Jednym z podstawowych postulatów zapewnienia bezpieczeństwa pożarowego jest ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu wewnątrz budynku. Ograniczenie to uzyskuje się przez zastosowanie odpowiednich przegród wewnętrznych, w szczególności ścianek działowych pełniących funkcję wydzielającą.
1. Funkcje przegród budowlanych w sytuacji pożarowej.
Aby przegroda stanowiła barierę zapobiegającą w ciągu określonego czasu rozprzestrzenianiu się pożaru, powinna spełniać pewne kryteria (rys 1):
1. Przegroda nie może ulec całkowitej lub częściowej destrukcji pod wpływem oddziaływań termicznych, tzn. nie mogą pojawić się nieciągłości (szczeliny), przez które przedostawałyby się płomienie lub gorące gazy. Jest to kryterium szczelności ogniowej, oznaczone symbolem E.
2. Powierzchnia przegrody od strony nieogrzewanej nie powinna osiągnąć temperatury, która mogłaby spowodować zapalenie się materiałów, oparzenia ludzi lub nadmierny wzrost temperatury w pomieszczeniu sąsiednim na skutek konwekcji. Jest to kryterium izolacyjności ogniowej oznaczone symbolem I.
3. Gęstość strumienia ciepła przechodzącego przez przegrodę nie powinna osiągnąć nadmiernej wartości, aby nie nastąpiło zapalenie materiałów lub nadmierne oddziaływanie na użytkowników w wyniku promieniowania cieplnego. Jest to kryterium ograniczenia promieniowania cieplnego – radiacji ogniowej oznaczane symbolem W.
Kryterium dotyczące izolacyjności przegrody polega na ograniczeniu temperatury średniej i maksymalnej na nieogrzewanej powierzchni przegrody. Temperatura ta nie powinna przekroczyć odpowiednio 140C i 180C. Jeżeli przegroda spełnia kryterium izolacyjności ogniowej promieniowanie cieplne nie stanowi zagrożenia dla ludzi i nie może być przyczyną zapalenia się materiałów palnych.
Rys. 1. Warunki spełnienia funkcji wydzielającej przez przegrodę
Czas, w którym przegroda nieprzenosząca obciążeń zewnętrznych spełnia funkcje wydzielające, określone przez wartości graniczne wielkości kryterialnych, jest odpornością ogniową. Wartości kryterialne temperatury powierzchni nieogrzewanej (średnia wartość przyrostu temperatury 140C, maksymalna 180C) ustalono na takim poziomie, że w przypadku spełnienia kryterium izolacyjności ogniowej I, strumień ciepła przedostający się przez przegrodę jest tak niski, że kryterium radiacji ogniowej W jest nieistotne.
Kryterium W nie zostało jednoznacznie określone. Na ogół przyjmuje się, że wartość graniczna strumienia ciepła mierzona w odległości 1 m od przegrody nie powinna przekraczać 15 kW/m2.
Przegrody przeszklone spełniające funkcje wydzielające podczas pożaru mogą być klasyfikowane w klasach E, EI, EW.
Przegrody klasy E ograniczają w ciągu określonego czasu jedynie przepływ gorących gazów i obszar płomieni do pomieszczenia, w którym wybuchł pożar. Przegrody klasy EW oprócz tego ograniczają strumień ciepła ale efekt oddziaływania ognia na obiekty znajdujące się po stronie przeciwnej zależy od geometrii, usytuowania przegrody oraz położenia obiektu względem przegrody.
Wg polskich przepisów techniczno-budowlanych, przegrody klasy E lub EW mogą być stosowane tylko w przypadku przedsionków, jako druga przegroda oddzielająca pomieszczenia, w których może powstać pożar, od klatek schodowych. Przebieg temperatury na nieogrzewanej powierzchni szyb stosowanych w przegrodach klasy E i EI pokazano na rys.2.
Rys. 2. Przebieg temperatury na nieogrzewanej powierzchni szyb izolacyjnych i nieizolacyjnych. a – zbrojone szkło kwarcowe o grubości 6 mm; b – zbrojone szkło kwarcowe o grubości 6 + 6 mm, klejone lub zespolone; c, d – szkło inne niż kwarcowe, nie zapewniające odporności ogniowej; e, f, g – szkło zapewniające izolacyjność ogniową.
2. Czynniki wpływające na rozwiązania przeszkleń ogniochronnych.
Dominującymi obecnie rozwiązaniami przeszkleń ogniochronnych są konstrukcje szkieletowe, w których szyby stanowią przezroczyste lub częściowo przezroczyste wypełnienie. Metalowy lub drewniany szkielet umożliwia łączenie tafli szyb, mocowanie drzwi lub okien i przenosi obciążenia pochodzące od ciężaru własnego, a w szczególności od stosunkowo ciężkich szyb izolacyjnych.
W ostatnich latach pojawiają się przeszklenia, w których szyby łączone są za pomocą specjalnych klejów lub kitów bez szkieletu nośnego. Powstają tutaj problemy związane z osadzaniem elementów ruchomych (drzwi, okna), bezpieczeństwem użytkowania i uzyskaniem odpowiednich wymiarów geometrycznych. Dlatego też stosuje się systemy łączone szkieletowo-klejone. Stosowane rozwiązania ścianek szkieletowych zależą od następujących czynników:
- Kryteriów oceny funkcji wydzielających, tzn. czy ścianka ma spełniać kryteria EI czy tylko E lub EW,
- Efektów oddziaływań termicznych na szkielet nośny ścianki.
Efekty oddziaływań termicznych na szkielet są dwojakiego rodzaju:
- powodują zmiany właściwości fizycznych lub destrukcję materiału,
- powodują odkształcenia lub powstanie sił wewnętrznych w wyniku rozszerzalności liniowej.
Kryteria oceny mają decydujący wpływ na rodzaj zastosowanych szyb, tzn. na zastosowanie szyb izolacyjnych lub nieizolacyjnych, rozwiązania szkieletu, a także na szczegóły mocowania szyb w ramie.
Efekty oddziaływań termicznych związane z rozszerzalnością termiczną mają natomiast wpływ głównie na rozwiązania szkieletu, przy czym podstawowe znaczenie ma tutaj ograniczenie niekorzystnego wpływu gradientu temperatury w przekroju poprzecznym.
Wynikiem różnic temperatury jest bądź silne wygięcie przegrody w kierunku działania ognia, bądź momenty zginające w przypadku sztywnego zamocowania do innych elementów budynku lub utrata stateczności w przypadku ograniczenia odkształceń.
3. Rozwiązania przeszkleń izolacyjnych
Zapewnienia izolacyjności szkieletu i ograniczenia niekorzystnego wpływu oddziaływań termicznych uzyskuje się tymi samymi metodami.
Metoda izolowania polega na stosowaniu okładzin izolujących profile szkieletu (rys 2). W tym przypadku stosuje się profile stalowe, a efekty architektoniczne uzyskuje się, stosując maskownice (rys. 3).
Rys 3.Przykład izolowania profili nośnych przeszkleń. 1 - szkło izolacyjne; 2,3 - izolacja z płyt ogniochronnych; 4 – profil stalowy; 5 - klocki z twardego drewna; 6 – taśma; 8 – maskownica; 9 – wkręty
Metoda profili podwójnych polega na stosowaniu dwóch oddzielnych profili z przekładką izolującą. Przekładkę taką może stanowić szkło izolacyjne (rys. 4). Można ją także wykonać z płyty izolacyjnej. W rozwiązaniu tym profil zewnętrzny nie jest narażony na oddziaływanie wysokiej temperatury. Oba profile odkształcają się niezależnie. Nie występują także znaczne gradienty temperatury, gdyż wyrównanie temperatury profili jest bardzo szybkie. Profile wydłużają się niezależnie, a ugięcia są stosunkowo niewielkie.
Rys 4. Przykład zastosowania profili podwójnych. 1 – szkło izolacyjne; 2 – profil stalowy; 3 – taśma; 4 – silikon; 5 – klocki z twardego drewna; 6 – nakładki podtrzymujące szybę; 7 – maskownica
Na podobnej zasadzie stosuje się profile dwudzielne, składające się z dwóch części połączonych izolacyjnym łącznikiem (rys. 5). Profile te wypełnia się całkowicie lub częściowo płytami gipsowo-kartonowymi lub tworzonymi na bazie gipsu. Na skutek wydzielania, a następnie parowania wody następuje chłodzenie profili i pochłanianie energii cieplnej w wyniku przemian fazowych.
Rys 5. Profile dwudzielne. A – częściowe wypełnienie gipsem; B – całkowite wypełnienie gipsem. 1 – szyba izolacyjna; 2 – profil stalowy; 3 – gips; 4 – łącznik izolacyjny.
Profile drewniane dobiera się tak, aby na skutek zwęglenia nie nastąpiła utrata nośności lub aby na skutek wypalenia profili dociskowych nie nastąpiło wypadnięcie szyby (rys. 6)
Rys. 6 Przykład rozwiązania profilu drewnianego. 1 – szyba izolacyjna; 2 – silikon;
3 – uszczelka; 4 – profil drewniany; 5 – profil dociskowy; 6 – wkręty
4. Przeszklenia nieizolacyjne
Profili stalowych w tych przeszkleniach nie izoluje się. Profile aluminiowe należy natomiast izolować, aby nie dopuścić do ich całkowitego zniszczenia. Ważną sprawą są uszczelki, które nie powinny być palne, a w przypadku szkieletu drewnianego powinny chronić przed zapaleniem nienagrzewanej części profilu.
5. Podziały geometryczne i mocowanie do innych elementów budynku
Ścianki przeszklone są wrażliwe na niedokładności wykonania. Bardzo istotny jest także podział geometryczny i sposób mocowania.
Rys 7. Przykładowe podziały ścian (omówienie w tekście)
Na rys. 7 podano dwa przykłady podziału geometrycznego ścianki przeszklonej. Punktem newralgicznym jest węzeł na rys. 7B. Brak słupka w górnej części ściany (por. rys. 7A) powoduje “wypychanie” szyby przez słupek 2. Jeżeli aprobata techniczna nie przewiduje konkretnego podziału, nie powinien on być stosowany.
Połączenia ścianek z innymi elementami budynku powinny być elastyczne i umożliwiać przemieszczenia (rys. 8), aby uniknąć dodatkowych sił wewnętrznych wywołanych rozszerzalnością liniową.
Rys. 8 Przykłady prawidłowego połączenia ścianki z innymi elementami budynku.
A, B – przekładka z wełny mineralnej (1), C – tuleja umożliwiająca przesuw (2)
Mirosław Kosiorek
Tekst ten został wygłoszony jako referat na seminarium zorganizowanym 9.04. br. przez „Świat Szkła”
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacji: Świat Szkła 9/2003
