BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
Nośność konstrukcji sprężonych
a bezpieczeństwo pożarowe
Dr inż. Jarosław Michałek, mgr inż. Jakub Wysocki,
Zakład Konstrukcji Betonowych, Instytut Budownictwa, Politechnika Wrocławska
1. Zjawisko pożaru  faza III  okres gaśnięcia pożaru ją stosować do oceny właściwości
(stygnięcia), gdzie jest obserwowa- użytkowych wyrobów budowlanych
Pożar jest zjawiskiem o trudno prze- ny spadek temperatury w czasie. eksponowanych na działanie rozwi-
widywalnym czasie trwania i zasię- Pożar jako zjawisko naturalne trud- niętego pożaru [2].
gu. Powstaje w wyniku spalania no jest opisać za pomocą wzorów Intensywność oddziaływania ter-
materiałów palnych w atmosferze. matematycznych. W ujęciu teore- micznego w warunkach pożaru
Największym zagrożeniem w cza- tycznym dokładne ustalenie rzeczy- rzeczywistego może być mniejsza
sie pożaru jest wysoka temperatura wistej temperatury pożaru jest nie- lub większa od określonej krzy-
osiągana przez spalanie materiałów możliwe. Opis matematyczny fazy wą normową. W przypadku bar-
palnych. Skutkiem działania ognia I pożaru jest trudny, gdyż według dziej intensywnego oddziaływania
jest zniszczenie konstrukcji w krót- [5] warunki inicjacji i powstania (zwłaszcza przy szybszym wzroście
kim czasie, co prowadzi do ogrom- pożaru są bardzo różne, różne temperatury) do opisu pożaru sto-
nych strat materialnych. Straty te bywają też temperatury, a samo suje się zharmonizowaną krzywą
mogą być spotęgowane - zmianą zjawisko powstawania pożaru każ- węglowodorową (2  rys.1). Przy
schematu statycznego układu naru- dorazowo inaczej rozwija się w cza- powolnym rozwoju pożaru, lub gdy
szonego w warunkach działania sie. Faza II najczęściej opisywana stosuje się powłoki ognioochronne
podwyższonej temperatury bądz
jest normową krzywą temperatu- na elemencie konstrukcji do opisu
niewłaściwą akcją ratowniczą. ra/czas (1  rys.1). Przyjęta funkcja pożaru wykorzystuje się tzw. krzy-
Pożar pomieszczenia podzielić nie jest modelem matematycznym we tlącego się ognia (3 i 4  rys.1).
można na trzy fazy [5]: dokładnie tej fazy pożaru, ale okre- Jeszcze inną krzywą (5  rys.1)
 faza I  okres powstania i rozwoju śla normowy przyrost temperatury stosuje się w przypadku, gdy tem-
pożaru, w czasie podczas badań elemen- peratura oddziaływująca na ściany
 faza II  okres w pełni rozwinięte- tów w piecu badawczym komory zewnętrzne jest wywołana przez
go pożaru i intensywnego spalania, ogniowej [5]. Dlatego też przyjęto ogień wydobywający się przez
okno. Dla ekstremalnych scenariu-
szy pożaru (np. w tunelach drogo-
1300
wych, elektrowniach atomowych)
1200
mogą być wymagane bardziej nie-
1100
1000
korzystne krzywe umowne [2].
- 0,675 e-2,5t ) + 20
900 T = 1080 (1 - 0,325 e-0,167t
800
Krzywa normowa temperatura
T = 345 log(8t + 1) + 20
700
/czas, mimo że nie odpowiada
600
T = 660 (1 - 0,687 e-0,32t - 0,313 e-3,8t ) + 2 dokładnie rzeczywistym przebie-
500
gom temperatury w pożarach,
400 T = 345 log[8 (t - 20) + 1] + 20 dla t>21
jest dobrą podstawą odniesienia
300
i porównywania wyników badań
200 T = 154 t0,25
+ 20 dla 0elementów w komorach ognio-
100
wych. Ponadto względnie łatwo
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 można zrealizować i faktycznie
Czas t [min]
uzyskać założony przebieg wzro-
stu temperatury w piecu badaw-
czym. Funkcja ta jest powszechnie
Rys. 1. Przykłady krzywych temperatura/czas opisujące model pożaru umownego
przyjęta w badaniach odporności
42
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
o
Temperatura T [ C]
BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
ogniowej konstrukcji i występuje nia nie powodowały całkowitych nej symbolem E (Etacheite), w któ-
praktycznie w przepisach większo- lub częściowych zniszczeń obiek- rym element przestaje spełniać funk-
ści państw. tu, jego części czy wyposażenia. cje oddzielające na skutek przekro-
Wymaganie drugie informuje [2], czenia granicznej wartości tempera-
2. Klasy odporności ogniowej że obiekty budowlane muszą być tury powierzchni nie nagrzewanej,
elementów budynków zaprojektowane i wykonane, aby  szczelności ogniowej oznaczonej
podczas pożaru: symbolem I (Isolation), w którym
W Dyrektywie 89/106/EEC Rady  nośność konstrukcji była zapew- element przestaje spełniać funkcje
Wspólnot Europejskich w sprawie niona przez określony, niezbędny oddzielające na skutek pojawienia
zbliżenia ustaw i aktów wykonaw- czas, się na powierzchni nie nagrzewa-
czych Państw Członkowskich doty-  powstawanie i rozprzestrzenianie nej płomieni lub wystąpienia w ele-
czących wyrobów budowlanych [1] się ognia i dymu było ograniczone mencie próbnym szczelin o roz-
z 21 grudnia 1988 r. stwierdza się, (w tym również na sąsiednie obiek- wartości i długości przekraczającej
że wyroby budowlane, przezna- ty), wielkości graniczne.
czone do stosowania w obiektach  mieszkańcy mogli być ewaku- Dokument interpretacyjny do Dy-
mogą być wprowadzone na rynek owani, rektywy 89/106/EEC [2] pozwala
tylko wówczas, gdy obiekty, w któ-  uwzględnione było bezpieczeń- wprowadzać klasy dla wymagań
rych mają być one wbudowane, stwo ekip ratowniczych. podstawowych i związanych z nimi
wmontowane, stosowane lub insta- Wymaganie bezpieczeństwa poża- właściwości użytkowych wyrobów
lowane spełniać będą wymagania rowego zapewnia się określając budowlanych. Klasy dla elemen-
podstawowe. Wśród wymagań odporność ogniową elementów tów nośnych według [2] określa się
podstawowych wymienia się: budynku. Według [3], przez odpor- w następujący sposób:
0. Nośność i stateczność ność ogniową rozumie się zdol- REI  czas, oznacza minimalny
1. Bezpieczeństwo pożarowe ność elementu budynku do spełnia- czas, w jakim dotrzymywane są
2. Higiena, zdrowie i środowisko nia określonych wymagań w znor- wszystkie kryteria (nośność, szczel-
3. Bezpieczeństwo użytkowania malizowanych warunkach fizycz- ność, izolacyjność),
4. Ochrona przed hałasem nych, odwzorowujących porówna- RE  czas, oznacza minimalny czas,
5. Oszczędność energii i izolacyj- wczy przebieg pożaru. Miarą od- w jakim dotrzymywane są dwa kry-
ność termiczna. porności ogniowej jest wyrażo- teria (nośność, szczelność),
W artykule autorzy zajęli się ana- ny w minutach czas od początku R  czas, oznacza minimalny czas,
lizą dwóch pierwszych wymagań badania do chwili osiągnięcia przez w jakim dotrzymywane jest kryte-
podstawowych. Z wymagania pier- element jednego z trzech stanów rium nośności.
wszego wynika między inny- granicznych: W Rozporządzeniu Ministra Infra-
mi, że obiekty budowlane muszą  nośności ogniowej oznaczonej struktury z 12 kwietnia 2002 r.
być zaprojektowane i wykona- symbolem R (Resistance), w którym w sprawie warunków technicznych,
ne tak, aby wszelkie obciążenia element przestaje spełniać swoją jakim powinny odpowiadać budyn-
oraz odkształcenia pojawiające się funkcję nośną, ki i ich usytuowanie [4], ustanowio-
podczas wznoszenia i użytkowa-  izolacyjności ogniowej oznaczo- no pięć klas odporności pożarowej
Tabela 1. Klasy odporności ogniowej elementów budynków według [4]
Klasa odporności ogniowej elementów budynku
Klasa
odporności
główna
pożarowej
konstrukcja ściana ściana przekrycie
konstrukcja strop1)
budynku
dachu zewnętrzna1),2) wewnętrzna1) dachu3)
nośna
A R 240 R 30 REI 120 EI 120 EI 60 E 30
B R 120 R 30 REI 60 EI 60 EI 304) E 30
C R 60 R 15 REI 60 EI 30 EI 154) E 15
D R 30  REI 30 EI 30  
E      
1)
jeżeli przegroda jest częścią głównej konstrukcji nośnej, powinna spełniać także kryteria nośności ogniowej (R) odpowiednio 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 zsypu wymaga się EI 60, a dla drzwi komór zsypu  EI 30.
43
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
Tabela 2. Tabelaryczne zestawienie alternatywnych metod weryfikacji dla ognioodporności [8]
Ogólne modele
Typ analizy Dane tabelaryczne Uproszczone modele obliczeniowe
obliczeniowe
Analiza Zamieszczono dane w Eurokodzie 2 tylko Informacyjny aneks B Eurokodu 2 dostarcza dwie alter-
elementów dla standardowego pożaru dla klas ogniood- natywne metody:  metoda izotermy 500�C i  metoda
konstrukcji. porności nie przekraczających 240 minut. stref obliczania nośności na zginanie i ściskanie dla
W zasadzie, dane mogłyby być rozwinięte krzywej standardowej ognia. Zamieszczono profile tem-
dla innych krzywych pożarowych. peratury w przekroju tylko dla standardowego pożaru.
Według zasad
Metoda jest odpowiednia dla elementów, na które działa
ogólnych
pożar o standardowym przebiegu. Dopuszcza się inne
zawartych
Analiza części
modele pożarowe o podobnym rozkładzie temperatury
w Eurokodzie.

konstrukcji.
jak przy pożarze standardowym.
Analiza całej
 
konstrukcji.
Tabela 3. Minimalne wymiary i odległość środka ciężkości rzędu zbrojenia położonego najbliżej krawędzi przekroju dla
żelbetowych i sprężonych płyt TT swobodnie podpartych [8]
Minimalne wymiary
Klasa
Grubość płyty hs i osiowa
Możliwe kombinacje szerokości żeber bmin i osiowej odległości a1
odporności
odległość a2
ogniowej
bmin a1 bmin a1 bmin a1 bmin a1 hs a2
1 2 3 4 5
REI 30 80 25 120 20 160 15 200 15 60 10
REI 60 120 40 160 35 200 30 300 25 80 15
REI 90 150 55 200 45 300 40 400 35 100 20
REI 120 200 65 240 60 300 55 500 50 120 25
REI 180 240 80 300 70 400 65 600 60 150 40
REI 240 280 90 350 80 500 75 700 70 175 50
asd = a1+10 mm
bmi
hs  wysokość półki górnej wraz z podłogą i ewentualną warstwą izolacji (rys. 2),
a1  odległość środka ciężkości rzędu zbrojenia położonego najbliżej krawędzi dolnej przekroju żebra podłużnego,
a2  odległość środka ciężkości rzędu zbrojenia od krawędzi dolnej przekroju półki górnej,
asd  odległość osiowa prętów narożnych od krawędzi bocznej przekroju żebra podłużnego.
budynków lub ich części, ozna- z bardziej popularnych pozycji lite- jektu odrębnej części Eurokodu 1
czonych literami: A, B, C, D i E. raturowych wydaje się być instruk- i 2 [7, 8]. Eurokod 2 [8] zaleca czte-
Elementy budynku, odpowiednio cja Instytutu Techniki Budowlanej ry metody określania odporności
do jego klasy odporności poża- [11] ustanowiona w 1979 r. dla ele- ogniowej konstrukcji z betonu
rowej, powinny w zakresie klasy mentów konstrukcji budowlanych (tab. 2). Czwarta metoda (nie ujęta
odporności ogniowej spełniać (głównie elementów żelbetowych). w tabeli 2) obejmuje analizę opartą
co najmniej wymagania określone W instrukcji dla danego typu ele- na wynikach badań.
w tabeli 1. mentu w zależności od jego klasy Dla analizy części lub całej kon-
odporności ogniowej odczytuje się strukcji Eurokod 2 [8] podaje rów-
3. Nośność elementów z tabeli minimalne wymiary prze- nież ogólne zasady postępowania.
z uwzględnieniem odporności kroju i minimalną odległość środka Przedstawione w nim dane tabelary-
ogniowej konstrukcji ciężkości rzędu zbrojenia położo- czne służą do określenia parametrów
nego najbliżej krawędzi przekroju. geometrycznych betonu i stali w prze-
W literaturze polskiej niewiele Metoda taka jest bardzo uproszczo- kroju poprzecznym elementów. Tok
miejsca poświęcano do tej pory na, ale wygodna dla projektanta. postępowania jest analogiczny jak
problematyce odporności ognio- Obecnie problem wymiarowania w [11] i został opisany w języku pol-
wej konstrukcji, a w szczególno- konstrukcji z betonu w warunkach skim w instrukcji ITB [12]. Powyżej
ści konstrukcji sprężonych. Jedną pożarowych jest przedmiotem pro- (tab. 3) dla przykładu przedstawiono
44
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
się ich obniżoną wytrzymałość dla
najniższej temperatury wewnątrz
strefy. Przekrój należy aproksy-
mować do kształtu prostokątnego
o wymiarach bT i hT według rysun-
ku 3 lub trapezowego w przypadku
żeber płyt TT, w celu uproszcze-
nia obliczeń nośności. Zbrojenie
jest w całości uwzględniane nie-
zależne od tego czy znajduje się
Rys. 2. Określenie wysokości półki górnej hs w płycie TT (1  warstwa betonu,
na zewnątrz, czy wewnątrz strefy
2  podłoga niepalna, 3  materiał izolacyjny, hs = h1 + h2) [8]
o temperaturze d" 500�C, przy czym
przyjmuje się obniżone parametry
Do obliczeń przyjmuje się tylko stre- wytrzymałościowe stali w zależ-
fę przekroju betonowego, w której ności od temperatury panującej
temperatura nie przekracza 500�C w każdym pręcie.
dla odpowiedniej klasy odporności Temperatura prętów zbrojeniowych
500�C
ogniowej elementu (rys. 3) [13]. jest wyższa niż betonu w tej samej
Dla zredukowanego przekroju pa- odległości od krawędzi przekroju.
rametry wytrzymałościowe betonu Przyczyną jest większa prędkość
pozostają bez zmian lub określa przepływu ciepła wzdłuż prętów
1,0
a)
rozciąganie betonu zwykłego
bT
ściskanie betonu zwykłego
b
0,8
z kruszywem krzemianowym
ściskanie betonu zwykłego
z kruszywem wapiennym
0,6
Rys. 3. Określenie zredukowanych ściskanie betonów B67, B75,
B85, B95
wymiarów przekroju  przykładowy
ściskanie betonu B105
przekrój elementu ogrzewanego
0,4
z trzech stron [8]
0,2
zestawienie tabelaryczne dla płyt TT
swobodnie podpartych.
0,0
Bardziej szczegółową analizę
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
elementów konstrukcji stanowią
temperatura T [o
C]
modele obliczeniowe. Wyróżnia się
tu [8]  metodę stref polegającą
b) 1,0
na podziale przekroju, na co naj-
stal zwykła walcowana na gorąco
mniej 3 części i przyjmowaniu tem-
stal zwykła ciągniona na zimno
peratury w środku każdej z nich.
druty i sploty sprężające
0,8
Pozwala to określić odporność pręty sprężające
ogniową elementu w zależności od
0,6
temperatury i wymiarów w każdej
strefie. Metoda  izotermy 500�C
polega na określeniu izoterm
0,4
w przekroju, a następnie redukcji
jego powierzchni przy uwzględnie-
0,2
niu degradacji parametrów wytrzy-
małościowych betonu i stali.
0,0
Metodę  izotermy 500�C stosuje
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
się przy założeniu standardowego
temperatura T [o C]
przebiegu pożaru. Dopuszcza się
inne modele pożarowe o podob-
Rys. 4. Wykres redukcji wytrzymałości w zależności od temperatury według [8]
nym rozkładzie temperatury jak
dla: a) betonu, b) stali zbrojeniowej
przy pożarze standardowym.
45
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
h
h
T
d = d
T
T
k [-]
T
k [-]
BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
zbrojenia w stosunku do betonu wej jaką jest pożar przyjmuje się Scc,eff,T  moment statyczny efek-
w rozpatrywanym przekroju ele- w metodzie  izotermy 500�C : tywnego pola ściskanej strefy prze-
mentu. Dla uproszczenia obliczeń  wytrzymałość na ściskanie beto- kroju betonu o wysokości xeff obli-
pomija się to zjawisko, traktując nu przy założeniu jego niezmien- czony względem środka ciężkości
przekrój jako jednorodny, którego nych parametrów wytrzymałościo- zbrojenia rozciąganego w warun-
temperatura w każdym punkcie wych: fcd = fck/łs, gdzie częścio- kach pożaru,
zależy od odległości względem wy współczynnik bezpieczeństwa as2,T  odległość środka ciężkości
krawędzi elementu. Wraz z rosną- łs = 1,3 zbrojenia As2 od krawędzi ściska-
cą średnicą i malejącą odległoś-  granicę plastyczności stali zbro- nej dla zredukowanych wymiarów
cią między prętami zbrojeniowymi jeniowej: fyd,T = kyk,T�fyk/łs , gdzie elementu,
różnica temperatur między stalą częściowy współczynnik bezpie- ap2,T  odległość środka ciężkości
i betonem zwiększa się, co dzia- czeństwa łs = 1,0; zaś kyk,T = fsy,T/fyk zbrojenia Ap -
ła na niekorzyść bezpieczeństwa  granicę plastyczności stali sprę- nej dla zredukowanych wymiarów
przy posługiwaniu się metodami żającej: fpd,T = kpk,T�(0,9�fpk)/łs, elementu,
normowymi wyznaczania nośno- gdzie częściowy współczynnik Ap2  pole przekroju zbrojenia sprę-
ści elementów w warunkach po- bezpieczeństwa łs = 1,0; zaś żającego w strefie ściskanej,
żaru. W Eurokodzie 2 [8] nie poda- kpk,T = fpy,T/(0,9fpk). As2  pole przekroju zbrojenia zwy-
no wytycznych określających do- W płycie TT średnią temperaturę kłego w strefie ściskanej,
puszczalne średnice i odległości T dla wszystkich prętów zbroje- �p2, -
między prętami zbrojeniowymi. nia zwykłego w strefie rozciąganej cej w strefie ściskanej w warunkach
wyznacza się w sposób następu- pożaru.
W celu określenia rozkładu tem- jący:
peratury w przekroju należy posłu- Wielkość �p2,
giwać się wykresami zamiesz- T = (ŁTsn�" Asn) / ŁAsn (1) pomniejszając naprężenia w stali
czonymi w normach [8, 9] dla gdzie: sprężającej �p2 za pomocą odpo-
różnych kształtów przekroju, spo- Tsn  temperatura w pręcie n ze stali wiedniego współczynnika reduk-
sobów oparcia i klas odporno- zbrojeniowej, w �C, cyjnego przyjmowanym z rysunku
ści ogniowej elementów. Znając Asn  pole przekroju pręta n ze stali 4b z uwzględnieniem częściowe-
rozkład temperatury wyznacza się zbrojeniowej. go współczynnika bezpieczeństwa
obniżone parametry wytrzymało- łs = 1,0 w sytuacji wyjątkowej.
ściowe stali i betonu. Na rysunku Identycznie postępuje w elemencie Efektywną wysokość bryły naprę-
4 przedstawiono redukcję para- sprężonym, zastępując wielkości żeń ściskających xeff,T ze względu
metrów wytrzymałościowych dla Tsn i Asn we wzorze (1) odpowied- na warunki pożarowe określa się
betonu i stali. nikami Tpn i Apn odnoszącymi się z równania:
Wykresy obrazujące wytrzyma- do stali sprężającej. Mając wartość
łość betonu na ściskanie wskazu- T odczytujemy z wykresów zamiesz- fpd,T�Ap1 + fyd,T�As1 = fcd�Acc,eff,T +
ją na zdolność betonu do przeno- czonych na rysunku 4b w zależno- �p2,T�Ap2 + fyd,T�As2 (3)
szenia obciążeń dla temperatury ści od rodzaju stali, jej zdegrado- gdzie:
powyżej 500�C. Pomimo to przyję- wane parametry wytrzymałościowe. Acc,eff,T  efektywne pole ściskanej
cie strefy zredukowanej przekroju Analogicznie według wzoru (1) strefy przekroju betonu o wysoko-
jest oczywiste, gdyż wytrzyma- postępuje się dla ewentualnego ści xeff w warunkach pożaru,
łość na rozciąganie w tempera- zbrojenia w strefie ściskanej. Ap1  pole przekroju zbrojenia sprę-
turze 600�C jest zerowa (rys. 4b), Nośność takiego elementu zgina- żającego w strefie rozciąganej,
co związane jest z zarysowaniem nego można sprawdzać ze wzglę- As1  pole przekroju zbrojenia zwy-
i pękaniem betonu, a temperatura du na warunki pożarowe metodą kłego w strefie rozciąganej.
graniczna strefy, tj. 500�C stanowi uproszczoną z warunku:
wartość obliczeniową (na rys. 4 Istotnym problemem jest określe-
przedstawiono wartości charakte- MSd,T d" MRd,T = fcd�Scc,eff,T + nie oddziaływań w czasie pożaru.
rystyczne ze względu na losowy �p2,T�Ap2�(d - ap2,T) + Można zastanawiać się nad reduk-
charakter pożaru). fyd,T�As2�(d - as2,T) (2) cją obciążeń spowodowanych spa-
Kolejnym krokiem jest określenie gdzie: leniem materiałów izolacyjnych,
nośności elementu konstrukcji MSd,T  moment obliczeniowy wy- stopnieniem śniegu, zmniejszeniem
dla zmniejszonych wymiarów i pa- wołany obciążeniem obliczeniowym ciężaru elementu w skutek odpry-
rametrów wytrzymałościowych w warunkach pożaru, skiwania betonu itp. Zdaniem au-
w warunkach ogniowych. Według MRd,T  nośność obliczeniowa prze- torów artykułu, najbezpieczniejszym
normy PN-B-03264:2002 [10] dla kroju na zginanie w warunkach rozwiązaniem wydaje się przyjęcie
wyjątkowej sytuacji obliczenio- pożaru, obciążeń jak w trwałej sytuacji obli-
46
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
czeniowej, ze względu na trudność gicznych) i wspomnianym wyżej 120, 160, 200 i 240 mm przy pod-
oceny przebiegu pożaru i skutków obciążeniem użytkowym qk. stawie i klas odporności ogniowej:
z tym związanych, które mają cha- Przyjęto podparcie płyty na pełną 30, 60, 90, 120, 180 i 240 minut.
rakter losowy. wysokość konstrukcyjną, gdyż W artykule rozpatrzono elemen-
Zgodnie z normą [8] płyty strunobe- nawet w przypadku częściowego ty TT o klasie odporności ognio-
tonowe nie są narażone na ścinanie podcięcia żeber byłoby bardzo wej 30, 60, 90, 120, 180 minut.
ani awarię zakotwienia w warun- trudno zapewnić wymaganą otuli- Nie podjęto się obliczeń dla 240
kach pożaru i nie wymagają dodat- nę dla zbrojenia w części podpo- minutowej klasy odporności og-
kowych obliczeń w tym zakre- rowej dla temperatury krytycznej niowej ze względu niemożność
sie. Mimo to można pokusić się
o sprawdzenie nośności na ścina-
nie i inne stany graniczne według
wzorów zawartych w [10], przyjmu-
jąc dla wytrzymałości stali i betonu
odpowiednie współczynniki reduk-
cyjne z rysunku 4 z uwzględnieniem
częściowego współczynnika bez-
pieczeństwa w sytuacji wyjątkowej.
Należy podkreślić przybliżony cha-
rakter obliczeń dla wyżej przedsta-
wionego algorytmu, nie oddający
w pełni rzeczywistego zachowania
się konstrukcji w razie pożaru.
Rys. 5. Przekrój poprzeczny płyty TT analizowanej w programie  Płyta TT
4. Analiza nośności strunobe-
tonowych płyt TT z uwzględnie-
niem pożaru stali 500�C. Niemożliwe jest rów- usytuowania zbrojenia w żebrze
nież całkowite zniwelowanie wyso- podyktowaną temperaturą w całym
Autorzy artykułu przeanalizowali kości oparcia za pośrednictwem przekroju poprzecznym ponad
strunobetonowe płyty TT pod kątem odpowiedniego profilu stalowego 400�C. Norma [8] nie podaje roz-
rozmieszczenia cięgien w przekroju typu Pfeifer [15], gdyż jego klasa kładu temperatur w płycie gór-
i nośności elementu w pięciu wa- odporności ogniowej ograniczona nej. W tej sytuacji autorzy artykułu
riantach różniących się klasą odpor- jest do 120 min. Stosując otwory posłużyli się rozkładami izoterm
ności ogniowej. Obliczenia prze- i wycięcia należy także zachować w płytach według [6].
prowadzono autorskim programem daleko idącą ostrożność. Wartość temperatury krytycznej
 Płyta TT [14] metodą  izotermy Płyty zbrojono podłużnie cięgna- jest różnie określana w literaturze,
500�C dla elementu o wymia- mi sprężającymi w postaci siedmio- jednakże najczęściej jest to 500�C
rach przekroju poprzecznego jak drutowych splotów Y 1860 S7 o śre- dla stali zwykłej i 350�C w odnie-
na rysunku 5. Obliczenia statyczno- dnicy 12,5 mm [10] umieszczonymi sieniu do stali sprężającej. Przez
-wytrzymałościowe płyt TT wyko- w dolnej strefie żeber. W projekto- wartość krytyczną rozumie się
nano zgodnie z normą [10] przy wanych płytach TT przyjęto beton temperaturę, po przekroczeniu któ-
założeniu swobodnego ich oparcia. klasy B50 o cechach wytrzymało- rej następuje utrata przyczepno-
Wartości obciążenia użytkowego ściowych i odkształcalnościowych ści zbrojenia do betonu. Metoda
qk [kN/m2] dla poszczególnych płyt podanych w normie [10].  izotermy 500�C nie uwzględnia
TT określono z warunków spełnie- W odróżnieniu od Eurokodu 2 [8] temperatury krytycznej stalii w pracy
nia stanów granicznych nośności uwzględniono wpływ oddziaływa- elementu biorą udział wszystkie
na zginanie w przęśle oraz pod- nia podwyższonej temperatury pręty i cięgna. Nasuwa się wnio-
stawowych wymagań użytkowych we wszystkich stanach granicznych, sek, iż należałoby określić jak
dotyczących ugięć i zarysowania przy obliczaniu których przyjęto zre- w przypadku betonu, zasięg strefy
prostopadłego do osi elementu dukowane parametry wytrzymało- ograniczonej ze względu na kry-
w przęśle i ukośnego przy pod- ściowe cięgien sprężających. tyczną temperaturę stali spręża-
porach. W obliczeniach założono, jącej (350�C) i zwykłej (500�C).
że płyty TT obciążone są ciężarem W celu ustalenia przebiegu izoterm Tak też postąpili autorzy artykułu
własnym gk, dodatkowym obciąże- w przekroju poprzecznym posłu- przyjmując kryterium temperatu-
niem stałym "gk = 2,0 kN/m2 (cię- żono się wytycznymi normy [9], ry krytycznej przy rozmieszcze-
żar warstw wyrównawczych, izolacji w której zawarto m.in. izotermy niu cięgien (rys. 6). Na rysunku 6
i ewentualnie instalacji technolo- dla żeber płyt TT o szerokości 80, pokazano ułożenie cięgien i geo-
47
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
metrię zredukowanej strefy betonu cych na rysunku 4b). Dla porów- fie rozciąganej. Powoduje to zmini-
dla wycinka płyty TT w zależności nania ujęto w tabeli 4 właściwości malizowanie strat wytrzymałościo-
od klasy odporności ogniowej ele- materiałowe cięgien z pominięciem wych prętów zbrojenia ze względu
mentu oraz temperatury krytycz- kryterium ognioodporności. na ich położenie w strefie niewiel-
nej 500�C i 350�C. kiego oddziaływania temperatu-
Parametry materiałowe zmienne Istotnym zabiegiem konstrukcyj- ry pożaru. Ponadto nie następuje
w zależności od klasy odporności nym poprawiającym wytrzymałość nagłe zniszczenie elementu, ponie-
ogniowej elementu zestawiono elementu w warunkach pożaru jest waż poszczególne pręty tracą swoją
w tabeli 4. Redukcji wytrzymałości ułożenie prętów zbrojenia w kilku nośność w pewnych odstępach
cięgien dokonano według zaleceń rzędach, równomiernie w całej stre- czasowych.
[8] (wykres dla splotów sprężają- Na rysunku 7 przedstawiono wy-
kresy maksymalnych, dopuszczal-
a) b) nych obciążeń charakterystycznych
qk [kN/m2] w zależności od rozpię-
tości i klasy odporności ogniowej
płyty TT. Dla płyt TT o klasie REI 30
i REI 60 (rys. 6a, b) przyjęto odpo-
wiednią otulinę cięgien sprężają-
cych ze względu na ochronę prze-
ciwkorozyjną, zaś dla klas REI 90,
REI 120, REI 180 (rys. 6c, d, e)
o grubości otuliny zadecydował
aspekt ognioodporności. Jak widać
(rys. 6, 7) klasa odporności ognio-
wej ma znaczący wpływ na grubo-
ści stosowanych otulin zbrojenia,
c) d)
układ zbrojenia w przekroju, a tym
samym na nośność elementów.
Jest to szczególnie istotne dla ele-
mentów o niewielkiej i średniej roz-
piętości. Dla elementów dłuższych
do głosu dochodzą inne aspekty
związane głównie ze sferą użytko-
walności elementu.
5. Podsumowanie
Przepisy polskie w chwili obec-
nej traktują marginalnie problem
pożaru w elementach konstrukcji
e)
żelbetowych i sprężonych. Jedną
z przyczyn jest znikoma liczba
ośrodków badawczych i ograniczo-
ny zakres badań. Naprzeciw ocze-
kiwaniom projektantów wychodzą
europejskie przepisy normowe, ale
tylko częściowo. Przedstawiony tok
postępowania według procedur
Eurokodu 2 [8] nie jest do końca
spójny, gdyż nie uwzględniono wielu
obszarów pozwalających w pełni
korzystać ze wzorów uwzględnia-
jących stany graniczne elementów
konstrukcji w warunkach pożaru.
Metoda  izotermy 500�C może
Rys. 6. Rozwiązania przyjęte do analizy nośności elementów TT w programie
stwarzać trudności przy projekto-
 płyta TT : a) REI 30, b) REI 60, c) REI 90, d) REI 120, e) REI 180
waniu. Redukcja przekroju betonu
48
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
BEZPIECZEC
STWO POŻAROWE
noznacznych informacji na temat
Tabela 4. Dane materiałowe cięgien przyjęte w programie [14]
kształtowania odporności ogniowej
konstrukcji sprężonych.
Wytrzymałość Wytrzymałość Moduł
Odporność
charakterystyczna obliczeniowa sprężystości
ogniowa
fpk [MPa] fpd [MPa] Ep [MPa]
BIBLIOGRAFIA
[1] Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich
 1860 1339 190000
89/106/EEC z dnia 21 grudnia 1988 r. w spra-
REI 30 1830 1647 185915
wie zbliżenia ustaw i aktów wykonawczych
Państw Członkowskich dotyczących wyrobów
REI 60 1409 1268 170525
budowlanych
REI 90 1315 1184 166535
[2] Dokument interpretacyjny do Dyrektywy
89/106/EEC dotyczącej wyrobów budow-
REI 120 1315 1184 166535
lanych. Wymaganie podstawowe nr 2
REI 180 1122 1009 161215
 Bezpieczeństwo pożarowe . Dokumenty
Wspólnoty Europejskiej dotyczące budownic-
do temperatury d" 500�C nie stano- nia stali zbrojeniowej. Dane zawarte twa. Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa
1995
wi problemu dla przekroju prosto- w tablicach [8, 12] zostały opraco-
[3] PN-B-02851-1:1997. Ochrona przeciwpoża-
kątnego, ale w przypadku złożonych wane dla powszechnie stosowa-
rowa budynków. Badania odporności ogniowej
kształtów np. płyt TT takie postę- nych elementów konstrukcyjnych
elementów budynków. Wymagania ogólne
powanie jest utrudnione. Problem na podstawie założeń bezpiecz-
i klasyfikacja
stanowi także dokładne określenie nych, zawierających dodatkowe [4] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury
z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków
temperatury cięgien sprężających rezerwy, dla standardowej krzywej
technicznych, jakim powinny odpowiadać
 izotermy w przekroju są określone temperatura/czas. Autorzy postulu-
budynki i ich usytuowanie. Dział VI  Bezpie-
najczęściej z dokładnością 100�C, ją, aby podstawowe dane tabela-
czeństwo pożarowe (Dz.U. nr 75, poz. 690)
rzadziej 50�C. Bardzo pracochłon- ryczne zawarte w normie [8] zosta-
[5] Kosiorek M.: Kształtowanie konstrukcji
żelbetowych i murowych z uwagi na bez-
ne jest ustalenie przebiegu izoterm ły załączone wprost do normy pro-
pieczeństwo pożarowe. XVIII Ogólnopolska
dla przekroju o wymiarach nieuję- jektowej [10].
Konferencja Warsztat Pracy Projektanta
tych, ale zbliżonych do podanych Przyjęcie przez projektanta właści-
Konstrukcji, Tom 2, Ustroń 2003, s. 1 56
w normach [8, 9]. wej odporności ogniowej elementu
[6] Kosiorek M., Pogorzelski J. A.,
Ze względu na różnorodność kształ- determinuje, odpowiednie ukształ- Laskowska Z., Pilich K.: Odporność ogniowa
konstrukcji budowlanych. Arkady,
tów elementów trudno stworzyć towanie przekroju poprzecznego,
Warszawa 1988
jednolite przepisy dla wszystkich a także odpowiednie rozmieszcze-
[7] PN-EN 1991-1-2:2005 (U) Eurokod 1:
typów konstrukcji. Wydaje się za- nie i ilość zbrojenia nośnego.
Oddziaływania na konstrukcje. Część 1 2:
tem słuszne, aby odporność ognio- Mimo trwających prac nad zagad- Oddziaływania ogólne. Oddziaływania na kon-
strukcje w warunkach pożaru
wą elementów ustalać metodą tabe- nieniami projektowania konstrukcji
[8] PN-EN 1992-1-2:2005 (U) Eurokod 2:
laryczną w zależności od wymiarów w warunkach pożaru w dalszym
Projektowanie konstrukcji z betonu. Część
przekroju poprzecznego i położe- ciągu brakuje w przepisach jed-
1 2: Reguły ogólne. Projektowanie na warunki
pożarowe
[9] PN-EN 13224:2005 (U) + AC1:2005 (U)
130
Prefabrykaty betonowe. Płyty stropowe żebro-
REI 30
120
we
REI 60
[10] PN-B-03264:2002 Konstrukcje betonowe,
110
żelbetowe i sprężone  Obliczenia statyczne
REI 90
100
i projektowanie
REI 120
90
[11] Wytyczne oceny odporności ogniowej ele-
mentów konstrukcji budowlanych. Instrukcja
80 REI 180
ITB 221, Instytut Techniki Budowlanej,
70
Warszawa 1979
60
[12] Projektowanie elementów żelbetowych
i murowych z uwagi na odporność ogniową.
50
Instrukcje, wytyczne, poradniki nr 409/2005,
40
Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2005
30
[13] Kowalski R.: Uproszczona analiza
nośności przekrojów żelbetowych w warun-
20
kach pożaru wg prEN1992-1-2.  Inżynieria
10
i Budownictwo , nr 10/2004
0
[14] Program komputerowy  Płyta TT . Autorzy
programu i właściciele: Janusz Kubiak, Aleksy
6 8 10 12 14 16 18 20 22
A
odo, Jarosław Michałek
leff [m]
[15] Katalog firmy Jordahl & Pfeifer Technika
Budowlana Sp. z o.o.  Podkład stalowy
Rys. 7. Maksymalne obciążenia charakterystyczne qk [kN/m2] w zależności od
PFEIFER do płyt stropowych TT
rozpiętości i klasy odporności ogniowej płyty TT
49
PRZEGL
D BUDOWLANY 7-8/2006
A R T Y K U A
Y P R O B L E M O W E
2
k
q [kN/m ]