Przeciwpożarowe projektowanie budowli

1. Podaj temperatury graniczne dla stali, w których:

• temperatura nie ma wpływu na wartość granicy plastyczności (dopuszczalny błąd +/- 20°C)

• wartość granicy plastyczności spada o połowę w porównaniu z temperaturą pokojową(dopuszczalny błąd +/- 100°C)

· Temperatura nie ma wpływu na wartość granicy plastyczności (dopuszczalny błąd +/-)

Do ok. temperatura nie ma wpływu lub ma minimalny wpływ na wartość współczynnika redukcyjnego wytrzymałości.

· Wartość granicy plastyczności spada o połowę w porównaniu z temperaturą pokojową (dopuszczalny błąd +/-)

Wytrzymałość stali spada o połowę przy temperaturze ok.

2. Wytrzymałość stali i wytrzymałość betonu na ściskanie spadają przy wzroście temperatury z bardzo podobną szybkością. Z czego wynika więc większa odporność konstrukcji żelbetowych na warunki pożarowe?

Stal w porównaniu z innymi materiałami budowlanymi charakteryzuje się wysoką przewodnością termiczną. W warunkach pożarowych elementy stalowe uzyskują szybko(po kilku lub kilkunastu minutach) temperaturę przy której w wyniku obniżenia właściwości wytrzymałościowych lub dużych przemieszczeń elementów konstrukcji dochodzi do utraty nośności. Temperatura ta zwana temperatura krytyczną dla typowych elementów wynosi(słupy i belki klasa 1,2 lub 3) 500-. Konstrukcje betonowe są masywniejsze oraz nagrzewają się wolniej stąd doprowadzenie do temperatury krytycznej trwa dłużej niż w przypadku stali.

Kształt i geometria przekroju poprzecznego jest kolejnym istotnym czynnikiem determinującym zachowanie się elementu konstrukcyjnego w sytuacji pożarowej. W przypadku elementów, których powierzchnia boczna jest duża w stosunku do objętości zawartego w nich materiału (np. zimnogięte kształtowniki stalowe) przepływ ciepła z otoczenia do elementu konstrukcyjnego jest bardzo szybki, dlatego elementy takie charakteryzują się niewielką odpornością na działanie pożaru. Z kolei elementy masywne, których powierzchnie boczne są niewielkie w porównaniu z objętością zawartego w nich materiału (np. duże belki o przekroju prostokątnym) będą wykazywał znacznie większą „wrodzona” odporność na działanie pożaru.

Powyższa charakterystyka przekroju jest opisywana ilościowo poprzez wskaźnik masywności (w Eurokodach nazywany wskaźnikiem ekspozycji przekroju) definiowany jako Am/V, gdzie Am to pole powierzchni elementu na jednostkę długości a V to objętość elementu na jednostkę długości.

Sposób wyznaczania powyższego wskaźnika najłatwiej zobrazować na prostym przykładzie.

Rozważmy słup o przekroju kwadratowym 0,30 x 0,30 m oraz analogiczny słup o przekroju

dwuteowym 0,50 x 0,30 m mający takie samo pole powierzchni przekroju poprzecznego. W tym

drugim przypadku pomimo tej samej ilości zawartego w nim materiału znacznie zwiększa się

powierzchnia boczna elementu, przez którą wnikać może w niego strumień ciepła

3. Wymień właściwości stali zmieniające się w podwyższonej temperaturze uwzględniane w obliczeniach konstrukcji w sytuacji pożarowej.

4. Przedstaw na wykresie temperatura - czas przebieg typowego pożaru, zaznacz i nazwij charakterystyczne etapy wyróżniane w czasie pożaru.

W rzeczywistości kształt typowej krzywej zależy od charakterystyki rozważanej strefy pożarowej w szczególności warunków jej wentylacji, a także od rodzaju i rozmieszczenia nagromadzonych wewnątrz materiałów palnych. Wyróżnia się fazę rozwoju pożar, którą cechuje monotoniczny wzrost temperatury spalin aż do osiągnięcia temperatury maksymalnej i następującą po niej fazę stygnięcia . W ogólności krzywa ta jest funkcją wielu zmiennych decyzyjnych.

5. Wymień i scharakteryzuj podstawowe zagrożenia występujące w czasie pożaru wewnętrznego

• zagrożenie życia lub zdrowia przebywających w budynku osób poprzez:

1. bezpośrednie działanie ognia

2. destrukcyjne a nawet śmiercionośne dla zdrowia ludzkiego działanie toksycznych produktów spalania

3. uszkodzenie elementów konstrukcji budynku

4. zawalenie się budynku

(W Polsce rocznie ginie w pożarach 1,46 osoby na 100 tysięcy mieszkańców - jest to wartość w przybliżeniu równa wartości średniej w krajach europejskich)

• zagrożenia utraty mienia

1. utrata wartościowych przedmiotów/dokumentów

2. uszkodzenie budynku lub całkowite jego zawalenie - szczególnie bolesne w budynkach zabytkowych

( W państwach europejskich straty bezpośrednie spowodowane pożarami wynoszą od 0,09 do 0,4 %

Pożary uwięzione w pomieszczeniach są bardzo groźne i często przebiegają bardzo gwałtownie. Energia wyzwolona w wyniku spalania zostaje zmagazynowana w pomieszczeniu. Objawia się to wzrostem temperatury gazów pożarowych, wzrostem temperatury powierzchni materiałów i konstrukcji pomieszczenia. W przypadku gdy materiały te mają temperatury zapalenia niewiele różniące się od siebie, zapalają się prawie równocześnie. Takie jednoczesne zapalenie się materiałów nazywa się rozgorzeniem.

Dym ma właściwości toksyczne; jest w nim utrudniona widoczność, której zasięg praktycznie spada do zera. Badania wykazują, że nawet ludzie doskonale zorientowani w przestrzennej konfiguracji budynku, tracą orientację w warunkach silnego stresu związanego z przebywaniem w dymie. Dym rozprzestrzenia się kilkadziesiąt razy szybciej niż płomienie. W przypadku gdy konstrukcja sprzyja rozprzestrzenianiu się dymu (np. istnienie pionowych ciągów, atrium), zjawisko to dynamizuje się i nazywa się efektem kominowym

6. Na czym polega podejście nakazowe w ochronie przeciwpożarowej? Jaka jest rola inżyniera budowlanego?

Wg Tomu II Arkady str. 670:

"Pojęcie bezpieczeństwa pożarowego jest związane ściśle z charakterem przepisów obowiązujących w tym zakresie, przy czym można rozróżnić dwa krańcowo różnie sposoby ich formułowania:

• w postaci nakazów i zakazów odnoszących się do pewnych konwencjonalnych charakterystyk

• w postaci wymagań użytkowych

W pierwszym 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 - jeżeli nie są spełnione którekolwiek z wymagań zawartych w przepisach, to bezpieczeństwo pożarowe w budynku nie jest zapewnione

1- jeżeli są spełnione wszystkie wymagania zawarte w przepisach, to budynek jest bezpieczny

W drugim przypadku miarę bezpieczeństwa pożarowego jest czas do osiągnięcia stanów krytycznych:

- konstrukcji

- środowiska w pomieszczeniu i poszczególnych częściach budynku"

Można więc wnioskować, że podejście nakazowe w ochronie przeciwpożarowej wymaga spełnienia wszystkich wymagań zawartych w przepisach/rozporządzeniach.

Inżynier budowlany powinien dopilnować aby obiekty budowlany był zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby w przypadku pożaru:

• przez założony czas była zapewniona nośność konstrukcji

• ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu w budynku

• było ograniczone powstawanie i rozprzestrzenianie się ognia na obiekty sąsiednie,

• mieszkańcy mogli opuścić obiekt lub być uratowani w inny sposób

• był zapewniony odpowiedni poziom bezpieczeństwa ekip ratowniczych

7. Wymień osoby prawne i instytucje zaangażowane w ochronę przeciwpożarową budynków

- Inwestor i właściciel

- Urbanista

- Architekt

- Konstruktor

- Wykonawca

- Państwowy nadzór budowlany

- Straż Pożarna

- Ubezpieczyciel

8. Wymień i scharakteryzuj sposoby ochrony pożarowej budynków.

• Ochrona przeciwpożarowa bierna

-ekrany cieplne

- materiały izolacji termicznej w postaci farb natryskowych, obudowy sztywnej

• Ochrona przeciwpożarowa czynna

-tryskacza

- kurtyny wodne

- instalacje rozpylania pary wodnej

- czujniki dymu

• Wyposażenie budynku w gaśnice, hydranty wewnętrzne z wężami gaśniczymi

• stosowanie przegród przeciwpożarowych odgradzających strefy pożarowe

Inne metody ograniczające wzrost temperatury konstrukcji:

- wypełnienie woda profili zamkniętych

-częściowe zamurowanie lub zabetonowanie w ścianch lub stropach

9. Wymień i krótko scharakteryzuj główne etapy analizy nośności konstrukcji budynku prowadzonej metodami inżynierii pożarowej.

• Metoda nośności.

Metoda ta oparta jest na obliczeniu nośności elementu po upływie wymaganego okresu ognioodporności i porównaniu jej z wpływem oddziaływań na konstrukcje o podwyższonej temperaturze.

Klasyfikacja przekroju

Tak jak w przypadku obliczeń konstrukcji w warunkach temperatury normalnej przekroje poprzeczne są klasyfikowane zgodnie z norma. Współczynniki ε modyfikuję się przez zastosowanie czynnika 0,85 aby uwzględnić obniżenie granicy plastyczności i modułu sprężystości elementów stalowych w podwyższonych temperaturach. Ta modyfikacja obniża wartości graniczne c/t dla różnych klas przekrojów tak wiec niektóre przekroje mogą być zaklasyfikowane bardziej surowo niż w standardowej sytuacji obliczeniowej.

Proste modele obliczeniowe do obliczania nośności konstrukcji przy rozciąganiu, ścinaniu i zginaniu elementów stalowych w warunkach pożaru podano w Eurokodzie.

Modele te opierają się na założeniu, że rozkład temperatury elementów konstrukcyjnych jest równomierny i wykorzystuje obniżoną granicę plastyczności oraz odpowiednie współczynniki częściowe przy projektowaniu z uwagi na warunki pożarowe.

10. Zdefiniuj i omów oznaczenia: R60, 160, E30. Jaki dokument definiuje te oznaczenia?

R60 – 60-cio minutowa nośność ogniowa konstrukcji.

Nośność ogniowa – zdolność konstrukcji jako całości lub pojedynczego elementu do przejęcia określonych oddziaływań pożaru zgodnie z określonymi kryteriami.

I60 – 60-cio minutowa izolacyjność pożarowa

Izolacyjność pożarowa – zdolność osłaniającego elementu konstrukcji budowlanej poddanej oddziaływaniu pożaru po jednej stronie do ograniczenia wzrostu temperatury powierzchni nie ogrzewanej do wzrostu temperatury poniżej określonych poziomów.

E30 – 30-sto minutowa szczelność pożarowa

Szczelność pożarowa - zdolność oddzielającego elementu konstrukcji budowlanej poddanej oddziaływaniu pożaru po jednej stronie do zapobiegnięcia przedostania się pożaru i gorących gazów, oraz do zapobiegnięcia wystąpienia płomieni po stronie nie ogrzanej.

R60 - element wytrzyma 60 minut w stanie granicznym nośności ogniowej (fire resistance) - czyli przez 60 minut będzie w stanie spełniać swoją funkcję nośną

I60 - element wytrzyma 60 minut w stanie granicznym izolacyjności ogniowej (fire isolation) - czas po którym element przestaje spełniać funkcje oddzielające na skutek przekroczenia granicznej wartości temperatury jego powierzchni nieogrzewanej

E30 - element wytrzyma 30 minut w stanie granicznym szczelności ogniowej (fire etacheite) - czas po którym element przestaje spełniać funkcje oddzielające na skutek pojawienia się na jego powierzchni nienagrzewanej płomieni lub wystąpienia szczelin przekraczających graniczne wartości rozwartości lub długości

Dokument:

" ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY

z dnia 12 kwietnia 2002 r.

w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie"

11. Sposoby modelowania oddziaływań pożarowych.

- Modele obliczeniowe wykorzystujące dane tabelaryczne(analiza pojedynczych elementów konstrukcji)

- Proste modele obliczeniowe(analiza pojedynczych elementów i podukładów)

- zaawansowane modele obliczeniowe(analiza pożarowa całej konstrukcji)

12. Strefa pożarowa: definicja i cel stosowania.

Strefa pożarowa – zapobiega rozprzestrzenianiu się pożaru poza nią w określonym czasie trwania pożaru. Może stanowić ją budynek lub jego część oddzielona od innych budynków elementami poziomymi zabezpieczającymi przed pożarem lub w przypadku całego budynku odpowiednimi pasami wody. Jako część budynku traktuje się także jego kondygnacje jeśli klatki schodowe spełniają odrwienie wymagania.

Według polskich przepisów techniczno-budowlanych budynki dzieli oraz części budynków, stanowiące odrębne strefy pożarowe, dzieli się w zależności od przeznaczenia i sposobu użytkowania na:

- mieszkalne, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej charakteryzowane kategorią zagrożenia ludzi, określane jako ZL

- produkcyjne i magazynowe, określane jako PM

- inwentarskie (służące do hodowli inwentarza), określane jako IN Budynki oraz części budynków określane jako ZL, zalicza się do jednej lub więcej kategorii zagrożenia ludzi.

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. Minimalną szerokość pasa terenu, która jest niezbędna, aby budynki można było uznać za odrębne strefy pożarowe i wymagane właściwości przegród oddzieleń przeciwpożarowych, określają przepisy techniczno-budowlane.

13. Sposoby zabezpieczania biernego konstrukcji stalowych przed pożarem.

• ogniochronne izolacje natryskowe (granulat z wełny mineralnej)

• zabezpieczenie płytowe (z wełny mineralnej, gipsowo-kartonowe zbrojone rozproszonym włóknem szklanym, specjalne płyty silikatowo-cementowe

• zabezpieczenia grupowe (sufity podwieszane z prasowanych płyt z wełny mineralnej, wełny szklanej, płyt g-k lub specjalnych płyt ogniochronnych)

• ogniochronne farby pęczniejące

• obetonowanie elementu/ wykonanie elementu zespolonego

14. Omów najprostszą metodę analizy konstrukcji żelbetowych w warunkach pożarowych.

Metoda tabelaryczna jest najczęściej stosowanym przy analizowaniu zabezpieczenia przed pożarami. W metodzie tej w celu spełnienia standardowej odporności na ogień posługujemy się tablicami określającymi minimalne wymiary elementów oraz wymagane położenie zbrojenia.

15. Wymień najważniejsze materiały i wyroby stosowane do biernej ochrony konstrukcji budowlanych przed pożarem.

Zestaw farb pęczniejących - w zależności od ilości warstw występuję warstwa podkładowa, ochronna i nawierzchniowa. Powłoka gruntująca dodatkowo pełni ochronę przeciwkorozyjną. Powłoka zasadnicza pod wpływem płomieni i promieniowania cieplnego pęcznieje. Powłoka nawierzchniowa ma za zadnie ochronić warstwę zasadniczą przed szkodliwym oddziaływaniem środowiska

Zalety:

-niewielki ciężar

- wysoka estetyka wykonanych elementów

-szybkie tempo prowadzenia robót

Wady:

- brak możliwości uzyskania wyższych klas odporności ogniowych elementów konstrukcji

- nieznana skuteczność po 20 latach użytkowania

- duża podatność na uszkodzenia mechaniczne

- ograniczenia w montażu w przypadku skomplikowanych kształtów

- brak możliwości stosowania na zewnątrz budynków

Powłoki natryskowe – Ochronne powłoki natryskowe otrzymujemy przez nakładanie na powierzchnie stalowe, które mają być zabezpieczone. Powłoki natryskowe składają się z zaprawy wymieszanej z wodą. Zaprawa ma postać suchego proszku złożonego ze spoiwa mineralnego, wypełniaczy oraz dodatków modyfikujących. Zależnie od spoiwa mineralnego wyróżniamy powłoki natryskowe na bazie spoiwa cementowego, cementowo-gipsowego i gipsowego.

Zalety:

- szeroki zakres uzyskiwanych klas odporności ogniowej zabezpieczonych elementów

- możliwość zabezpieczania elementów o skomplikowanych kształtach

- duża trwałość odporność na fizyczne zniszczenia

- możliwość stosowania niektórych systemów na zewnątrz budynków

- szybkie tempo prowadzenia robót

Wady systemów natryskowych

-mało estetyczny wygląd

-podatność na uszkodzenia mechaniczne

-konieczność stosowania specjalistycznego sprzętu

- duży ciężar zabezpieczenia w przypadku uzyskania klasy odporności ogniowej R240

Izolacje płytowe – jako ogniochronne zabezpieczenie płytowe stosowane są wyroby gipsowe wyroby z mineralnych materiałów kompozytowych, a także z wełny skalnej.

- płyty z wełny gipsowo – włókowe

- płyty krzemianowo-wapniowe

- wyroby sylikatowo cementowe

Zalety:

- szeroki zakres uzyskiwanych klas odporności ogniowej zabezpieczających elementy

- możliwość łatwego montażu

- duża trwałość(odporność na fizyczne zniszczenia)

- szybkie tempo prowadzenia robót

Wady:

- podatność na uszkodzenia mechaniczne

- ograniczania montażu w przypadku skomplikowanych kształtów elementów

- wrażliwość na wilgoć

- brak możliwości stosowania na zewnątrz budynków

Zalety systemów na wełnie skalnej

- szeroki zakres uzyskiwanych klas odporności ogniowej zabezpieczających elementy

- niewielki ciężar

- możliwość łatwego montażu

- szybkie tempo prowadzenia robót

Wadą systemów jest

- duża podatność na uszkodzenia mechaniczne

- ograniczenia montażu w przypadku skomplikowanych kształtów elementów

- brak możliwości stosowania na zewnątrz budynków