We współczesnym budownictwie coraz częściej mówi się o budynkach nowoczesnych, bezpiecznych, ekologicznych, inteligentnych. Sterowanych centralnie, ekonomicznych pod względem energetyczności. Nie tylko przyjaznym swoim użytkownikom, ale także zapewniającym im bezpieczeństwo, zarówno na co dzień, jak i w sytuacjach zagrożenia życia.

Jednak jak to się ma do rzeczywistości? Czy nasze przepisy jednoznacznie regulują wszystkie aspekty tak, aby zawsze być po bezpiecznej stronie? Czy Ty, drogi użytkowniku „przestrzeni publicznej” jesteś pewien, że w razie pożaru będziesz w stanie bezpiecznie wydostać się z budynku drogami ewakuacyjnymi? Czy pamiętamy, że z płonącego budynku nie tylko się ucieka, ale również wchodzi, aby nieść pomoc? Czy Ty, drogi strażaku, masz pewność, że zdążysz wejść drogą ewakuacyjną do płonącego budynku, uratować czyjeś życie lub mienie i bezpiecznie ewakuować się tą samą drogą, zanim sufit zawali Ci się na głowę?

Jeśli tak, to nie czytaj tego artykułu. Jeśli jednak choć raz się nad tym zastanawiałeś, to poświęć chwilkę i sam oceń, czy powyższe pytania zostały słusznie zadane.

Nikomu nie trzeba przypominać, że aby doszło do pożaru niezbędne są cztery składniki: źródło ciepła, palny materiał, wolne rodniki oraz tlen. Jednak gdy w ograniczonej przestrzeni temperatura uzyska 600-800’C oraz zostanie osiągnięte krytyczne stężenie tlenu i gazów powstających na skutek spalania, następuje samozapłon (tzw. rozgorzenie) łatwopalnych materiałów. Wówczas temperatura może wzrosnąć do 1000’C w ciągu kolejnych 3-15 minut.

Pojawienie się ognia w budynku praktycznie zawsze powoduje zagrożenie życia oraz straty materialne. Warto dodać, że to nie płomienie niosą za sobą największe żniwo. W 67% przypadków śmierć ludzi następuje na skutek narażenia na dym oraz toksyczne gazy. Ponad 56% ofiar pożarów nie znajduje się w miejscu wybuchu ognia (tylko 30% z nich przybywa na tym samym piętrze). W warunkach pożarowych dym przemieszcza się od 15 do 100 m na minutę, penetrując wszelkie otwory, nieszczelne przegrody, źle zabezpieczone przejścia pożarowe.

W tym artykule chciałbym skupić się na problemie, który we współczesnym budownictwie, opartym na nowych technologiach, wysublimowanych materiałach oraz wielopokoleniowym doświadczeniu, wydaje się być do tej pory niezauważalny – wytrzymałości zawiesi instalacji w kontakcie z ogniem, a szczególnie tych biegnących w przestrzeniach sufitów podwieszonych w drogach ewakuacyjnych.

Dla uproszczenia sprawy, instalacje w budynku podzielić można na dwa rodzaje: pożarowe, które na wypadek pożaru muszą mieć zapewnione działanie w określonej jednostce czasu, oraz ‘zwykłe’ – dzienne, których konieczność funkcjonowania nie jest brana pod uwagę w scenariuszu pożarowym. Zarówno jeden, jak i drugi typ przechodzi przez różne strefy odporności ogniowej, pomieszczenia przebywania ludzi, magazyny, korytarze, drogi ewakuacyjne. Każde przejście przez przegrodę pożarową musi być odpowiednio zabezpieczone (na szczęście zwiększa się świadomość jak ważne jest prawidłowe wykonanie biernych zabezpieczeń przeciwpożarowych, oraz podnoszą się praktyczne umiejętności wykonywania takowych przejść).

Oba typy instalacji mocuje się na szeroko pojętych zawiesiach (pręty, obejmy, szyny, łączniki, konsole, zintegrowane systemy, itp). Jedne rozwiązania posiadają certyfikaty producenta, inne zapewnienia o swej wytrzymałości. Modułowe rozwiązania oferowane przez profesjonalnych producentów opatrzone są odpowiednimi dokumentami. Ale czy ktoś z Państwa zastanawiał się, czy badane były one w warunkach pożarowych? Czy powinno się je badać? A jeśli tak, to które instalacje? I w jakich sytuacjach?

Zacznijmy od przepisów. Tych w Polsce jest sporo, jednak nie koniecznie opisujących w sposób jednoznaczny wytyczne dotyczące dróg ewakuacyjnych w kontekście ich zabezpieczeń czy zawiesi instalacji w warunkach pożarowych. Jeśli jednak nie ma przejrzystych wymagań, to zostawia się temat niedopowiedziany, z odniesieniami do tzw. „dobrych praktyk”. I to właśnie owe „dobre praktyki” najczęściej przywoływane są w rozmowach z wykonawcami czy projektantami.

Przytaczając tylko niektóre punkty polskiego prawa możemy znaleźć paragraf 241, punkt 1 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dział VI – Bezpieczeństwo pożarowe, Rozdział 4- Drogi ewakuacyjne), który mówi: „Obudowa poziomych dróg ewakuacyjnych powinna mieć klasę odporności ogniowej wymaganą dla ścian wewnętrznych, nie mniejszą jednak niż E I 15, z uwzględnieniem § 217. (…)” Sufit podwieszony jest niczym innym niż obudową poziomej drogi ewakuacyjnej.

Paragraf 217 mówi o klasach odporności ścian wewnętrznych w budynkach mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego, niskich i średniowysokich (EI 30) oraz wysokich i wysokościowych EI 60). Ten paragraf odnosi się także do kolejnego, nr 216, który wskazuje że budynki klasy odporności pożarowej „A” muszą mieć ściany wewnętrzne o odporności EI 60, budynki klasy „B” odpowiednio EI30, klasy „C” – EI 15. Klasom „D” oraz „E” nie przedstawiono wymagań dotyczących odporności ścian wewnętrznych.

Wynika z tego, że obudowy poziomych dróg ewakuacyjnych, a co za tym idzie, sufity podwieszone, muszą spełniać wymagania pożarowe we wszystkich budynkach z kategorii „A”, „B” oraz „C” (o ile z czysto ekonomicznych względów nie obniżono im wymaganych klas), tj. budynki:

- zawierające pomieszczenia przeznaczone do jednoczesnego przebywania ponad 50 osób niebędących ich stałymi użytkownikami, a nieprzeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się,

- przeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się, takie jak szpitale, żłobki, przedszkola, domy dla osób starszych,

- użyteczności publicznej,

- oraz wszelkie budynki: wysokościowe, wysokie i średniowysokie.

Treść Dyrektywy Europejskiej CPR (305/2011 – wyroby budowlane) jest bardzo zbieżna do Paragrafu 207 wspomnianego powyżej Rozporządzenia Ministra, który mówi jednoznacznie:

1. Budynek i urządzenia z nim związane powinny być projektowane i wykonane w sposób ograniczający możliwość powstania pożaru, a w razie jego wystąpienia zapewniający:
1) zachowanie nośności konstrukcji przez określony czas;
2) ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu wewnątrz budynku;
3) ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru na sąsiednie obiekty budowlane lub tereny przyległe;
4) możliwość ewakuacji ludzi lub ich uratowania w inny sposób;
5) uwzględnienie bezpieczeństwa ekip ratowniczych.

Powyższe wymagania mają szeroki zakres zastosowania, od dróg ewakuacyjnych i ratunkowych, po ciągłość prac instalacji w sytuacji pożaru.

Sufit podwieszany musi spełniać wymagania ochrony przeciwpożarowej w przypadku pożarów, których źródło znajduje się zarówno nad nim, jak i pod nim. 

Jeśli pożar wybuchnie na drodze ewakuacyjnej poniżej sufitu podwieszonego – niemożliwa będzie ewakuacja tym ciągiem komunikacyjnym, mimo iż sufit powinien zabezpieczyć instalacje w określonym przedziale czasu.

A co, jak wybuchnie powyżej, w przestrzeni sufitowej? Jak zachowają się instalacje? Te pożarowe wytrzymają zgodnie ze swoimi specyfikacjami, izolacjami. A zawiesia? Jak wysoka temperatura narastająca z postępem pożaru wpłynie na wytrzymałość profili i prętów?

Takie pytanie zadały sobie niemieckie instytuty badawcze (MFPA Leipzig oraz RAL). Przebadały one dostępne na europejskim rynku profile stalowe oferowane przez różnych producentów, którzy w znakomitej większości przeprowadzają swoje obliczenia wytrzymałości ogniowej opierając się na EUROKODZIE 3-1-2 (EC3).

W swoich testach laboratoryjnych wykazały, że metodologia projektowania oparta na EC3 nie jest odpowiednia dla ognioodpornych modułowych systemów podpór i zawiesi. Jednostka badawcza MFPA Leipzig, z uwagi na brak zharmonizowanej metody projektowania, zdecydowanie rekomenduje metodologię badań odporności ogniowej jako jedyną słuszną metodę dającą podstawę do obliczeń. Stowarzyszenie RAL (GStowarzyszenie Rohrbefestigung : Europejskie stowarzyszenie producentów systemów montażowych) poinformowało, że stosowana metoda projektowania konstrukcji ognioodpornych oparta na Eurokodzie 3 stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Zgodnie ze standardową krzywą temperatura/czas wg nomy EN 1363, temperatura otoczenia po 30 minutach oddziaływania ognia wynosi 842’C Natomiast po 90 minutach osiąga wartość ok 1006’C.

Eurokod 3 został opracowany do projektowania konstrukcji stalowych budynków oraz innych obiektów inżynieryjnych. Stal to bardzo dobry przewodnik ciepła. Gdy czas trwania pożaru wydłuża się, nośność stali znacznie maleje na skutek zmniejszenia się granicy plastyczności oraz modułu sprężystości materiału. Natomiast szyny montażowe, z uwagi na swą małą grubość ścianek, charakteryzują się szybkim zrównaniem swojej temperatury z temperaturą otoczenia. Możemy przyjąć, że ich temperatura, jak i temperatura obejm do rur, zmienia się zgodnie z powyższą krzywą. Geometryczne zmiany przekroju szyny powodują przyspieszone załamania się modułowych systemów podpór. Dlatego metoda nie nadaje się do obliczeń cienkościennych profili stalowych. 

Na wykresach powyżej porównano odkształcenia formowanej na zimno, cienkościennej, otwartej szyny montażowej ze stali węglowej podczas kilu badań ognioodporności zgodnie z DIN EN 1363-1: 2012-10 (Badania odporności ogniowej - Część 1: Wymagania ogólne) oraz obliczenia numeryczne dla krzywej naprężenia w oparciu o EC3-1-2. To przykładowe porównanie pokazuje znaczne różnice pomiędzy wynikami prób a obliczeń po 30, 60 i 90 minutach. Obliczone odkształcenia są niższe niż te, które stwierdzono w toku eksperymentu. Symulacje i oceny wielu innych prób potwierdzają tę obserwację.

Norma Eurocod 3-1-2 opisuje zachowanie konstrukcji stalowych w przypadku pożaru i w tym celu oferuje różne metody projektowania. Zazwyczaj stosowana jest uproszczona metoda projektowania (patrz EC3-1-2, Część 4.2). Stan graniczny elementu jest ustalany przez obliczenie zmniejszenia wytrzymałości stali. Niezbędna w tym celu, zależna od temperatury, krzywa naprężenia dla stali węglowej jest kluczowym punktem w EC3-1-2 i jest nieliniową funkcją wyrażoną w sekcjach. Wykres powyżej przedstawia spadek nośności w etapach, co 100 stopni, do 800° C w zakresie nieliniowym, aż do mechanicznego rozszerzenia o 0,2%.

Jak już wcześniej wspomniałem, Eurokod odnosi się do wymiarowania stalowych elementów konstrukcyjnych. Naprężenia w takich wypadkach zwykle wynoszą do 70%, przy wykorzystaniu efektywnego naprężenia uplastyczniającego (w stosunku do wartości początkowej w temperaturze pokojowej). Rzadko można zaobserwować współczynniki wykorzystania rzędu 50% lub mniejsze.

Współczynniki redukcji dla EC3-1-2 przedstawione na wykresie powyżej pokazują, że limit ten został już osiągnięty przy temperaturze stali wynoszącej ok. 590°C. Potwierdzają to także szczegółowe doświadczenia metodami numerycznymi oraz eksperymenty badań konstrukcji stalowych narażonych na działanie ognia, zgodnie ze standardową krzywą temperatury i czasu. Model materiałowy EC3-1-2 został sprawdzony w wystarczającym stopniu dla tego zakresu temperatur. Powyżej tej temperatury model wymaga dodatkowej weryfikacji.

Należy pamiętać, że zawiesia instalacyjne służą min do mocowania instalacji o wysokich wymaganiach dotyczących ochrony przeciwpożarowej (w tym ochrona dróg i wyjść ewakuacyjnych). Niedopuszczalne jest zatem narażania ich na awarię i brak ciągłości racy w określonej jednostce czasu.

W przypadku pożaru w obszarze sufitu podwieszonego, należy również za pomocą odpowiednich środków zapewnić, że mocowania rur/systemów podtrzymujących nie zostaną odkształcone w takim stopniu, że doszłoby do mechanicznego uszkodzenia sufitu podwieszanego.

W obecnych czasach obserwować można tendencję do minimalizowania wysokości przestrzeni sufitowych. Drogi ewakuacyjne są coraz wyższe w swym świetle. Powoduje to sytuacje w których cała przestrzeń sufitowa jest ściśnięta i wypełniona gęstwiną kanałów, rur, przewodów, korytek, słowem wszelkiej infrastruktury instalacyjnej. Górne krawędzi konstrukcji sufitów podwieszonych wchodzą w izolacje instalacji, mijają się na minimetry z dolnymi krawędziami zawiesi instalacji, tworząc kolizje. Drobne odkształcenia wynikające z przyrostu temperatury w wyniku pożaru mogą spowodować dodatkowe, niepożądane obciążanie konstrukcji sufitu.

Odkształcone stelaże trapezowe lub obejmy do rur, a także zawalenie się i spadanie rurociągów lub innych elementów instalacji może doprowadzić do zerwania sufitu spełniającego wymagania ochrony przeciwpożarowej.

Instytut MFPA Leipzig GmbH wykazała jasno, że stosując metodę obliczeniową opartą na krzywej naprężenia wg EC3, nie można w prosty sposób zapewnić, że elementy bazowe, takie jak sufity podwieszane, nie zostaną mechaniczne uszkodzone w sytuacji pożaru. Dlatego odkształcenia cienkościennych szyn montażowych, do których dochodzi w rzeczywistości, są z reguły dużo większe niż te, które zdefiniowano na podstawie obliczeń w oparciu o EC3.

Dowód na ograniczoną deformację należy więc zawsze weryfikować na podstawie prób ogniowych, z ekspozycją na ogień w oparciu o EN 1363-1.

Firmy wykonawcze zdają się nie widzieć problemu – montują instalacje zgodnie z zleceniami producentów zawiesi. Producenci albo są nieświadomi zagrożenia, albo nastawieni na zysk i w sposób oczywisty wykorzystują niejasne wymagania.  Inwestorzy bardzo często nie zdają sobie sprawy z potencjalnych zagrożeń. Rzeczoznawcy albo nie widzą zagrożenia albo powołują się na brak przepisów. Strażacy odbierający budynki często nie mają czasu na sprawdzenie wszystkiego, albo nie mają fizycznego dostępu do pozasłanianych już sufitami przestrzeni z wiszącymi instalacjami. Zmuszeni są polegać na deklaracjach wykonawców. I tak koło się zamyka.

Dlatego trzeba zwiększyć świadomość branży w tym zakresie, mając na uwadze że budynek jest tak bezpieczny pożarowo (a tak na prawdę przebywający w nim ludzie), jak dobra jest jakość zabezpieczeń przeciwpożarowych w nim zastosowanych.

Dobre praktyki projektowe, specyfikowanie przebadanych ogniowo zawiesi, dbanie o odpowiednie odległości między konstrukcją sufitów podwieszonych a systemami zawiesi, zwłaszcza na drogach ewakuacyjnych, przyczynia się do podnoszenia bezpieczeństwa przebywających w budynku ludzi. Polska znajduje się na 9tym miejscu w rankingu ilości ofiar pożarów. Tylko zwrócenie uwagi na podnoszenie bezpieczeństwa, przez wszystkie strony zaangażowane w proces inwestycyjny, może stopniowo odwrócić tą statystykę. Dbajmy o bezpieczeństwo ludzi oraz ekip straży pożarnej. Dla własnego dobra!

 
Podobał Ci się ten artykuł?
Oceń go dając kciuk w górę. Ułatwi to nam wybór kolejnych tematów.

Wybrane odnośniki:
Kontakt z Hilti
Bezpieczeństwo w razie pożaru
Systemy biernej ochrony przeciwpożarowej Hilti - Hilti Polska
Katalog produktów
Oprogramowanie - dokumentacja zabezpieczeń przeciwpożarowych budynku
Biblioteka BIM/CAD
_______________________________________________________________________________________________________________________
1.   ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY I BUDOWNICTWA z dnia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (D. U. z 2015 poz. 1422)
2.   ROZPORZĄDZENIE PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY (UE) NR 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG
3.   Dane statystyczne GUS
4.   PN-EN ISO 13943 Bezpieczeństwo pożarowe – Terminologia
5.   EN 1363-1 Badania odporności ogniowej -- Część 1: Wymagania ogólne
6.   PN-EN 1993-1-2:2007 - Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych Obliczanie konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe
7.   Raporty z MFPA Leipzig
8.   Opinie Stowarzyszenia RAL
9.   World fire statistics at the end of 20th century, Report No. 6 Center of fire statistics of CTIF