Czytaj także -

Aktualne wydanie

2022 04 okladka1

Świat Szkła 4/2022

User Menu

 ET-Swiat-Szkla-PL-160x600-002a

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 

 wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019e

 

 

Odpadanie fragmentów przeszklonych fasad podczas pożaru
Data dodania: 17.02.22

Jednym z najważniejszych zadań, jakie budynek musi spełnić w przypadku pożaru, jest zapewnienie bezpiecznej ewakuacji jego użytkowników i pracy ekip ratowniczych. W związku z tym kwestie związane z zagrożeniami dotyczącymi spadających fragmentów elewacji są dość dobrze znane w całej Europie.

  2022 01 14 1

Rys. 1. Wizualizacja rozprzestrzeniania ognia przez pas międzykondygnacyjny (a), rozprzestrzeniania ognia po elewacji (b), odporności ogniowej ścian zewnętrznych (c) oraz odpadania okładzin elewacyjnych (d)

 

Chociaż nie są one tak dobrze zdefiniowane jak inne wymagania bezpieczeństwa przeciwpożarowego dotyczące elewacji przeszklonych, istnieje wiele metod badawczych służących do oceny elewacji pod kątem odpadania ich fragmentów w przypadku wystąpienia pożaru. W artykule, poza omówieniem istniejących metod badawczych dotyczących zagadnienia, przedstawiono wyniki badań ogniowych przeszklonego segmentu elewacji wykonanych w laboratorium badań ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej.

 

Wyniki testu pozytywnie zweryfikowały hipotezę, że rozwiązania z szybami zespolonymi w konfiguracji z cienkimi, hartowanymi taflami szkła po zewnętrznej stronie nie powinny stanowić zagrożenia dla ewakuujących się z budynku osób oraz ekip prowadzących akcję ratowniczą.

 

1. Wprowadzenie

Ze względu na wysokie walory estetyczne oraz łatwość montażu elewacje przeszklone są coraz częściej stosowane jako ściany zewnętrzne nowoczesnych budynków [1], [2].

 

Elementy tego typu, nazywane zazwyczaj ścianami osłonowymi lub fasadami, zapewniają idealną przegrodę klimatyczną i odpowiednie doświetlenie wnętrza obiektów budowlanych. Wykonywane są z pionowych i poziomych elementów konstrukcyjnych, połączonych ze sobą i przymocowanych do konstrukcji nośnej budynku. Ma to na celu utworzenia lekkiej, ciągłej powłoki, która sama lub w połączeniu z konstrukcją danego obiektu zapewnia wszystkie normalne funkcje ściany zewnętrznej.

 

Przestrzenie pomiędzy metalowymi profilami słupów oraz rygli wypełniane są taflami przeźroczystego lub matowego szkła, które to zgodnie z aktualnymi trendami we współczesnej architekturze powinny mieć tak duże wymiary jak tylko jest to możliwe [3]–[5].

 

Stanowi to ogromne wyzwanie zarówno dla projektantów, jak i wykonawców przeszklonych elewacji, które - poza przyciągającym wzrok wyglądem - muszą spełniać wszystkie normalne funkcje nienośnej ściany zewnętrznej, w tym również te związane z bezpieczeństwem pożarowym. Najważniejszym zadaniem jakie powinien spełnić odpowiednio wykonany budynek w przypadku wystąpienia pożaru jest zapewnienie bezpieczeństwa jego użytkownikom i ekipom ratowniczym.

 

Dlatego też podczas jego projektowania konieczne jest dokładne przeanalizowanie ryzyka związanego z możliwością odpadania fragmentów elewacji. W przypadku ścian osłonowych charakteryzujących się odpowiednią klasą odporności ogniowej [6]– [12], przeszklonych specjalnymi szybami ogniochronnymi [13]–[15], problem ten uznać można za w pełni wyeliminowany lub na tyle mało prawdopodobny, że jego rozpatrywanie nie ma najmniejszego sensu.

 

W praktyce jednak bardzo często odporność ogniowa ściany zewnętrznej ogranicza się jedynie do obszarów pasów międzykondygnacyjnych [16], [17], a w pozostałej przestrzeni elewacji stosowane są tafle szkła nieognioodpornego.

 

Takie rozwiązanie uznawane jest za wystarczające, aby powstrzymać rozprzestrzenianie się ognia na sąsiednie kondygnacje budynku, ale może stwarzać pewne zagrożenia związane z możliwością opadania dużych fragmentów elewacji.

 

Dlatego też na zapewnienie bezpieczeństwa ewakuujących się użytkowników i ekip ratowniczych ogromny wpływ mieć może zarówno sama konstrukcja zastosowanej szyby zespolonej, jak również sposób jej zamocowania.

 

Zakłada się, że jeśli pod wpływem oddziaływania ognia zewnętrzna warstwa szyby rozpadnie się na drobne, nieostre kawałki, to nie będzie to stanowić zagrożenia dla osób znajdujących się w ich polu rażenia. Sytuacja będzie wyglądać znacznie gorzej, gdy tafla szklana odpadnie w całości lub odpadające fragmenty będę miały znaczące wymiary. Wówczas, istnieje ogromne prawdopodobieństwo odniesienia poważnej kontuzji, a nawet śmierci osób, które nieszczęśliwie znajdą się na drodze pomiędzy elewacją, a powierzchnią na którą „kierują się” jej odpadające fragmenty.

 

Mając na uwadze przedstawione powyżej zagrożenia, w Zakładzie Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej, przeprowadzono badanie próbki przeszklonej ściany osłonowej zawierającej powszechnie stosowanie rozwiązanie szyby zespolonej. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki przeprowadzonego testu oraz płynące z niego wnioski. 

  2022 01 14 2

Rys. 2. Przykładowy przekrój przez metalowy profil szklanej fasady

 

 

2. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa pożarowego przeszklonych fasad

Zgodnie z przepisami obowiązującymi w wielu krajach, w niektórych typach obiektów, szczególnie tych, w których spodziewać się można przebywania dużej liczby ludzi w tym samym czasie, takich jak szpitale, hotele, szkoły czy też budynki o znacznej wysokości [2], [18], [19] fasady jako nienośne elementy budynku należy projektować i wykonywać w taki sposób, aby w przypadku wystąpienia pożaru ograniczyć rozprzestrzenianie się ognia wewnątrz budynku (na sąsiednią kondygnację lub w szczególnych przypadkach sąsiednie pomieszczenie) i na zewnątrz (na sąsiednie budynki) oraz umożliwić ewakuację użytkowników i zapewnić bezpieczeństwo ekip prowadzących akcję ratowniczą.

 

Powyższe szczegółowe wymagania zazwyczaj nie występują samodzielnie (np. zapewnienie właściwej ewakuacji związane jest z nośnością konstrukcji, rozprzestrzenianiem się ognia i dymu wewnątrz obiektu, a także z bezpieczeństwem ekip ratowniczych) i dlatego poszczególne elementy budynków mogą spełniać podczas pożarów kilka funkcji.

 

Dotyczy to również elementów budynku jakimi są fasady szklane, od których najczęściej oczekuje się, aby dzięki ich odpowiedniej konstrukcji i wykonaniu przez określony czas w przypadku wystąpienia pożaru w danym budynku ograniczyły jego rozprzestrzenianie na sąsiednie kondygnacje (rys. 1 a, b) oraz do sąsiadujących budynków oraz w przypadku wystąpienia pożaru na zewnątrz budynku nie dopuściły do przeniesienia ognia wewnątrz danego obiektu (rys.1 c).

 

W przypadku obu scenariuszy pożarowych bardzo istotne jest także, aby w wyniku oddziaływania ognia i wysokiej temperatury nie nastąpiło odpadanie dużych fragmentów elewacji (rys. 1 d), które spowodować mogą niebezpieczeństwo dla ewakuujących się z budynku ludzi czy też ekip ratowniczych.

 

Problem związany z możliwością rozprzestrzeniania się ognia na sąsiednie kondygnacje zazwyczaj rozwiązuje się projektując w danym obiekcie pas międzykondygnacyjny o odpowiedniej wysokości, która to uzależniona jest od przepisów obowiązujących w danym kraju, ale zwykle wynosi około 1 m.

 

Aby powstrzymać rozprzestrzenianie się ognia na pozostałe kondygnacje, istotne jest również zastosowanie w konstrukcji budynku materiałów elewacyjnych ograniczających rozprzestrzenianie się ognia. Przeszklenia, o ile oczywiście nie są wykonane z szyb ogniochronnych, stanowią w przypadku wystąpienia pożaru najsłabszy element zewnętrznej przegrody

 

budynku, który pod wpływem oddziaływania ognia może w łatwy sposób ulec stłuczeniu. W wyniku przerwania ciągłości przegrody może nastąpić wlot gorących gazów do danego pomieszczenia z zewnątrz, powodując rozprzestrzenianie się pożaru na kolejne kondygnacje [20], [21].

 

Teoretycznie, nie powinno to stanowić większego problemu dla typowych przeszklonych elewacji z odpowiednio wykonanym pasem międzykondygnacyjnym. Zarówno metalowe (stalowe lub aluminiowe) profile, jak i szyby są materiałami niepalnymi, stąd możliwość rozprzestrzeniania się ognia ogranicza się jedynie do uszczelek przyszybowych i przekładek termicznych umieszczonych pomiędzy profilami a mocowaniem szyby.

 

Na szczęście elementy te stanowią niewielki procent powierzchni elewacji i dlatego ryzyko rozprzestrzenienia się przez nie ognia na sąsiednią kondygnacje uznać można za znikome. Istnieją także sytuacje w których fasada musi być wykonana w taki sposób, aby powstrzymać rozprzestrzenianie się ognia pomiędzy dwoma sąsiadującymi ze sobą pomieszczeniami znajdującymi się na jednej kondygnacji. Dzieje się tak w przypadku, gdy szklana elewacja połączona jest z wewnętrzną ścianą budynku stanowiącą oddzielenie przeciwpożarowe.

 

W takiej sytuacji ogromne znaczenie ma prawidłowe uszczelnienie złącza liniowego [22]–[24] pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną przegrodą. Ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia na sąsiednie budynki rozwiązuje się poprzez zachowanie odpowiednich odległości między budynkami lub, jeśli nie jest to możliwe, poprzez zastosowanie specjalnej fasady ognioodpornej.

 

Przeszklone ściany osłonowe o określonej klasie odporności ogniowej wykonywane są najczęściej jako konstrukcje słupowo-ryglowe, w których przestrzenie pomiędzy profilami aluminiowymi lub stalowymi wypełniane są szybami ogniochronnymi. Przeszklenia (grubość hartowanych tafli szklanych, ich liczba oraz grubość żelu przedzielającego tafle), a także profile i ich wypełnienia, dobierane są w zależności od przewidywanej klasy odporności ogniowej ściany osłonowej. 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 lub krzemianowo-wapniowe). Przykładowy przekrój przez metalowy profil ściany osłonowej o określonej klasie odporności ogniowej przedstawiono na rysunku 2.

 

Kluczowym elementem w przypadku szklanych fasad charakteryzujących się określoną klasą odporności ogniowej, jest odpowiednie zamocowanie przeszkleń w profilach. Zazwyczaj wykonane jest to przy użyciu stalowych listew dociskowych, przykręcanych do danego profilu za pomocą odpowiednich śrub, chociaż coraz częściej spotyka się również rozwiązania, w których listwy dociskowe zastępowane są przez specjalny konstrukcyjny silikon strukturalny [25].

 

Przestrzeń pomiędzy profilem mocującym i szybą uszczelniana jest przy użyciu montowanych po obwodzie przeszklenia uszczelek, wykonanych najczęściej z EPDM. Ponadto po obwodzie szyb mocowane są specjalne uszczelki pęczniejące, które pod wpływem temperatury zwiększają swoją objętość, dzięki czemu zamykają szczeliny przez które mógłby przedostać się ogień. Obowiązek zapewnienia bezpieczeństwa osób ewakuujących się z budynku oraz członków ekip ratowniczych na wypadek pożaru jest jednym z podstawowych wymagań bezpieczeństwa pożarowego [6], [26]–[29].

 

Prawidłowo wykonane ściany osłonowe o odpowiedniej klasie odporności ogniowej powinny w pełni rozwiązać ten problem, jednakże jak wspomniano wcześniej, w większości obiektów bariera ognioodporna stosowana jest wyłącznie w obszarze pasów międzykondygnacyjnych, a cała pozostała przestrzeń przeszklona jest pakietami szklanymi niezawierającymi w swojej budowie szyb ogniochronnych. Sytuacja ta powoduje konieczność rozważenia zagrożeń związanych z możliwością odpadania fragmentów elewacji.

 

Zgodnie z wymaganiami polskich przepisów budowlanych zewnętrzne okładziny powinny być zamocowane do konstrukcji budynku w taki sposób, który uniemożliwi ich odpadanie w przypadku pożaru w czasie krótszym niż wynikający z wymaganej klasy odporności ogniowej dla ściany zewnętrznej. Natomiast w przypadku budynków o wysokości przekraczającej 25 m, dodatkowo okładzina elewacyjna i jej zamocowania mechaniczne, znajdujące się na wysokości powyżej 25 m nad poziomem terenu powinny być wykonane z materiałów niepalnych.

 

Co ciekawe, literalne spełnienie ostatniego wymagania, z uwagi na obecność w szklanych ścianach osłonowych uszczelek np. kauczukowych lub silikonowych, tworzywowych przekładek termicznych itp., z technicznego punktu widzenia jest niemożliwe.

 

3. Materiały i metody

3.1. Metody oceny bezpieczeństwa pożarowego w zakresie odpadających fragmentów elewacji

Obecnie w wielu krajach ocena elewacji pod kątem możliwości odpadania jej fragmentów opiera się na metodach badawczych wykorzystujących podejście związane z rozprzestrzenianiem się ognia. Badania przeprowadzone w laboratoriach w USA, Szwecji, Niemczech, Austrii, w Polsce czy na Węgrzech wykorzystują różne rodzaje paliw do wytworzenia oddziaływania imitującego pożar wydostający się przez otwór okienny.

 

Wszystkie te metody pozwalają również w pewnym stopniu na zbadanie problemu spadających części elewacji, jednak ze względu na dużą różnorodność mierzonych wartości i kryteriów oceny oraz brak jasnego kryterium samych spadających części, ocena ilościowa jest naprawdę problematyczna.

 

W ostatnich latach w Europie podjęta została próba stworzenia wspólnej normy dla wszystkich krajów Unii Europejskiej - na podstawie której możliwa będzie jednoznaczna ocena fasad zarówno pod kątem rozprzestrzeniania się po nich ognia jak i odpadających od nich fragmentów. Jednakże zanim norma ta zostanie zatwierdzona do stosowania minie zapewne przynajmniej kilka lat.

 

Założenia dotyczące przywołanej normy europejskiej oraz zdjęcia ze wstępnych badań przeprowadzonych w Zakładzie Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej przedstawione zostaną na końcu rozdziału, na początek natomiast omówione zostaną metody badawcze stosowane obecnie w różnych krajach. Na początek warto pochylić się nad polską metodą, opracowaną w Instytucie Techniki Budowlanej, która to stanowić miała odpowiedź na coraz częściej pojawiające się pytania dotyczące spełnienia wymagań § 225 Warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [30].

 

Paragraf ten dotyczy opisanej wcześniej konieczności zapewnienia takiego zamocowania elewacji, które uniemożliwi – w przypadku wystąpienia pożaru – odpadanie jej fragmentów w określonym czasie.

 

Metoda badawcza ITB została opracowana na podstawie analizy zagranicznych norm i procedur badawczych dotyczących podobnych zagadnień oraz konsultacji przeprowadzonych z przedstawicielami Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej w zakresie poprawności kryteriów oceny w świetle przepisów krajowych. Oddziaływanie pożaru na elewację przyjęte zostało w postaci płomieni, generowanych przez specjalnie zaprojektowany palnik propanowy. W metodzie tej symulowany jest w pełni rozwinięty pożar wewnątrz budynku. Powtarzalna oraz dobrze zdefiniowana temperatura płomienia odnosi się do znormalizowanej krzywej nagrzewania wewnętrznego.

 

Na poziomie komory ogniowej wykonany jest symulujący okno otwór o wymiarach 2,00 x 1,20 m (szerokość x wysokość) przez który nagrzewane są elementy próbne fasady zamontowane nad nim. W trakcie badania fragmenty odpadające od elewacji są natychmiastowo ważone lub - jeśli nie jest to możliwe - ich waga szacowana jest na podstawie obserwacji i obliczeń.

 

2022 01 14 3

Rys. 3. Widok elementu próbnego elewacji badanej zgodnie z polską metodą badawczą [31]

 

Na rysunku 3 przedstawiono fotografię elementu próbnego podczas badania zgodnie z polską metodą. Węgierska metoda badawcza (MSZ 14800-6:2009) [29] opiera się na zjawisku związanym z rozprzestrzenianiem się ognia przez ściany. Nadaje się ona zarówno do oceny elewacji typu ETICS, jak i systemów okładzinowych.

 

W metodzie tej (w komorze badawczej) w pełni rozwinięty pożar symulowany jest przy użyciu paliwa wykonanego z drewnianych elementów. Podobnie jak w przypadku polskiej metody uzyskana temperatura nagrzewania odnosi się do znormalizowanej krzywej standardowej. Na poziomie komory ogniowej zainstalowane jest otwieralne okno o wymiarach 1,20 x 1,20 m. Podczas badania weryfikowana jest wysokość i szerokość płomieni oraz masa odpadających fragmentów elewacji. Widok elementu próbnego podczas badania zgodnie z węgierską metodą badawczą przedstawiono na rys. 4.

 

 

 2022 01 14 4

Rys. 4. Widok elementu próbnego elewacji badanej zgodnie z węgierską metodą badawczą [31]

 

Szwedzka metoda badawcza (SP Fire 105) [32], obowiązująca również w Danii i Norwegii, opiera się

 

 

podobnie jak opisana wcześniej metoda węgierska na zjawisku związanym z rozprzestrzenianiem się ognia po elewacji budynków. Podobny do węgierskiej metody jest także scenariusz pożaru imitującego wydostawanie się płomieni z okna mieszkania.

 

Jak sądzić można po wymiarach skandynawskie okna są jednak nieco większe od tych węgierskich i wymiary otworu zastosowanego w procedurze szwedzkiej wynoszą 1,51 x 1,20 m (szerokość x wysokość). Metoda ta nadaje się do oceny wszystkich rodzajów systemów okładzinowych.

 

Podczas badania weryfikowana jest wysokość i szerokość płomieni, a także temperatura pod okapem oraz spadające duże fragmenty elewacji (na przykład duże kawałki tynku lub panele, które mogą stanowić zagrożenie dla ewakuujących się osób oraz ratowników).

 

Widok elementu próbnego podczas badania oraz schemat konstrukcji badawczej zgodne ze szwedzką metodą przedstawiono na rys. 5. Warto również wspomnieć o amerykańskiej procedurze badawczej NFPA 285 [33], [34], pomimo iż nie jest ona stosowana w naszej części świata.

 

 

2022 01 14 5

Rys. 5. Schemat konstrukcji badawczej oraz widok elementu próbnego elewacji badanej zgodnie ze szwedzką metodą badawczą [31]

 

Jest to znormalizowana metoda badań służąca do oceny właściwości związanych z rozprzestrzenianiem się ognia po nienośnych ścianach zewnętrznych. Może być stosowana do oceny rozprzestrzeniania się ognia w przypadku zastosowania różnych systemów okładzin palnych.

 

Scenariusz pożaru podobny jest do opisanych wcześniej metod europejskich. Tutaj również zakłada się, że ogień wydostanie się na zewnątrz przez otwór okienny. W przypadku normy amerykańskiej, podobnie jak w procedurze polskiej, paliwem umożliwiającym zasymulowanie pożaru jest gaz. Przedstawiona metoda amerykańska nie przewiduje jednak badania zjawiska związanego z odpadaniem fragmentów elewacji, być może problem ten po drugiej stronie oceanu rozwiązany został poprzez wprowadzenie innych regulacji.

 

Widok elementu próbnego podczas badania oraz schemat konstrukcji badawczej zgodne z amerykańską metodą przedstawiono na rys. 6. Jak wspomniano wcześniej w Unii Europejskiej prowadzone są działania mające na celu ujednolicenie sposobu oceny elewacji. Aktualny projekt normy dotyczącej badania fasad dokładnie precyzuje rodzaj oraz ilość paliwa jakie ma być stosowane podczas badań.

 

 

2022 01 14 6

Rys. 6. Schemat konstrukcji badawczej oraz widok elementu próbnego elewacji badanej zgodnie z amerykańską metodą badawczą [31]

 

Do nagrzewania komory badawczej stosowane mają być stosy wykonane z obrzynanej tarcicy iglastej. Wymiary zastosowanych w stosie elementów drewnianych zależne są od przyjętej metody nagrzewania – projekt zakłada bowiem możliwość weryfikacji zachowania fasady pod wpływem „średniego 

 

oddziaływania ognia” oraz „dużego oddziaływania ognia”. W obu przypadkach ściśle określony został także czas przez jaki stos powinien się palić. Dla średniego oddziaływania ognia czas ten wynosi 22 minuty, a dla oddziaływania dużego - 30 minut.

 

Po upływie tego czasu stos należy ugasić, np. poprzez delikatne spryskanie wodą. Komora badawcza zarówno w przypadku średniego, jak i dużego oddziaływania pożaru powinna być wyposażona w wagę rejestrującą masę stosu w trakcie badania. Pomiar ten pozwala oszacować ubytek masy w jednostce czasu. Znajomość ubytku masy oraz efektywnego ciepła spalania paliwa pozwala na oszacowanie mocy pożaru. Projekt normy europejskiej określa także sposób w jaki należy wykonać stanowisko do badań.

 

Powinno ono zawierać ścianę główną oraz skrzydło, zgodnie z rys. 7 – gdzie skrzydło jest zamontowane pod kątem 90° do głównej powierzchni. Przedstawione na rys. 7 wymiary dotyczą wymiarów minimalnych dla stanowisk testowych w przypadku „średniego oddziaływania ognia” oraz „dużego oddziaływania ognia”. Wysokość stanowiska powinna być nie mniejsza niż 6000 mm powyżej górnej krawędzi otworu komory spalania i jednocześnie stanowisko powinno sięgać co najmniej 500 mm poniżej dolnej krawędzi komory spalania. Wymiary szerokości X (ściana główna) oraz Y (skrzydło boczne) przedstawione na rys. 7 dobiera się tak, aby uwzględnić wymiary badanej elewacji. W Zakładzie Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej przeprowadzono pierwsze badania kalibracyjne przygotowujące do wprowadzenia procedury do stosowania.

 

2022 01 14 7

Rys. 7. Rysunek poglądowy stanowiska testowego do badań wg projektu normy europejskiej (po lewej stanowisko w przypadku średniego oddziaływania ognia, a po prawej w przypadku dużego oddziaływania ognia Rys. 8. Fotografie wykonane podczas badania zgodnie z projektem normy europejskiej (badanie wykonane w ramach pracy statutowej Instytutu Techniki Budowlanej nr NZP-137)

 

Na razie przeprowadzono jedynie badanie elewacji składającej się z niepalnych elementów. Na rys. 8 przedstawiającym fotografie wykonane podczas badania zauważyć można, że w przypadku „dużego oddziaływania ognia” słowo „duże” nie zostało użyte przypadkowo. Projekt normy europejskiej zakłada weryfikacje elewacji pod względem odpadających od niej fragmentów, przy czym na chwilę obecną nie zostały dla nich ustalone jeszcze żadne kryteria. Niemniej jednak należy spodziewać się, że spełnienie wymagań zawartych w normie związane będzie z wielkością oraz masą odpadających fragmentów.

 

Bardzo prawdopodobne jest również, że weryfikacji podlegać będzie to, czy elementy, które odpadają od elewacji palą się po kontakcie z podłożem.

 

2022 01 14 8

Rys. 8. Fotografie wykonane podczas badania zgodnie z projektem normy europejskiej (badanie wykonane w ramach pracy statutowej Instytutu Techniki Budowlanej nr NZP-137)

 

 

3.2. Badanie ogniowe elewacji z szybą bez odporności ogniowej

Omówione w poprzednim rozdziale badania pozwalają na ocenę wielu aspektów związanych z bezpieczeństwem pożarowym fasad. Niestety, nie jest możliwe zastosowanie ich do rozwiązania problemu postawionego w artykule. Wszystkie z przedstawionych metod zakładają bowiem, że ogień wydostaje się już przez otwór okienny.

 

Tematem pracy jest natomiast zweryfikowanie tego co dzieje się chwile wcześniej, w momencie w którym przeszklenie pęka i umożliwia wydostanie się płomienia na zewnątrz. Dlatego też w celu odzwierciedlenia rzeczywistych warunków, na jakie może być narażona przeszklona fasad w przypadku wystąpienia pożaru, konieczne było zastosowanie nieco innego podejścia opartego na metodologii badań odporności ogniowej.

 

Oczywiście możliwe byłoby także wykorzystanie opisanych wcześniej metod i zamocowanie fragmentu przeszklonej elewacji nad otworem okiennym. Taki scenariusz jest jednak zdecydowanie mniej niebezpieczny z uwagi na możliwość spadania dużych fragmentów szkła w porównaniu z nagrzewaniem wywołanym pożarem wewnątrz budynku. W celu weryfikacji możliwości odpadania fragmentów przeszklonej elewacji badaniu poddany został element próbny przeszklonej ściany słupowo-ryglowej. Próbka do badań miała wymiary 2014 x 3883 mm (szerokość x wysokość).

 

Wykonana została z systemowych profili aluminiowych – czterech słupów (2 szt. na krawędziach i 2 szt. wewnątrz) oraz sześciu rygli (3 szt. umieszczone wzdłuż dolnej krawędzi i 3 szt. umieszczone wzdłuż górnej), tworzących 3 obszary. Powierzchnie boczne wypełnione były panelami nieprzeziernymi wykonanymi z blachy aluminiowej i wełny mineralnej, a najważniejszą z punktu widzenia niniejszej pracy część centralną wypełniono szybą dwukomorową o wymiarach 1350 x 3800 x 59 mm (szerokość x wysokość x grubość całkowita).

 

Szybę zespoloną wykonano w następujący sposób (warstwy od wewnątrz):

- szyba laminowana VSG 5.5.2 o grubości 10,76 mm,

- szczelina powietrzna 18 mm (ramka stalowa na obwodzie szyby),

- szyba hartowana ESG 6 mm,

- szczelina powietrzna 16 mm (stalowa rama na obwodzie szyby),

- szyba hartowana ESG 8 mm Szybę zespoloną zamocowano mechanicznie do profili aluminiowych za pomocą czterech stalowych kątowników (po 2 szt. na każdą krawędź boczną).

 

Dodatkowo przeszklenie zamocowane było przy użyciu specjalnego silikonu strukturalnego umieszczonego po obwodzie. Próbkę do badań zamocowano za pomocą kotew stalowych do konstrukcji wsporczej wykonanej z bloczków z betonu komórkowego o grubości 240 mm (na krawędziach bocznych) oraz belek żelbetowych o przekroju 240 x 240 mm (dolna i górna).

 

Ogólny widok badanej próbki przedstawiono na rys. 9 (widok ogólny wraz z rozkładem termoelementów oraz przekrój) i rys. 10 (fotografia nagrzewanej i nienagrzewanej powierzchni przed badaniem). Próbkę do badań wraz z konstrukcją mocującą zamocowano w specjalnej ramie badawczej i umieszczono przed czołowym otworem pieca do badań odporności ogniowej o wymiarach 3,7 x 3,7 x 1,5 m (szerokość w świetle otworu x wysokość w świetle otworu x głębokość pieca). Wyposażenie pieca – 8 palników zasilanych gazem ziemnym umieszczonych na ścianach bocznych (po 4 szt. na stronę).

 

 2022 01 14 9

Rys. 9. Widok ogólny oraz przekrój przez element próbny

 

 

2022 01 14 10

 

2022 01 14 10a

Rys. 10. Widok nagrzewanej (fot. na górze) i nienagrzewanej (fot. na dole) powierzchni elementu próbnego przed badaniem ogniowym

 

Założeniem badania było sprawdzenie zachowania się tafli szkła w przypadku pożaru, który może rozwinąć się wewnątrz budynku, dlatego też uznano, że najlepszą opcją odzwierciedlenia tych warunków będzie nagrzanie pieca zgodnie ze standardową krzywą temperaturą-czas określoną równaniem poniżej:

T = log10 (8t + 1) + 20


gdzie „T” oznacza temperaturę wewnątrz komory badawczej, a „t” czas od rozpoczęcia badania.

 

Na nienagrzewanej powierzchni przeszklenia zamontowano5 równomiernie rozłożonych termoelementów służących do pomiaru przyrostu temperatury średniej.

 

 2022 01 14 11

Rys. 11. Wykres nagrzewania elementu próbnego

 

2022 01 14 12

Rys. 12. Wykres ciśnienia w komorze badawczej

 

2022 01 14 13

Rys. 13. Wykres przyrostów temperatury na nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego

 


4. Wyniki
Jak wspomniano we wcześniejszym rozdziale komora badawcza nagrzewana była zgodnie ze standardową krzywą temperatura-czas, przyjmowaną jako właściwą dla odzwierciedlenia w pełni rozwiniętego pożaru wewnątrz budynku.

 

Podczas badania temperatura wewnątrz pieca była mierzona przy użyciu 16 równomiernie rozłożonych termoelementów piecowych. Średnia z pomierzonych przez przywołane termoelementy wartości w odniesieniu do krzywej standardowej przedstawiona została na rysunku 11.


Podczas badania prowadzono także pomiar ciśnienia wewnątrz komory. Wyniki tego pomiaru przedstawione zostały na rysunku 12. Ciśnienie ustawione zostało w taki sposób, aby jego nominalna wartość nie przekraczała 20 Pa, wzdłuż górnej krawędzi otworu.

 

W zastosowanej procedurze przyjęto bowiem, że jest to miejsce, w którym w rzeczywistości występowałby strop budynku. Czujka ciśnienia znajdowała się około 0,6 m powyżej górnej krawędzi otworu, dlatego też wartości przedstawione na rysunku 12 oscylują w okolicy 25,5 Pa (zgodnie z przyjętymi zasadami w badaniach odporności ogniowej ciśnienie zwiększa się o 8,5 Pa co 1 m).

 

Badanie trwało 12 minut i 39 sekund. Zakończone zostało w momencie uszkodzenia ostatniej (zewnętrznej) warstwy przeszklenia. Jak wspomniano wcześniej podczas badania prowadzono pomiar temperatury na nienagrzewanej powierzchni przeszklenia.

 

Wyniki przyrostów temperatury w miejscach pomiarowych oznaczonych jako TE1 do TE5 przedstawione zostały na rysunku 13.

 

Analizując wykresy przedstawione na rysunku 13 zauważyć można, że temperatura w górnej części przeszklenia była zdecydowanie niższa niż temperatura w pozostałych częściach.

 

Najprawdopodobniej spowodowane to było umiejscowieniem termoelementów nr 1 i 2 w bliskiej odległości od górnej krawędzi otworu, przez co nie były one tak mocno narażone na oddziaływanie ognia jak pozostałe 3 termoelementy.

 

Wykres przyrostów temperatury na nienagrzewanej powierzchni przeszklenia, pomimo dostarczenia ciekawych informacji, nie był w przypadku przeprowadzonego badania tak bardzo istotny jak samo zachowanie elementu próbnego.

 

Dlatego też najważniejszymi – z punktu widzenia założeń poczynionych przed badaniem – były obserwacje dotyczące zachowania się przeszklenia zespolonego, a dokładniej sposobu, w jaki ulegnie ono uszkodzeniu pod wpływem oddziaływania ognia. Pierwsze istotne zmiany w zachowaniu elementu próbnego zauważone zostały pod koniec 5 minuty badania.

 

Wtedy to warstwy laminowanej tafli szkła (umieszczonej po stronie wewnętrznej) zaczęły odspajać się od siebie (rys. 14a). Następnie szkło zaczęło pękać i w 7 minucie badania tafla wpadła do wnętrza pieca (rys. 14b). Fragmenty przeszklenia wewnętrznego odpadały w formie elementów o dużej wielkości, jednakże nie spowodowało to uszkodzenia kolejnej warstwy szyby zespolonej. Druga tafla szklana z pakietu zespolonego, która to była pierwszą z szyb hartowanych, pękła na początku 11 minuty badania. Szyba rozpadła się na drobne kawałki, które posypały się do wnętrza pieca (rys. 14c).

 

Następnie zewnętrzna tafla (ostatnia warstwa szyby) pod wpływem wysokiej temperatury zaczęła się odkształcać, co było szczególnie widoczne w dolnych narożach które zdeformowały się w kierunku na zewnątrz pieca (rys. 14d, e). Ostatecznie w 12 minucie i 39 sekundzie badania zewnętrzna warstwa szyby pękła na drobne kawałki i posypała się częściowo do wnętrza, a częściowo na zewnątrz komory badawczej (rys. 14f ).

 

2022 01 14 14

2022 01 14 14a

Rys. 14. Widok nienagrzewanej powierzchni element próbnego: a) w 4’50” badania; b) w 6’49” badania; c) w 10’04” badania, d) w 12’27” badania; e) w 12’29” badania; f ) po badaniu.

 

5. Podsumowanie

Przedstawione w poprzednim rozdziale wyniki przeprowadzonego eksperymentu wskazują na to, że ściany osłonowe, przeszklone szybami zespolonymi, w konfiguracji z hartowanymi taflami szklanymi po zewnętrznej stronie mają ogromne szanse na spełnienie wymagania związanego z zapewnieniem bezpieczeństwa ewakuujących się osób oraz ekip prowadzących akcje ratunkową.

 

Należy jednak zwrócić szczególną uwagę na odpowiedni sposób zamocowania przeszkleń. Przeszklenia nie mogą się wysunąć z profili przed pęknięciem ostatniej tafli. W przeciwnym razie mogłoby dojść do odpadnięcia dużej formatki szklanej, która to mogłaby stanowić ogromne zagrożenie dla osób znajdujących się na dole. Podczas przeprowadzonego badania zaobserwowano, że po odpadnięciu drugiej warstwy tafli szkła, ostatnia zaczyna się wyginać powodując odkształcenia na dolnych krawędziach.

 

Takie odkształcenie w przypadku innego sposobu zamocowania przeszklenia może spowodować wypadnięcie całej zewnętrznej warstwy szyby. Ogromne znaczenie dla zachowania się całego elementu miał rodzaj zastosowanej szyby zespolonej, a dokładniej konfiguracja warstw tafli szklanych. Zgodnie z przewidywaniami hartowana tafla szklana umieszczona po stronie zewnętrznej – pękła na drobne nieostre kawałki, co uznać można za bezpieczne z punktu widzenia osób narażonych na ich oddziaływanie.

 

Niestety nie wiemy, jak byłoby w przypadku przeszkleń o innej konfiguracji tafli. Nie ma jednoznacznych dowodów naukowych na to, że inne rodzaje powszechnie stosowanych szyb zachowywałyby się tak samo. Tafle szklane z dodatkową powłoką zastosowaną w celu modyfikacji właściwości przeszklenia (np. specjalne właściwości odbijania / akustyki / przepuszczalności / absorpcji) lub cała gama różnych tafli szkła laminowanego mogą zachować się w zupełnie inny sposób.

 

Istnieje duże ryzyko, że szyby tego typu, jeżeli już pękną na drobne kawałki, to jednak wszystkie fragmenty szkła mogą pozostać przyklejone do folii, która nie zdąży się jeszcze wypalić. W konsekwencji może to doprowadzić do odpadania od elewacji pokaźnych fragmentów przeszklenia mogących stanowić ogromne ryzyko dla osób znajdujących się poniżej. 

 

Bartłomiej Sędłak Instytut Techniki Budowlanej

Paweł Sulik Instytut Techniki Budowlanej

Jacek Kinowski Instytut Techniki Budowlanej

Grzegorz Kimbar Instytut Techniki Budowlanej

 

Bibliografia

[1] B. Siebert, “Modern Facades made of Glass,” IABSE Congr. Rep., vol. 17, no. 9, pp. 342–343, Jan. 2008, doi: 10.2749/222137908796292911.

[2] P. Sulik, B. Sędłak, P. Turkowski, i W. Węgrzyński, “Bezpieczeństwo pożarowe budynków wysokich i wysokościowych,” in Budownictwo na obszarach zurbanizowanych, Nauka, praktyka, perspektywy, A. Halicka, Ed. Politechnika Lubelska, 2014, pp. 105–120.

[3] A. Borowy, “Fire Resistance Testing of Glazed Building Elements,” in POŽÁRNÍ OCHRANA 2014, 2014, pp. 15–17.

[4] B. Sędłak i P. Sulik, “Odporność ogniowa pionowych elementów przeszklonych,” Szkło i Ceram., vol. 66, no. 5, pp. 8–10, 2015.

[5] B. Sędłak i P. Sulik, “Odporność ogniowa wielkogabarytowych pionowych elementów przeszklonych,” Mater. Bud., vol. 1, no. 7, pp. 28–30, Jul. 2015, doi: 10.15199/33.2015.07.06.

[6] W. K. Chow, Y. Gao, i C. L. Chow, “A Review on Fire Safety in Buildings with Glass Façade,” J. Appl. Fire Sci., vol. 16, no. 3, pp. 201– 223, Jan. 2006, doi: 10.2190/AF.16.3.b.

[7] B. Sędłak, “Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych. Cz. 1.,” ŚWIAT SZKŁA, vol. 17, no. 9, pp. 52–54, 2012.

[8] B. Sędłak, “Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych. Cz. 2.,” ŚWIAT SZKŁA, vol. 17, no. 10, pp. 53-58,60, 2012.

[9] B. Sędłak i J. Kinowski, “Badania odporności ogniowej ścian osłonowych – przyrosty temperatury na szybach,” ŚWIAT SZKŁA, vol. 18, no. 11, pp. 20–25, 2013.

[10] B. Sędłak, “Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych wg nowego wydania normy PN-EN 1364-3,” ŚWIAT SZKŁA, vol. 19, no. 7–8, pp. 49–53, 2014.

[11] J. Kinowski, B. Sędłak, i P. Sulik, “Izolacyjność ogniowa aluminiowo - szklanych ścian osłonowych w zależności od sposobu wypełnienia profili szkieletu konstrukcyjnego,” Izolacje, vol. 20, no. 2, pp. 48–53, 2015.

[12] B. Sędłak, J. Kinowski, i P. Sulik, “Miejsca krytyczne elementów próbnych przeszklonych ścian osłonowych pod względem izolacyjności ogniowej,” BiTP, vol. 45, no. 1, pp. 38–50, 2017, doi: 10.12845/bitp.45.1.2017.3.

[13] K. Zieliński, “Szkło ogniochronne,” ŚWIAT SZKŁA, vol. 1, pp. 9–11, 2008.

[14] Z. Laskowska i A. Borowy, “Szyby w elementach o określonej odporności ogniowej,” ŚWIAT SZKŁA, vol. 20, no. 12, pp. 10–15, 2015.

[15] Z. Laskowska i A. Borowy, “Szyby zespolone w elementach o określonej odporności ogniowej,” ŚWIAT SZKŁA, vol. 21, no. 3, pp. 15-20,28, 2016.

[16] B. Sędłak i P. Sulik, “Odporność ogniowa pasów międzykondygnacyjnych aluminiowo-szklanych ścian osłonowych,” Izolacje, vol. 21, no. 1, pp. 66–73, 2016.

[17] P. Sulik, G. Kimbar, i B. Sędłak, “Fire resistance of spandrels in aluminium glazed curtain walls,” in IFireSS 2017 – 2nd International Fire Safety Symposium Naples, Italy, June 7-9, 2017, 2017.

[18] R. A. Glass i A. I. Rubin, “Fire safety for high-rise buildings :,” Gaithersburg, MD, 1979.

[19] S. Sassi et al., “Fire safety engineering applied to high-rise building facades,” MATEC Web Conf., vol. 46, p. 04002, May 2016, doi: 10.1051/matecconf/20164604002.

[20] A. Kolbrecki, “Model of fire spread out on outer building surface,” Bull. Polish Acad. Sci. Tech. Sci., vol. 63, no. 1, pp. 135–144, 2015, doi: 10.1515/bpasts-2015-0015.

[21] C. L. Chow i W. K. Chow, “Experimental Studies on Fire Spread Over Glass Façade,” in Volume 5: Energy Systems Analysis, Thermodynamics and Sustainability; NanoEngineering for Energy; Engineering to Address Climate Change, Parts A and B, 2010, pp. 415–422, doi: 10.1115/IMECE2010-37363.

[22] Z. Laskowska i A. Borowy, “Złącza liniowe – rozwiązania, badania i klasyfikacja w zakresie odporności ogniowej,” Mater. Bud., vol. 1, no. 7, pp. 2–5, 2013.

[23] B. Sędłak, P. Roszkowski, i P. Sulik, “Fire resistance of linear joint seals with movement capability – result comparison,” in IFireSS 2017 – 2nd International Fire Safety Symposium Naples, Italy, June 7-9, 2017, 2017.

[24] B. Sędłak, J. Kinowski, P. Roszkowski, i P. Sulik, “Uszczelnienia złączy liniowych z mechanicznie wywołanym przemieszczeniem powierzchni czołowych złącza,” Mater. Bud., vol. 1, no. 7, pp. 22–25, Jul. 2017, doi: 10.15199/33.2017.07.06.

[25] J. Kinowski, B. Sędłak, i P. Sulik, “Large glazing in curtain walls - Study on impact of fixing methods on fire resistance,” in MATEC Web of Conferences, 2016, vol. 46, p. 05004, doi: 10.1051/matecconf/ 20164605004. [26] J. Kinowski i P. Sulik, “Bezpieczeństwo użytkowania elewacji,” Mater. Bud., vol. 9, pp. 38–39, 2014.

[27] P. Sulik i B. Sędłak, “Bezpieczeństwo pożarowe przeszklonych elewacji,” Mater. Bud., vol. 1, no. 9, pp. 20–22, Sep. 2015, doi: 10.15199/33.2015.09.04.

[28] J. Kinowski, B. Sędłak, i P. Sulik, “Falling parts of external walls claddings in case of fire - ITB test method - Results comparison,” in MATEC Web of Conferences, 2016, vol. 46, p. 02005, doi: 10.1051/matecconf/20164602005.

[29] I. Móder, Á. Varga, P. Geier, B. Vágó, i E. Rajna, “Brief summary of the Hungarian test method (MSZ 14800-6:2009) of fire propagation on building façades,” MATEC Web Conf., vol. 46, p. 01002, May 2016, doi: 10.1051/matecconf/20164601002.

[30] “Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, Poz.690).”

[31] B. Sędłak, J. Kinowski, P. Sulik, i G. Kimbar, “The risks associated with falling parts of glazed facades in case of fire,” Open Eng., vol. 8, no. 1, pp. 147–155, May 2018, doi: 10.1515/eng-2018-0011.

[32] J. Anderson i R. Jansson, “Façade fire tests – measurements and modeling,” MATEC Web Conf., vol. 9, p. 2003, 2013, doi: 10.1051/ matecconf/20164603002.

[33] M. Smolka, B. Messerschmidt, J. Scott, i B. le Madec, “Semi-natural test methods to evaluate fire safety of wall claddings,” MATEC Web Conf., vol. 9, p. 02012, Nov. 2013, doi: 10.1051/matecconf/ 20130902012.

[34] M. Smolka et al., “Semi-natural test methods to evaluate fire safety of wall claddings: Update,” MATEC Web Conf., vol. 46, pp. 01003–11, 2016, doi: 10.1051/matecconf/20130902012.

 

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
          sec