Index of /rozprawy2/11685

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo Hutnicza im Stanisława Staszica Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki. WPŁYW ZABEZPIECZENIA PRZECIWOGNIOWEGO LEKKICH DREWNIANYCH DŹWIGARÓW KRATOWNICOWYCH NA ICH POŻAROWĄ UTRATĘ NOŚNOŚCI. Rozprawa doktorska Mgr inż. Wojciech Sikora. Promotor: dr hab. inż. Andrzej Więckowski, prof. uczelni Kraków 2020. 1.

(2) 2.

(3) Spis treści Wstęp ................................................................................................................................... 7 1. Cel i zakres pracy ......................................................................................................... 9. 2 Stosowane metody ochrony przeciwpożarowej kratownicowych konstrukcji drewnianych ....................................................................................................................... 11. 3. 4. 5. 6. 2.1. Ameryka Północna.......................................................................................................... 12. 2.2. Europa ............................................................................................................................ 15. 2.2.1. Norwegia ................................................................................................................ 15. 2.2.2. Niemcy .................................................................................................................... 17. 2.2.3. Francja .................................................................................................................... 19. Projektowanie konstrukcji drewnianych .................................................................... 22 3.1. Uwarunkowania prawne ................................................................................................ 22. 3.2. Projektowanie konstrukcji budynków narażonych na oddziaływanie pożaru ............... 29. 3.2.1. Projektowanie konstrukcji drewnianych w warunkach pożarowych ..................... 39. 3.2.2. Metoda zredukowanego przekroju ........................................................................ 45. Techniczne metody ochrony przeciwpożarowej ......................................................... 47 4.1. Osobliwości pożaru......................................................................................................... 47. 4.2. Niektóre zabezpieczenia przeciwpożarowe drewna ...................................................... 54. Drewno jako materiał konstrukcyjny w budownictwie .............................................. 58 5.1. Zarys rozwoju budownictwa drewnianego .................................................................... 58. 5.2. Podstawowe cechy drewna ............................................................................................ 66. Elementy technologii prefabrykacji drewna ............................................................... 73 6.1. Produkcja tarcicy ............................................................................................................ 73. 6.2. Prefabrykacja konstrukcji z litego drewna ..................................................................... 77. 6.3. Projektowanie wiązarów kratownicowych..................................................................... 85. 6.4 Proces prefabrykacji lekkich drewnianych dźwigarów kratownicowych z połączeniami na płytki kolczaste ...................................................................................................................... 89. 7 Badania doświadczalne odporności ogniowej połączeń elementów drewnianych na płytki kolczaste .................................................................................................................. 98 7.1. Cel i opis przeprowadzonych badań ............................................................................. 103. 7.2. Stanowisko badawcze .................................................................................................. 104. 7.3. Drewniane elementy poddane badaniom .................................................................... 107. 7.4. Obliczenia w warunkach normalnych........................................................................... 109. 7.5. Obliczenia z uwzględnieniem warunkach pożarowych ................................................ 113. 7.5.1 7.6. Obliczenia w warunkach pożarowych elementów zabezpieczonych ................... 116. Przeprowadzone badania ............................................................................................. 117. 3.

(4) 4.

(5) 7.6.1. Badanie „1a” - elementy nie zabezpieczone: ....................................................... 119. 7.6.2 Badanie „6b” – element z taśmą stalową zabezpieczoną listwą gr. 30 mm + okładzina MORGAN na płytkach........................................................................................... 121 7.6.3 Badanie „7a” - element z taśmą stalową z zabezpieczeniem listwą drewnianą grubości 30 mm mocowaną za pomocą wkrętów 6 x 80. .................................................... 122 7.6.4. Badanie „9b” – elementy z płyta GKF ................................................................... 124. 7.6.5. Badanie „13” - elementy z drewna litego............................................................. 126. 7.6.6. Badanie „15” – element środkowy nagrzewany .................................................. 127. 7.6.7 mm. Badanie „18” – badanie temperatury taśmy zabezpieczonej listwą drewnianą 30 129. 7.7. Wyniki badań empirycznych ......................................................................................... 132. 7.8. Nakłady na wykonanie wybranych zabezpieczeń przeciwogniowych.......................... 137. 8. Wnioski ..................................................................................................................... 141. 9. Literatura .................................................................................................................. 145. 5.

(6) 6.

(7) Wstęp Pierwsze dwie dekady XXI wieku to renesans zastosowania drewna w budownictwie. Architekci, poszukując harmonizacji z otoczeniem i klimatem, zwrócili uwagę na naturalne materiały. Takim surowcem jest drewno, które dodatkowo charakteryzuje się korzystnym bilansem energetycznym [12,57,68]. Jak podaje Jerzy Żurawski [147] konstrukcja z drewna w całym procesie wznoszenia obiektu budowlanego jest dwukrotnie mniej energochłonna od konstrukcji stalowej. W 2000 roku na Światowej Wystawie EXPO 2000 w Hanowerze wiele pawilonów było wykonanych z drewna, między innymi pawilony: Japonii, Finlandii, Szwajcarii oraz zadaszenie nad głównym miejscem spotkań. Otrzymanie w 2002 roku przez architekta Glena Murcutt prestiżowej nagrody Pritzkera między innymi za projekt „ Arthur and Yvonne Boyd Education Centre” przyczyniło się do większego zainteresowania wykorzystaniem potencjału konstrukcyjnego drewna. Do realizacji tego projektu użyto elementy konstrukcyjne z recyklingu budownictwa drewnianego. Sukcesywnie rosło więc zainteresowanie wykorzystaniem potencjału konstrukcyjnego drewna. Powszechne obecnie stosowanie konstrukcji drewnianych w obiektach budowlanych możliwe jest między innymi dzięki technologiom ich prefabrykacji. Pisze o tym między innymi Jarosław Szewczyk.[134]oraz [67,69,70] Są to przede wszystkim dźwigary z drewna klejonego warstwowo oraz wiązary kratownicowe Sikora [124]. Wiązary wykonane z litego drewna łączonego za pomocą płytek kolczastych mają zastosowanie w takich obiektach jak sale sportowe, obiekty handlowe, obiekty rolnicze, hotele i restauracje, budownictwo mieszkaniowe i użyteczności publicznej. Ograniczeniem. szerszego. zastosowania. takich. konstrukcji. są. wymagania. przeciwpożarowe. Rozpatrzenie warunków pożarowych jest integralną częścią procesu projektowania konstrukcji budowlanych [41,72]. Wymóg odpowiedniego przygotowania konstrukcji na wypadek pożaru ma jednoznaczne umocowanie w takich aktach prawnych jak: - Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich [30], gdzie wśród sześciu podstawowych wymagań stawianych obiektom budowlanym, na drugim miejscu po nośności i stateczności konstrukcji wymienia ona bezpieczeństwo pożarowe; - Dział IV. Eurokod 5 dotyczący konstrukcji drewnianych w części 2-giej [108] dokładnie omawia jak należy projektować konstrukcje uwzględniając warunki pożaru; - Ustawa Prawo Budowlane [114]; 7.

(8) - Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakimi powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [123], które klasyfikuje obiekty ze względu na ich zagrożenie pożarowe (ZL) i określa wymagania bezpieczeństwa pożarowego dla konstrukcji obiektów. Dla konstrukcji dachu wymagana jest nośność ogniowa R od 15 do 30 minut.[83]’ Jedynym odstępstwem są budynki o jednej kondygnacji, dla których została określona klasa odporności pożarowej „D”. W tych przypadkach dla konstrukcji dachu i przekrycia nie określa się odporności ogniowej. Należy rozróżnić dwa pojęcia: reakcja na ogień, czyli zdolność produktu budowlanego do przyczynienia się do pożaru, oraz odporność na ogień „R”, czyli czas, w którym element budynku spełnia swoją funkcję nośną po wybuchu pożaru. Dodatkowo dla przegród określa się szczelność ogniową „E”, tj. czas spełnienia funkcji oddzielającej przed przedostaniem się płomieni na stronę nienagrzewaną, oraz izolacyjność ogniową „I” oznaczającej czas spełnienia funkcji oddzielającej do granicznej temperatury na powierzchni nienagrzewanej. Działanie pożaru nie ma charakteru oddziaływania mechanicznego, lecz powoduje zmianę środowiska budynku i jego otoczenia, a oddziaływania na konstrukcję mają charakter wtórny [60]. W wyniku pożaru następują: wzrost temperatury, zubożenie tlenu, pojawienie się gazów toksycznych, zadymienie, wzrost ciśnienia i podciśnienie. Wszystkie te zmiany mają wpływ na bezpieczeństwo ludzi i zwierząt. Na konstrukcję budynku mają wpływ zmiana ciśnienia i wzrost temperatury. Konstrukcje metalowe ulegają uplastycznieniu, konstrukcje betonowe spękaniu. W przypadku drewna wysoka temperatura, wywołująca ogień powoduje zmniejszenie przekroju. i. może. prowadzić. do przekroczenia. a w zakończeniu całkowite jej przepalenie.. 8. granicy. nośności. konstrukcji,.

(9) 1. Cel i zakres pracy Poważnym ograniczeniem w szerokim stosowaniu drewnianych konstrukcji. kratownicowych są wysokie wymagania odporności ogniowej dla obiektów budowlanych. Wymagania te przez projektantów nie zawsze są adekwatnie stosowane, szczególnie w kontekście przeznaczenia obiektu i jego usytuowania. Przeważa przeświadczenie, że „drewno jest materiałem palnym, więc nieodpornym na ogień i wysoką temperaturę oraz bardzo niebezpieczne”. Dodatkowo w. przeciwieństwie do konstrukcji wykonanych. z innych materiałów, dla połączeń drewna na płytki kolczaste brak jest systemowych zabezpieczeń przeciw pożarowych, które pozwalałyby jednoznacznie określić odporność ogniową „R” tego typu konstrukcji. Autor przedstawił podejście do zagadnienia ochrony przeciwpożarowej w różnych krajach. Zostały przedstawione stosowane w nich metody zabezpieczenia konstrukcji drewnianych na wypadek pożaru. W pracy przedstawiono zasady projektowania z aktualnymi uwarunkowaniami prawnymi. Wskazano na zasadność projektowania o cele funkcjonalne. Mając na uwadze jak poważnym problemem są straty spowodowane niekontrolowanym ogniem, oddzielny rozdział został poświęcony pożarowi jako zjawisku, które w projektowaniu obiektów należy uwzględnić. Najstarszym materiałem budowlanym jest drewno. Jego wykorzystanie na przestrzeni wieków również zostało opisane w niniejszej pracy. Produkcja konstrukcji drewnianych w fabryce to dzisiaj powszechność, znalazło to odzwierciedlenie w pracy poprzez dokładne omówienie technologii powstawania wiązarów w fabryce prefabrykacji Celem pracy jest określenie czasu odporności pożarowej kratownicowych dźwigarów drewnianych w zależności od sposobu przeciwogniowego ich zabezpieczenia w kontekście wyników badań doświadczalnych. Autor. postawił. następującą tezę: zabezpieczenia. przeciwogniowe płytek. kolczastych oraz elementów wzmacniających konstrukcję zwiększają okres stateczności pożarowej lekkich dźwigarów drewnianych. Badania przeprowadzono w specjalnie wykonanej komorze [127], umożliwiającej badania ogniowe z zapewnieniem wzrostu temperatury, zgodnie z krzywą standardową (celulozową) rozwoju pożaru, oraz wymagań normy PN-EN 1363 [94]. Rejestrowano temperaturę na zewnątrz i wewnątrz pieca, przy płytce i w drewnie w okolicach końca kolca płytki. Odchylenie krzywej wzrostu temperatury wewnątrz pieca w stosunku do krzywej standardowej normowego pożaru spełniało wymagania normowe.. 9.

(10) Przebadano 120 elementów o przekroju 60 x 220 mm i długości 3500 mm z połączeniami na płytki kolczaste z różnymi zabezpieczeniami przeciwpożarowymi takimi jak lakier przeciwogniowy Espander FR, [1] okładzina FireMaster Paper [138], płyty gipsowe GKF Pro-fire-DF [121] oraz ze wzmocnieniem taśmą stalową w dolnej krawędzi elementu [125]. Dla porównania przebadano elementy niezabezpieczone i elementy z litego drewna. Przeprowadzono również badania próbek z taśmą stalową osłoniętą listwą drewnianą, których celem było określenie czasu po jakim taśma stalowa osiągnie temperaturę 120˚ C.. Wykonano badania symulacji pożaru miejscowego – ogień z palników pod środkowym elementem – których celem była informacja jakie oddziaływanie pożaru jednego elementu jest na sąsiednie próbki. Wszystkie badane elementy były obciążone siłą osiową poprzez obciążniki. Rejestrowano również czas od momentu rozpoczęcia badania ( pojawieniu się ognia z palników) do awarii badanego elementu. Zostały również porównane koszty standardowej konstrukcji dachowej z lekkich drewnianych dźwigarów kratownicowych o połączeniach na płytki kolczaste z jej wartością przy uwzględnieniu zabezpieczeń przeciwpożarowych zastosowanych w badaniach. Analizy odniesiono do przykładu konstrukcji dachu na handlowym budynku parterowym o powierzchni 478 m2. We wnioskach ujęto stwierdzenia na temat charakterystyk nośności ogniowych połączeń elementów drewnianych (z drewna litego C24 czterostronnie struganego o przekrojach 30 mm * 60 mm) na płytki kolczaste w zależności od zastosowanych zabezpieczeń przeciwpożarowych w kontekście nośności normowych R15 i R30. W posumowaniu pracy podkreślono, że zrealizowane badania stanowią przyczynek do dalszych prac i badań pozwalających na uzyskanie odpowiednich certyfikatów.. 10.

(11) 2. Stosowane metody ochrony przeciwpożarowej kratownicowych konstrukcji drewnianych Badania w zakresie ochrony przeciwpożarowej kratownicowych konstrukcji. drewnianych są wykonywane bardzo rzadko. Najczęściej mają miejsce przy testach ścian i stropów oraz na zlecenie producentów konstrukcji, [8,35] lub też producentów materiałów ognioochronnych [118,84]. W literaturze przeważają opracowania dotyczące zachowania się w warunkach pożaru konstrukcji stalowych [3,4,10,71,140], rzadziej belek z drewna klejonego [62,87] czy ścian z paneli CLT [6,13] lub drewnianych ścian szkieletowych [21, 88, 89]. W Polsce nie ma systemu zabezpieczającego konstrukcję wraz z węzłami na płytki kolczaste przed skutkami pożaru. Badania [84] przeprowadzone w ITB w Warszawie na zlecenie NIDA GIPS obejmowały wyłącznie zabezpieczenie elementów drewnianych w kratownicach z pominięciem połączeń w węzłach. Na zlecenie firmy AMSTROG STRONG producenta sufitów podwieszanych w 2008 roku Instytut Techniki Budowlanej przeprowadził badania dla systemu sufit podwieszony z wełny mineralnej na ruszcie stalowym mocowanym do. kratownicy drewnianej z płytkami kolczastymi [53].. Stwierdzono odporność 30 minut odpowiadającą REI30. Certyfikat stracił już ważność i dalszych badań nie przeprowadzano. Według M. Kosiorka [59] o odporności ogniowej dachów drewnianych decyduje na ogół zachowanie poziomej przepony oddzielającej konstrukcję drewnianą od ognia, a nie nośność konstrukcji. Po przedostaniu się ognia przez sufit podwieszony lub podsufitkę w ciągu kilku minut łaty drewniane, które są jednym z elementów usztywniających konstrukcje, ulegają przepaleniu. Zniszczona zostaje połać dachowa, dach traci szczelność ogniową. Kratownice nie ulegają zniszczeniu, lecz się przewracają z powodu braku usztywnień, a krokwie stanowią palący się szkielet dachu. M. Kosiorek wskazuje, że skuteczność ograniczenia przedostania się ognia przez sufit zależy od jakości i prawidłowości wykonania przegrody. Ułożona wełna mineralna musi mieć dodatkowe zabezpieczenie przed ewentualnym wypadnięciem np. przez ułożenie siatki z drutu. Badania były przeprowadzone na dachu dwuspadowym pokrytym dachówką ceramiczną. W analizie nie uwzględniono pokrycia, które usztywniają konstrukcję np. z płyty warstwowej, blachy czy pokrycie na pełnym deskowaniu. Prawidłowo zaprojektowana i wykonana konstrukcja z wiązarów kratowych musi mieć usztywnienia – stężenia kratowe - z elementów skrzynkowych (rys.2.4). W przypadku dachów wielospadowych konstrukcja 11.

(12) jest „samo usztywniająca”. Takie rozwiązania znacznie ograniczają zawalenie się dachu w przypadku pożaru.. Rys. 2.1 Stężenia kratowe połaciowe Źródło: opracowanie własne W Polsce do obecnej chwili nie zostały opublikowane (odnotowane) inne badania kratownic drewnianych. Pierwsze wstępne testy odporności ogniowej kratownic drewnianych z połączeniami w węzłach na płytki kolczaste, w zakresie badań własnych w 2007 r. i w 2016 r. zostały przeprowadzone w Firmie SAWE - producenta konstrukcji drewnianych (szerzej omówione w rozdziale 7). W poszczególnych krajach świata zauważa się wielorakość koncepcji ochrony przeciwpożarowej, szczególnie w przypadku drewnianych dźwigarów z połączeniami na płytki kolczaste. Poniżej przedstawiono główne kierunki w zakresie ochrony przeciwpożarowej w Ameryce Północnej i w Europie. 2.1. Ameryka Północna W Stanach Zjednoczonych, gdzie powstała technologia połączeń elementów drewna. litego na płytki kolczaste od kilkudziesięciu lat prowadzona jest dyskusja, czy tego typu konstrukcje są bezpieczne w czasie pożaru, czy wręcz przeciwnie stwarzają bardzo duże zagrożenie. Między innymi Mittendorf [76] uważa że dach z kratownic drewnianych jest bezpieczniejszy. Analizował czas od początku pożaru do zawalenia się różnych konstrukcji dachu i stwierdził, że czas stabilności dla kratownic drewnianych jest większy niż w porównywanych dachach wykonanych w innej technologii. W przeciwieństwie do tego Dunn [28] wskazał, że dachy kratownicowe są jedną z najniebezpieczniejszych istniejących konstrukcji z punktu widzenia przeciwpożarowego. 12.

(13) Nazywa je wręcz „the killer” tj. zabójcami. Przede wszystkim długotrwała akcja gaśnicza wewnątrz konstrukcji z drewnianym dachem kratownicowym jest niebezpieczna – strażacy powinni przewidzieć wczesne zawalenie się dachu. Należy jednak podkreślić, że Dunn dodawał przy tym, że jeśli kratownice drewniane są chronione materiałami ognioodpornymi, awaria dachu nastąpi wolniej (później), a kratownice drewniane są narażone na uszkodzenie pojedynczo, a nie jako cała konstrukcja. Carbeck Structural Components Institute w swojej publikacji [33] obala teorie Dunn’a z podręcznika „Building Construction for the Fire Service” o wyjątkowej szkodliwości kratownic. Przedstawione. zostały przykłady, gdzie uszkodzenie lub awaria jednego. elementu kratownicy (krzyżulca lub pasa) niekoniecznie powoduje uszkodzenie całej kratownicy. Z przykładów tych wynika również, że awaria jednej kratownicy nie powoduje zawalenia się sąsiednich kratownic. W konstrukcjach łączonych za pomocą płytek kolczastych najsłabszym ogniwem w przypadku pożaru są połączenia. Płytka kolczasta w początkowej fazie pożaru w pewien sposób ogranicza zwęglanie się drewna pod nią. Potwierdziły to przeprowadzone badania w Stanach Zjednoczonych przez Harmana [42]. W początkowej fazie pożaru płytka działa jak „lustro” odbija promieniowanie cieplne, Po pewny czasie płytka kolczasta zaczyna działać jak radiator i przekazuje temperaturę poprzez kolce w głąb drewna. Następuje więc zwęglanie również pod nią. Kolce tracą swoje zamocowanie i konstrukcja traci swoją nośność (rys. 2.1). Próbę przeprowadzono poprzez nagrzewanie jednostronne za pomocą promiennika gazowego z maksymalną temperaturą 325˚C. Wzrost temperatury do około 700˚C nastąpił po zapłonie drewna.. a. b Rys.2.2. a -minuta po zapłonie, b - trzydzieści minut po zapłonie.. Źródło: Harman K.A. A Study of Metal Truss Plate Connectors When Exposed to Fire - National Institute of Standards and Technology [41] 13.

(14) Zarówno w Stanach Zjednoczonych jak i w Kanadzie zagadnienie bezpieczeństwa pożarowego traktuje się kompleksowo. Najważniejsze są możliwości szybkiej, bezpiecznej ewakuacji, zaś budynki są wyposażone w systemy powiadamiania. W tym kontekście "poziom ochrony" odnosi się do stopnia ochrony przeciwpożarowej zapewnionej przez aktywne systemy i usługi przeciwpożarowe. Jest to "publiczna" ochrona na poziomie określonym przez możliwości w zakresie: dojazdu straży pożarnej, wydajności hydrantu przeciwpożarowego i zaopatrzenia w wodę, dróg ewakuacji oraz "prywatnej" ochrony w postaci gaśnic, automatycznych zraszaczy i innych systemów przeciwpożarowych oraz skutecznych systemów powiadamiania. Dodatkowo stosowane są różnego rodzaju zabezpieczenia konstrukcji w celu wydłużenia czasu nośności np. przez nakładanie powłok. Taką powłoką jest między innymi Lateks SafeCoat [118] (rys. 2.2). Ta lateksowa powłoka na ogień lub ciepło reaguje pęcznieniem. Jest zdolna do osiągnięcia objętości wielokrotnie większej niż początkowa grubość w stanie suchym powłoki, Pod wpływem temperatury tworzy osad węglowy, który izoluje przed ogniem i zmniejsza ilość tlenu dostępnego na powierzchni konstrukcji. W ten sposób ogranicza rozprzestrzenianie się płomieni. Na podstawie badania tunelowego [2] konstrukcja. zabezpieczona. Safe Coat Latate. charakteryzuje. się. szybkością. rozprzestrzeniania płomienia 5 (w skali 0-100) co zgodnie z normą NFPA-11 [130] klasyfikuje takie materiały jako klasa I - nierozprzestrzeniająca płomieni. Zgodnie z normą NFPA-13 [131] dotycząca instalacji systemów tryskaczowych nie wymaga ich stosowania.. Rys.2.3 Konstrukcja drewniana zabezpieczona powłoką Lateks Źródło: Quantum Technical Services Ltd St. Albert, AB, Canada [118]. Stowarzyszenie producentów konstrukcji drewnianych SBCA (Structural Building Components Association) w 2017 roku opublikowało raport [35] z przeprowadzonych badań. konstrukcji drewnianych w zakresie ścian szkieletowych, stropów i dachów 14.

(15) kratownicowych. Na przykład konstrukcja wykonana z kratownic o połączeniach na płytki kolczaste i z obniżonym o 18 cm podwieszonym sufitem z materiału ognioodpornego oraz poszyciem dachu również ognioodpornym (rys. 2.3) - zapewnia jednogodzinną ochronę przeciwpożarową szkieletów drewnianych, w tym wiązarów [141].. Rys. 2.4 Kompletny system: sufit ognioodporny kratownice konstrukcja dachu - poszycie dachu. Źródło: Warnock Hersey certificate WH: TSC/FCA 60-04 Badania były również. przeprowadzone przez Gips Association, Underwriters. Laboratories, Inc, Intertek Directory of Certified Products. Wyniki badań systemów zespołów są dostępne dla architektów lub projektantów budynków. Mogą z nich korzystać wszyscy producenci kratownic i domów szkieletowych. 2.2. Europa W krajach skandynawskich, gdzie ponad 95% wszystkich dachów wykonywanych jest. z kratownic, wymagania przeciwpożarowe są na ogół podobne jak w Stanach Zjednoczonych i w Kanadzie W niektórych punktach różnią się między innymi pod względem zastosowania do wielokondygnacyjnych domów z drewna. W Szwecji i Finlandii konstrukcja dachu ma wymagania Euroklasy B - materiał trudno zapalny. W Norwegii zwiększa się ilość warstw wiązarów [128], w Niemczech zwiększa się przekroje konstrukcji, a płytki zabezpiecza się okładzinami [75]. We Francji cała konstrukcja jest malowana farbami pęczniejącymi. 2.2.1 Norwegia Budowlane przepisy techniczne w Norwegii ujęte w wytycznych (TEK17) [18] określają między innymi klasyfikację ryzyka pożarowego. Głównym założeniem jest szybka ewakuacja wszystkich osób z. budynków - bez ryzyka wyrządzenia szkody. przebywającym w budynku. Klasa ryzyka jest ustalana na etapie projektowania, na podstawie przewidywanej działalności, przeznaczenia budynku oraz warunków zabezpieczenia ludzi w razie pożaru. Konstrukcja dachu nad przegrodą stropu, w którym jest zastosowana izolacja np.. płytami kartonowo gipsowymi nie ma decydującego. znaczenia dla stabilności budynku podczas fazy ucieczki. Poszycie dachu należy wykonać 15.

(16) z materiałów, które zapobiegają rozprzestrzenianiu się ognia i dymu we wczesnym etapie przebiegu pożaru. Szczególnie ważne jest zapobieganie rozwojowi i rozprzestrzenianiu się ognia i dymu na drogach ewakuacyjnych. Do 2004 roku obowiązywała norma krajowa NS 3470 [82] która określała proste zasady oceny i obliczania odporności ogniowej konstrukcji drewnianych. Została ona zastąpiona normą europejską Eurokodem 5. W przypadku konstrukcji dachowych w budynkach gdzie wymagane jest 30 lub 60 minut odporności ogniowej wszystkie płytki kolczaste muszą być pokryte farbą ognioodporną, zabezpieczone drewnem, płytą wiórową lub wełną mineralną o wystarczającej odporności na ogień. Norweskie Stowarzyszenie Producentów Dachów (Norske Takstolprodusenters Forening NTF - stowarzyszenie branżowe zrzeszające 51 firm, które produkują około 95% wszystkich wiązarów dachowych w Norwegii) między innymi zajmuje się opracowaniem rozwiązań mających na celu poprawę właściwościach dźwiękowych i pożarowych systemów konstrukcyjnych. NTF współpracuje z Norsk Treteknisk Institutt i SINTEF Byggforsk. Opublikowany przez NTF podręcznik „Konstrukcje drewniane z płytkami kolczastymi” (Trekonstruksjoner med spikerplater) opisuje między innymi w rozdziale „7” [38] metody zwiększenia odporności ogniowej poparte wynikami badań. Zwiększenie nośności ogniowej uzyskuje się poprzez umieszczenie większej ilości wiązarów blisko siebie, a wówczas "wewnętrzne" płytki kolczaste są chronione przed wysoką temperaturą. Konstrukcja składa się z kilku połączonych, najczęściej czterech - pięciu kratownic (rys. 2.5) z uszczelnieniem masą ognioodporną między nimi. Dwie zewnętrzne płytki kolczaste są albo niezabezpieczone, albo dodatkowo zabezpieczone sklejką lub matą z wełny mineralnej. Tak wykonane konstrukcje mogą osiągnąć zarówno R30, jak i ewentualnie R60 minut odporności ogniowej. Potwierdzone to jest aprobatą [128] NTF.. Rys. 2.5 Układ pięciu warstw wiązarów. Źródło: SINTEF Certification Nr 20079 Byggforsk 2013 [128] 16.

(17) Ole J. Holtet w swojej pracy „Brannteknisk utbedring av takkonstruksjon” [44] przeprowadził analizę istniejącej konstrukcji z kratownic dachu poddasza przeznaczonego do adaptacji na cele mieszkalne. Konstrukcja nie spełniała normy R30. W celu uzyskania takiej odporności widoczne elementy konstrukcji zostały obłożone (oszalowane) deskami drewnianymi grubości 22 mm (rys. 2.6) W pozostałej części konstrukcje są osłonięte od ognia wełną mineralną i płytami gipsowymi.. Rys. 2.6 Osłonięte istniejące elementy konstrukcyjne okładziną z desek gr 22 mm Źródło: O.J. Holtet Brannteknisk utbedring av takkonstruksjon Norges TekniskNaturvitenskapelige Universitet Institutt for Konstruksjonsteknikk 2014 [44] 2.2.2 Niemcy Rząd Federalny Niemiec z uwagi na zrównoważony rozwój prowadzi kampanię „Charta für Holz” [19] oraz „Waldstrategie 2020“ [17]. Kampania ma na celu między innymi zwiększenie wykorzystania w budownictwie odnawialnego surowca w postaci drewna, z uwagi na jego korzystny wpływ na klimat, środowisko i społeczeństwo. W Niemczech jest specyficzna sytuacja dotycząca przepisów budowlanych. Obowiązują przepisy norm europejskich równolegle z przepisami z poszczególnych krajów związkowych, gdzie obowiązują dodatkowo regionalne kodeksy budowlane. Analizę tego zagadnienia opisał w swoim artykule Ludger Dederich. [24]: „Podsumowując, można stwierdzić, że przepisy dotyczące nadzoru budowlanego nie powinny dalej hamować zużycia drewna; są nawet drzwi otwarte na szersze wykorzystanie drewna niż wcześniej.” [16]. W Niemczech funkcjonują dwie bliźniacze technologie wykonywania konstrukcji drewnianych łączonych za pomocą płytek kolczastych. Są to technologia Wolf i technologia MiTeK. Na. podstawie badań przeprowadzonych przez firmę MiTeK 17.

(18) Industries GmbH (oddział Niemcy) oraz BASF Wolman GmbH (firma jest jednym z wiodących producentów środków do konserwacji drewna na całym świecie i oferuje szeroką gamę materiałów do ochrony drewna) opracowana została metoda Interdens Type 36-Pads [8] do zabezpieczenia łączników (płytek. kolczastych).. Interdens Pads to. półsztywny ochronny materiał przeciwpożarowy, składający się z nośnika pęczniejącego na bazie fosforanu i materiału z włókna szklanego. Okładziny mocuje się do drewna za pomocą zszywek. Okładzina musi w całości pokrywać płytkę kolczastą z marginesem 20 mm lub większym (rys. 2.7).. Rys. 2.7 Zasady montażu okładzin a) możliwe przekroczenie odstępów na nieistotnych częściach, b) niedozwolone przekroczenie wymaganych odstępów od krawędzi c) umieszczenie okładziny na podporze Źródło: Karta techniczna Wolmanit Antiflamm white Plus Przy odporności R30 należy stosować płytki M14 (maksymalne wytężenie płytki 85%) o kolcach długości 20 mm. Cała płytka musi być wprasowana, a minimalna odległość od krawędzi drewna nie mniejsza niż 40 mm. Przeprowadzone badania odporności ogniowej przez MFPA Leipzig (Materialfor-schung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig GmbH - Instytut Badań Materiałów Budowlanych) potwierdziły słuszność takiego rozwiązania. Uzyskano odporność R30 [75]. Powszechnie stosowaną metodą ochrony ppoż. jest impregnacja środkami chemicznymi, takimi jak Wolmanit Firestop. Wolmanit®. Środek ten jest ognioodpornym produktem opartym o związki fosforu, przeznaczonym do ciśnieniowej impregnacji drewna. Dzięki głębokiej penetracji w drewno uzyskuje się zgodnie z europejską normą EN 13501-1 klasę odporności (Euroclass B-s2, d0), a z normą niemiecką DIN 4102-T1 klasę B1 - ognioodporny (schwerentflammbar). Tak zaimpregnowane drewno może zostać zastosowane. w. obszarach. o. podwyższonych. wymogach. bezpieczeństwa. przeciwpożarowego, zgodnie z obowiązującymi przepisami [7]. Inną metodą jest zastosowanie Wolmanit® Antiflamm. Jest to ogniochronna powłoka przeciwogniowa 18.

(19) zwiększająca reakcję na ogień w przypadku drewna i materiałów drewnopochodnych. Podczas gdy Wolmanit® Firestop wnika głęboko w drewno za pomocą obróbki podciśnieniem, Wolmanit® Antiflamm nakłada się na powierzchnię drewna. W przypadku pożaru Wolmanit® Antiflamm w temperaturze 350 °C zwiększa swą objętość ≥ 25. Przez 20 min tworzy skuteczną barierę pianową, która chroni drewniane podłoże przed ogniem i promieniowaniem cieplnym [9]. 2.2.3 Francja We Francji podstawy przepisów przeciwpożarowych związane są z jednej strony z przeznaczeniem budynku i prowadzonymi tam działaniami, a z drugiej strony z geometrycznymi wymiarami konstrukcji i jej środowiskiem. Główne elementy odniesienia znajdują się w kodeksie mieszkaniowym i budowlanym, kodeksie pracy i kodeksie ochrony środowiska. Niezbędne jest odniesienie do przepisów bezpieczeństwa dotyczących ryzyka pożaru i paniki [22]. Powiązane są one również z Eurokodami. Szeroką analizę zagadnienia bezpieczeństwa pożarowego konstrukcji drewnianych przedstawili w swoich pracach Alexandre DEUX i Clémence KIRTZ [27], jak również Thomas Robinet i Jean Signoret [122]. Specjaliści od konstrukcji drewnianych wraz z Centre technique du bois et de l’ameublement CTBA (Centrum Techniczne Drewna i Mebli) - i Centre scientifique et technique du bâtiment - CSTB (Centrum NaukowoTechniczne Budownictwa), przeprowadzili badania - kwalifikacje kilkudziesięciu konfiguracji ścian dla odporności ogniowej 1/4 godziny, 1/2 godziny i 1 godziny. Celem badania było przedstawienie rozwiązań osłon termicznych dla ścian z ram z drewna powszechnie stosowanych w budownictwie. W CSTB przeprowadzono 24 testy odporności na ogień. Otrzymane wyniki wykazały odporność ogniową od 15 minut (EI 15 lub REI 15) do 90 minut (EI 90 lub REI 90), zarówno w przypadku przegród pionowych (ściany) jak również dla przegrody poziomej (stropy). Uzyskano również pozytywne wyniki w celu spełnienia wymagań przepisów dotyczących elewacji, w szczególności wymagania E30 i E60. Te konwencjonalne rozwiązania pojawiły się w załączniku krajowym do Eurokodu 5 - część 2. Podsumowując, ściana konstrukcji szkieletowej uzyskuje: - czas trwania odporności ogniowej 15 minut, jeżeli jest chroniony standardową płytą gipsowo-kartonową lub płytą drewnianą o grubości 22 mm. - czas trwania odporności ogniowej 30 minut, jeżeli jest chroniony panelem drewnianym 25 mm lub płytą kartonowo gipsową o podwyższonej gęstości i twardości BA18 D lub 19.

(20) dwiema standardowymi płytami BA 13 A - trwałością ognioodporności 60 minut jeżeli są chronione dwiema płytami BA18 Projekt umożliwił opracowanie dokumentu standaryzacji, który zapewnia proste odpowiedzi budowniczym domów o konstrukcji szkieletowej [66]. W CSTB jest do badania odporności ogniowej unikalny największa komora badawcza - piec w Europie Vulcain (rys. 2.8).. Rys. 2.8 Vulcain - Stanowisko badawczo-rozwojowa do testów odporności ogniowej Źródło: Plateforme d'essais au feu http://www.cstb.fr/fr/plateformes-essais/essais-au-feu/ [dostęp 12-12-2019] [46] Dzięki konstrukcji modułowej umożliwia on przeprowadzanie testów na dużych obiektach lub o złożonej geometrii. Możliwa jest analiza badania eksperymentalnego i symulacji numerycznej. Pozwala to lepiej zrozumieć obserwowane zjawiska. W zależności od kontekstu, ściany nośne muszą również spełniać określone wymagania dotyczące odporności ogniowej, a podłogi określone wymagania w zakresie ochrony przeciwpożarowej. Jednak nie przeprowadzono badań konstrukcji z łącznikami na płytki kolczaste, pomimo że taka technologia jest stosowana we Francji. Wynika to prawdopodobnie z faktu, że większość takich konstrukcji jest stosowana w budownictwie jednorodzinnym i rolniczym gdzie nie stawia się wymagań pożarowych, bądź są one minimalne. Dla łączników metalowych w drewnianych konstrukcjach z drewna o dużych przekrojach i drewna klejonego, w celu zapewnienia stabilności ogniowej dla pożądanego stopnia, wskazane jest aby łączniki były w całości w drewnie, aby je chronić. Takim łącznikiem jest metalowy zespół typu jaskółczy ogon, który jest całkowicie osadzony 20.

(21) w drewnie. Wyniki badania dodatkowego wzmocnienia zakrytych łączników stalowych za pomocą kołków wkręcanych zostały przedstawione na konferencji w Coimbra przez Palma, Frangi, Hugi, Cachim Cruz, [87]. Wzmocnienie takie wydłużyły czas odporności do 40 minut. Na rysunku 2.9 przedstawione są efekty zastosowania tej metody.. Rys. 2.9 Badane belki po awarii w 40 minucie. Linią czerwoną pokazano wygięcie bolca Źródło: ETH Zurich [45]. 21.

(22) 3. Projektowanie konstrukcji drewnianych. 3.1. Uwarunkowania prawne Na podstawie artykułu 95 Traktatu [139], w 1975 roku Komisja Wspólnoty. Europejskiej przyjęła program działań dotyczący budownictwa. Program miał na celu usunięcie przeszkód technicznych w wymianie handlowej i harmonizację warunków specyfikacji technicznych. W 1989 roku państwa członkowskie Unii Europejskiej i Europejskiego Stowarzyszenia Wolnego Handlu - EFTA zdecydowały przenieść opracowywanie i publikację Eurokodów do Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego CEN. Opublikowane przez CEN Eurokody posiadają status norm europejskich (EN). Początkowo miały być alternatywą do zasad obowiązujących w państwach członkowskich. W konsekwencji w późniejszym terminie miałyby zastąpić normy krajowe. Prace nad realizacją eurokodów trwały przez 15 lat. W tych pracach uczestniczyli przedstawiciele wszystkich państw członkowskich. Eurokody powiązane są z postanowieniami wszystkich dyrektyw Rady i/lub decyzjami Komisji, dotyczącymi norm europejskich (np. dyrektywa Rady 89/106/EWG [30] dotycząca wyrobów budowlanych, czy dyrektywa 93/37/EWG, 92/50/EWG i 89/440/EWG dotycząca robót publicznych i usług. Dyrektywa 89/106/EWG szczegółowo określa wymagania dla materiałów budowlanych i ogólne zasady bezpiecznego projektowania, między innymi zgodnie z załącznikiem nr 1 [30]: . Nośność i stateczność. Obiekty budowlane muszą być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby obciążenia mogące na nie działać w trakcie wznoszenia i wykorzystania nie prowadziły do:. - zawalenia się całego obiektu lub jego części, - znacznych odkształceń o niedopuszczalnej wielkości, - uszkodzenia części obiektów, instalacji lub zamontowanego wyposażenia w wyniku znacznych odkształceń nośnych elementów konstrukcji, - uszkodzenia na skutek wypadku w stopniu nieproporcjonalnym do wywołującej go przyczyny. . Bezpieczeństwo pożarowe. Obiekty budowlane muszą być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w przypadku pożaru:. - nośność konstrukcji mogła być zapewniona przez założony okres, - powstawanie i rozprzestrzenianie się ognia i dymu w obiektach było ograniczone, - rozprzestrzenianie się ognia na sąsiednie obiekty było ograniczone, 22.

(23) - mieszkańcy mogli opuścić obiekt lub być uratowani w inny sposób, - uwzględnione było bezpieczeństwo ekip ratowniczych. Eurokody - normy europejskie - uzyskały status norm krajowych, przez opublikowanie identycznego tekstu lub uznanie do października 2002 r. 31 marca 2010 zostały wycofane Polskie Normy dotyczące projektowania budynków i budowli i zastąpione odpowiednimi Eurokodami. Poszczególne kraje mogą wprowadzić w postaci załącznika zawierającego tylko te informacje, które w Eurokodzie pozostawiono do ustalenia krajowego - są to: -. Wartości i/lub klas, jeżeli wartości alternatywne są podane w Eurokodzie.. -. Wartości, którymi należy się posługiwać, jeżeli w Eurokodzie podano tylko symbol.. -. Dane właściwe dla danego kraju, np. obciążenie śniegiem, wiatrem.. -. Postępowanie, jeżeli w Eurokodzie podano procedury alternatywne.. -. Decyzje w sprawie stosowania załączników informacyjnych.. -. Przywoływania. niesprzecznych. informacji. dodatkowych,. pomocnych. w stosowaniu Eurokodów. W załączniku krajowym NA [107] do normy PN-EN 1995-1-1 [106] podano informacje, które pozostawiono do ustalenia krajowego. Między innymi do punktów: 2.3.1.2(2)P - Przypisywanie obciążeń do klas trwania obciążenia (tabela 3.1). W obliczeniach dotyczących wytrzymałości i sztywności konstrukcji pod obciążeniem śniegiem i wiatrem należy przyjmować: -. dla obciążenia śniegiem: rząd wielkości skumulowanego czasu trwania obciążenia charakterystycznego: od 1 tygodnia do 6 miesięcy i obciążenie to należy zaliczać do klasy trwania obciążenia - średnio trwałe,. -. dla obciążenia wiatrem: rząd wielkości skumulowanego czasu trwania obciążenia charakterystycznego: mniej niż 1 tydzień i obciążenie to należy zaliczać do klasy trwania obciążenia - krótkotrwałe.. 23.

(24) Tabela 3.1 Klasy trwania obciążenia i przykładowe typy obciążenia [107] Klasa trwania obciążenia. Stałe Długotrwałe Średnio trwałe Krótkotrwałe Chwilowe. Rząd wielkości skumulowanego czasu trwania obciążenia charakterystycznego Ponad 10 lat 6 miesięcy - 10 lat 1 tydzień - 6 miesięcy Mniej niż jeden tydzień. Rząd wielkości skumulowanego czasu trwania obciążenia charakterystycznego -przykłady Ciężar własny Obciążenie wyposażeniem, składowaniem, magazyny Obciążenie użytkowe, śnieg Wiatr Obciążenie awaryjne serwis. 2.4.1(1)P - Częściowe współczynniki bezpieczeństwa dla właściwości materiałów. W przypadku płytek kolczastych zaleca się przyjmowanie wartości współczynnika γM = 1,3; pozostałe zalecane wartości współczynnika γM. (tabela 3.2) zgodnie z. Eurokodem 5 Tabela.3.2 Zalecane wartości częściowych współczynników bezpieczeństwa właściwości materiałów [108] γM Drewno lite. 1,3. Złącza. 1,3. Płytki kolczaste. 1,3. 7.2(2) - Ugięcia graniczne Wartości graniczne ugięć belek w postaci przykładów (tabela 3.3) zostają uzupełnione wartościami granicznymi ugięć elementów konstrukcji drewnianych wfin w sposób następujący: dźwigary kratowe - ℓ/500 (obliczenia przybliżone) i ℓ/300 (obliczenia dokładne). Tabela 3.3 Przykłady granicznych wartości ugięć belek winst Belka na dwóch podporach. wnet,fin. Od l/300 do. Od l/250 do. l/500. l/350 24. wfin Od l/150 do l/300.

(25) 8.3.1.2(7) - Wymagania dotyczące gatunków drewna podatnych na pękanie świerk zaliczany jest do gatunków wrażliwych na pękanie. W przypadku drewna szczególnie wrażliwego na pękanie należy nawiercać otwory, gdy grubość elementu jest mniejsza niż 14𝑑 𝑡 = max (13𝑑 − 30). (3.1). gdzie: t - minimalna grubość elementów drewnianych pozwalająca na uniknięcie nawiercania otworów, mm, 𝜌 gęstość charakterystyczna drewna, kg/m3, d - średnica gwoździa, mm. Uwzględniając zalecenia z załącznika NA [107] wartość obliczeniową Xd właściwości wytrzymałościowej należy obliczać ze wzoru: (3.2). 𝑋 =𝑘 gdzie: Xk - wartość charakterystyczna właściwości wytrzymałościowej,. γM - częściowy współczynnik bezpieczeństwa właściwości materiału (tabela 5.2), kmod - współczynnik modyfikujący wytrzymałość z uwagi na czas trwania obciążenia i wilgotność. Moduł sztywności Ed obliczamy z wzoru: (3.3). 𝐸 = gdzie: Emean średni moduł sprężystości. Zgodnie z w/w normą w obliczeniach zostały uwzględnione: -. odchyłki geometryczne elementów. -. wpływ niedokładności powstałych w czasie produkcji i montażu na konstrukcję, niejednorodność materiałów (np. sęki). 25.

(26) Nośność obliczeniową 𝑅 należy wyznaczać ze wzoru: (3.4). 𝑅 =𝑘 gdzie: Rk - wartość charakterystyczna nośności, γM - częściowy współczynnik bezpieczeństwa właściwości materiału,. kmod - współczynnik modyfikujący wytrzymałość z uwagi na czas trwania obciążenia i wilgotność (tabela 3.4). Tabela 3.4 Wartości współczynnika kmod dla drewna litego [106]. EN 14081-1. Drewno lite. Norma. Klasa użytko wania 1. Klasa trwania obciążenia Stałe Długo Średnio trwałe trwałe 0,60 0,70 0,80. Krótko trwałe 0,90. Chwilowe 1,10. 2. 0,60. 0,70. 0,80. 0,90. 1,10. 3. 0,50. 0,55. 0,65. 0,70. 0,90. W przypadku dźwigarów łączonych na płytki kolczaste, analizę należy prowadzić wykorzystując modele prętowe zgodnie z punktem 5.4.2, lub analizę uproszczoną zgodnie z punktem 5.4.3. normy PN-EN 1995-1-1[106]. Analiza konstrukcji prętowych musi. uwzględniać wpływ na siły i momenty wewnętrzne odkształceń elementów i złączy, mimośrodów na podporach. i sztywności konstrukcji wsporczej. Definicji modelu. konstrukcji prętowej przedstawiono na rysunku 3.1.. Rys. 3.1 Przykład elementów modelu stosowanego w analizie konstrukcji prętowej: 1 - osie ustroju, 2 - podpora, 3 - przęsło, 4 - element zewnętrzny, 5 - element wewnętrzny, 6 fikcyjny element belkowy Źródło: PN-EN 1995-1-1[106] 26.

(27) Norma dopuszcza uproszczoną analizę dźwigarów o siatce trójkątnej, pod warunkiem że: obwiednia ustroju nie zawiera kątów wklęsłych, podpora znajduje się w obrębie odległości a1, a odległość a2, pokazana na rysunku 3.2 nie przekracza większej zwartości: a1/3 lub 100 mm, całkowita wysokość dźwigara jest większa niż 0,15 rozpiętości oraz 10- krotna maksymalna wysokość elementów zewnętrznych. W takim przypadku siły osiowe w elementach należy wyznaczyć przy założeniu, że wszystkie węzły są przegubowe. Momenty zginające w elementach jednoprzęsłowych należy wyznaczać przy założeniu, że wszystkie węzły końcowe są przegubowe. Momenty zginające w elementach wieloprzęsłowych należy wyznaczać przy założeniu, że element jest belką wieloprzęsłową swobodnie podpartą w każdym węźle. Wpływ przemieszczeń w węzłach oraz wpływ częściowej sztywności złączy należy uwzględniać, redukując o 10 % momenty zginające w węzłach pośrednich. W obliczeniach przęsłowych momentów zginających należy uwzględniać tak zredukowane momenty zginające na podporach pośrednich.. Rys. 3.2 Geometria podpory Źródło: PN-EN 1995-1-1[106] Właściwości. charakterystyczne. płytek. (rys. 3.3). należy. określać. zgodnie. z PN- EN 14545:2011 [100] na podstawie badań zgodnych z PN- EN 1075:2015-3 [93]: fa,0,0. nośność zakotwienia na jednostkę powierzchni dla α = 0°, i β = 0°,. fa,90,90. nośność zakotwienia na jednostkę powierzchni dla α = 90°, i β = 90°,. ft,0. nośność przy rozciąganiu na jednostkę szerokości płytki dla α = 0°,. fc,0. nośność przy ściskaniu na jednostkę szerokości płytki dla α = 0°,. fv,0. nośność przy ścinaniu na jednostkę wymiaru płytki w kierunku x. ft,90. nośność przy rozciąganiu na jednostkę szerokości płytki dla α = 90°,. fc,90. nośność przy ściskaniu na jednostkę szerokości płytki dla α = 90°,. fv,90. nośność przy ścinaniu na jednostkę wymiaru płytki w kierunku y,. k1,k2, α0 stałe. 27.

(28) Nośność charakterystyczną zakotwienia płytki ƒ ƒ. , , ,. =. ƒ ƒ. , , , , , ,. − (ƒ − (ƒ. − ƒ. , , , , , ,. − ƒ. ,. ,. ,. ,. ,. ). , , ,. możemy obliczyć z wzoru:. ˚. ) 𝑠𝑖𝑛(𝑚𝑎𝑥(𝛼, 𝛽)). ,. gdy β ≤ 45˚. (3.5). lub ƒ. , , ,. =ƒ. . , ,. − ƒ. , , ,. Rys. 3.3 Geometria płytki: do głównego kierunku płytki,. −ƒ. ,. ,. ,. (3.6). 𝑠𝑖𝑛(𝑚𝑎𝑥(𝛼, 𝛽)). x główny kierunek płytki,. y kierunek prostopadły. Źródło: opracowanie własne Gdzie: α kąt między kierunkiem x i siłą F (rozciąganie: 0°≤ γ< 90°, ściskanie 90° ≤ γ< 180°), β kąt między kierunkiem włókien (2) i siłą, γ kąt między kierunkiem x i linią styku, Aef powierzchnia efektywna: pole powierzchni kontaktu płytki z elementem, pomniejszone o 5 mm przy bocznych krawędziach elementu i o wymiar równy 6 nominalnym grubościom łącznika, liczony wzdłuż włókien od końca elementu, ℓ wymiar płytki mierzony wzdłuż linii styku elementów Nośność charakterystyczną zakotwienia płytki wzdłuż włókien: ƒ. , , ,. =. ƒ ƒ. , , , , , ,. +𝑘 𝛼 + 𝑘 𝛼 + 𝑘 (𝛼 − 𝛼 ) 28. 𝑔𝑑𝑦 𝛼 ≤ 𝛼 𝑔𝑑𝑦 𝛼 < 𝛼 ≤ 90°. ( 3.7).

(29) 3.2. Projektowanie konstrukcji budynków narażonych na oddziaływanie pożaru W normie PN-EN 1995-1-2 [108] podane są zasady, wymagania i wytyczne do. projektowania konstrukcji budynków narażonych na oddziaływanie pożaru. Norma określa procedury projektowania (rysunek 3.4). Zgodnie z wymaganiami dyrektywy 89/106/EWG dotyczącej zasad bezpieczeństwa: „Obiekty budowlane powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w razie pożaru: -. nośność konstrukcji była zapewniona przez założony czas,. -. powstawanie oraz rozprzestrzenianie się ognia i dymu w obiektach było ograniczone,. -. rozprzestrzenianie się ognia na sąsiednie obiekty było ograniczone,. -. użytkownicy mogli opuścić obiekt lub zostać uratowani w inny sposób,. -. uwzględnione zostało bezpieczeństwo ekip ratowniczych”[30].. Rys. 3.4 Procedura projektowania wg PN-EN 1995-1-2 [108] 29.

(30) Celem ochrony przeciwpożarowej jest ograniczenie zagrożenia pożarem wszelkich obiektów budowlanych: prywatnych, użyteczności publicznej, a także, gdy jest to wymagane, obiektów bezpośrednio narażonych na oddziaływanie pożaru. Dorota Brzezińska w swoim artykule [15] zwraca uwagę na brak w Polsce szerokiego wykorzystywania w procesie projektowania zasad inżynierii bezpieczeństwa pożarowego. Proces projektowania zgodny z zasadami inżynierii bezpieczeństwa pożarowego opartego o cele funkcjonalne o czym pisze również Quentinen [119] prowadzi poprzez analizę do uzyskania takiego poziomu bezpieczeństwa budynku które odpowiada co najmniej bezpieczeństwu nakazowemu (rys. 3.5).. Rys.3.5 Schemat przebiegu procesu projektowania w oparciu o cele funkcjonalne Źródło: D. Brzezińska[15] 30.

(31) Mogą to być analizy niezależne niepowiązane z przepisami krajowymi. W Polsce jeszcze nie ma jednoznacznych przepisów regulujących analizę opartą o cele funkcjonalne. Jakkolwiek decydujące zdanie ma zawsze Główny Projektant. W 2005 roku Instytut Techniki Budowlanej odpowiadając na pytanie z firmy MITEK Industries Polska dotyczące klasyfikacji konstrukcji dachu, informuje że o tym czy wiązary są główną częścią budynku decyduje główny projektant. Równocześnie stwierdza, że jeżeli w obliczeniach statycznych nie uwzględniono wiązarów jako usztywnienia ścian to są one tylko częścią nośną dachu a nie konstrukcją główną budynku [54]. Projektowanie głównie oparte jest na przepisach nakazowych. Przepisy te są określone w dziale IV Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [123]. Zgodnie z § 209.1 w/w rozporządzenia „Budynki oraz części budynków, stanowiące odrębne strefy pożarowe w rozumieniu z uwagi na przeznaczenie i sposób użytkowania, dzieli się na: 1). mieszkalne,. zamieszkania. zbiorowego. i. użyteczności. publicznej. charakteryzowane kategorią zagrożenia ludzi, określane dalej jako ZL, 2). produkcyjne i magazynowe, określane dalej jako PM,. 3). inwentarskie (służące do hodowli inwentarza), określane dalej jako IN.”. Klasyfikacja budynków i stref pożarowych przedstawia (tabela 3.5): Tabela 3.5 Wymagana klasa odporności pożarowej dla budynku, zaliczonego do jednej kategorii ZL [83] Budynek. ZL I ZL II ZL III ZL IV ZL V. niski (N). "B" "B". "C". "D". "C". średniowysoki (SW). "B" "B". "B". "C". "B". wysoki (W). "B" "B". "B". "B". "B". wysokościowy (WW) "A" "A". "A". "B". "A". Źródło: Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [123] Gdzie: ZL I - budynki lub strefy zawierające pomieszczenia przeznaczone do jednoczesnego przebywania ponad 50 osób niebędących ich stałymi użytkownikami, a nieprzeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się, ZL II - budynki lub strefy przeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się, takie jak szpitale, żłobki, przedszkola, domy dla osób starszych, ZL III - budynki lub strefy użyteczności publicznej, niezakwalifikowane do ZL I oraz ZL II, 31.

(32) ZL IV - budynki lub strefy mieszkalne, ZL V - budynki lub strefy zamieszkania zbiorowego, niezakwalifikowane do ZL I i ZL II. Rozporządzenie dopuszcza obniżenie klasy odporności pożarowej w budynkach do poziom określonego w tabeli 3.6. Tabela 3.3.6 Obniżone klasy odporności ogniowej Liczba kondygnacji nadziemnych. ZL I. ZL II. 1 „D” 2 „C” i stropu na 1 kondygnacją < 9 m nad terenem Źródło: Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [123]. ZL III. „D” „C”. „D” „C”. Wymagania dla budynków przemysłowo magazynowych PM (tabela 3.7) klasyfikuje się ze względu na gęstość obciążenia ogniowego Q.. Tabela 3.7 Wymagania dla budynków przemysłowo magazynowych Maksymalna gęstość obciążenia ogniowego strefy pożarowej w budynku Q [MJ/m2]. Budynek Budynek o jednej wielokondygnacyjny kondygnacji nadziemnej (bez ograniczenia niski średniowysoki wysoki wysokości) (N) (SW) (W). 1. 2. 3. 4. 5. Q  500. "E". "D". "C". "B". 500 < Q  1.000. "D". "D". "C". "B". 1.000 < Q  2.000. "C". "C". "C". "B". 2.000 < Q  4.000. "B". "B". "B". *. "A". "A". *. Q > 4.000 "A" Źródło: Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [123]. Elementy budynku, odpowiednio do jego klasy odporności pożarowej, powinny w zakresie. klasy. odporności. ogniowej. spełniać,. z. zastrzeżeniem. w/w rozporządzenia co najmniej wymagania określone w tabeli 3.8.. 32. §237 ust.9.

(33) Tabela 3.8 Klasa odporności ogniowej elementów budynku Klasa odporności pożarowej budynku. Klasa odporności ogniowej elementów budynku główna konstrukcja nośna. konstrukcja dachu. strop1). ściana zewnętrzna. ściana wewnętrzna. 1. 2. 3. 4. 5. 6. "A". R 240. R 30. R E I 120. E I 120. E I 60. "B". R 120. R 30. R E I 60. E I 60. E I 30. "C". R 60. R 15. R E I 60. E I 30. E I 15. "D". R 30. (-). R E I 30. E I 30. (-). "E". (-). (-). (-). (-). (-). Oznaczenia w tabeli:  R - nośność ogniowa (w minutach), określona zgodnie z Polską Normą dotyczącą zasad ustalania klas odporności ogniowej elementów budynku,  E - szczelność ogniowa (w minutach), określona jw.,  I - izolacyjność ogniowa (w minutach), określona jw.  (-) - nie stawia się wymagań,. Źródło: Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [123] W analizie bezpieczeństwa pożarowego przyjmuje się najbardziej niekorzystny scenariusz prawdopodobnego pożaru i jego skutki. Konieczne jest wykonanie: Analizy scenariusza prawdopodobnego pożaru – modele pożaru Analizy termicznej – model termiczny (szybkość ogrzewania powietrza i elementów konstrukcyjnych) Analizy konstrukcyjna - modele konstrukcyjne Analizę można przeprowadzić za pomocą kilku modeli numerycznych takich jak: -. CFD (Computational Fluid Dynamics) - oparta o metody obliczeniowej mechaniki płynów, która pokazuje rozprzestrzenianie się dymu i ciepła powstałego w pożarze,. -. metody FEM (Finite Element Method),. -. FVM (Finite Volume Method) - analiza wpływu podwyższonej temperatury na elementy konstrukcji obiektu,. -. modele ewakuacji ludzi z badanego obiektu.. Modele te szeroko opisał w swojej pracy M. Maślak [71]. Modele obliczeniowe mają zastosowanie w przypadkach znanych są właściwości materiału w stosownych zakresach temperatur. Takimi materiałami są stal, beton, aluminium gdzie. stosowane. są. zależności. naprężenie-odkształcenie. podane. w normach EN 1993-1-2 oraz EN 1994-1-2. Model ten może być użyty w dowolnym 33.

(34) stanie naprężeni stali. W przypadku konstrukcji. drewnianych nie jest możliwe. wykorzystania wprost tego typu modelowania. Model rozkładu temperatury w belce z drewna klejonego warstwowo (rys. 3.6) przedstawili w swojej pracy [120] Rajczyk M. i Jończyk D.. Rys. 3.6 Rozkład temperatur po 10 minutach działania ognia Źródło: Rajczyk M. Jończyk D [120] Ze względu na złożoność zagadnienia należałoby połączyć wiele analiz. Konieczność przeniesienia danych z jednego programu do innego, połączenie wyników i ich równoczesna. wielopłaszczyznowa. analiza. są. procesem. skomplikowanym. i pracochłonnym. Nie ma oprogramowania który by realistycznie odwzorował w modelu matematycznym pożar i jego skutki. Wykorzystując analizę łączoną w Zakładzie Badań Ogniowych ITB opracowano wiele modeli między innymi symulację ewakuacji sali teatralnej [144]. Omówienia 177 programów wspomagających modelowanie możemy znaleźć w publikacji [79] Morente F. i Wald F. W opracowaniu największego producenta stali ArcelorMittal [3] omówiono metody projektowania hal stalowych z uwagi na warunki pożarowe. Przedstawiono trójwymiarowy model hali stalowej (rys. 3.7) gdzie jak widać największe zniszczenia są nie bezpośrednio w okolicach źródła pożaru. Rys. 3.7 trójwymiarowe modelowanie mechaniczne Źródło: Arcelor Mittal. (2011). Konstrukcje stalowe w Europie. Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe. Część 7: Inżynieria pożarowa (No. SSB07) [3] 34.

(35) Tak jest w przypadku stali. Konstrukcje drewniane ulegają zniszczeniu w pierwszej kolejności u źródła ognia. Jak podaje A.Chodor [20] „Analizy symulacyjne dość często wskazują na rażąco zawyżone normy i wytyczne projektowania , prowadzą więc do zbędnych wydatków inwestycyjnych na urządzenia i zabezpieczenia bierne oraz czynne konstrukcji. Taka rozrzutność nie może być akceptowana ze względu na niepotrzebne wydatki energetyczne, które są niezgodne z fundamentalnymi. zasadami. projektowania. zrównoważonego,. energooszczędnego. i ekologicznego.” Zdaniem autora w przypadku konstrukcji dachu wykonanej z kratownic drewnianych w analizie pożaru powinno opierać się o scenariusz pożaru lokalnego który jest opisany w załączniku „C” normy EN. 1991-1-2:2002 [103]. Potwierdziły to. przeprowadzone badanie z symulacją pożaru lokalnego. Scenariusze pożaru lokalnego można przedstawić uproszczonymi modelami takimi jak: . Model Heskestada. (rys. 3.8). Rys.3.8 schemat modelu Hesksetada Opracowanie własne Lf – długość płomienia, H – wysokość do sufitu Długość płomienia Lf obliczamy z wzoru: (3.8). 𝐿 = −1,02 𝐷 + 0,0148𝑄 Gdzie: Q szybkość wydzielania ciepła. Metoda oparta o założenia, że płomienie nie dotykają sufitu strefy (Lf <H) i pożar na otwartej przestrzeni, 35.

(36) . Model Hasemi’ego (rys.3.9). Rysunek 3.9 schemat modelu Hasemi’ego Źródło: Załącznik „C” EN1191-1-2:2002 W tym przypadku płomienie sięgają sufitu. Pozioma długość płomienia Lh możemy obliczyć 𝐿 = (2,9𝐻 (𝑄 ∗ ). ,. )– 𝐻. (3.9). Gdzie: 𝑄 ∗ - bezwymiarowa szybkość wydzielania ciepła określona wzorem 𝑄 ∗ = 𝑄/(1,11\ 10 𝐻. ,. ). Opierając się na opracowaniu M. Maślaka, P. Woźniczki [73] którzy przeanalizowali pożar lokalny w hali stalowej o wysokości 4,5 m budynku handlowego wielkopowierzchniowego, możemy przyjąć, że podobnie będzie wyglądnął model pożaru (rys.3.10) w obiekcie o dużej powierzchni i z drewnianym dachem kratownicowym. W takim przypadku konstrukcja dachu będzie zniszczona miejscowo.. Rysunek 3.3.10 Mapy termiczne uzyskane po godzinie ekspozycji w przekrojach poprzecznych hali stalowej. Warstwica oznaczona kolorem czarnym odpowiada temperaturze gazów na poziomie 200˚C Źródło: M. Maślak, P. Woźniczka Inżynieria Pożarowa [73] 36.

(37) Analiza wyników prędkości zwęglania w oparciu o różne modele opisujące prędkość zwęglana przeprowadzona przez A. Dębowską [32] wskazuje, że na prędkość ma wpływ wiele czynników między innymi takich jak: gatunek, gęstość, strumień ciepła, stężenie tlenu, kierunek działania ognia. Norma zharmonizowana PN-EN 1991-1-2 [103] pożar nominalny opisuje przez krzywe przebiegu temperatury w pożarze, przy uwzględnieniu trzech krzywych: standardowej, węglowodorowej, zewnętrznej (rys.3.11).. Rys. 3.11 Wykres krzywe temperatura/czas Źródło: S. Ptak Inżynier Budownictwa [116] Krzywa standardowa [55] oznaczona na rysunku 3.11 literą „N” jest określona wzorem: Θg=345 log (8t +1) + 20. (3.10). gdzie: Θg - temperatura gazu w strefie pożarowej [˚C], t - czas ekspozycji [min], i określa przebieg temperatury w pomieszczeniu podczas spalania, takich materiałów jak: drewno i jego pochodne, papier, meble itp. Po 5 minutach - Θg=345 log (8x5 +1) + 20 = 345log41 +20 = 345x 1,612 +20 = 576 0C. Po 10 minutach - Θg=678 0C. Po 15 minutach - Θg=738 0C. Po 30 minutach - Θg=841 0C. 37.

(38) Krzywa węglowodorowa [55] oznaczona „H” jest określona wzorem: Θg= 1080[1 – 0,325 exp (-0,167t) – 0,67 exp (-2,5t)] + 20. (3.11). określa przebieg pożarów wież wiertniczych lub magazynów paliw i smarów [88] Krzywa „zewnętrzna” (E) [55] Θg = 660 (1 – 0,686e-0,32t – 0,31e-3,8t) + 20. (3.12). określa temperaturę oddziałującą na ściany zewnętrzne przez ogień wydobywający się przez okno. Zgodnie z dyrektywą Rady Europejskiej 89/106/EWG [30], podstawowym wymaganiem dla konstrukcji jest: . Nośność i stateczność.. . Bezpieczeństwo pożarowe. Instytut Techniki Budowlanej w swoich materiałach szkoleniowych przedstawia. między innymi zachowanie się w czasie pożaru konstrukcji dachu wykonanych z różnych materiałów na tle standardowej krzywej temperatury E (rys.3.12).. Rys. 3.12 Spadek wytrzymałości więźb dachowych z różnych materiałów w czasie pożaru Źródło: Konstrukcje drewniane ITB [47]. 38.

(39) Podobne wyniki (rys 3.13) uzyskano w Stanach Zjednoczonych, które są zamieszczone w materiałach Structural Building Components Association SBCA. [36]. Rys.3.13 Porównanie wytrzymałości niezabezpieczonych materiałów konstrukcyjnych Źródło: SBCA [36] Element aluminiowy zawodzi w ciągu około 4 minut. Stal miękka szybko traci granicę plastyczności w ciągu 5 minut, osiąga 20% swojej wytrzymałości przy 7 minut, a traci nośność po 20 minutach. Konstrukcja drewniana 2’’x 4’’ (50x100 mm) osiąga 20% swojej nośności po 30 minutach, a po 40 minutach ulega zniszczeniu. 3.2.1 Projektowanie konstrukcji drewnianych w warunkach pożarowych Drewno lite ulega zwęgleniu od powierzchni elementów konstrukcyjnych w głąb struktury elementu. Badanie drewna wykazało liniowy związek pomiędzy głębokością zwęglania a czasem. Na tej podstawie do obliczeń odporności ogniowej drewna przyjmujemy stałą prędkość zwęglania, która wynosi dla zwęglenia jednokierunkowego (rys.3.14): dchar,0 = β0t. (3.12). gdzie: dchar,0 - obliczeniowa głębokość zwęglania dla zwęglania jednokierunkowego [mm], β0 - obliczeniowa prędkość zwęglania jednokierunkowego w warunkach pożaru standardowego [mm/min], t - czas oddziaływania pożaru [min]. 39.

(40) Rys. 3.14 Zwęglanie jednokierunkowe Źródło: PN-EN 1995-1-2 [108] Przy zwęglaniu wyidealizowanym uwzględnia się zaokrąglenie naroży elementu konstrukcji (rys.3.15). dchar,n = βnt,. (3.13). gdzie: dchar,n - obliczeniowa głębokość zwęglania z uwzględnieniem naroży [mm], βn - obliczeniowa prędkość zwęglania z uwzględnieniem wpływu zaokrąglenia naroży i szczelin [mm/min], t - czas oddziaływania pożaru [min].. Rys. 3.15 Zaokrąglenie naroży elementu konstrukcji Źródło: PN-EN 1995-1-2 [108] Obliczeniowa jednokierunkowa prędkość zwęglania może być zastosowana pod warunkiem uwzględnienia wzrostu prędkości zwęglania w narożnikach, dla elementów o przekroju poprzecznym z minimalna szerokością początkową bmin. 𝑏. =. 2𝑑 8,15𝑑. ,. + 80 ,. 𝑑𝑙𝑎 𝑑 𝑑𝑙𝑎 𝑑. 40. , ,. ≥ 13 𝑚𝑚 < 13 𝑚𝑚. (3.14).

(41) Przyjmujemy że promień narożników jest równy głębokości zwęglania dchar,0. W tabeli 3.9 podane są wartości obliczeniowe prędkości zwęglania dla różnych materiałów [109]. Tabela 3.9 Wartości obliczeniowe prędkości zwęglania β0 i βn dla drewna iglastego Rodzaj materiału. β0 mm/min βn mm/min. Drewno iglaste klejone warstwowo. 0,65. 0,7. Drewno iglaste lite o gęstości ≥ 290 kg,m3 0,65. 0,8. Źródło: na podstawie PN-EN 1995-1-2 [108] W przypadku zabezpieczenia powierzchni okładzinami ognioochronnymi, innymi materiałami izolacyjnymi (rys.3.16) lub innymi elementami konstrukcyjnymi, na podstawie badań określamy: tch - czas do rozpoczęcia zwęglania elementu, tf - czas do awarii okładziny ogniochronnej lub innego materiału ogniochronnego.. Rys. 3.16 Zabezpieczenie elementów okładzinami Źródło: na podstawie PN-EN 1995-1-2 [108] Przebieg zwęglania elementów zabezpieczonych okładzinami jest przedstawiony na rysunkach 3.17 i 3.18 . zwęglanie może rozpocząć się przed awarią (uszkodzeniem, zniszczeniem) zabezpieczenia ogniochronnego, ale z mniejszą prędkością zwęglania niż prędkości zgodnie z tabelą 3.9 do czasu tf awarii, zniszczenia zabezpieczenia ogniochronnego np. odpadnięcia,. . po czasie tf awarii zabezpieczenia ogniochronnego, prędkość zwęglania powyżej wartości z tabelą 3.9 aż do czasu ta,. . po czasie ta gdy prędkość zwęglania zrówna się z głębokością zwęglania tego samego elementu bez zabezpieczenia ogniochronnego lub wyniesie 25 mm, zależnie od tego która z wartości jest mniejsza prędkość zwęglania powraca do wartości z tabelą 3.9 41.

(42) Rys. 3.17 Zmiany głębokości zwęglania w czasie tch = tf gdy głębokość zwęglania w czasie ta przekracza 25 mm; 1 - zależność prędkości zwęglania βn lub βn w czasie t - drewno niezabezpieczone; 2 - drewno zabezpieczone ognioochronnie okładzinami 2a szybsze zwęglanie po awarii zabezpieczenia; 2b - prędkość zwęglania po osiągnieciu głębokości 25 mm jest z prędkością βn lub βn Źródło: opracowanie własne na podstawie PN-EN 1995-1-2 [108]. Rys. 3.18 Zmiany głębokości zwęglania w czasie, gdy tch = tf, a głębokość zwęglania w czasie ta jest mniejsze niż 25 mm: 1 – zależność prędkości zwęglania βn lub βn w czasie t – drewno niezabezpieczone; 2 – drewno zabezpieczone ognioochronnie okładzinami; 2a - zwęglanie zaczyna się po czasie tch ze zmniejszoną prędkością do czasu awarii zabezpieczenia; 2b - szybsze zwęglanie po awarii zabezpieczenia; 2c - prędkość zwęglania po osiągnięciu głębokości 25 mm jest z prędkością βo lub βn Źródło: opracowanie własne na podstawie PN-EN 1995-1-2 [108]. 42.

(43) Dla elementu z okładzinami ochronnymi i tch ≤ t ≤ tf prędkość zwęglania βo i βn mnożymy przez współczynnik k2. Dla okładzin z jednej warstwy płyt kartonowo gipsowych typu F k2=1 – 0,018 hp. (3.15). gdzie hp jest grubością warstwy w milimetrach. Po awarii zabezpieczenia, dla tf ≤ t ≤ ta prędkość zwęglania βo i βn mnożymy przez współczynnik k3 = 2. Dla t ≥ ta nie mnożymy przez współczynnik k3. Wartość ta obliczamy z wzorów: dla tch = tf 2𝑡 𝑡 = 𝑚𝑖𝑛. (3.16). +𝑡. dla tch ≤ tf 𝑡 =. (3.17). +𝑡. Dla zwęglania jednokierunkowego βn zastępujemy βo. Czas tch do rozpoczęcia zwęglania w przypadku okładzin z drewna lub materiałów drewnopodobnych określamy: 𝑡. (3.18). =. gdzie: hp całkowita grubość okładziny ochronnej. Wytrzymałość obliczeniowa drewna litego w warunkach pożarowych zgodnie z PN-EN 1995-1-2 [108] wynosi: 𝑓 gdzie: 𝑓. = 𝑘. ,. (3.19). ,. - wytrzymałość obliczeniowa w warunkach pożarowych,. - 20% kwantyl wytrzymałości w temperaturze normalnej,. 𝑓 𝑘 𝛾. ,. ,. , ,. - współczynnik modyfikujący w warunkach pożarowych, - współczynnik częściowy drewna w warunkach pożarowych - 𝛾. ,. = 1. Podczas gdy 20% kwantyl wynosi: 𝑓 =𝑘 𝑓. (3.20). gdzie: 𝑓 - 20% kwantyl wytrzymałości w temperaturze normalnej, 𝑘. - współczynnik dla rodzaju materiału zgodnie z tabelą (3.10) dla drewna litego ma. wartość 1,25, a dla łączników stalowych wartość 1,05, 𝑓 - wytrzymałość charakterystyczna. 43.

(44) Obliczeniowy moduł sprężystości lub moduł odkształcenia postaciowego w warunkach pożaru Sd,fi Sd,fi = 𝑘. ,. ,. (3.21). gdzie: Sd,fi - obliczeniowy moduł sprężystości, S20 - 20% kwantyl moduł sprężystości w temperaturze normalnej, 𝑘 𝛾. , ,. - współczynnik modyfikujący w warunkach pożarowych,. - współczynnik częściowy drewna w warunkach pożarowych.. Przy czym 20% kwantyl modułu sprężystości wynosi: S20 = 𝑘 S0,5. (3.21). gdzie: S20 - 20% kwantyl moduł sprężystości w temperaturze normalnej 𝑘 = 1,25 - współczynnik dla drewna litego zgodnie z tabelą 7.6 S0,5 - 5% kwantyl sztywności w temperaturze normalnej. Wytrzymałość - nośność obliczeniowa Rd,t,fi = η. ,. (3.22). gdzie: Rd,t,fi - wartość obliczeniowa wytrzymałości w warunkach pożarowych po czasie t η - współczynnik konwersji R20 - 20% kwantyl wytrzymałości w temperaturze normalnej bez uwzględniania czasu trwania obciążenia i wilgotności, 𝛾. ,. - współczynnik częściowy drewna w warunkach pożarowych.. Dla połączenia - R20 - 20% kwantyl nośności obliczamy: R20 = 𝑘 Rk. (3.23). gdzie: R20 - 20% kwantyl nośności złącza w temperaturze normalnej, 𝑘 = 1,05 - dla łączników stalowych zgodnie z tabelą 3.10114, Rk. - wartość charakterystyczna nośności złącza w temperaturze normalnej bez. uwzględnienia czasu trwania obciążenia i wilgotności.. 44.

(45) Tabela 3.10 Wartość współczynnika 𝑘. dla rodzaju materiału. Rodzaj materiału Drewno lite Drewno klejone warstwowo Płyty z materiałów drewnopochodnych Fornir klejony warstwowo Połączenia z elementami bocznymi z drewna lub płyt drewnopochodnych Połączenia z bocznymi elementami stalowymi. 𝑘 1.25 1,15 1,15 1,10 1,15 1,05. Źródło: opracowanie własne na podstawie PN-EN 1995-1-2 [108] 3.2.2 Metoda zredukowanego przekroju Wytrzymałość elementów obliczamy dla przekroju efektywnego (rys. 3.19) wynikającego z redukcji przekroju początkowego o wartość: def = dchar,n + k0 d0. (3.24). dchar,n = βn t. (3.25). gdzie: def - efektywna głębokość zwęglania k0 – zgodnie z tabelą 3.11 d0 = 0,7 Tabela 3.11 Określenie k0 dla powierzchni niezabezpieczonych.. t < 20 minut t ≥ 20 minut. k0 t/20 1.0. Źródło: opracowanie własne na podstawie PN-EN 1995-1-2 [108]. Rys. 3.19 Szczątkowy i efektywny przekrój poprzeczny belki. 60 mm:1- przekrój. początkowy, 2 - granice szczątkowego przekroju, 3 - granice efektywnego przekroju 45.

(46) Źródło: opracowanie własne na podstawie PN-EN 1995-1-2 [108] Nośność na zginanie w warunkach pożarowych: Rm,y,d,fi = kcrit • fm,d,fi • Wy,r. (3.26). gdzie: . fm,d,fi - wytrzymałość na zginanie w warunkach pożaru. . kcrit = 1 - przekrój zabezpieczony przez zwichrowaniem.. W takim przypadku należy zwrócić szczególną uwagę na fakt, iż elementy zabezpieczające przed zwichrowaniem muszą posiadać nie mniejszą odporność ogniową. stąd: Rm,y,d,fi = 1,0 • 30000 • 0,000129 = 3,87 kNm. W przypadku zastosowania niezabezpieczonych łączników z płytek kolczastych i długości kolca 15 mm po około 8 minutach długość zakotwienia jest na poziomie 7 mm co jest niedostateczne i łącznik „wypada”, a połączenie jest zerwane (rys. 3.20).. Rysunek 3.20 Wypalone otwory po płytce kolczastej Źródło: SAWE W. Sikora. 46.

(47) 4. Techniczne metody ochrony przeciwpożarowej. 4.1. Osobliwości pożaru Jak podaje M. Kosiorek [60] pożar jest to niekontrolowany proces rozkładu. termicznego materiałów palnych, zarówno organicznych i nieorganicznych. Podstawowym procesem fizykochemicznym zachodzącym podczas pożaru jest przebiegająca z dużą szybkością reakcja utleniania, której towarzyszy wydzielanie znacznej ilości ciepła. Powstaje on w miejscu na ogół do tego nie przeznaczonym i rozprzestrzenia się w sposób niekontrolowany. B. Sygit i P. Guzewski [133] przedstawiają jak na przestrzeni lat określano pożar. Powołując się na B. Groickiego (1559 r. ) „Pożar czyli „pożoga” - ogień wielki pożerający wszystko to, cokolwiek ma się z natury swojej oprzeć nie może, pali, pożera, niszczy” [132]. J. Wolanin przytacza kilka określeń pożaru między innymi: „pożar to niszczące , żywiołowe działanie ognia wymagające jego likwidacji”, czy „pożar to spalanie nieuzasadnione społecznie wyrządzające szkody” [145]. Fizykochemiczną definicje podaje M. Profit-Szczepańska „pożar to efekt cieplny zaistnienia różnorodnych przemian chemicznych i zjawisk fizycznych w określonym układzie termodynamicznym, powodujący zmiany stanu termodynamicznego tego układu. Pożar ma wielorakie działanie niszczące: niszczenie konstrukcji obiektów, spalanie materiałów lub ich niszczenie przez strumień ciepła generowanego w różnych fazach jego rozwoju. Ponadto może oddziaływać na ludzi zarówno przez bezpośrednie oddziaływanie płomienia na człowieka, jak i termiczną radiację, względnie przez toksyczne oddziaływanie produktów rozkładu termicznego i spalania” [113]. PN-ISO 8421-1:1997 definiuje pożar jako „spalanie o niekontrolowanym przebiegu w czasie i przestrzeni” [112]. Wielkość pożaru określamy ze względu na zniszczenia, spalenia obiektów lub ich części, ruchomości, maszyn, urządzeń, surowców itp. (tabela 4.1). Tabela 4.1 Parametry charakteryzujące wielkość pożarów Typ pożaru. Powierzchnia pożaru Objętość pożaru [m2]. [m3]. Mały (P/M). do 70. Do 350. Średni (P/Ś). Od 71 do 300. Od 351 do 1500. Duży (P/D). od 300 do 1000. Od 1501 do 5000. Bardzo duży (P/BD) Powyżej 1000. Powyżej 5000. Źródło: na podstawie KGPSP materiały szkoleniowe 47.