej). Wszystkie te środki chronią przed spalaniem płomieniowym, głównie drewno i materiały drewnopochodne poddane oddziaływaniom termicznym o niewielkiej intensywności, odpowiadającym początkowej fazie pożaru, tj. poziomom chwilowym, małych źródeł ognia bądź pojedynczych płonących przedmiotów. Środki te nie zapobiegają destrukcji drewna i materiałów drewnopochodnych, jeżeli oddziaływania termiczne odpowiadają rozwiniętej fazie pożaru, co więcej, niektóre środki zawierające np. związki fosforowe, mogą je nawet przyspieszać. Odrębną grupę stanowią izolacje z takich materiałów, jak płyty lub natryski z wełny skalnej, płyty z wełny szklanej, płyty gipsowo-kartonowe, wapienno- piaskowe itp. Z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe są one stosowane aby zwiększyć nośność konstrukcji w sytuacji pożarowej, ale jednocześnie powodują ograniczenie strumienia ciepła docierającego do palnej powierzchni, spełniając podobną rolę jak wcześniej wymienione środki.
Drewno i materiały drewnopochodne oraz inne wyroby lignocelulozowe zabezpiecza się przez nasycenie lub powlekanie. Nasycenie polega na nanoszeniu impregnatu pędzlem, metodami natrysku, kąpieli lub ciśnieniowo-próżniową. Materiały zabezpieczone pędzlem lub natryskowo powinny wchłonąć 150-200 g suchej masy na 1 m² powierzchni. Taki efekt uzyskuje się po wykonaniu 3-5 zabiegów w odstępach kilkugodzinnych. Metody kąpieli oraz ciśnieniowo-próżniowe są stosowane do zabezpieczenia elementów i konstrukcji gotowych, ale jeszcze nie wbudowanych. Wystarczające zabezpieczenie zapewnia wchłoniecie co najmniej 17 kg suchego preparatu na 1 m³ nasycanego drewna.
Nasycane tkaniny będą skutecznie zabezpieczone przed działaniem ognia, gdy wchłoną (zależnie od rodzaju oraz gramatury) od 5 do 15% suchego preparatu lub co najmniej 50 g środka na 1 m² tkaniny. Farby oraz inne powłoki ogniochronne nanosi się pędzlem lub metodą natrysku. O skuteczności powlekania decyduje głównie grubość nałożonej warstwy. Wieloletnie próby i doświadczenie praktyczne wykazały, że odpowiednie zabezpieczenie prze ogniem wymaga nałożenia na powierzchnię drewna niżej podanych środków ogniochronnych, zależnie od ich rodzaju. I tak w przypadku: powłok uniwersalnych (wapno, glina) 800-1500 g/m², farb na bazie szkła wodnego i wypełniaczy mineralnych 500-800 g/m², farb na bazie fosforanu amonowego 250-400 g/m², farb olejnych 300-500 g/m², powłok z żywic syntetycznych 200-300 g/m². Powierzchnie materiału należy odpowiednio przygotować przed rozpoczęciem zabezpieczania. Powinny one być: czyste i suche (z drewna należy usunąć łyko i korę oraz różne oleje, smary wolne od innych powłok. Zaleca się ponadto wykonanie próbnych impregnacji na wycinkach zabezpieczanych materiałów, celem sprawdzenia czy preparat ogniochronny nie wywoła negatywnych skutków ubocznych (np. zmiany barwy drewna). W przypadku gdy nie jest konieczne zachowanie faktury i wyglądu drewna, można stosować rozwiązania polegające na pokryciu powierzchni drewna warstwą materiału niepalnego (natryskowe masy ogniochronne, tynki na siatce, okładziny z płyt gipsowo-kartonowych lub z wełny mineralnej). Przy zastosowaniu tynków i okładzin zewnętrznych należy zwrócić uwagę na fakt, że mogą one powodować kondensację pary wodnej na powierzchni drewna, co sprzyja degradacji biologicznej tego materiału.