1. WSTĘP

Pożar jest to niekontrolowany w czasie rozkład termiczny materiałów palnych. Podstawowym procesem fizykochemicznym zachodzącym podczas pożaru jest przebiegająca z dużą szybkością reakcja utlenienia, której towarzyszy wydzie­lanie znacznej ilości ciepła. Oddziaływania pożaru na budynek mają charakter oddziaływań wyjątkowych.

W odróżnieniu od innych zjawisk wywołujących oddziaływania wyjątkowe, pożar charakteryzuje się następującymi dwiema cechami:

• w przeważającej liczbie przypadków (poza wyładowaniami atmosferycznymi i wtórnymi skutkami, np. trzęsień ziemi) jest spowodowany zawsze 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 wyniku 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 pewnych przypadkach, np. pożarów rafinerii lub dużych składów chemicznych, pożar może być przyczyną silnego skażenia środowiska.

W odróżnieniu od spalania kontrolowanego, np. w piecu lub w 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 roz­mieszczenia palnych materiałów budowlanych, a także od instalacji umieszczo­nych w budynku i służących do tłumienia ognia (instalacje gaśnicze) i ograniczających rozprzestrzenianie się dymu (wentylacja pożarowa).

Skutki pożaru w dużym stopniu zależą od szybkości reakcji użytkowników na zagrożenie oraz od czasu, jaki upłynie do chwili podjęcia zewnętrznej ak­cji gaśniczo-ratowniczej, a także od sposobu organizacji tej akcji zarówno przez osoby znajdujące się wewnątrz budynku, jak i przez ekipy zewnętrzne. Moż­na zatem przyjąć, że istotne znaczenie ma tu szybkość dostarczania 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 on nie tylko od rozwiązań przestrzennych i konstrukcyjnych budyn­ku, ale także 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. Wszystkich tych czynni­ków nie da się ująć w formie parametrycznej, pozwalającej na ocenę poziomu bezpieczeństwa pożarowego.

Jak wykazują statystyki, zagrożenia spowodowane ludzką nieostrożnością i działaniem celowym (podpalenia) nie maleją wraz z rozwojem gospodarczym i zamożnością społeczeństw.

W Polsce rocznie ginie w pożarach budynków około 1,46 osoby na 100 tys. mieszkańców. Jest to liczba w przybliżeniu równa wartości średniej w krajach europejskich.

Szacuje się, że 70-80% wypadków śmiertelnych jest spowodowanych tok­sycznością produktów spalania.

Ofiary śmiertelne i ranni w pożarach stanowią od 14 do 16% ofiar klęsk żywiołowych, katastrof i awarii.

W państwach europejskich straty bezpośrednie spowodowane pożarami wyno­szą od 0,09 do 0,40% dochodu narodowego. Tak duże różnice nie są związane ze stopniem rozwoju gospodarczego. Można przypuszczać, że wynikają one z metod i dokładności prowadzonych obliczeń. Łącznie koszty prewencji, strat bezpośred­nich, pośrednich, ubezpieczeń stanowią około 0,9% dochodu narodowego.

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

1. w postaci nakazów i zakazów odnoszących się do pewnych konwencjonalnych charakterystyk,

2. w postaci wymagań użytkowych.

W pierwszym przypadku przepisy mają w dużym stopniu charakter formalno­prawny, 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 miarą bezpieczeństwa pożarowego jest czas do osią­gnięcia stanów krytycznych:

• konstrukcji,

• środowiska w pomieszczeniu i poszczególnych częściach budynku.

W dokumentach Unii Europejskiej bezpieczeństwo pożarowe (wyma­ganie podstawowe nr 2) zdefiniowano następująco:

Obiekty budowlane powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w przypadku pożaru:

• przez założony okres (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 łub być uratowani w inny sposób,

• był zapewniony odpowiedni poziom bezpieczeństwa ekip ratowniczych.

Podane wymagania szczegółowe nie są rozłączne, np. możliwość opuszczenia

budynku jest związana zarówno z nośnością konstrukcji, rozprzestrzenianiem się ognia i dymu wewnątrz obiektu, jak i z bezpieczeństwem ekip ratowniczych. Wynika to stąd, że elementy budynku i wyroby mogą spełniać podczas pożaru kilka funkcji.

Dokumenty UE dotyczą wyrobów przeznaczonych do zastosowania w obiek­tach budowlanych, a więc zarówno w budynkach, jak i budowlach inżynier­skich.

W ostatnich latach rozwija się dziedzina wiedzy nazywana inżynierią bezpie­czeństwa pożarowego. W jej ramach są opracowywane narzędzia służące do ra­cjonalnego projektowania budynków z uwzględnieniem instalacji. Metody te ba­zują na zakładanych scenariuszach pożarowych, dotyczących budynków o skomplikowanych rozwiązaniach przestrzenno-architektonicznych, dużych przestrzeni handlowych.

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 różnych rozwiązaniach przestrzeni wewnętrznych, dla których przepisów w formie zakazów i nakazów nie da się określić w sposób racjonalny.

2.PODSTAWOWE POJĘCIA

Zarówno z powodu gwałtownego rozwoju dziedziny „bezpieczeństwo pożarowe”, jak i w wyniku wprowadzenia norm Unii Europejskiej, następuje z jednej strony uściślenie wielu pojęć, są wprowadzane pojęcia nowe, a z drugiej strony tradycyj­ne, przyjęte od lat i rozumiane przez środowisko projektantów i dobrze osadzone w języku polskim terminy są zastępowane różnymi zbitkami słów, co jest na­stępstwem bezpośredniego tłumaczenia tekstów angielskich. W efekcie te same desygnaty są określane w różny sposób w Polskich Normach i innych dokumen­tach.

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

1. mieszkalne, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej charaktery­zowane kategorią zagrożenia ludzi, określane dalej jako ZL,

1. produkcyjne i magazynowe, określane dalej jako PM,

2. inwentarskie (służące do hodowli inwentarza), określane dalej jako IN.

Z kolei budynki oraz części budynków, stanowiące odrębne strefy pożarowe określane jako ZL, zalicza się do jednej lub więcej niż jednej kategorii zagro­żenia ludzi. Rozróżnia się:

1. ZL I - zawierające 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,

2. ZL II - przeznaczone przede wszystkim do użytku dla ludzi o ograniczo­nej zdolności poruszania się (szpitale, żłobki, przedszkola, domy dla osób starszych),

1. ZL III - użyteczności publicznej, niezakwalifikowane do ZL I i ZL II,

2. ZL IV - mieszkalne,

3. 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.

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.

Przegrody te powinny być tak zbudowane, aby pożar nie rozprzestrzeniał się między budynkami bądź na pozostałą cześć budynku, a także, aby pożar nie został przeniesiony z innej części budynku do strefy pożarowej.

Przegrodą oddzielenia przeciwpożarowego może być ściana lub strop. Ściana ta­ka może być usytuowana dowolnie, także ukośnie w stosunku do innych ścian budynku, chociaż przypadki takie nie występują w praktyce.

Budynki (strefy pożarowe) zaliczone do poszczególnych kategorii zagrożenia ludzi (ZL), w zależności od liczby kondygnacji lub wysokości, i budynki (strefy pożarowe) pozostałe, w zależności od gęstości obciążenia ogniowego i liczby kon­dygnacji lub wysokości, przyporządkowuje się do odpowiednich klas odporności pożarowej (A, B, C, D, E).

Dla każdej z klas odporności pożarowej budynku sformułowano wymagania dotyczące klasy odporności ogniowej takich elementów budynku, jak: konstrukcja nośna, ściany, stropy oraz w zakresie rozprzestrzeniania ognia lub reakcji na ogień.

Klasa odporności pożarowej budynku, której nie należy mylić z klasą od­porności ogniowej elementów budynku, jest więc niczym innym jak symbolem 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 spełniania przez określony czas wymagań dotyczących nośności bądź funkcji wydzielających lub zarówno nośności, jak i funkcji wydzielających. Miarą odporności ogniowej jest więc czas.

Zapewnienie w określonym czasie nośności konstrukcji jest warunkiem decydującym o zarządzeniu ewakuacji bądź podjęciu akcji ratowniczej.

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 liczby: po 5 minu­tach temperatura otoczenia osiąga wartość ponad 570°C, po 30 minutach około 840°C, a po 90 minutach przekracza 1000°C.

Pojęcia dotyczące nośności konstrukcji w pożarze oraz funkcji wydzielają­cych zostaną bardziej szczegółowo omówione w rozdziale dotyczącym odporno­ści ogniowej.

Obciążenie ogniowe jest to suma energii cieplnej, która może być wyzwolona w wyniku spalenia wszystkich materiałów palnych znajdujących się w określone przestrzeni (w MJ), natomiast gęstość obciążenia ogniowego jest to obciążenie ogniowe przypadające na jednostkę powierzchni i wyraża się w MJ/m².

Reakcją na ogień nazywa się odpowiedź materiału na ogień działający 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 (Α1, 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.

Należy zwrócić uwagę, że zmiana parametrów mechanicznych materiałów w wyniku działania temperatury nie jest reakcją na ogień.

Jak już podano, rozróżnia się dwa pojęcia związane z oddziaływaniami ter­micznymi, które niekiedy jednak się przenikają. Są to:

• pożar, czyli niekontrolowane w czasie i przestrzeni zjawisko spalania oraz

• ogień, czyli spalanie zachodzące w sposób kontrolowany (np. ogień podczas badań lub ogień w kominku).

Dlatego też charakterystyki otrzymywane w wyniku oddziaływań określonych źródeł ciepła podczas badań nazywa się charakterystykami ogniowymi (odpor­ność ogniowa, reakcja na ogień).

Nie ukształtowały się natomiast określenia związane z oddziaływaniem po­żaru. I tak np. czas do utraty nośności konstrukcji podczas pożaru jest także nazywany odpornością ogniową, chociaż lepszym terminem byłaby tu trwałość pożarowa.

W przepisach operuje się pojęciem główna konstrukcja nośna, choć okre­ślenia takiego nie używa się w procesie projektowania. Występuje ono natomiast w dokumentach Unii Europejskiej i oznacza wszystkie elementy konstrukcyjne niezbędne do zapewnienia nośności i stateczności budynku.

3. Stany krytyczne z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe

Stan bezpieczeństwa pożarowego w danej chwili jest określony przez:

• stan konstrukcji,

• stan środowiska.

W budynkach o strukturze pomieszczenie-korytarz-klatka schodowa można wyodrębnić podczas pożaru następujące obszary funkcjonalne:

• pomieszczenie objęte pożarem,

• obszary chronione (np. drogi ewakuacyjne),

• obszary bezpieczne, tzn. takie części budynku, do których można ewakuować użytkowników, jeżeli nie ma możliwości ewakuacji na zewnątrz (np. budynki wysokościowe, szpitale).

Rozpatrując oddziaływania pożaru należy wyodrębnić:

A. oddziaływania na użytkowników:

• termiczne, przez promieniowanie i konwekcję,

• wynikające ze zmiany składu atmosfery, fizjologiczne i związane z ogra­niczeniem widoczności,

B. oddziaływania na konstrukcję:

• termiczne, przez promieniowanie i konwekcję, i w mniejszym stopniu w wyniku przewodzenia,

• mechaniczne, w wyniku wzrostu ciśnienia,

— chemiczne (korozyjne produkty spalania i późniejszych reakcji).

Czynniki oddziałujące na użytkowników mają charakter bezpośrednio fizjolo­giczny - wynikający ze wzrostu temperatury środowiska, promieniowania ciepl­nego i obecności 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= t_kr nośności konstrukcji.

Czas t_kr może być określony w różny sposób, wynikający ze sposobu użyt­kowania budynku. Może to być np. czas niezbędny do ewakuacji użytkowników czy rozpoczęcia akcji gaśniczo-ratowniczej. W przypadku np. budynków wyso­kościowych lub szpitali, z których całkowita ewakuacja nie jest możliwa, czas ten może obejmować cały okres trwania pożaru.

4. Odporność ogniowa

4.1 Kryteria oceny

Odporność ogniowa jest to zdolność elementu do spełnienia w określonym czasie określonych funkcji użytkowych w warunkach pożaru. Miarą odporności ognio­wej jest czas.

Spełnienie przez element kryteriów funkcji nośnej oznacza się literą R. Kry­teria te, to utrata nośności lub stateczności elementu, fragmentu konstrukcji lub całej konstrukcji bądź przekroczenie podanych w normach dopuszczalnych war­tości przemieszczeń lub odkształceń.

Funkcja wydzielająca może być określana następująco:

• przez zapewnienie, aby przez przegrodę nie przedostawały się płomienie i go­rące gazy; jest to właściwość przegrody nazwana szczelnością ogniową i ozna­czana symbolem E,

• przez ograniczenie temperatury nieogrzewanej powierzchni przegrody; jest to właściwość przegrody nazywana izolacyjnością ogniową i oznaczana symbo­lem I,

• przez ograniczenie promieniowania cieplnego przechodzącego przez przegro­dę; jest to właściwość przegrody związana z ograniczeniem radiacji ogniowej i oznaczana symbolem W.

Wszystkie przegrody klasyfikowane z uwagi na odporność ogniową muszą zapewniać 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 odpowiednich normach. Kryteria dotyczące izolacyjności przegrody odnoszą się do temperatury średniej i temperatury maksymalnej po nieogrzewanej stro­nie przegrody. Temperatura średnia nie powinna 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 Ε 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. Można jednak brać pod uwagę inne wartości, w zależności od przepisów krajowych (w polskich przepisach nie przewidziano tego kryterium).

Kryteria nośności NP., zapewnienia szczelności ogniowej NP., izolacyjności ogniowej (I) i radiacji ogniowej (W), są kryteriami podstawowymi (rys.1).

Rys.1. Podstawowe kryteria oceny odporności ogniowej: a) przegroda nośna (np. ściana nośna), b) przegroda nienośna (np. ściana działowa), c) konstrukcja prętowa (np. słup, belka).

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,

• zdolność do zamknięcia otworu (drzwi) - oznaczenie C,

• przepuszczalność schłodzonego dymu (drzwi) - oznaczenie S,

• odporność na pożar, spowodowany zapaleniem się sadzy (kominy) - ozna­czenie G,

• zdolność do zabezpieczenia przed zapaleniem się materiałów palnych (okła­dziny) - oznaczenie K.

Zestawienia właściwości użytkowych, dotyczących oceny elementów budynku z uwagi na odporność ogniową, podano w tabl.1.

Do problematyki odporności ogniowej włączono także odporność dachów na ogień zewnętrzny. Wprowadzono trzy niezależne oceny: niemiecką, francuska oraz skandynawską. Dla każdej z nich ustalono odrębną klasyfikację.

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 . Takie kable klasyfikuje się, oznaczając np. PH 15, PH 30. Kable innych rodzajów określa się np. symbolami Ρ 15, Ρ 30. przy oddziaływaniu termicznym według krzywej standardowej.

Tabela 1. Właściwości użytkowe dotyczące oceny odporności

Właściwość	Symbol	Pochodzenie symbolu	Zakres wykorzystania
Nośność ogniowa	R	Resistance	słupy, belki, ściany nośne
Szczelność ogniowa	Ε	Etacheite	ściany, stropy, zamknięcia otworów
Izolacyjność ogniowa	I	Isolation
Radiacja ogniowa	W	-	ściany działowe, zamknięcia otworów
Tabela 1. Właściwości użytkowe dotyczące oceny odporności c.d. T
Odporność na działanie mechaniczne	Μ	Mechanical	zamknięcia otworów i inne elementy
Ograniczenie rozprzestrze­niania się dymu	S	Smoke	zamknięcia otworów, kanały wen­tylacyjne, klapy do odprowadzania dymu i ciepła
Samozamykalność	C	Closing	zamknięcia otworów
Ciągłość dostawy energii	PH	-	kable o średnicy przewodów do 2,5 mm^2
		Ρ	-	kable pozostałe
Pożar sadzy	G	-	kominy
Zdolność do zabezpieczenia	Κ	-	okładziny

Podczas pożaru konstrukcje mogą pełnić w budynku różne funkcje:

1. Wyłącznie funkcję nośną. Element lub konstrukcje spełniające kryteria zwią­zane z tą funkcją oznacza się symbolem R.

2. Wyłącznie funkcję oddzielającą. Ta funkcja jest związana z kryterium szczelności ogniowej Ε 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 do strony, na którą działa ogień (pożar), temperatury o więcej niż 140°C.

3. 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 ściany) także funkcję wydzielającą. Elementy płaskie (ściany) mogą pełnić zarówno funkcję nośną, jak i wydzielającą lub obie te 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 minut, kryteria nośności, szczelności ogniowej w czasie nie krótszym niż 120 minut, a kryteria nośności, szczelności i izolacyjności jednocześnie tylko w czasie 90 minut. Kryterium I nigdy nie występuje samodzielnie, gdyż utrata szczelności ogniowej jest równoznaczna z utratą izolacyjności ogniowej.

Ogólną zasadą przy zapewnianiu odpowiedniej odporności ogniowej jest izo­lowanie przekroju tak, aby w wyniku oddziaływań termicznych nie nastąpił nad­mierny wzrost temperatury. W przypadku konstrukcji żelbetowych i murowych osiąga się to, stosując odpowiednie wymiary geometryczne zwiększające pojem­ność cieplną, izolując zbrojenie odpowiedniej grubości otuliną.

4.2. Ogólne zasady określania odporności ogniowej

Funkcje, które powinny spełniać elementy budynku to:

• funkcja nośna (R),

• funkcja wydzielająca (E, El lub EW).

Obie te funkcje mieszczą się w pojęciu odporność ogniowa.

Z odpornością ogniową wiąże się cała grupa wymagań, które definiują bez­pieczeństwo pożarowe. Wymagania te dotyczą:

• zapewnienia w określonym 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 podejść 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 bądź całą konstrukcję. Możliwe procedury postępowania zilustrowano w tab. 2

Tab.2. Schemat procedury projektowania

Sposób formułowania wymagań (1) Oddziaływania termiczne (2)
(1) Według przepisów (2) Nominalne		(1) Właściwości użytkowe (2) Podstawa fizyczna
		Model prosty	Model zaawansowany
Tablice	Prosty model obliczeniowy Zaawansowany model obliczeniowy		Zaawansowany model obliczeniowy
Analiza odrębnych elementów		Analiza fragmentów konstrukcji	Analiza całej konstrukcji
		Model mechaniczny

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 pożaru obliczeniowego,

• obliczenie zmian temperatury w elementach konstrukcji,

• określenie efektów mechanicznych w konstrukcji poddanej działaniu ognia.

4.3. Wymagania dotyczące odporności ogniowej

W przepisach techniczno-budowlanych ustanowiono pięć klas odporności po żarowej budynków lub ich części, podanych w kolejności od najwyższej do naj niższej i oznaczonych literami A, B, C, D i E.

Elementy budynku, odpowiednio do jego klasy odporności pożarowej, po­winny w zakresie klasy odporności ogniowej spełniać co najmniej wymaga: określone w tabl.3.

Tab.3. Klasy odporności ogniowej

Klasa	Klasa odporności ogniowej elementów budynku
odporności pożarowej budynku	główna konstrukcja nośna	konstrukcja dachu	strop^1	ściana zewnę­trzna^1, ^2	ściana wewnę­trzna^1	przekrycie dachu
1	2	3	4	5	6	7
A	R 240	R 30	REI 120	El 120	El 60	Ε 30
Β	R 120	R 30	REI 60	El 60	EI 30^4	Ε 30
C	R 60	R 15	REI 60	El 60	EI 15^4	Ε 15
D	R 30	(-)	REI 30	El 30	(-)	(-)
Ε	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)	(-)

R - nośność ogniowa (w min), określona zgodnie z Polską Normą dotyczącą zasad ustalania klas

odporności ogniowej elementów budynku,

Ε - szczelność ogniowa (w min), określona jw.,

I - izolacyjność ogniowa (w min), określona jw.,

(-) - nie stawia się wymagań.

¹ Jeżeli przegroda jest częścią głównej konstrukcji nośnej, powinna spełniać także kryteria nośno­ści ogniowej (ze względu na R), odpowiednio do wymagań zawartych w kol. 2 i 3 dla danej klasy odporności pożarowej budynku.

² Klasa odporności ogniowej dotyczy pasa międzykondygnacyjnego wraz z połączeniem ze stro­pem.

³ Wymagania nie dotyczą naświetli dachowych, świetlików, lukarn i okien połaciowych, jeśli otwo­ry w połaci dachowej nie zajmują więcej niż 20% jej powierzchni.

⁴ Dla ścian komór zsypowych wymaga się El 60, a dla drzwi El 30.

4.4. Metody oceny odporności ogniowej

Do niedawna jedyną metodą oceny odporności ogniowej były badania doświad­czalne prowadzone w specjalnych piecach ogrzewanych według zależności stan­dardowej.

Wyniki tych badań mogły dotyczyć tylko wąskich klas elementów wykony­wanych 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.

Jeżeli 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 z badań ekspery­mentalnych, przygotowaniu modelu fizycznego i matematycznego oraz ponownej weryfikacji doświadczalnej.

Zgodnie z normami projektowania Unii Europejskiej (Eurokody) klasy od­porności ogniowej elementów budynku można określać różnymi 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 pożaru obliczeniowego,

• obliczenie zmian temperatury w elementach konstrukcji,

• określenie efektów mechanicznych w konstrukcji poddanej działaniu pożaru.

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 między ściankami porów.

W materiałach wilgotnych gradient temperatury wywołuje ponadto ruch wil­goci i 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 na pole tempera­tury (tak wody wolnej, jak i uwolnionej wody związanej) staje się niepomijalny. 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,

• wyrównywanie ciśnienia mieszaniny parowo-powietrznej,

a w temperaturze do 100°C tylko dwa sprzężone procesy fizyczne:

• przewodzenie ciepła,

• przewodzenie wilgoci.

5. Odporność ogniowa konstrukcji stalowych

Przegród budowlanych z samej stali nie wykonuje się. Dlatego też rozważania dotyczące odporności ogniowej można 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.

Temperatura krytyczna jest to 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.

Grubości izolacji są podawane w aprobatach technicznych ITB, w zależności od temperatury krytycznej.

Jeżeli nie są dokonywane obliczenia, temperaturę krytyczną przyjmuje się:

• dla klasy R 30 550°C,

• dla klasy R 60 500°C,

• dla klasy R 120 950°C.

Konstrukcje stalowe zabezpiecza się przed wpływem ciepła wydzielanego podczas pożaru przez:

• sytuowanie elementów nośnych poza obrysem budynku,

• zabezpieczanie pojedynczych elementów,

• osłony ogniochronne grup elementów (sufity podwieszone, ściany działowe itp.

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 odparowywaniu.

W materiałach ogniochronnych aktywizowanych termicznie zachodzą proce­sy chemiczne związków węgla i fosforu. Substancje organiczne, rozkładając się pod wpływem temperatury, tworzą związki węglowodorowe, gazy oraz węgiel. W obecności kwasu fosforowego dodatkowo jest wyzwalana woda, umożliwiając powstanie pianki o własnościach termoizolacyjnych.

Większość środków aktywizowanych termicznie zawiera następujące kompo­nenty:

• generator kwasu fosforowego (np. fosforan amonu), który pod wpływem tem­peratury ulega rozpadowi, prowadzącemu do powstania kwasu fosforowego,

• substancje organiczne, rozkładające się z wytworzeniem zwęgliny,

• środki 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 pęcznienia 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. Wielkość powstałych pęcherzyków jest kontrolowana przez spoiwo wiążące pian­kę i nadające jej odpowiednią sztywność. Obecność kwasu fosforowego zapo­biega utlenieniu węglowego szkieletu i erozji powłoki pod wpływem wysokich temperatur.

Zestawy farb do zabezpieczeń ogniochronnych składają się zwykle z trzech warstw. Warstwa podkładowa 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 powłok 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. Niekiedy producenci nie oferują w zestawach farb nawierzchniowych.

Powłoki nanosi się ręcznie (wałkiem lub pędzlem) albo 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. Powłoki te były początkowo stosowane tylko do chłodzenia powierzchni szybkich statków powietrznych.

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 ca 0,085 W/(mK).

Stosuje się dwie technologie wykonywania izolacji natryskowych:

• z 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.

Jeżeli w ramach danej technologii przewidziano odpowiedni podkład zapew­niający przyczepność, zabezpieczenie ogniochronne wykonuje się bez siatkowa­nia.

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.

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).

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.

Przy wykonywaniu zabezpieczeń ogniochronnych konstrukcji stalowych, na­leży przestrzegać następujących zaleceń:

1. W przypadku wypełniania słupów z profili zamkniętych betonem, należy w ściankach 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. Przewody instalacyjne należy podwieszać w taki sposób, aby nie spoczywały na izolacji ogniochronnej.

4. Przed przystąpieniem do wykonywania 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).

6. Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych

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 czasie t nośności 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.

Niezależnie od podanych wymiarów przekroju poprzecznego i grubości otulin prętów zbrojeniowych powinny być spełnione wymagania konstrukcyjne zawarte w PN-B-03264:2002, EN 1992-1-1.

Niezależnie od podanych wymiarów przekroju poprzecznego i grubości otulin prętów zbrojeniowych powinny być spełnione wymagania konstrukcyjne zawarte w PN-B-03264:2002, EN 1992-1-1.

Minimalna odległość osiowa jakiegokolwiek pręta zbrojeniowego nie może być mniejsza niż wymagana dla klasy R 30 i nie mniejsza niż połowa średnie odległości osiowej.

7. Odporność ogniowa konstrukcji murowych

Podobnie jak w przypadku konstrukcji żelbetowych, klasy odporności 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, pustakach, cegłach sitówkach, kratówkach itp. Klasy odporności ogniowej ścian z pustaków i płyt drążonych oraz z 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:

1. dla ścian nośnych: na zaprawie zwykłej lub lekkiej 27, na cienkich spoinach 30,

2. dla ścian nienośnych 40

podano w tablicach w zależności od:

• rodzaju użytych elementów murowych,

• grupy elementów murowych ustalonych wg PN-B-03002:1999,

• wskaźnika wykorzystania nośności ściany

8. Odporność ogniowa konstrukcji drewnianych

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 konstrukcyjny, 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 i na placu budowy jedynie scalane.

W elementach warstwowych jest na ogół stosowane 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. Powstaje rodzaj kratownicy, w której elementy stalowe przenoszą siły osiowe. Z uwagi na konieczność wykorzystania nośności przekroju, szkielet jest wykonywany ze stosunkowo wąskich i wysokich elementów o dużym momencie bezwładności w jednym kierunku i małym w drugim. Przed utratą stateczności szkielet chronią okładziny.

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 właściwej grubości okładzin.

9. Ściany oddzieleń przeciwpożarowych

Niżej podano warunki, jakie powinny spełniać ściany oddzieleń przeciwpożaro­wych (skrót - ściany o.p.p.):

• powinny być wykonywane z materiałów niepalnych,

• dopuszcza się wypełnienie fragmentów przegrody luksferami lub cegłą szkla­ną na powierzchni nie większej niż 10% powierzchni ściany,

• ogólna powierzchnia otworów zamykanych i wypełnionych luksferami lub cegłą szklaną nie może przekraczać 25% powierzchni ściany,

• jeżeli ze względów technologicznych jest niezbędne zastosowanie w ścianie otworu niezamykanego, to powinien być on wykonany jako tunel (korytarz) obudowany materiałami niepalnymi o klasie odporności ogniowej co najmniej REI 60, przy czym na całej długości tunelu należy instalować urządzenia tryskaczowe lub zraszaczowe,

• przewody klimatyzacyjne i wentylacyjne mogą być przeprowadzone przez tę ścianę pod następującymi warunkami:

• nie będą przez nie przepływały gazy, opary wybuchowe, włókna i pyły palne, tworzące w połączeniu z powietrzem mieszaniny wybuchowe,

• będą wykonane z materiałów niepalnych,

• w miejscach przejścia przez przegrodę będą wyposażone w samozamy­kające klapy odcinające,

• jeżeli nie zostały obudowane ściankami, klapy odcinające powinny odzna­czać się odpornością ogniową równą połowie odporności ogniowej ściany o.p.p.

Ukształtowanie ścian o.p.p. zależy od dwóch podstawowych czynników:

• kształtu bryły budynku i rozmieszczenia otworów (elementy o odporności ogniowej poniżej 0,25 h, czyli elementy klasy odporności ogniowej N, są uważane za otwory),

• klasyfikacji pożarowej materiałów, z których wykonano ściany oraz dach bu­dynku.

Podstawowe zasady kształtowania ścian o.p.p. są następujące:

• ściana o.p.p. powinna dzielić budynek w taki sposób, aby uniemożliwić roz­przestrzenianie się pożaru poza strefę pożarową, a w szczególności rozprze­strzenianie ognia przez elementy budynku,

• ściana o.p.p. powinna zabezpieczać przed rozprzestrzenianiem się pożaru przez otwory w dachu lub ścianach.

Ściany o.p.p. powinny wystawać:

• ponad palne pokrycie na wysokość nie mniejszą niż 0,30 m (rys. 2),

• poza gabaryty świetlików na wysokość nie mniejszą niż 0,60 m, jeże­li odległość tych świetlików od ściany o.p.p. jest mniejsza niż 4,0 m .

Rys. 2 Wysunięcie ściany o.p.p. poza obrys pokrycia z materiałów palnych

Zamiast pionowego występu ściany ponad dach 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 .

Aby zapobiec rozprzestrzenianiu się pożaru między strefami pożarowymi, klapy dymowe powinny być oddalone od ściany o.p.p. o co najmniej 5 m (rys. 3), a w przypadku przylegających do siebie stref pożarowych o zróżnicowanej wysokości - o co najmniej 2,5 m(rys. 4). Ściany o.p.p. powin­ny wystawać poza zewnętrzną płaszczyznę ścian budynku co najmniej 0,3 m.

Rys. 3. Minimalne odstępy klap dymowych od ściany oddzielenia przeciwpożarowego

Rys.4. Minimalne odstępy klap dymowych od ściany przylegającego wyższego budynku

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

Ściany oddzieleń przeciwpożarowych mają zapobiegać przemieszczaniu sie pożaru pomiędzy strefami pożarowymi. Podane w poprzednich punktach wy­magania określają zasady konstruowania takich ścian, które spełniają ten postu lat w większości przypadków, ale nie zawsze. Jeżeli zdarzy się niesprzyjający, mało prawdopodobny zbieg okoliczności, czyli łącznie wystąpią pożar o dużej intensywności, niekorzystny kierunek wiatru, niekorzystna cyrkulacja powietrza wewnątrz budynku, to ściana o.p.p. może nie zapobiec przerzutowi pożaru do sąsiedniej strefy. Zawsze jednak ułatwi jej obronę podczas akcji gaśniczej.

Podstawowe błędy w konstruowaniu ścian o.p.p. 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 o.p.p. 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 zachowywane odległości świetlików i klap dymowych od ściany o.p.p., 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.

10. Przegrody przeszklone

Przegrody przeszklone pełniące funkcje wydzielające podczas pożaru mogą być zaliczone do klas E, El, EW.

Przegrody klasy Ε 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 przepisów techniczno-budowlanych przegrody klas Ε 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 ogniochronnych 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.

W ostatnich latach zaczęto stosować przeszklenia, w których szyby są łączone przy użyciu specjalnych klejów lub kitów, bez szkieletu nośnego. Powstają tutaj jednak problemy związane z osadzaniem elementów ruchomych (drzwi, okien), bezpieczeństwem użytkowania i uzyskaniem odpowiednich wymiarów geome­trycznych. Dlatego też wdraża się systemy łączone szkieletowo-klejone. Zastoso­wanie ścianek szkieletowych danego rodzaju zależy od następujących czynników:

• kryteriów oceny funkcji wydzielających (czy ścianka ma spełniać kryteria El, czy tylko Ε lub EW),

• efektów oddziaływań termicznych na szkielet nośny ścianki, co może prze­jawiać się zmianą właściwości fizycznych lub destrukcją materiału, a także powstaniem 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.

Przegrody izolacyjne

W celu zapewnienia izolacyjności szkieletu i ograniczenia niekorzystnego wpły­wu oddziaływań termicznych stosuje się te same metody.

Metoda izolowania polega na wykorzystaniu okładzin izolujących stalowe pro­file szkieletu, a efekty architektoniczne uzyskuje się stosując maskow­nice.

Metoda profili podwójnych polega na stosowaniu dwóch oddzielnych profili z przekładką izolującą, np. ze szkła izolacyjnego lub z płyty izolacyj­nej. W rozwiązaniu tym profil zewnętrzny nie jest narażony na oddziaływanie wy­sokiej temperatury. Oba profile odkształcają się i wydłużają niezależnie, a ugięcia są stosunkowo niewielkie. Nie występują także znaczne gradienty temperatury, gdyż temperatura profili wyrównuje się bardzo szybko.

Na podobnej zasadzie stosuje się profile dwudzielne, składające się z dwóch części połączonych izolacyjnym łącznikiem. Profile te wypełnia się całkowicie lub częściowo płytami gipsowo-kartonowymi lub tworzonymi na bazie gipsu. W wyniku wydzielania, a następnie parowania wody, następuje chłodzenie profili i pochłanianie energii cieplnej w wyniku przemian fazowych.

Profile drewniane dobiera się tak, aby na skutek ich zwęglenia nie doszło do utraty nośności lub aby w wyniku wypalenia profili dociskowych nie nastąpiło wypadnięcie szyby.

Przegrody nieizolacyjne

Profili stalowych w tych przeszkleniach nie izoluje się, natomiast profile alumi­niowe należy izolować, aby nie dopuścić do ich całkowitego zniszczenia. Istotne jest, aby uszczelki nie były palne, a w przypadku szkieletu drewnianego chroniły przed zapaleniem nienagrzewanej części profilu.

Podziały geometryczne i mocowanie do innych elementów budynku

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.

10. Wentylacja pożarowa

10.1. Systemy wentylacji pożarowej

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 dymowymi, 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 systemach, za pomocą specjalnych kurtyn ograni­czających rozprzestrzenianie się gorących gazów, wydziela się przestrzenie poddachowe tworząc strefy dymowe oraz doprowadza się powietrze zewnętrzne, 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 podsu-fitowych 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 grawitacyjne systemy oddymia­nia klatek schodowych. Dym usuwa się przez 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 zamknięć.

10.2. Wentylacja pożarowa dróg ewakuacyjnych

Wentylacja pożarowa ma na celu:

• przeciwdziałanie rozprzestrzenianiu się dymu i gorących gazów pożarowych poza kondygnację objętą pożarem wzdłuż ciągów ewakuacyjnych,

• umożliwienie ewakuacji ludzi z zagrożonej strefy oraz ułatwienie przeprowa­dzenia skutecznej akcji gaśniczej, przez zapobieżenie nadmiernemu ograni­czeniu widoczności oraz spadkowi stężenia tlenu poniżej wartości zagraża­jących życiu, w poziomych korytarzach ewakuacyjnych i w przedsionkach przeciwpożarowych na kondygnacji objętej pożarem, a także na klatkach schodowych.

Jak podano wcześniej, 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 w instalacjach elektrycznych i pożarów w zsypach. W Polsce odnotowano w ostatnich latach dwa wypadki śmiertelne spowodowane brakiem właściwego ukierunkowania przepływu dymu. który zamiast na klatkę schodową był usuwany przez pomieszczenia mieszkalne.

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, 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 między 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, zamykane samoczynnie w przypadku prze­kroczenia przewidywanej wartości nadciśnienia w przestrzeni klatki schodo­wej.

W budynkach wysokich są stosowane dwa podstawowe systemy zabezpiecze­nia dróg komunikacyjnych przed zadymieniem.

Literatura:

1 Budownictwo ogólne, tom II- fizyka budowli, praca zbiorowa pod kierunkiem

prof. Piotra Klemma wyd. Arkady 2009.

2. Poradnik majstra budowlanego, wyd Arkady 2008.

1

>30cm cm

---