Obecnie w wielu krajach zwraca się coraz większą uwagę na aspekty związane z ekologią i energooszczędnością. Rosnące ceny energii zmuszają do szukania rozwiązań opierających się na maksymalnym wykorzystaniu energii naturalnej. Energia, oprócz procesów związanych z wytwarzaniem różnych surowców, zużywana jest głównie na ogrzewanie i odpowiednie doświetlenie budynków.
W miejscach użyteczności publicznej musi być zapewniony odpowiedni poziom naświetlenia, dlatego znakomitym i coraz częściej stosowanym, energooszczędnym rozwiązaniem jest montowanie dachów przeszklonych.
W niniejszym artykule, przedstawiona została metodyka badań odporności ogniowej przeszkolonych konstrukcji dachowych. Szczegółowo omówiono etapy samego procesu badawczego, a także wymagania stawiane próbce badawczej, kryteria odporności ogniowej sprawdzane podczas badania oraz sposób ich weryfikacji.
Światło naturalne oprócz poprawy samopoczucia wpływa także na wzrost wydajności pracy. Świetliki dachowe potrafią dostarczyć nawet czterokrotnie więcej światła niż zwykłe okna, których ponadto nie da się zamontować w każdym miejscu.
Oprócz zapewnienia odpowiedniego doświetlenia budynku przeszklone dachy muszą również odpowiadać warunkom odpowiedniej klasy odporności ogniowej, które zostały określone w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Wymagane klasy odporności ogniowej dla konstrukcji dachowych i przekryć dachu w przypadku różnych klas odporności pożarowej budynków przedstawia tabela poniżej.
Jak wynika z powyższej tabeli przekrycia dachowe budynków o klasach odporności pożarowej A i B muszą zachować nośność i szczelność ogniową przez 30 minut. Dachy przeszklone, które mają się przeciwstawić takiemu oddziaływaniu muszą mieć specjalną konstrukcję i zastosowany odpowiedni rodzaj szkła.
W celu uzyskania odpowiedniej klasy odporności ogniowej producent musi przeprowadzić badanie odporności ogniowej wg normy PN-EN 1365-2 [2] w akredytowanej jednostce badawczej. Norma stawia takie same wymagania wszystkim dachom, w tym dachom przeszklonym. Dobór klasy odporności ogniowej określa norma PN-EN 13501-2 [3].
Etapy procesu badawczego
Producent ma za zadanie zamontowanie lub zleca podwykonawcy zamontowanie swojego elementu do komory pieca. Norma [5] określa, iż w chwili badania wytrzymałość i wilgotność badanego elementu powinna być zbliżona do wartości, jakie są spodziewane w normalnym użytkowaniu. Wskazane jest, aby element próbny nie był badany, zanim nie osiągnie stanu równowagi (wilgotność względna równa 50% i temperatura 23°C).
W przypadku, gdy badany element jest montowany w konstrukcji mocującej, np. w obudowie betonowej lub murowanej, to okres ich sezonowania, (co najmniej 28 dni) może ulec skróceniu, jeżeli nie będzie wpływu na zachowanie badanego elementu, powodowanego nadmierną wilgotnością konstrukcji mocującej. Nadmierna wilgotność może objawiać się na przykład brakiem wytrzymałości, odpryskiwaniem czy deformacją.
Po okresie sezonowania przychodzi czas na badanie. Rozpoczyna się ono po zamontowaniu wszystkich urządzeń pomiarowych i trwa tak długo, aż wszystkie kryteria zostaną osiągnięte. Na podstawie zarejestrowanych danych i obserwacji podczas badania opracowywany jest raport oraz klasyfikacja w zakresie odporności ogniowej.
Tabela 1
gdzie:
R – nośność ogniowa (w minutach), określona zgodnie z Polską Normą dotyczącą zasad ustalania klas odporności ogniowej elementów budynku,
E – szczelność ogniowa (w minutach), określona j.w.,
( - ) – nie stawia się wymagań.
Wymagania stawiane badanemu elementowi
Postanowienia ogólne [2]
Element, który ma zostać poddany próbie ogniowej, powinien odzwierciedlać rzeczywiste warunki pracy konstrukcji dachu, a także obejmować wszystkie szczegóły konstrukcyjne, materiały i stosowane składniki.
Konstrukcja musi uwzględniać przykłady każdego rodzaju mechanicznych złączy występujących w elemencie dla celów montażu, budowy lub rozbudowy, nawet, jeśli takie złącza występują przy większych gabarytach niż określone dalej wymiary elementu próbnego.
Stosowane różne systemy złączy nie powinny być umieszczone w jednym elemencie próbnym, chyba że można dowieść, iż nie będą one wzajemnie zakłócać swego działania.
Złącza pomiędzy obrzeżem dachu a sąsiadującą konstrukcją stowarzyszoną powinny być wykonane zgodnie z określonymi instrukcjami producenta systemu. Warunki brzegowe na swobodnych krawędziach konstrukcji rozpiętej w jednym kierunku mają umożliwiać swobodne ugięcie. Szczeliny wzdłuż tych krawędzi należy uszczelniać wełną mineralną lub innym materiałami, zgodnie z zaleceniami producenta systemu.
Badany element powinien zawierać największą taflę szkła, jaka jest możliwa do stosowania w praktyce. W przypadku nachylonych konstrukcji dachowych, w których przeszklenie może być umieszczone najmniejszym wymiarem równolegle lub prostopadle do nachylenia, największa tafla szkła powinna być umieszczona w najbardziej niekorzystnym położeniu.
Jeśli przeszklenie zawiera rozdzielające pionowo lub poziomo szprosy, co najmniej jeden z nich powinien znaleźć się w elemencie próbnym. Dachy dwuspadowe należy badać jako dachy jednospadowe.
Wymiary elementu do badania
Ważnym aspektem, który należy brać pod uwagę przy przeprowadzania badania jest rozmiar konstrukcji. Element próbny powinien mieć rzeczywiste wymiary, jeżeli nie przekraczają one możliwości ulokowania elementu w piecu jednostki badawczej.
W przypadku elementów przekraczających rzeczywiste wymiary otworu pieca, to badana konstrukcja powinna być taka, aby powierzchnia nagrzewana elementu miała co najmniej 3,0x4,0 m.
Jeżeli przeszklenie ma większe, jak wyżej wspomniane, wymiary i nie zmieściłoby się w elemencie próbnym dachu, należy przeprowadzić dwa badania:
badanie elementu próbnego dachu bez przeszklenia,
badanie przeszklenia wbudowanego w stowarzyszoną konstrukcje wsporczą, reprezentatywną dla konstrukcji dachowych stosowanych w praktyce.
Liczba potrzebnych badań (próbek)
Liczba badań, jakie musi wykonać producent w celu określenia klasy odporności ogniowej jest zależna od sposobu podparcia lub zamocowania oraz określonych warunków nagrzewania i obciążenia. Ponadto zależy ona też od nachylenia i wymaganego zakresu ważności wyników badania.
I tak, dla konstrukcji badanych pod kątem 0° wyniki badań ważne są dla konstrukcji w zakresie od 0 do 15°, natomiast dla konstrukcji badanych pod kątem 45° zakres zastosowania zawiera się w przedziale od 15° do 80°. Tak więc pełny zakres nachylenia wymagałby przeprowadzenia dwóch prób.
Sposób i warunki podparcia
Dachy przeszklone, podobnie jak dachy bez przeszklenia, wg normy PN-EN 1365-2 [2] bada się jako konstrukcje swobodnie podparte, rozpięte w jednym kierunku, w taki sposób, aby możliwa była swoboda przemieszczeń podłużnych i ugięć. Powierzchnię podpór powinny stanowić gładkie betonowe lub stalowe płyty. Szerokość oparcia nie może być większa niż 20 cm i powinna odpowiadać minimalnej szerokości podpory stosowanej w praktyce.
Warunki obciążenia
Jednym z podstawowych rodzajów obciążeń, jakim poddawane są konstrukcje dachu, jest obciążenie śniegiem. W świetle normy PN-EN 1991-1-3 [4] w Polsce istnieje 5 stref śniegowych. Wielkość obciążenia przykładanego do konstrukcji przyjmuje się jako 20% obciążenia, obliczonego zgodnie z wyżej wspomnianą normą.
Redukcja obciążenia wynika ze współczynnika redukcyjnego 0,2 dla warunków wyjątkowych, jakimi w tym przypadku są warunki pożarowe. Wartość i rozkład obciążenia powinny być takie, aby maksymalny moment i siły poprzeczne powstające w elemencie próbnym były reprezentatywne lub większe niż spodziewane w rzeczywistości.
Ponadto obciążenie powinno być przyłożone równomiernie poprzez system obciążeń punktowych.
Jednakże, o tym czy badana konstrukcja będzie badana jako obciążona decyduje producentzleceniodawca.
Rys. 1. Widok konstrukcji dachu przeszklonego. Badanie pod kątem 45°
Rys. 2. Widok konstrukcji dachu przeszklonego. Badanie pod kątem 0° z przyłożonym obciążeniem punktowym
Kryteria odporności ogniowej sprawdzane podczas badania oraz sposób ich weryfikacji
Podczas badania sprawdzane są takie kryteria odporności ogniowej, jak: nośność ogniowa (R), szczelność ogniowa (E), izolacyjność (I), promieniowanie (W) oraz oddziaływanie mechaniczne (M).
Izolacyjność ogniowa, promieniowanie i oddziaływanie mechaniczne w świetle polskich przepisów nie są uwzględniane dla konstrukcji dachu i przekryć dachowych. Z tego względu opracowanie nie obejmuje zagadnień związanych ze sprawdzeniem powyższych kryteriów (I, W, M).
Nośność ogniowa
Norma PN-EN 1363-1 [5] określa, że nośność ogniowa to czas, wyrażony w pełnych minutach, podczas którego element próbny utrzymuje swoją zdolność do przenoszenia obciążenia badawczego w czasie badania. Utrzymanie obciążenia badawczego jest wyznaczone zarówno poprzez wielkość, jak i prędkość przemieszczenia, obliczonych na podstawie pomiarów.
Wielkość przemieszczenia (ugięcia) mierzona jest w środku rozpiętości (przypadek dla elementów swobodnie podpartych). Ponieważ stosunkowo szybkie przemieszczenia mogą wystąpić przed osiągnięciem stabilnych warunków, nie stosuje się kryterium prędkości przemieszczenia, zanim przemieszczenie L/30 (L- rozpiętość w świetle elementu próbnego) nie zostanie przekroczone.
Szczelność ogniowa
Istotną funkcją, jaką powinien spełniać świetlik dachowy w warunkach pożaru, jest funkcja oddzielająca.
Wymaganie to odnosi się zarówno do przeszklonych, jak i nieprzeszkolonych elementów systemu. Mowa jest tutaj o kryterium szczelności ogniowej E.
Szczelność ogniowa to czas, wyrażony w pełnych minutach, przez jaki element próbny w trakcie badania utrzymuje swoje funkcje oddzielające bez:
spowodowania zapalenia się tamponu bawełnianego (tampon nie ulegnie zapaleniu przez okres 30 sekund od momentu przyłożenia go do elementu próbnego),
dopuszczenia do penetracji szczelinomierzem (o średnicy 25 mm lub 6 mm na długości 20 cm), który przykładany jest do (powstałej w wyniku działania ognia) szczeliny,
wystąpienia utrzymywania się płomienia.
Warunki nagrzewania
Warunki nagrzewania powinny odpowiadać warunkom podanym w PN-EN 1363-1. Nagrzewanie odbywać się powinno wg tzw. krzywej standardowej, odzwierciedlającej pożar w budynku.
Zakończenie badania [5]
Badanie może być zakończone z jednego lub więcej następujących powodów:
bezpieczeństwa personelu lub zbliżającego się uszkodzenia wyposażenia,
osiągnięcia wybranych kryteriów,
życzenia zleceniodawcy.
W momencie, w którym kryterium nośności ogniowej przestanie być spełniane, kryteria właściwości użytkowych, tj. szczelność ogniowa i izolacyjność ogniowa, powinny automatycznie zostać uznane za niespełnione.
mgr inż. Paweł Roszkowski
Zakład Badań Ogniowych ITB
mgr inż. Bartłomiej Sędłak
Zakład Badań Ogniowych ITB,
Wojskowa Akademia Techniczna
Bibliografia:
[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
[2] PN-EN 1365-2 Badania odporności ogniowej elementów nośnych – Cześć 2: Stropy i dachy.
[3] PN-EN 13501-2 klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków – Część 2: Klasyfikacja na podstawie badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnych.
[4] PN-EN 1991-1-3 Oddziaływanie na konstrukcje obciążone śniegiem.
[5] PN-EN 1363-1 Badania odporności ogniowej - Cześć 1: Wymagania Ogólne.
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
więcej informacj: Świat Szkła 6/2011
