Artykuł sponsorowany

Dobór systemu odpowiedniego do ochrony przeciwpożarowych konstrukcji stalowych

 Promat  |  24.07.2019
Dobór systemu odpowiedniego do ochrony przeciwpożarowych konstrukcji stalowych

Obecnie w obszarze projektowania i konstruowania budynków stawia się na stal. Jest ona coraz częściej wykorzystywana w budownictwie. Wskazują na to konkretne dane Hutniczej Izby Przemysłowo-Handlowej – w roku 2016 krajowe zużycie stali osiągnęło rekordowy poziom 13,1 mln ton. Popularność stali jest zrozumiała – materiał ten zapewnia wiele korzyści na etapie produkcji, konstrukcji, architektury i użytkowania. Bez wątpienia recykling jest tutaj jednym z kluczowych atutów, jako że osiągany jest prawie 100% odzysk. 

Ale oprócz licznych zalet stal nie jest pozbawiona wad. Odporność na korozję i jej niska zdolność do przenoszenia obciążeń w przypadku pożaru mogą być uważane za dwie najbardziej problematyczne właściwości. Jednak jest na to rozwiązanie – odpowiednie środki do zabezpieczenia stali. Mimo że stal sklasyfikowana jest jako materiał niepalny, w wysokich temperaturach traci część swoich właściwości i w przypadku pożaru szybko dochodzi do deformacji i zawalenia się konstrukcji stalowej, co widać wyraźnie na wykresie 1.

Wytrzymałość na rozciaganie i elastyczność

Zatem zasadniczym problemem w zakresie ochrony konstrukcji stalowych staje się kwestia utrzymania temperatury stali poniżej pewnego poziomu przez określony czas i sposobu utrzymania wymaganej zdolności do przenoszenia obciążeń, deformacji i wydłużenia w przypadku wystąpienia podwyższonej temperatury. Projektant zabezpieczeń przeciwpożarowych określa podstawowe wymogi w zakresie bezpieczeństwa pożarowego dla danego budynku. Jeżeli zdecyduje się wykonać projekt zgodnie z przepisami europejskimi, zdolność do przenoszenia obciążeń, np. R30, R60, R90, R120, R180 itd. może być wymagana dla konstrukcji stalowej. Oznaczenie R określa zdolność do przenoszenia obciążeń konstrukcji stalowej dla wskazanego czasu, podanego w minutach.

Istnieją różne rozwiązania służące do ochrony przeciwpożarowej konstrukcji stalowych, m.in.:

  • pęczniejące farby ognioochronne,
  • okładziny z płyt ognioochronnych,
  • ognioochronne środki natryskiwane.

Największy odsetek stanowią farby pęczniejące, stanowiące około 70%, okładziny z płyt ognioochronnych stanowią około 25%, a natryskiwane środki ognioochronne – około 5%.

Istnieją także inne systemy, takie jak okładziny z arkuszy ognioochronnych, zalewanie kolumn stalowych w betonie, częściowe zalewanie betonem, wypełnianie kolumn cegłami ze spienionego betonu oraz zalewanie belek do połowy betonem w konstrukcji stropu. Choć trzeba przyznać, że popularność ich znacznie spadła w ostatnim czasie. Dowiedz się więcej >>

Pęczniejące farby ognioochronne

Najczęściej stosowany system ochrony konstrukcji stalowych. Dzielą się one na:

  • farby cienkowarstwowe – w większości na bazie wody lub rozpuszczalnika,
  • farby grubowarstwowe – na bazie epoksydów, przeznaczone głównie do ochrony przed pożarami, gdzie paliwem są materiały węglowodorowe.

Cienkowarstwowe farby pęczniejące stanowią system przeważający, ze względu na ich produkcję i zastosowanie, które są przyjazne dla środowiska, a także mają dobre właściwości utwardzonej powłoki.

Przed zastosowaniem podkładu profile stalowe powinny zostać poddane piaskowaniu do standardu Sa 2.5. Najpierw należy nałożyć odpowiedni podkład antykorozyjny, następnie farbę pęczniejącą i ostatecznie, w większości przypadków, warstwę ochronną – warstwę wierzchnią, którą może być ogólnodostępna farba do malowania stali, lecz musi być ona odpowiednia dla powłoki pęczniejącej. Oprócz ochrony przed wilgocią warstwy ochronne pełnią także funkcję estetyczną, jako że występują w różnych kolorach. Sprawdź w jakich >>

Farby ognioochronne

Farba pęczniejąca działa w następujący sposób: gdy temperatura wzrośnie, struktura koloryzująca pęcznieje z pomocą katalizatorów, takich jak kwas fosforowy, i tworzy pianę węglową, która rozszerza się w stosunku 1:50. Tak więc typowa warstwa grubości 1 mm pęcznieje do grubości 50 mm. Typowe grubości warstwy suchej zależą od wymagań indywidualnych i mogą znajdować się w przedziale od 100 do 5000 mikronów. W związku z tym, że pianka węglowa stanowi dobry izolator, prędkość przekazywania energii do belki stalowej jest ograniczana, co skutkuje znaczącym wydłużeniem czasu, w którym występuje niebezpieczne przegrzanie. 

Reakcja powłoki pęczniejącej na ogień 

Farby pęczniejące są systemem najszerzej stosowanym z następujących powodów:

  • są one najtańsze,
  • stosowana jest cienka warstwa,
  • utrzymują oryginalny wygląd konstrukcji stalowej,
  • są estetyczne.

Reakcja powłoki na ogień

Mogą być nakładane już Wytwórniach Konstrukcji Stalowych lub na miejscu budowy – w zależności od rodzaju farby i warunków pogodowych.

Jako ograniczenia stosowania farb ognioochronnych możemy uznać ich wrażliwość na warunki, w których są nakładane. Przykłady:

  • gdy korozja nie zostanie odpowiednio usunięta z belek podczas piaskowania;
  • gdy farba nakładana jest w zbyt niskiej temperaturze (w temperaturach poniżej 10°C nakładanie jest już praktycznie niemożliwe);
  • gdy nakładana jest w deszczu lub w temperaturze punktu rosy;
  • gdy zostanie zastosowany niewłaściwy podkład lub warstwa wierzchnia.

Farby należy nakładać z zastosowaniem natryskiwania airless lub ręcznie przy użyciu wałków do malowania. Przy wyższych klasach odporności ogniowej wymagane jest zastosowanie kilku warstw. Czas nakładania może być traktowany jako ograniczenie, gdyż należy wziąć pod uwagę pośrednie suszenie warstw (zazwyczaj przez 24 godzin).

Farby pęczniejące posiadają ograniczoną gwarantowaną żywotność i są względnie wrażliwe na abrazję i uderzenia. Odporność ogniowa farb pęczniejących może oscylować w zakresie R30 do R180. Najbardziej zalecane jest stosowanie maksymalnie R60. Powyżej tej wartości liczba warstw i grubość stają się nieracjonalne, spada także ich właściwa niezawodność w przypadku pożaru, gdyż warstwy mają tendencję do odpadania.

W dalszej kolejności należy powiedzieć o szczególnym problemie dotyczącym badań farb ognioochronnych, a mianowicie o fakcie, że badania przeprowadzone na otwartych profilach I, H i U nie stosują się dla profili zamkniętych i odwrotnie. Należy uprzednio sprawdzić, czy producent posiada badania dla pierwszych, drugich czy też obu opcji. W celu dopuszczenia do użytkowania na terenie Polski ognioochronne farby pęczniejące powinny zostać przebadane zgodnie z EN 13381-8, ich palność powinna zostać sklasyfikowana zgodnie z EN 13501-1, a ich odporność powinna zostać sklasyfikowana zgodnie z EN 13501-2. Powinny one posiadać Europejską Ocenę Techniczną ETA, zgodnie z ETAG 018, Deklarację Właściwości Użytkowych wyrobu (DoP), które wspólnie pozwalają na wydanie oznaczenia CE lub wszelkie inne świadectwa zgodnie z prawem dotyczącym wyrobów budowlanych.

Okładziny elementów stalowych z płyt z krzemianu wapniowego Promatect-XS

Zazwyczaj są to płyty mineralne (np. wykonane z krzemianu wapniowego) wzmocnione włóknami i wypełniaczami. W zależności od rodzaju mogą być odporne na wilgoć i mróz oraz być pokrywane farbami dekoracyjnymi.

Grubość płyty zależy od producenta i poziomu ochrony przeciwpożarowej, w zakresie od 10 mm do 60 mm. Płyty instalowane są na miejscu budowy i są odpowiednie dla ochrony od R30 do R180, przy czym zaleca się stosowanie powyżej R60. Procedury obróbki i montażu są względnie proste (cięcie za pomocą piły, przykręcanie, mocowanie z użyciem zszywek).

Promatect-XS

Mogą być nakładane przez cały rok. Płyty ognioochronne stanowią najpewniejszą ochronę konstrukcji stalowych – są badane zgodnie z EN 13381-4, ich palność jest sklasyfikowana zgodnie z EN 13501-1 a odporność ogniowa zgodnie z EN 13501-2. Płyty powinny posiadać Europejską Ocenę Techniczną ETA, wydaną zgodnie z ETAG 018, Deklarację Właściwości Użytkowych wyrobu (DoP), które łącznie pozwalają na wydanie oznaczenia CE lub wszelkie inne świadectwa zgodnych z prawem dotyczącym wyrobów budowlanych. Oprócz zastosowania jako okładziny bezpośrednie, możliwe są także inne opcje zastosowania płyt ognioochronnych. W praktyce często może się zdarzyć, że obłożenie konstrukcji stropu okazuje się zbyt złożone lub zbyt drogie. W takich przypadkach, w zależności od danej sytuacji, możliwe jest wykonanie membrany ognioochronnej. Jest to szczególnie przydatne w przypadku konstrukcji kompozytowych lub kratownic, których ochrona jest zawsze problematyczna. Dobór takowych systemów należy przeprowadzać z ostrożnością, jako że membrana ognioochronna powinna spełniać szczególne wymagania i w przypadku membrany poziomej powinna zostać przebadana zgodnie z EN 13381-1, co zapewnia klasyfikację zdolności do przenoszenia obciążeń klasy R... lub zgodnie z  EN 1365-2, co zapewnia klasyfikację zdolności do przenoszenia obciążeń klasy REI...

Uwaga: Systemy membran ognioochronnych przebadane zgodnie z EN 1364-2 są w takich przypadkach niewystarczające, jako że posiadają odporność ogniową EI... i nie zapewniają zdolności do przenoszenia obciążeń konstrukcji.

Membrana ognioochronna

Natryskiwane zaprawy ognioochronne składają się z włókien cementowych, wermikulitu i gipsu. Są one szczególnie przydatne dla konstrukcji, gdzie estetyka wykończenia nie jest elementem kluczowym. Przed nałożeniem zaprawy stal może zostać pokryta podkładem. Środek nakładany jest na miejscu poprzez natryskiwanie maszynowe warstwą o grubości pomiędzy 10 a 70 mm. Może powodować zabrudzenie miejsca pracy. Przy większych grubościach warstwy wymagane jest zastosowanie siatki zbrojeniowej. Główną zaletą natryskiwanych środków ognioochronnych jest ich niska cena i dobre pochłanianie dźwięku. Zaprawy ogniochronne mogą osiągnąć odporność ogniową do R240. Więcej o mebranach >>

Membrana ognioochronna 

Co powinniśmy wiedzieć, podejmując decyzję w zakresie wyboru typu ochrony przeciwpożarowej konstrukcji stalowej?

Po pierwsze: określenie przewidzianego zastosowania budynku

Dla centrum handlowego lub budynku reprezentacyjnego lepszym wyborem będzie z pewnością użycie farby ognioochronnej, dla uzyskania większej odporności i estetyki bardziej odpowiednie są płyty ognioochronne, a dla chropowatych struktur, które nie są widoczne, rozsądny wybór stanowią natryskiwane zaprawy ognioochronne. Podstawową informacją wymaganą przy doborze systemu ochrony przeciwpożarowej konstrukcji stalowej jest klasa odporności ogniowej, którą może być R30, R60, R90 itd.

Po drugie: na jakie warunki wystawiona będzie konstrukcja stalowa

Konieczna jest wiedza, czy rozważane jest zastosowanie we wnętrzach, miejscach częściowo odsłoniętych (wystające dachy różnego rodzaju, itp.) czy też na zewnątrz. Dalej, należy wiedzieć, czy mogą wystąpić warunki wysokiej wilgotności, powodujące korozję, czy też jakiekolwiek inne warunki szczególne. Rozważając farby lub zaprawy, odporność ogniowa konstrukcji stalowej może zostać określona z pomocą kategorii zgodnie z ISO 12944. Dowiedz się więcej o zapobieganiu korozji >>

Po trzecie: temperatura krytyczna konstrukcji stalowej lub pojedynczej belki

Temperatura krytyczna jest to taka temperatura, przy której dana konstrukcja stalowa lub pojedynczy element traci swoją zdolność do przenoszenia obciążeń przy danym obciążeniu. Wartość ta wyliczana jest przez projektanta z zastosowaniem Eurokodów i zazwyczaj leży w granicach od 500°C do 550°C, lecz nie jest to konieczne we wszystkich przypadkach. Im wyższa jest temperatura krytyczna, tym mniej ochrony wymaga konstrukcja i odwrotnie.

Szczególnie problematyczne mogą być struktury z profili cienkościennych kategorii 4, które, jeżeli ich temperatura krytyczna nie zostanie wyliczona indywidualnie, automatycznie zaliczane są do grupy temperatury krytycznej 350°C. Projektant konstrukcji stalowej powinien określić w swojej dokumentacji temperaturę krytyczną dla całej konstrukcji, a opcjonalnie dla jej pojedynczego elementu. Znaczące ograniczenia dla decyzji w zakresie wyboru systemu mogą wynikać z czynników takich jak masa ochrony przeciwpożarowej, estetyka, wilgotność, odporność mechaniczna, wymogi dotyczące klasy niepalności, instalacja na sucho, małe wymiary profilu (kategoria 4), niskie temperatury czy czas montażu. Tabela 3 pomaga dokonać wyboru odpowiedniego rozwiązania.

W celu określenia wymaganej grubości warstwy ochrony przeciwpożarowej konieczne jest podanie szczegółowego opisu typów profili stalowych, co pomaga w wyliczeniu współczynnika przekroju.

Współczynniki przekroju

Większość profili stalowych jest standaryzowana a ich typy i długości powinny zostać wykazane w dokumentacji projektu.

Współczynnik przekroju A/V jest określany jako stosunek pola profilu wystawionego na działanie ognia do przekroju profilu. Zależy on od geometria profilu, grubości ścianki profilu i rodzaju ochrony. Współczynnik przekroju dla płyt wyliczany jest jako stosunek warstwy ochronnej do przekroju profilu.

Jeżeli dana strona profilu chroniona jest przez konstrukcję bazową, jak ma to miejsce w przypadku stropów kompozytowych, należy to wykazać w dokumentacji, jako że ma to wpływ na wyliczenia współczynnika przekroju. W takim przypadku mówimy o trójstronnej, nie zaś o czterostronnej ochronie. W jasno określonych warunkach ilość ochrony ogniowej może w ten sposób być mniejsza.

Ogrzewanie niechronionych profili stalowych

Jednostką współczynnika przekroju jest m-1. Im cieńszy jest profil, tym wyższy jest współczynnik przekroju i tym szybciej profil jest nagrzewany. W celu uproszczenia: dla wyższych współczynników przekroju jest większa grubość ochrony przeciwpożarowej, a dla niższych współczynników przekroju wymagana jest mniejsza ilość ochrony, pod warunkiem, że porównuje się belki o takiej samej temperaturze krytycznej.

Podsumowując, przy określeniu grubości jakiegokolwiek systemu ochrony przeciwpożarowej konstrukcji stalowej kluczowe znaczenie mają jednocześnie temperatura krytyczna i współczynnik przekroju. Producenci ochrony posiadają tabele dla każdego ze swoich produktów, które określają grubość dla poszczególnych poziomów ochrony przeciwpożarowej w zależności od temperatury krytycznej i współczynnika przekroju. Należy zwracać uwagę, czy system został przebadany zgodnie z EN 13381 i sklasyfikowany zgodnie z EN 13501.

Decyzja dotycząca wyboru systemu przeciwpożarowej ochrony konstrukcji stalowej jest więc złożonym problemem, dla którego najlepiej jest podjąć decyzję już na etapie planowania. Najlepszym wyjściem jest, aby inwestor, architekt, projektant konstrukcji stalowej, oraz projektant zabezpieczeń przeciwpożarowych uzgodnili takie rozwiązania już na wczesnym etapie projektu, wówczas możliwe jest ograniczenie kosztów i osiągnięcie łatwiejszej implementacji.

Promat

Promat TOP Sp. z o. o.
ul. Przecławska 8
03-879 Warszawa
tel.: 022 / 21 22 280

www.promattop.pl

 

Komentarze

(0)
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Administrator24.info... dowiedz się więcej »

Bezpłatny newsletter

masz wiadomość

 

Mamy dla Ciebie prezent

zapisz się na newsletter i otrzymuj
na bieżąco informacje
o nowościach naszego portalu,
a w prezencie otrzymasz

BEZPŁATNY PORADNIK
"Opomiarowanie i rozliczenie mediów"

Zapisuję się na newsletter

Jeżeli właściciele lokali przeznaczyli środki zgromadzone na funduszu remontowym na inny cel niż wcześniej deklarowany:
10/2019

Aktualny numer:

Administrator 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Lider SM 2019 i IX Forum za nami
  • - Za co odpowiada podatnik?
Zobacz szczegóły

Produkty i technologie

Porady eksperta (video)

Wyświetleń: 17562|Ocena: 3.0
Wyświetleń: 10946|Ocena: 1.5
Wyświetleń: 10525|Ocena: 1.0
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl