Wpływ sposobu zamocowania przeszkleń na odporność ogniową ścian osłonowych |
Data dodania: 21.12.21 |
W artykule przedstawiono porównanie wyników badań odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych. Wytypowane do badań próbki miały podobne rozwiązania systemowe. Wykonane były z profili z tego samego materiału, miały ten sam kształt oraz zostały zaizolowane w taki sam sposób. Zastosowano przeszklenia tego samego producenta o takim samym wymiarze, które różniły się jedynie sposobem zamocowania.
Rys. 1. Schematyczny przekrój przez słupy wraz z położeniem termoelementu
Zebrany materiał badawczy pozwolił na porównanie wpływu mocowania szyb na odporność ogniową całej konstrukcji. Porównanie wykonano dla ścian osłonowych przeszklonych szybami mocowanymi w sposób standardowy (za pomocą listew dociskowych z profilami maskującymi) oraz ścian osłonowych z przeszkleniem strukturalnym, które zostały zamocowane przy użyciu stalowych klamer i silikonu.
1. Wprowadzenie
Mogą być one montowane zarówno w pionie [1]–[7], jak i poziomie [8]. Do elementów poziomych zaliczamy stropy, podłogi podniesione oraz dachy [9], a do pionowych ściany działowe [5], [10], [19], [20], [11]–[18], drzwi [21]–[29], okna [22], [30]–[33], czy też będące przedmiotem niniejszej pracy – ściany osłonowe [7], [34], [43], [44], [35]–[42].
Wszystkie wymienione elementy pełnią ściśle określone funkcje z uwagi na bezpieczeństwo pożarowe obiektów budowlanych. Głównym zadaniem ścian osłonowych, w przypadku wystąpienia pożaru, jest powstrzymanie jego rozwoju. Należy przez to rozumieć uniemożliwienie przedostania się ognia na kolejne piętra lub sąsiadujące budynki.
Powstrzymanie rozwoju pożaru wewnątrz budynku jest możliwe dzięki wykonanym w odpowiedni sposób pasom międzykondygnacyjnym [45]–[47].
Natomiast zabezpieczenie sąsiednich obiektów, szczególnie istotne w przypadku bliskiej odległości pomiędzy budynkami, gwarantują specjalne rozwiązania techniczne sprawiające, że ściana osłonowa jest w stanie wytrzymać przez określony czas oddziaływanie pożaru, a co za tym idzie - ma odpowiednią klasę odporności ogniowej.
Istotną funkcją ściany osłonowej w przypadku wystąpienia pożaru jest także zapewnienie bezpiecznej ewakuacji użytkowników oraz ekip prowadzących akcję ratowniczą [45], [48]–[51]. Musi być ona wykonana w taki sposób, aby odpadające z niej fragmenty, zniszczone w skutek oddziaływania ognia, nie stanowiły zagrożenia dla znajdujących się w pobliżu ludzi.
Niniejszy artykuł zajmuje się aspektami związanymi z odpornością ogniową przeszklonych ścian osłonowych, czyli z funkcją związaną głównie z zabezpieczeniem sąsiednich budynków. W ramach pracy wykonane zostało porównanie wyników badań odporności ogniowej dla dwóch najczęściej spotykanych rozwiązań konstrukcyjnych związanych ze sposobem zamocowania przeszklenia. Jak wspomniano wcześniej w ścianach osłonowych mających odpowiednią klasę odporności ogniowej zastosowane są specjalne rozwiązania konstrukcyjne.
Co ciekawe, z zewnątrz, nawet dla kogoś bardzo dobrze zaznajomionego z omawianą tematyką ciężko jest odróżnić „zwykłą” przegrodę od „pożarowej”.
Większość z tych rozwiązań bowiem jest ukryta wewnątrz profilu, pod listwą maskującą lub warstwą silikonu. Szybę ogniową także ciężko jest odróżnić od zwykłej, chyba że możliwe jest podejście do niej na odpowiednią odległość, najlepiej umożliwiającą odczytanie oznaczenia umieszczonego w jednym z narożników.
Przeszklone ściany osłonowe o określonej klasie odporności ogniowej wykonane są najczęściej jako konstrukcje szkieletowe, w których przestrzenie pomiędzy metalowymi lub drewnianymi profilami wypełniają szyby zespolone składające się z szyby ognioochronnej zespolonej z szybą zewnętrzną.
Przeszklenia oraz profile i ich wypełnienia, dobierane są w zależności od przewidywanej klasy odporności ogniowej ściany osłonowej. Profile drewniane wykonywane są najczęściej z drewna klejonego, które z reguły musi być dodatkowo impregnowane specjalnymi preparatami powstrzymującymi rozprzestrzenianie się ognia. Natomiast profile metalowe wykonywane są zazwyczaj ze stalowych lub aluminiowych kształtowników. W celu zapewnienia izolacyjności profili szkieletu i ograniczenia niekorzystnego wpływu oddziaływań termicznych, wewnątrz kształtowników umieszczane są specjalne wkłady ogniochronne (np. płyty gipsowo- kartonowe, silikatowo-cementowe, krzemianowo-wapniowe).
Kluczowym elementem w przypadku szklanych fasad jest odpowiednie zamocowanie przeszkleń w profilach. Zazwyczaj wykonane jest to przy użyciu stalowych listew dociskowych, przykręcanych do danego profilu za pomocą odpowiednich śrub, a następnie zamykanych listwą maskującą (coraz częściej spotyka się również rozwiązania w których elementy mocujące ukryte są pod specjalnym silikonem).
W ramach niniejszej pracy przeprowadzono próbę weryfikacji, które z wymienionych powyżej rozwiązań zapewnia lepsze właściwości ogniowe przeszklonej ściany osłonowej.
Tabela 1. Charakterystyka elementów próbnych
2. Materiały i metody
Wszystkie cztery ściany osłonowe, które poddane zostały badaniom były zamocowane w taki sam sposób, przy użyciu takiego samego systemu kotwienia. Przebadano dwie próbki z taflami szkła mocowanymi w standardowy sposób (za pomocą listew dociskowych z profilami maskującymi) oraz dwie ze szkleniem strukturalnym (mocowane za pomocą stalowych klamer i silikonu). Wszystkie badane próbki miały taką samą konstrukcję słupowo-ryglową, wykonaną z aluminiowych profili o przekroju 165 x 50 mm (w przypadku słupów, rys. 1) oraz 170 x 50 mm (w przypadku rygli, rys. 2).
Rys. 2. Schematyczny przekrój przez rygle wraz z położeniem termoelementu
Dla wszystkich próbek wymiary nagrzewanej powierzchni wynosiły 3350 x 4500 mm (szerokość x wysokość). Widok ogólny elementów próbnych przedstawiono na rys. 3.
Rys. 3. Widok ogólny elementu próbnego
W badaniach zastosowane zostały dwa rodzaje wkładów izolacyjnych w profilach oznaczone jako X i Y oraz dwa rodzaje przeszkleń, a dokładniej dwa rodzaje szyb ogniowych stanowiących składową szyby zespolonej, oznaczone jako A i B. Specyfikację elementów próbnych związaną z przywołanymi różnicami przedstawiono w tabeli 1. Maksymalne wymiary zastosowanych przeszkleń wynosiły 1500 x 3000 mm (szerokość x wysokość, w przypadku układu pionowego) oraz 2000 x 1500 mm (szerokość x wysokość, w przypadku układu poziomego).
We wszystkich badaniach zastosowano szyby zespolone jednokomorowe, gdzie oprócz odpowiedniej szyby ognioodpornej (oznaczonej jako 1 lub 2) zastosowano zewnętrzną szybę hartowaną zespoloną z ogniową przy użyciu stalowej ramki. W każdym przypadku grubość zewnętrznej tafli hartowanej była taka sama. Grubość ramki stalowej różniła się w zależności od sposobu zamocowania przeszklenia i wynosiła 8 mm dla standardowego mocowania oraz 16 mm w przypadku zastosowania rozwiązania z silikonem.
Przyrost temperatury na nienagrzewanej powierzchni badanych próbek weryfikowano za pomocą termoelementów powierzchniowych typu K, określonych w normie EN 1363-1 [54]. Miejsca pomiarów przyrostów temperatury zostały rozmieszczone zgodnie z normą EN 1364-3 [52].
Rys. 4. Porównanie średniego przyrostu temperatury na szybach (C_F1_P_A_G1 – szyba typu 1, standardowe mocowanie, orientacja pionowa; C_F1_L_A_G1 – szyba typu 1, standardowe mocowanie, orientacja pozioma; S_F1_P_A_G1 – szyba typu 1, mocowanie strukturalne, orientacja pionowa; S_F1_L_A_G1 – szyba typu 1, mocowanie strukturalne, orientacja pozioma)
Rys. 5. Porównanie średniego przyrostu temperatury na obramowaniu (C_F1_P_F_G1 – szyba typu 1, standardowe mocowanie, orientacja pionowa; C_F1_L_F_G1 – szyba typu 1, standardowe mocowanie, orientacja pozioma; S_F1_P_F_G1 – szyba typu 1, mocowanie strukturalne, orientacja pionowa; S_F1_L_F_G1 – szyba typu 1, mocowanie strukturalne, orientacja pozioma)
Rys. 6. Porównanie średniego przyrostu temperatury na przeszkleniach (C_F2_P_A_G2 – szyba typu 2, standardowe mocowanie, orientacja pionowa; C_F2_L_A_G2 – szyba typu 2, standardowe mocowanie, orientacja pozioma; S_F2_P_A_G2 – szyba typu 2, mocowanie strukturalne, orientacja pionowa; S_F2_L_A_G2 – szyba typu 2, mocowanie strukturalne, orientacja pozioma)
Rys. 7. Porównanie średniego przyrostu temperatury na obramowaniu (C_F2_P_F_G2 – szyba typu 2, standardowe mocowanie, orientacja pionowa; C_F2_L_F_G2– szyba typu 2, standardowe mocowanie, orientacja pozioma; S_F2_P_F_G2 – szyba typu 2, mocowanie strukturalne, orientacja pionowa; S_F2_L_F_G2 – szyba typu 2, mocowanie strukturalne, orientacja pozioma)
Rys. 8. Różnice pomiędzy średnim przyrostem temperatury na obramowaniu w zależności od rodzaju zamocowania szyby (C-S_F1_P_F_G1 – szyba typu 1, orientacja pionowa; C-S_F1_L_F_G1 – szyba typu 1, orientacja pozioma)
Rys. 9. Różnice pomiędzy średnim przyrostem temperatury na obramowaniu w zależności od rodzaju zamocowania szyby (C-S_F2_P_F_G2 – szyba typu 2, orientacja pionowa; C-S_F2_L_F_G2 – szyba typu 2, orientacja pozioma)
Porównanie średniego przyrostu temperatury na szybach przedstawiono na rys. 4 (szyba typu 1) i rys. 6 (szyba typu 2). Porównanie średniego przyrostu temperatury na obramowaniu przedstawiono na rys. 5 (szyba typu 1) i rys. 7 (szyba typu 2). Na rys. 8 i 9 przedstawiono różnice między średnimi przyrostami temperatury na nienagrzewanej powierzchni elementów obramowania szyby.
Podczas wszystkich badań prowadzono także pomiar deformacji słupów, w środku wysokości ich nagrzewanej powierzchni. Miejsca pomiaru oznaczone zostały literami od A do C na rys. 3. Wyniki pomiarów przedstawione zostały na rys. 10.
Na rysunkach 11 i 12 przedstawiono widoki elementów próbnych na początku badania oraz w 15 i 30 minucie badania.
Rys. 10. Deformacje elementów próbnych
Rys. 11. Widok elementów próbnych nr 1 i 3 w trakcie badania
Rys. 12. Widok elementów próbnych nr 2 i 4 w trakcie badania
4. Wnioski
Oczywiście, należy tutaj zaznaczyć, że nie bez znaczenia w tym przypadku jest także grubość całego pakietu szklanego, która w przypadku szyb mocowanych strukturalnie została zwiększona z uwagi na konieczność zainstalowania systemowego mocowania.
Szersza ramka, umożliwiająca zmieszczenie elementów mocujących przeszklenie zapewnia większą szczelinę powietrzną, a tym samym poprawia izolacyjność w przypadku nagrzewania od wewnątrz. Podobne zjawisko zaobserwowano w przypadku termoelementów umieszczonych na obramowaniu. Ściany osłonowe z przeszkleniem strukturalnym również w tym przypadku charakteryzowały się lepszą izolacyjnością niż rozwiązania ze standardowym przeszkleniem.
Zachowanie się obu typów ścian osłonowych podczas badań odporności ogniowej było zbliżone. Nie zaobserwowano istotnych różnic w deformacji obu rodzajów elementów. Maksymalna różnica ugięcia wynosząca około 25 mm (w przypadku elementów o wysokości 4500 mm) nie może być uznana za istotną.
Zgodnie z normą badawczą EN 1364-3 [52] wyniki badań ścian osłonowych określonego systemu z mocowaniem przeszklenia przy użyciu listwy dociskowej (system mocowania standardowego) mają zastosowanie do innych rozwiązań tylko w przypadku niewielkich zmian.
Pakiet szybowy można wymienić na szybę zespoloną przy użyciu szerszej ramki, ale bez dodatkowej próby ogniowej nie jest możliwe rozszerzenie wyników badań na szyby z mocowaniem strukturalnym.
Być może wynika to faktu, że rozwiązania tego typu, choć stosowane od jakiegoś czasu, nie są jeszcze wystarczająco przebadane pod kątem odporności ogniowej tak, aby możliwe było ich uwzględnienie w zakresie zastosowania normy badawczej.
Bartłomiej Sędłak, Instytut Techniki Budowlanej
Bibliografia
(kliknij na zdjęcie aby je powiększyć)
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne |