Odporność ogniowa
konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
1/25
Odporność ogniowa
konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
1/25
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
2/25
W ostatnich latach coraz więcej uwagi poświęca się
bezpieczeństwu pożarowemu obiektów
budowlanych. Wynika to z troski o obywateli oraz
dążenia do wyeliminowania wszelkich możliwych
zagrożeń bezpieczeństwa. Nie bez znaczenia jest
także nasilająca się ostatnio liczba zamachów
terrorystycznych.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
3/25
Pożar jest zjawiskiem o trudno przewidywalnym
czasie trwania i zasięgu. Największym zagrożeniem
w czasie pożaru jest wysoka temperatura osiągana
przez spalanie materiałów palnych. Skutkiem
działania ognia jest zniszczenie konstrukcji w
krótkim czasie, co prowadzi do ogromnych strat
materialnych. Straty te mogą być spotęgowane -
zmianą schematu statycznego układu naruszonego
w warunkach działania podwyższonej temperatury
bądź niewłaściwą akcją ratowniczą.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
4/25
Odporność ogniowa?
Klasa odporności ogniowej?
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
5/25
Kryteria odporności ogniowej:
R - nośność ogniowa, tj. stan graniczny po przekroczeniu
którego, element przestaje spełniać swoją funkcję
nośną,
E - szczelność ogniowa, tj. stan graniczny po
przekroczeniu którego, element przestaje spełniać
funkcje oddzielające na skutek pojawienia się na
powierzchni nie nagrzewanej płomieni lub wystąpienia
w elemencie próbnym szczelin o rozwartości i
długości przekraczającej wielkości graniczne,
I - izolacyjność ogniowa, tj. stan graniczny po
przekroczeniu którego, element przestaje spełniać
funkcje
oddzielające
na
skutek
przekroczenia
granicznej wartości temperatury powierzchni nie
nagrzewanej.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
6/25
Klasę odporności ogniowej dla elementów nośnych
należy określać w następujący sposób:
REI, czas - oznacza minimalny czas, w jakim
dotrzymywane są wszystkie kryteria (nośność,
szczelność, izolacyjność),
RE, czas - oznacza minimalny czas, w jakim
dotrzymywane są dwa kryteria (nośność,
szczelność),
R, czas - oznacza minimalny czas, w jakim
dotrzymywane jest kryterium nośności.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
7/25
Czas jest wyrażony w minutach przez jedną z
następujących liczb:
15; 20; 30; 45; 60; 90; 120; 180; 240; 360.
W związku z powyższym jest możliwe ustalenie
następujących klas: REI 15, REI 30, REI 45,...RE 15,
RE 30,…R 15, R 30,…
Element budowlany zachowujący nośność przez
155 minut, szczelność przez 80 minut i izolacyjność
przez 42 minuty klasyfikuje się więc jako
R 120 / RE 60 / REI 30, a element budowlany
zachowujący nośność przez 70 minut i szczelność
przez 35 minut jako R 60 / RE 30.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
8/25
Klasy odporności ogniowej elementów
budynków
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
TT
9/25
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
10/2
5
a
sd
= a +
10mm (!)
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
11/2
5
Sposoby dodatkowego zabezpieczenia strefy
zakotwienia w belkach z betonu sprężonego: a) stalowa
płyta kotwiąca dla ochrony cięgien, b) koncentracja
cięgien za pomocą spiralnego uzwojenia, c) większa
liczba cięgien o mniejszych średnicach, d) mniejszy
rozstaw strzemion w strefie zakotwienia:
a)
b)
d)
c)
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
Metoda „izotermy 500°C”:
standardowy przebieg pożaru (np. pożar
w pomieszczeniu mieszkalnym),
do obliczeń przyjmuje się tylko strefę przekroju
betonowego, w której temperatura nie
przekracza 500°C dla odpowiedniej klasy
odporności ogniowej elementu (rys.),
dla zredukowanego przekroju parametry
wytrzymałościowe betonu pozostają bez zmian
lub określa się ich obniżoną wytrzymałość dla
najniższej temperatury wewnątrz strefy,
zbrojenie jest w całości uwzględniane,
niezależne od tego czy znajduje się na zewnątrz
czy wewnątrz strefy o temperaturze ≤ 500°C,
przy czym przyjmuje się obniżone parametry
wytrzymałościowe stali w zależności
od temperatury panującej w każdym pręcie,
12/2
5
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
w celu określenia rozkładu
temperatury w przekroju,
należy posługiwać się
wykresami izoterm dla różnych
kształtów przekroju, sposobów
oparcia i klas odporności
ogniowej elementów,
dla znanego rozkładu
temperatury w przekroju
wyznacza się obniżone
parametry wytrzymałościowe
stali i betonu. (na rys.
przedstawiono redukcję
parametrów
wytrzymałościowych betonu i
stali),
☼
13/2
5
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
określenie oddziaływań w czasie pożaru,
określenie nośności elementu konstrukcji dla zmniejszonych
wymiarów i parametrów wytrzymałościowych w warunkach
ogniowych,
przybliżony charakter obliczeń dla wyżej przedstawionego
algorytmu, nie oddający w pełni rzeczywistego zachowania się
konstrukcji w razie pożaru.
14/2
5
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
Ad.2. Analiza nośności strunobetonowych płyt
TT
z uwzględnieniem pożaru
analiza strunobetonowych płyt TT pod kątem jej nośności i rozmieszczenia
cięgien w przekroju,
przeprowadzenie obliczeń programem „Płyta TT” metodą „izotermy
500°C” dla elementu o wymiarach przekroju poprzecznego jak na
poniższym rys.,
15/2
5
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
obliczenia statyczno - wytrzymałościowe płyt TT wykonano zgodnie
z PN-B-03264:2002 przy założeniu swobodnego ich oparcia,
wartości obciążenia użytkowego q
k
[kN/m
2
] dla poszczególnych płyt TT
określono z warunków spełnienia stanów granicznych nośności na
zginanie w przęśle oraz podstawowych wymagań użytkowych dotyczących
ugięć i zarysowania prostopadłego do osi elementu w przęśle, i ukośnego
przy podporach,
W obliczeniach założono, że płyty TT obciążone są ciężarem własnym g
k
,
dodatkowym obciążeniem stałym g
k
= 2,0 kN/m
2
(ciężar warstw
wyrównawczych, izolacji i ewentualnie instalacji technologicznych)
i wspomnianym wyżej obciążeniem użytkowym q
k
,
płyty zbrojono podłużnie cięgnami sprężającymi w postaci
siedmiodrutowych splotów Y 1860 S7 o średnicy 12,5 mm umieszczonymi
w dolnej strefie żeber. W projektowanych płytach TT przyjęto beton
klasy B50 o cechach wytrzymałościowych i odkształcalnościowych
podanych w PN-B-03264:2002,
rozpatrzono elementy TT o klasie odporności ogniowej 30, 60, 90, 120,
180 minut,
przyjęto wartość krytyczną 350°C dla stali sprężającej.
☼
16/2
5
Nośność konstrukcji żelbetowych i sprężonych a bezpieczeństwo
pożarowe
Rys.: Ułożenie cięgien i geometria zredukowanej strefy betonu dla wycinka
płyty TT w zależności od klasy odporności ogniowej elementu oraz
temperatury krytycznej 350°C i strefy 500°C: a) REI 30, b) REI 60, c)
REI 90, d) REI 120, e) REI 180
a
)
b
)
c
)
d
)
e
)
17/2
5
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
6
8
10
12
14
16
18
20
22
l
ef
[m]
q
k
[
k
N
/m
2
]
REI 30
REI 60
REI 90
REI 120
REI 180
Na rys. przedstawiono wykresy
maksymalnych, dopuszczalnych
obciążeń charakterystycznych
q
k
[kN/m
2
] w zależności od
rozpiętości i klasy odporności
ogniowej płyty TT. Dla płyt TT o
klasie REI 30 i REI 60 przyjęto
odpowiednią otulinę cięgien
sprężających ze względu na
ochronę przeciwkorozyjną, zaś
dla klas REI 90, REI 120,
REI 180 o grubości otuliny
zadecydował aspekt
ognioodporności.
18/2
5
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
19/2
5
Istnieje
niekiedy
konieczność
zabezpieczenia
elementów
konstrukcji
z
betonu,
zwłaszcza
konstrukcji sprężonych, wykładziną izolacyjną lub
osłoną z betonu żaroodpornego. Z powodu np.
zmiany
przeznaczenia
budynku,
wymagania
dotyczące ognioodporności elementów mogą zostać
zaostrzone. Ma to miejsce w przypadku, gdy w
budynku będą składowane materiały łatwo palne.
Poza tym problemy pojawiają się w przypadku
elementów, dla których klasę odporności ogniowej
określono po wbudowaniu, co wymaga uzupełnienia
grubości otuliny.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
20/2
5
Natrysk powłok ogniochronnych jest bierną metodą
przeciwpożarowego zabezpieczania budowli, znaną i
często stosowaną w przypadku konstrukcji stalowych.
Możliwość
wykorzystania
tej
technologii
do
zabezpieczania żelbetu jest mniej znana.
Podstawowym zadaniem masy natryskowej jest utworzenie
warstwy
izolacyjnej,
która
będzie
ekwiwalentem
brakującej otuliny zbrojenia. Systemy natryskowe
stosowane
do
przeciwpożarowego
zabezpieczania
konstrukcji betonowych i żelbetowych pozwalają na
zwiększenie odporności ogniowej elementów nawet do
240 minut. Zasadą jest, że 1 mm warstwy (otuliny)
ogniochronnej odpowiada 2 mm betonu. Dzięki temu,
dobierając odpowiednio grubość natrysku, można
zwiększyć odporność ogniową elementu do żądanej
wartości.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
21/2
5
Przed
nałożeniem
natrysku
w
uzasadnionych
przypadkach stosuje się warstwę sczepną lub
specjalną siatkę metalową, która ma tę dodatkową
zaletę, że w przypadku spękania powierzchni
elementu
pod
wpływem
temperatury
siatka
przytrzymuje małe kawałki betonu i odłamki nie
stanowią zagrożenia dla ludzi zwłaszcza podczas akcji
ewakuacyjnej.
Innym
produktem
zapewniającym
ochronę
przeciwpożarową elementów TT są silikatowo-
cementowe płyty ognioochronne PROMATECT-H. Są to
niepalne płyty bezazbestowe, produkowane w
grubościach: 6; 8; 10; 12; 15; 18; 20 i 25 mm, w
formatach 1200 (1250) x 2500 (3000) mm.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
22/2
5
Ogólnie mówiąc płyty PROMATECT-H są płytami
mineralnymi, które w obróbce porównywalne są do
drewna. Ich zaletami są: wysoka zdolność
pochłaniania ciepła, wyjątkowa odporność na
wysokie
temperatury
już
przy
niewielkich
grubościach, mały ciężar oraz niewrażliwość na
wilgoć. Okładzina może występować w wersji
podwieszonej, przy czym wysokość podwieszenia
jest dowolna.
Płyta PROMATECT-H posiada dwukrotnie większą
wytrzymałość na wysokie temperatury niż warstwa
betonu tej samej grubości. Oznacza to, że np.
10 mm
płyty
PROMATECT-H
pod
względem
odporności ogniowej zastępuje warstwę betonu
grubości 20 mm.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
23/2
5
Należy liczyć się z większymi kosztami poniesionymi
na wykonanie w/w zabezpieczeń ogniochronnych niż
w przypadku uwzględnienia odpowiedniej otuliny
zbrojenia na etapie projektowania elementów
konstrukcji.
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
Bibliografia:
[1] PN-EN 1991-1-2:2005 (U) Eurokod 1: Oddziaływania na
konstrukcje. Część 1-2: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania
na konstrukcje w warunkach pożaru.
[2] PN-EN 1992-1-2:2005 (U) Eurokod 2: Projektowanie
konstrukcji z betonu. Część 1-2: Reguły ogólne. Projektowanie
na warunki pożarowe.
[3] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia
2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny
odpowiadać
budynki
i
ich
usytuowanie.
Dział
VI
„Bezpieczeństwo pożarowe” (DzU nr 75, poz. 690).
[4] Projektowanie elementów żelbetowych i murowych z uwagi na
odporność ogniową. Instrukcje, wytyczne, poradniki nr
409/2005, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2005.
[5]
Kosiorek M.,
Pogorzelski J. A.,
Laskowska Z.,
Pilich K.:
Odporność
ogniowa
konstrukcji
budowlanych.
Arkady,
Warszawa 1988.
24/2
5
Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych i
sprężonych
25/2
5
Dziękuję Państwu za uwagę
Dziękuję Państwu za uwagę