Kryteria bezpieczeństwa pożarowego
Wielu specjalistów sprzeciwia się tym zmianom twierdząc, że spowodują anarchię, inwestorzy będą wymuszali na projektantach oszczędności prowadzące do dużych zagrożeń. Ważnym głosem jest zwrócenie uwagi na niestosowanie się użytkowników do swoich obowiązków, np. nieodśnieżanie dachów – tylko gdzie mają mieć swoje miejsce służby państwowe, które powinny wychwytywać takie patologie. Czy za przestępcze użycie broni ma odpowiadać jej producent?
W „Warunkach technicznych” do Ustawy „Prawo budowlane” jest zapisane, że celem inżynierii bezpieczeństwa pożarowego ma być:
a) zapewnienie nośności przez oczekiwany czas;
b) ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu w budynku;
c) ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru na sąsiednie budynki;
d) możliwość ewakuacji ludzi;
e) bezpieczeństwo ekip ratowniczych.
Wszystkie w/w elementy mają zapewnić odpowiedni czas na ewakuację ludzi, ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru oraz szansę na jego ugaszenie przy jak najmniejszych stratach ludzkich i materialnych. To są priorytety i w takiej kolejności należy podchodzić do zagadnienia.
Kiedy funkcjonariusze Państwowej Straży Pożarnej pojawiają się w danym obiekcie celem wydania zgody na użytkowanie, bądź z powodu kontroli stanu bezpieczeństwa pożarowego, w pierwszej kolejności sprawdzają drogi ewakuacyjne, w następnej podział na strefy pożarowe wraz z ich rzeczywistym stanem, a kolejnym krokiem jest wymagana odporność ogniowa poszczególnych elementów budynku.
W praktyce są to najważniejsze parametry całej układanki:
● jeśli droga ewakuacyjna spełnia wszystkie kryteria to w określonym czasie jest bezpiecznym azylem dla ewakuowanych i ratowników, wolnym od ognia i dymu;
● jeżeli podział na strefy pożarowe został dokonany zgodnie ze sztuką, a ich stan rzeczywisty odpowiada oczekiwaniom, pożar będzie rozprzestrzeniał się wolniej, a jego potencjalne ugaszenie szybsze i skuteczniejsze;
● odporność ogniowa elementów budynku ma dać szansę na spełnienie powyższych zadań. To ten faktor ma zapewnić odpowiedni czas potrzebny do ewakuacji i prowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej.
Oczywiście, nie należy zapominać o technicznych środkach zabezpieczeń, które stają się coraz ważniejszym orężem:
● systemy sygnalizacji pożaru wykrywają pożar w jego najwcześniejszym stadium i alarmują o tym fakcie;
● urządzenia oddymiające mogą znacząco wydłużyć czas bezpiecznego przebywania w danej przestrzeni;
● stałe urządzenia gaśnicze mogą ugasić pożar w jego zarodku lub w dużym stopniu ograniczyć jego rozwój.
Należy jednak pamiętać, że to pasywne sposoby zabezpieczenia, dzięki wyższej niezawodności, powinny być kręgosłupem bezpieczeństwa pożarowego w każdym budynku.
Budownictwo w zakresie użyteczności publicznej
W Polsce występuje dość sztywny podział budynków związany z rodzajami ich użytkowania:
● budynki związane z zagrożeniem ludzi ZL. Do tej grupy należą budynki mieszkalne, użyteczności publicznej oraz część budynków zakładowych jak laboratoria czy stołówki;
● budynki produkcyjno-magazynowe PM;
● budynki inwentarskie IN.
Budynki użyteczności publicznej, które są częścią tematu tego artykułu charakteryzują się następującymi parametrami:
a) w budynkach tych przebywa duża ilość osób, często niebędących stałymi ich użytkownikami;
b) są to budynki z reguły wielokondygnacyjne, często wysokie i wysokościowe;
c) duża różnorodność sposobów użytkowania: biura, warsztaty, sklepy, małe magazyny, archiwa, szkoły, szpitale, kościoły, kina, hale sportowe i widowiskowe, terminale lotnicze czy kolejowe;
d) duża zmienność sposobu użytkowania pomieszczeń;
e) duża różnorodność sposobów użytkowania wewnątrz poszczególnych budynków czy kondygnacji;
f) duża różnorodność potencjalnych paliw i możliwości ich zapłonu;
g) dostępność do większości przestrzeni (potencjalne podpalenie lub atak terrorystyczny);
h) częste kradzieże i dewastacje urządzeń i sprzętów przeciwpożarowych.
Już powyższa lista, choć zapewne niepełna, pokazuje mnogość i złożoność zagrożeń z jakimi tylko w kwestii bezpieczeństwa pożarowego muszą zmierzyć się projektanci, inwestorzy, zarządcy danego budynku, użytkownicy oraz służby ratownicze. Najbardziej kompletnymi przykładami tej grupy budynków są centra handlowe oraz wysokościowce, które niejednokrotnie zawierają w swoich przestrzeniach większość przykładów z w/w punktów.
Konstrukcje stalowe w budynkach użyteczności publicznej
Właśnie dzięki stali stali na przełomie XIX i XX w. nastąpiła eksplozja rozwoju tego rodzaju budownictwa. Potrzeby w tej materii były zawsze, natomiast stal pozwoliła na budowę budynków wyższych i bardziej rozłożystych. Miłośnicy betonu zauważą, że dziś też buduje się wysokościowce oparte o konstrukcje żelbetowe, a gros budynków rozłożystych posiada ogromne przestrzenie wewnętrzne o konstrukcji żelbetowej. To prawda, ale stal zapoczątkowała ten rozwój. Wystarczy spojrzeć na listę najwyższych budynków świata, większość z nich posiada choćby w części konstrukcję stalową.
Stal, jako materiał konstrukcyjny, jest lekka i bardzo wytrzymała na rozciąganie. To najważniejsze wyróżniki w stosunku do betonu. Budowa przy użyciu konstrukcji stalowych jest także szybsza i nie posiada wielu (w porównaniu z betonem) ograniczeń atmosferycznych.
To stal i szkło od lat nadają trendy w budownictwie związanym z użytecznością publiczną.
Ważnym też atrybutem jest ekologiczność stali, dzięki możliwości jej powtórnego przetworzenia.
Nie należy jednak zapominać o wadach. Dwie największe to:
a) brak odporności ogniowej (z wyjątkiem bardzo masywnych elementów, trudnych do codziennego zastosowania);
b) korozja.
Brak odporności ogniowej elementów wykonanych ze stali jest poważnym problemem, gdyż w większości wypadków elementy konstrukcyjne w budynkach użyteczności publicznej muszą spełniać to kryterium.
Jest to problem poważny, ale możliwy obecnie do rozwiązania na wiele sposobów.
Odporność ogniowa danego elementu budynku lub budowli to czas, w którym dany element zachowuje swoje wartości graniczne, np.:
● element konstrukcyjny – nośność „R” – belki stropowe, ściany nośne, konstrukcja dachu;
● elementy oddzielające – szczelność „E” i/lub izolacyjność „I” – ściany, stropy, elementy oddzielenia pożarowego jak choćby drzwi czy okna, poszycie dachu, elementy wystroju wnętrz.
Te parametry stal może spełnić jedynie dzięki specjalnym powłokom oraz okładzinom, będącymi głównym tematem tego tekstu.
Cel i zasady działania środków podwyższających odporność ogniową
Stal, jako materiał konstrukcyjny, a zatem i cała konstrukcja, w skład której wchodzi stalowy element, traci swoje parametry nośności już w temperaturze 450oC Niektóre stale stopowe mogą wytrzymać wyższą temperaturę, ale spośród stosowanych w budownictwie rzadko przekracza ona 600oC.
Podczas pożaru celulozowego, najpopularniejszej grupy paliw w budynkach użyteczności publicznej, ta temperatura może zostać osiągnięta już po upływie 10 min. Jeśli przyjmiemy, że budynek jest wyposażony w system sygnalizacji pożaru, to tyle czasu potrzeba na dojazd jednostek PSP. A gdzie czas na prowadzenie działań ratowniczo-gaśniczych?
Aby ten czas uzyskać należy stalowe elementy konstrukcyjne odpowiednio ochronić poprzez zabezpieczenie bezpośrednie elementów konstrukcyjnych lub ich osłonięcie. Środkami zabezpieczającymi konstrukcje stalowe i podnoszącymi ich odporność ogniową są:
● farby pęczniejące;
● natryskowe powłoki ogniochronne;
● płytowe powłoki ogniochronne na bazie wełny mineralnej;
● płytowe powłoki ogniochronne na bazie sylikatów;
● płytowe powłoki ogniochronne na bazie gipsu;
Farby pęczniejące stanowią izolację ogniochronną zdolną do nadania elementom stalowym odporności ogniowej od R15 do R60. Ich działanie polega na przyroście objętości powłoki pod wpływem podwyższonej temperatury. Dzięki niskiej przenikliwości cieplnej oraz poprzez zmianę objętości, zmienia się także współczynnik masywności elementu chronionego; powłoka pozwala na osiągnięcie odporności ogniowej stali.
Farby pęczniejące sprzedawane są w formie zestawów, w których skład wchodzą:
● farba podkładowa (grunt) – celem jej jest przystosowanie podłoża dla jak najlepszego połączenia się z farbą zasadniczą;
● farba zasadnicza – jest to właściwa powłoka pęczniejąca o własnościach ogniochronnych;
● farba nawierzchniowa – dzięki niej chroniony element nabiera właściwych walorów estetycznych poprzez odpowiednio dobrany kolor i połysk lub jego brak.
Natryskowe powłoki ogniochronne służą do zabezpieczania elementów konstrukcji stalowych znajdujących się wewnątrz budynku w przedziałach od R30 do R 240. W przeciwieństwie do farb pęczniejących powłoki te są jednowarstwowe, natryskiwane bezpośrednio na konstrukcję, po jej uprzednim oczyszczeniu i odtłuszczeniu.
W zależności od spoiwa wyróżniamy następujące rodzaje powłok natryskowych:
● na bazie spoiwa cementowego z wypełniaczami w postaci granulowanej wełny mineralnej skalnej i kruszywa wraz dodatkami;
● na bazie spoiwa cementowego z wypełniaczem w postaci kruszywa wermikulitowego wraz dodatkami;
● na bazie spoiw cementowego i gipsowego z wypełniaczem w postaci włókien mineralnych (bez azbestu i wermikulitu) wraz dodatkami;
● na bazie spoiwa gipsowego z wypełniaczami w postaci granulowanej wełny mineralnej skalnej i kruszywa perlitowego wraz dodatkami;
W zależności od gęstości pozornej powłoki dzielimy na:
● lekkie – do 700 kg/m3;
● ciężkie – powyżej 700 kg/m3.
Płytowe powłoki ogniochronne na bazie wełny mineralnej są obecnie bardzo popularne i szeroko wykorzystywane w polskim budownictwie. Mają zastosowanie zarówno do izolacji konstrukcji, wydzieleń pożarowych, kanałów wentylacyjnych. Powyższe zabezpieczenie ma zastosowanie w zakresach od 30 do 240 minut.
Płyty wykonane są ze specjalnej wełny mineralnej skalnej, produkowanej ze skał bazaltowych i kamienia wapiennego, dzięki czemu posiada doskonałe walory izolacyjne, współczynnik przewodności cieplnej wynosi ok. 0,035 W/mK przy niewielkiej wadze. Jest to system bardzo prosty w montażu.
Największą zaletą powyższego środka ochronnego jest waga, która wynosi ok. 165 kg/m3, co powoduje stosunkowo niewielkie obciążenie konstrukcji, która jest chroniona. Parametr ten jest aktualny pod warunkiem, że nie istnieje potrzeba wykończenia estetycznego konstrukcji Bowiem płyty wykonane na bazie wełny mineralnej z powodów technicznych nie wymagają dodatkowej osłony, ale zarazem nie są zbyt estetyczne. Można je jedynie zamaskować w formie sufitu podwieszanego lub różnego rodzaju ekranów, mocowanych bezpośrednio, co stanowi jednak dodatkowe obciążenie konstrukcji nośnej.
Wyróżniamy dwa sposoby montażu płyt:
a) skrzynkowy;
b) po obrysie elementu chronionego.
Płytowe powłoki ogniochronne na bazie sylikatów mają równie szerokie zastosowanie w budownictwie, jak system oparty na płytach z wełny mineralnej. Można je z powodzeniem wykorzystywać do zabezpieczenia ogniochronnego konstrukcji, wydzieleń pożarowych, kanałów wentylacyjnych czy instalacyjnych. Podstawowymi różnicami natomiast są:
● możliwość wytworzenia odporności ogniowej chronionego elementu w zakresach pomiędzy R30 a R120, gdzie wcześniej omówiony system umożliwia osiągnięcie poziomu R240;
● większy ciężar – płyty silikatowe mają gęstość od 460 do ponad 800 kg/m3, czyli kilkukrotnie więcej niż płyty z wełny mineralnej;
● możliwość budowy kanałów wentylacyjnych przy użyciu samych płyt;
● zwiększona estetyka – płyty po zamocowaniu i wyspoinowaniu, są podłożem przygotowanym bezpośrednio pod malowanie lub tynkowanie, co znacząco może przyśpieszyć instalacje;
Najważniejszą zaletą systemów z płyt silikatowych jest prostota instalacji bez konieczności posiadania przez personel dodatkowych kwalifikacji i specjalnych narzędzi. Płyty, jak w poprzednim systemie, montuje się po obrysie chronionego elementu lub w formie skrzynkowej, łącząc je specjalnymi zszywkami.
Zaletą systemu jest samonośność izolacji. Dodatkowym argumentem jest nietoksyczność płyt, gdyż są zbudowane na bazie produktów naturalnych, bez domieszek tak często spotykanych w produktach ppoż., jak np azbest.
Płytowe powłoki ogniochronne na bazie gipsu. Gips jako główny składnik płyt gipsowokartonowych, potocznie nazywanych „płytami GK”, jest powszechnie stosowany w wielu dziedzinach budownictwa. Służy jako budulec, spoiwo, materiał wykończeniowy, dekoratorski jak również jest doskonałym izolatorem termicznym.
Jego działanie jest jednak odmienne od większości powłok ognioochronnych, które najczęściej swoją skuteczność opierają na niskiej przewodności cieplnej, działając jako typowy izolator termiczny.
Gips dwuwodny zawiera blisko 21% wody krystalicznej. Przykładowo 1 m2 płyty GK o grubości 12,5 mm zawiera jej blisko 2,5 dm3. Podczas ogrzewania gips dwuwodny zaczyna tracić częściowo wodę krystaliczną już w temperaturze powyżej 50oC, a w temperaturze 107oC proces staje się wyraźny. Jednakże całkowita przemiana gipsu dwuwodnego w gips półwodny ma miejsce w temperaturze około 160oC. W temperaturze około 210oC gips półwodny traci resztę wody związanej i ulega przemianie w gips bezwodny. Na dokonanie tej przemiany trzeba pięciokrotnie więcej ciepła niż na ogrzanie wody od 20 do 100oC. W temperaturze 380-450oC zachodzi przemiana polimorficznego gipsu objawiająca się gęstą siatką głębokich rys, a następnie destrukcją. W temperaturze powyżej 800oC rozpoczyna się rozpad gipsu bezwodnego na tlenek wapnia i dwutlenek siarki.
Powyższy tekst obrazuje, że gips jest doskonałym materiałem jako powłoka ognioochronna. Gips może być stosowany zarówno jako wyprawa tynkarska, jak również w formie specjalnie spreparowanych płyt GK.
Płyty gipsowo-kartonowe składają się ze sprasowanego gipsu, często z dodatkami, który jest obustronnie oklejony kartonem, nadającym płytom sztywność i estetykę wykończenia. Karton spełnia także rolę izolatora wody w płytach o podniesionej odporności na wilgoć.
Wyróżniamy następujące rodzaje płyt GK:
● GKB – zwykłe płyty budowlane;
● GKI – płyty budowlane o zwiększonej odporności na wilgoć (powyżej 70% wilgotności powietrza);
● GKF – płyty o zwiększonej odporności ogniowej;
● GKFI – płyty, które mają zwiększoną odporność zarówno na działanie ognia jak i wilgoci.
Aby płyty GKF posiadały zwiększoną odporność na działanie ognia, rdzeń gipsowy poddano niewielkiemu napowietrzeniu i dodano włókno szklane. Dodatkowo gips poddano procesowi hydrofobizacji oraz specjalnie zaimpregnowano otulinę kartonową, dzięki czemu otrzymano płytę GKFI.
Płyty gipsowo-kartonowe montuje się w sposób zbliżony do płyt silikatowych.
Wady i zalety poszczególnych środków
Wady i zalety podzieliłbym na następujące kategorie:
a) sposób i łatwość montażu;
b) trwałość;
Najprościej oczywiście nanosi się powłoki w postaci farb pęczniejących, gdyż nie potrzeba do tego żadnych specjalnych narzędzi. Można tę pracę wykonać przy użyciu pędzla, wałka, bądź metodą natryskową.
Największą zaletą tych powłok, oczywiście w ramach odporności ogniowej do R60 jest fakt, że powłoka ma również walor wykończeniowy. Warstwa końcowa może przyjąć wybraną przez inwestora kolorystykę.
Najpoważniejszą wadą jest konieczność bardzo dokładnego przygotowania powierzchni i naniesienia warstwy podkładowej, ponieważ w innym wypadku farba z czasem zacznie od chronionej powierzchni odpadać.
Równie wygodnym systemem jest natrysk mineralny. Bardzo ważnymi atrybutami obu w/w systemów jest możliwość zabezpieczania skomplikowanych lub niewielkich pod względem przekroju elementów konstrukcyjnych, jak kratownice czy stężenia. Ochrona tego typu konstrukcji przy użyciu płyt jest znacznie bardziej kłopotliwa, pracochłonna oraz często trudna w realizacji.
Wadami są:
● podobnie, jak w przypadku farb pęczniejących, możliwość odpadania przy źle przygotowanym podłożu (tu szczególnie należy na ten aspekt zwrócić uwagę z powodu ciężaru natryskiwanej masy);
● w przypadku chronionych elementów, które są widoczne dla osób postronnych, konieczność dodatkowego wykończenia. Z tego powodu ten sposób zabezpieczenia najczęściej stosowany jest dla elementów ukrytych, np. kratownice przesłonięte sufitami podwieszanymi.
Płyty oparte na wełnie mineralnej mają najszersze zastosowanie z powodu kompletnego w świetle polskich przepisów zakresu odporności ogniowej „R”. Zaletą w stosunku do pozostałych systemów płytowych jest stosunkowo niewielka waga, która może mieć kluczowe znaczenie przy obliczaniu obciążeń na konstrukcję. Tu decyzję musi podjąć konstruktor budynku.
Biorąc pod uwagę sposób montażu wszystkie systemy płytowe mogą zabezpieczać przede wszystkim elementy dość masywne jak belki, słupy, podciągi.
Płyty silikatowe i kartonowo-gipsowe w odróżnieniu od pokryć mineralnych stanowią powierzchnię gotową do malowania. To upraszcza i skraca proces wykonawczy. Wadą jest na pewno waga, gdyż w niektórych przypadkach może to stanowić poważny problem przy doborze przekrojów elementów konstrukcyjnych.
Zaletą płyt silikatowych w stosunku do kartonowo-gipsowych jest możliwość (w pewnym zakresie) stosowania ich na zewnątrz.
Zastosowanie środków podwyższających odporność ogniową
Obiekty użyteczności publicznej są dostępne dla dużej ilości osób i oprócz zadań funkcjonalnych mają też często spełniać oczekiwania natury estetycznej, otoczenia, w którym miło się spędza czas.
Takimi obiektami z pewnością są centra handlowe, budynki biurowe, duże salony handlowe. Wykończenie tych przestrzeni ma zachęcać do ich odwiedzenia, pracownicy muszą czuć komfort, także psychiczny. Z tego powodu inwestorzy oczekują przestrzeni dużych, o odpowiedniej akustyce, właściwie wykończonych. Budynki stają się coraz mniej masywne, mamy renesans rozwiązań atrialnych, fasady mają być efektowne, ale i łatwe w utrzymaniu ich w czystości.
Jednym z najlepszych rozwiązań, aby osiągnąć te wymagania, jest połączenie stali i szkła lub żelbetu, stali i szkła.
W przestrzeniach otwartych, handlowych możliwość zastosowania zabezpieczeń mineralnych jest ograniczona, gdyż po ich zabudowie elementy konstrukcyjne stałyby się bardzo masywne i nieefektowne. Natrysk mineralny najlepiej odnajdzie swoje zastosowanie w elementach kratowych zakrytych lub w przestrzeniach technicznych. Płyty mineralne będą miały największe zastosowanie w tych budynkach jako ochrona przewodów wentylacyjnych.
W przypadku, kiedy odporność ogniowa nie musi być wyższa niż R60, najwygodniejszym rozwiązaniem jest z pewnością farba pęczniejąca, sprawiają to łatwość jej naniesienia na każdy rodzaj konstrukcji stalowej oraz duży wybór kolorystyki.
Kiedy oczekiwana odporność ogniowa jest wyższa (do R120) lub inwestor wymaga zakrycia elementów konstrukcyjnych, najwygodniejszym rozwiązaniem będą systemy płytowe, zarówno silikatowe jak również kartonowo-gipsowe.
Alstom Power
więcj informacji: Przegrody przeszklone w ochronie przeciwpożarowej 01/2008
