Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Czynne i bierne zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji stalowych

Metody oceny bezpieczeństwa pożarowego | Zachowanie się elementów stalowych bez izolacji termicznej oraz z izolacją termiczną w warunkach pożaru | Analiza termiczna elementów stalowych bez izolacji i z izolacją ogniochronną
Przykład budynku z zewnętrzną stalową konstrukcją nośną niezabezpieczoną przeciwogniowo | Active and passive fire protection measures in steel constructions
Przykład budynku z zewnętrzną stalową konstrukcją nośną niezabezpieczoną przeciwogniowo | Active and passive fire protection measures in steel constructions
www.arcelormittal.com

Bezpieczeństwo pożarowe obiektów o stalowej konstrukcji nośnej zwiększa się dzięki działaniom prewencyjnym. Ponadto można je poprawić przez zastosowanie środków ochrony czynnej (urządzeń monitorujących i alarmowych oraz instalacji gaśniczych) oraz środków ochrony biernej (odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych), które zmniejszają skutki oddziaływania termicznego występującego w trakcie pożaru lub/i ograniczają jego rozpowszechnianie oraz zasięg.

W odróżnieniu od konstrukcji żelbetowych i drewnianych konstrukcje stalowe w warunkach pożaru stosunkowo szybko osiągają wysokie wartości temperatury w całym przekroju poprzecznym. Wówczas, w wyniku oddziaływania podwyższonej temperatury, następuje degradacja właściwości mechanicznych stali (Czytaj więcej na ten temat).

Przykładowo: nieizolowany ogniochronnie dwuteownik IPE 300 w pożarze standardowym [1] już po 15 min osiąga temp. ok. 670°C. Towarzyszy temu zmniejszenie granicy plastyczności stali fy do ok. 27% jej wytrzymałości w temperaturze normalnej, następuje także redukcja modułu sprężystości podłużnej stali E o 83%. W konsekwencji dochodzi do wyczerpania nośności konstrukcji, awarii lub katastrofy obiektu. 

ABSTRAKT

     W artykule przedstawiono zagadnienia projektowania oraz realizacji zabezpieczeń ogniochronnych konstrukcji stalowych. Omówiono sposoby, rozwiązania konstrukcyjne, materiałowe i technologiczne stosowanych współcześnie zabezpieczeń czynnych i biernych.

    The article presents the issues of designing and implementing fire protection measures in steel constructions. It discusses the means, as well as construction, material and technological solutions employed in contemporary active and passive security measures.

Można jednoznacznie stwierdzić, że poza nielicznymi wyjątkami konstrukcje stalowe mają bardzo małą nośność ogniową R. Z tego powodu w projektowaniu każdej tego typu konstrukcji, dla której jest wymagana choćby najmniejsza nośność ogniowa, należy zastosować środki ograniczające ryzyko wystąpienia zagrożenia, tj. odpowiednie zabezpieczenia przeciwpożarowe, gwarantujące właściwą wytrzymałość obiektu w warunkach pożaru [2].

W większości przypadków konieczne jest wydłużenie czasu dochodzenia konstrukcji do temperatury krytycznej, czyli zwiększenie odporności ogniowej dzięki zastosowaniu osłon izolujących przed ogniem.

W zależności od ilości i rodzaju palących się materiałów oraz intensywności odpływu spalin i właściwości termoizolacyjnych przegród temperatura spalin podczas pożaru może wynosić 500–1600°C.

Czas nagrzewania się nieizolowanych ogniochronnie elementów stalowych do temperatury krytycznej θa,cr (500–800°C), w której tracą one prawie całkowicie swoją nośność (jeśli obciążenie konstrukcji jest równe normatywnemu), wynosi od kilku do kilkunastu minut.

Metody oceny bezpieczeństwa pożarowego

Stosunkowo często standardowe wymagania dotyczące ognioodporności konstrukcji stalowych (określone w przepisach przeciwpożarowych zawartych w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3]) spełniane są za pomocą tzw. metody tradycyjnej oceny bezpieczeństwa pożarowego.

Projektowanie polega wówczas na doborze środków ochrony przeciwpożarowej, w szczególności paramentów izolacji termicznej chroniącej konstrukcję przed działaniem ognia, tak by została uzyskana niezbędna (wyższa niż wymagana) ognioodporność. Metoda tradycyjna projektowania konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe ogranicza się do prostego wyboru środków izolujących przed ogniem z dostępnej oferty materiałów. Nie dokonuje się żadnej dodatkowej analizy obliczeniowej, oceniającej zachowanie się konstrukcji stalowej podczas pożaru.

Przyjmuje się więc, że producent wyrobu ogniochronnego niejako gwarantuje, że zastosowanie danego typu izolacji (o odpowiednich parametrach, np. grubości) umożliwia uzyskanie żądanej ognioodporności. Metodę tę stosuje się zwykle w projektowaniu stosunkowo prostych budynków, a poziom bezpieczeństwa jest w niej relatywnie łatwy do osiągnięcia i wdrożenia.

Przeczytaj: Zachowanie się betonu komórkowego w warunkach pożarowych

Należy zwrócić uwagę, że rezultat takiego postępowania nie zawsze jest wiarygodny – nie uwzględnia się np. swobody odkształceń termicznych, czyli stopnia „skrępowania” elementu.

Ponadto w wielu przypadkach taki sposób projektowania może być zbyt zachowawczy, ponieważ wymaga zastosowania istotnej (kosztochłonnej) biernej ochrony przeciwpożarowej. Zbliżoną do obiektywnej ocenę ognioodporności budowli można uzyskać na podstawie odrębnej analizy termiczno-statyczno-wytrzymałościowej (według metody opartej na właściwościach) [4].

Zachowanie się elementów stalowych bez izolacji termicznej oraz z izolacją termiczną w warunkach pożaru

Szybkość nagrzewania się elementu stalowego zależy głównie od stosunku pola powierzchni nieosłoniętej Am [m2] do objętości V [m3] na jednostkę długości (rys. 1–6). Parametr Am/V [m–1] nazywany jest wskaźnikiem ekspozycji przekroju lub wskaźnikiem masywności przekroju. Jest on miarą szybkości nagrzewania się nieosłoniętego elementu stalowego.

Ponadto w ocenie ilości ciepła przejmowanego przez nieosłonięty element stalowy narażony na oddziaływanie pożaru nominalnego bierze się pod uwagę współczynnik poprawkowy ksh związany z efektem zacienienia. Uwzględnia on przesłanianie strumienia ciepła w elementach o wklęsłym obrysie przekroju poprzecznego – tzw. efekt cienia. Współczynnik ksh jest ilorazem umownego przekroju skrzynkowego opisanego na przekroju rzeczywistym [Am/V]b i wskaźnika ekspozycji Am/V.

Wskaźnik stalowego przekroju nieizolowanego [Am/V] sh z uwzględnieniem współczynnika efektu cienia ksh (ksh =1,0 lub ksh = 0,9) wynosi w odniesieniu do przekrojów:

  •  dwuteowych:           
                      [Am/V]sh = ksh·[Am/V]b = 0,9·[Ab/V] (1)
  • innych (np. teowych, kątowych):
                      [Am/V]sh = ksh·[Am/V]b = 1,0·[Ab/V] (2)

Powierzchnię Ab (rys. 7–12) mierzy się po wypukłym obrysie przekroju poprzecznego, nie zaś po jego rzeczywistym obwodzie (jak w wypadku powierzchni Am).

Sposób ustalania wskaźników przekrojów kształtowników stalowych [Am/V]sh podano na rys. 1–12 oraz w normie PN-EN 1993­‑1­­‑:2007 [5]. Wartości wskaźników przekroju [Am/V]sh kształtowników stalowych walcowanych na gorąco można określić za pomocą tablic zamieszczonych na stronie internetowej jednego z producentów stali [6].

Potrzebujesz więcej TREŚCI?

Odbierz TUTAJ
IZO-newsletter »

Jeśli element jest osłonięty, wskaźnik masywności przekroju przyjmuje się jako Ap/V [m–1]. Jest to iloraz powierzchni eksponowanej osłony ogniochronnej na jednostkę długości Ap [m2] do objętości elementu stalowego V [m3] na jednostkę długości.

Na rys. 13–16 podano zależności służące do obliczania wskaźników masywności przekrojów elementów stalowych zabezpieczonych ogniowo. Zasady ustalania wskaźników przekrojów kształtowników stalowych Ap/V podano w normie PN-EN 1993-1-2:2007 [5].

Materiały termoizolacyjne mogą mieć formę układów konturowych (o obrysie kształtownika stalowego – RYS. 13, 15), skrzynkowych (obudowujących kształtownik stalowy – rys. 14, 16) albo powierzchniowych (ściany lub sufity izolujące grupowo kształtowniki stalowe).

Mogą być nakładane w postaci powłok natryskowych z włókien mineralnych, wermikulitu i cementu, perlitu, wermikulitu (lub perlitu) i cementu, wermikulitu (lub perlitu) i gipsu, wermikulitu (lub perlitu) i cementu, a także płyt – włókna krzemianowego, włókna krzemianu wapnia, cementu włóknistego, gipsu, prasowanych włókien krzemianowych i wełny mineralnej.

Charakterystykę termiczną materiałów ogniochronnych na ogół wyznacza się na podstawie badań ogniowych prowadzonych w warunkach pożaru standardowego. Należy stosować wyłącznie wyroby ogniochronne certyfikowane i ocenione w ramach standardowych badań ogniowych, przeprowadzonych według zaleceń normy europejskiej ENV 13381 [7].

Wymaganą grubość warstwy ochronnej elementu stalowego zwykle można określić na podstawie danych (tabel lub wykresów) publikowanych przez producentów. Najczęściej dane te odnoszą grubość warstwy materiału ogniochronnego do wskaźnika masywności przekroju elementu stalowego Ap/V, temperatury krytycznej θa,cr i wymaganego czasu t ognioodporności.

Warto przeczytać: Izolacje konstrukcji obiektów mostowych

Na rys. 17 pokazano przykładowy wykres dotyczący zabezpieczenia przeciwogniowego wykonanego z użyciem płyt, w tabeli 1 zaś zamieszczono arkusz danych do projektowania ogniochronnych niereaktywnych mas natryskowych.

Analiza termiczna elementów stalowych bez izolacji i z izolacją ogniochronną

Celem analizy termicznej jest określenie zależności między temperaturą w elemencie a czasem osiągnięcia tej temperatury (zarówno w przypadku elementów nieosłoniętych izolacją ogniochronną, jak i osłoniętych). Dzięki wyznaczeniu w rozważanym czasie t trwania pożaru temperatury w elemencie stalowym qa,t można ocenić jego stopień wytężenia w pożarze.

Nagrzewanie niezabezpieczonych elementów stalowych można określić za pomocą metody analitycznej podanej w normie PN-EN 1993-1-2:2007 [5], w której wzrost temperatury zależy od oddziaływań termicznych (wyrażonych w postaci strumieni ciepła netto), właściwości termicznych stali oraz wskaźnika ekspozycji.

Na rys. 18 podano nomogramy temperatury stali θa,t w funkcji czasu t (obliczone w odniesieniu do standardowej krzywej ekspozycji pożarowej według normy PN-EN 1991-1-2:2006 [1]) elementów stalowych bez izolacji ogniochronnej, przy ich różnych wartościach współczynnika przekroju [Am/V]sh (z uwzględnieniem współczynnika cienia).

W normie PN­‑EN 1993-1-2:2007 [5] podano też metodę obliczeniową oceny nagrzewania się elementów stalowych izolowanych za pomocą materiałów biernej ochrony przeciwpożarowej. W takich obliczeniach wzrost temperatury zależy od wskaźnika masywności przekroju izolowanego elementu stalowego Ap/V [m–1], grubości warstwy izolacji ogniochronnej dp [m] oraz jej wartości współczynnika przewodzenia ciepła λp [W/(m·K)], które wyrażane są wskaźnikiem izolacyjności przekroju kp [W/m3·K], określonym wzorem:

                                                       

tabeli 2 przedstawiono właściwości fizyczne podstawowych materiałów stosowanych do wykonywania izolacji ogniochronnych stalowych elementów konstrukcyjnych.

Na rys. 19 [9] podano nomogramy temperatury stali θa,t w funkcji czasu t (obliczone w odniesieniu do standardowej krzywej ekspozycji pożarowej według normy PN­‑EN 1991­‑1­‑2:2006 [1]) stalowych elementów osłoniętych izolacją ogniochronną, przy różnych wskaźnikach izolacyjności przekroju kp.

Za pomocą nomogramów przedstawionych na rys. 18–19 można określić temperaturę θa,t nieizolowanego elementu stalowego oraz izolowanego ogniochronnie po czasie t trwania pożaru w odniesieniu do analizowanego wskaźnika przekroju [Am/V]sh lub wskaźnika izolacyjności przekroju kp.

Z porównania wzrostu temperatury w czasie pożaru standardowego elementów zabezpieczonych i niezabezpieczonych ogniochronnie wynika, że większy wskaźnik przekroju prowadzi do szybszego nagrzewania się elementu stalowego – wysoka wartość wskaźnika ekspozycji przekroju oznacza dużą powierzchnię nieosłoniętą w stosunku do jej objętości i element ten otrzymuje więcej ciepła niż element o niskim wskaźniku i małej powierzchni nieosłoniętej.

Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 3/2013

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji »


W przypadku gdy temperatura przekroczy temperaturę zeszklenia, wówczas żywica nie jest... ZOBACZ »


Szukasz materiałów budowlanych dobrej jakości?

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Opłacalność paneli fotowoltaicznych - najnowsze informacje i porady »

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

W przyszłym roku nastąpią znaczne podwyżki cen energii elektrycznej, dlatego też warto zastanowić się nad montażem paneli fotowoltaicznych.
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dlaczego hydroizolacja budynków jest tak ważna?

Sprawdzony sposób na przyspieszenie ocieplenia »

W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i izolacja pod płytą fundamentową... czytaj dalej » Jakiego produktu użyć, by aplikacja była łatwa, efektywność większa, a tempo pracy ekspresowe? czytaj dalej »

Czego użyć do izolacji podłóg, dachów i fasad?


Istotną różnicą pomiędzy styropianami białymi i grafitowymi jest ich odporność na ZOBACZ »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.