Podstawową funkcją przekrycia dachu jest zabezpieczenie budynku przed wpływami atmosferycznymi. Nie należy jednak zapominać o innej ważnej funkcji, jaką jest zapewnienie ochrony przeciwpożarowej budynku. Zdolność dachu do spełnienia w ustalonym czasie wymagań co do stateczności, szczelności oraz izolacyjności ogniowej określa się mianem odporności ogniowej którą wyznacza się na podstawie badań ogniowych, przeprowadzanych w akredytowanych laboratoriach badań ogniowych zgodnie z warunkami określonymi w normach europejskich. W artykule przedstawione zostały aktualne wymagania dla dachów w zakresie odporności ogniowej oraz metodyka przeprowadzania badań i klasyfikowania dachów w zakresie odporności ogniowej.
Fot. 1. Piec do badań odporności ogniowej w Laboratorium Badań Ogniowych Gryfitlab
Dachy składają się z dwóch części: konstrukcji nośnej oraz warstw osłaniających budynek przed wpływami atmosferycznymi. Konstrukcja nośna dachu najczęściej wykonywana jest z belek drewnianych, elementów stalowych lub żelbetonowych oraz drewna klejonego. Wpływ na wybór materiału pokrycia dachowego mają takie czynniki jak: strefa klimatyczna, lokalny styl czy architektura budynku. Bez względu na to, jaki materiał zostanie wybrany na konstrukcję nośną dachu oraz przekrycie dachowe, muszą one spełniać wymagania określone przez przepisy bezpieczeństwa pożarowego budynku. Wymagania te wynikają z obowiązujących przepisów techniczno-budowlanych, zawartych w rozporządzeniu ministra infrastruktury z 12 kwietnia 2004 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie – w rozporządzeniu określono klasy odporności pożarowej budynków [1].
Zgodnie z rozporządzeniem budynek oraz urządzenia z nim związane powinny zapewnić w razie pożaru: nośność konstrukcji, ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia, dymu i pożaru na sąsiednie budynki oraz możliwość ewakuacji ludzi w przypadku wystąpienia zagrożenia. Wszystkie elementy budynku, w tym konstrukcja nośna dachu i jego przekrycie powinny spełniać wymagania dla danej klasy odporności pożarowej budynku (tabela 1). Jeżeli przewiduje się montaż elementów instalacji lub sufitu podwieszanego do przekrycia dachowego to powinno ono spełniać także kryterium nośności ogniowej.
Jak wynika z danych zawartych w tabeli 1, budynki posiadające klasę odporności pożarowej A lub B powinny posiadać konstrukcję nośną dachu o przynajmniej 30-minutowej nośności ogniowej, a przekrycie dachu w tych budynkach powinno posiadać przynajmniej 30-minutową szczelność ogniową. Nie stawia się wymagań dotyczących nośności ogniowej konstrukcji dachowych i szczelności ogniowej przekryć dachowych w budynkach o klasie odporności pożarowej D lub E.
Ponadto zgodnie z rozporządzeniem przekrycie budynku o powierzchni większej niż 1000 m2 nie powinno rozprzestrzeniać ognia, a część nośna tego budynku powinna być wykonana z materiałów niepalnych. W przypadku, gdy wewnątrz lub na części nośnej umieszczono palną izolację cieplną, klasa odporności ogniowej tej części nie powinna być niższa niż E15. W przypadku usytuowania budynku niższego bliżej niż 8 m (lub przyległego) od ściany z otworami budynku wyższego, elementy konstrukcji dachu i przekrycie dachu powinny zapewnić nie rozprzestrzenianie ognia i posiadać klasę odporności ogniowej, co najmniej R30 dla elementów konstrukcyjnych dachu i E30 dla przekryć dachowych.
Badania konstrukcji nośnych dachów oraz przekryć dachowych mające na celu sprawdzenie, jaką klasę odporności ogniowej posiadają dane elementy, przeprowadza się zgodnie z normą PN-EN 1365-2:2002 [2]. W trakcie badania określa się trzy parametry [3]:
R – nośność ogniową – czas, przez który element próbny utrzymuje swoją zdolność do przenoszenia obciążenia w trakcie badania. Wynik badania podaje się w pełnych minutach,
E – szczelność ogniową: czas, w trakcie którego element próbny podczas badania utrzymuje swoją funkcję oddzielającą. Wynik badania podaje się w pełnych minutach,
I – izolacyjność ogniową: czas, przez który element próbny utrzymuje swoją funkcję oddzielającą do momentu nie przekroczenia granicznej wartości temperatury po stronie nienagrzewanej badanego elementu. Wynik badania podaje się w pełnych minutach.
Wyniki badań powinny być zawsze zaokrąglane w dół do najbliższej niższej klasy, tj. 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 lub 360 minut. Kiedy cechy stanowią kombinację, czas deklarowany powinien być najkrótszym czasem ustalonym dla którejkolwiek cechy.
Na podstawie wyników uzyskanych z wykonanych badań dokonuje się klasyfikacji badanych elementów zgodnie z normą PN-EN 13501-2+A1:2010 [4]. Zgodnie z tą normą utratę nośności ogniowej uznaje się za osiągniętą, kiedy przekroczone zostaną wartości graniczne ugięcia i szybkości narastania ugięcia:
- ugięcie D = L2 / 400 d (mm) oraz
- szybkość narastania ugięcia dD/dt = L2 / 9000 d (mm/min.)
gdzie:
L jest rozpiętością w osiach podpór w mm,
d jest odległością od skrajnego włókna zimnej projektowej strefy ściskanej do skrajnego włókna zimnej projektowej strefy rozciąganej przekroju konstrukcyjnego w mm
Oceny szczelności ogniowej dokonuje się przez sprawdzenie pojawienia się następujących zjawisk w trakcie badania:
- pęknięć lub otworów przekraczających podane wymiary;
- zapalenia tamponu bawełnianego;
- utrzymywania się płomienia na powierzchni badanego elementu od strony nienagrzewanej.
Gdy element jest klasyfikowany zarówno w zakresie szczelności ogniowej, jak i w zakresie izolacyjności ogniowej, wartość szczelności ogniowej powinna być wyznaczona tym spośród trzech kryteriów, które zostanie osiągnięte pierwsze. Gdy element jest klasyfikowany bez uwzględnienia izolacyjności ogniowej, wartość szczelności ogniowej powinna być wyznaczona jako czas osiągnięcia tylko kryteriów pęknięć/otworów lub utrzymywania się płomienia, zależnie od tego, które z nich zostanie osiągnięte jako pierwsze.
W trakcie wyznaczania izolacyjności ogniowej bierze się pod uwagę przyrost średniej temperatury na powierzchni próbki po stronie nie nagrzewanej, której przyrost nie powinien być większy 140ºC powyżej średniej temperatury początkowej. Natomiast przyrost temperatury maksymalnej w dowolnym punkcie na nienagrzewanej powierzchni dachu nie powinien być wyższy niż 180ºC powyżej średniej temperatury początkowej.
W Tabeli 2 została przedstawiona klasyfikacja nośnych stropów i dachów pełniących funkcję oddzielającą w przypadku pożaru.
Przebieg badania odporności ogniowej wg PN-EN 1365-2:2002 [2]
Badanie odporności ogniowej wykonuje się na piecu przystosowanym do poziomych badań ogniowych, zaopatrzonym w otwór o wymiarach co najmniej 3,0 × 4,0 m (fot. 1.). Warunki nagrzewania w trakcie badania powinny być zgodne z warunkami podanymi w normie PN-EN 1363-1:2001. Średnia temperatura w piecu w trakcie badania powinna być monitorowana i regulowana w taki sposób aby została zachowana zależność [3]:
gdzie:
T – średnia temperatura w piecu w stopniach Celsjusza
t – czas w minutach
Element próbny poddany badaniu powinien mieć w miarę możliwości wymiary rzeczywiste, oczywiście jeżeli nie przekraczają one wymiarów otworu pieca. Jeżeli rzeczywiste wymiary elementu próbnego uniemożliwiają jego zamontowanie na piecu, to wymiary próbki zmniejsza się tak, aby długość od strony nagrzewanej wynosiła 4,0 m, a szerokość 3,0 m. W przypadku badania stropu lub dachu rozpiętego w jednym kierunku możliwe jest zmniejszenie szerokości od strony nagrzewanej do wymiaru pomiędzy 2,0 m a 3,0 m pod warunkiem, że element próbny będzie odwzorowywał rzeczywiste warunki pracy konstrukcji stropowej lub dachowej. Ponadto bez względu na wymiary badanej próbki każdy element próbny powinien odwzorowywać wszystkie szczegóły konstrukcyjne, takie jak materiały i składniki, z jakich w rzeczywistości będzie wykonany dach. Konstrukcja musi uwzględniać przykłady każdego rodzaju mechanicznych złączy występujących w elemencie dla celów montażu, budowy lub rozbudowy, nawet, jeśli takie złącza występują przy większych gabarytach niż wymiary elementu próbnego.
Montaż elementu próbnego wykonuje samodzielnie zleceniodawca lub inna firma pod jego nadzorem. Jeżeli badany element jest montowany w konstrukcji mocującej wykonanej z betonu lub bloczków o określonej gęstości, to wymagany jest okres sezonowania konstrukcji mocującej – może on wynosić nawet do 28 dni. Najczęściej próbkę wraz z konstrukcją mocującą montuje się bezpośrednio na piecu do badań odporności ogniowej. Jeżeli laboratorium dysponuje przenoszoną poziomą konstrukcją mocującą, montaż próbki może odbywać się na poziomie posadzki i dopiero po zamontowaniu próbki konstrukcja jest wraz z próbką przenoszona na piec. Drugi sposób montażu jest zdecydowanie łatwiejszy, szybszy i dużo bezpieczniejszy (fot. 2 i 3). Czas sezonowania może ulec skróceniu w przypadku, gdy nie będzie wpływu nadmiernej wilgotności konstrukcji mocującej na badany element.
Fot. 2. Przenoszenie na piec do badań odporności ogniowej przygotowanej wcześniej próbki
Fot. 3. Zdejmowanie próbki wraz z konstrukcją mocującą po badaniu
Element próbny w badaniu ogniowym powinien być podparty w taki sposób, aby umożliwić swobodę przemieszczeń podłużnych i ugięć. Zaleca się, żeby powierzchnie podpór były gładkie i wykonane z betonu lub kształtowników stalowych.
Zleceniodawca/producent decyduje również, czy badany element próbny będzie obciążany. Jeżeli tak, to obciążenie powinno być przykładane równomiernie lub przez system obciążeń punktowych. Ponadto wartość i rozkład obciążenia powinny być tak dobrane, aby maksymalne momenty i siły poprzeczne powstające w elemencie próbnym były reprezentatywne lub większe niż spodziewane w rzeczywistości.
Badaniu poddaje się jeden element próbny dla każdego określonego sposobu podparcia, zamocowania oraz określonych warunków nagrzewania i obciążenia. Jeżeli w jednym badaniu nie jest możliwe ujęcie wszystkich zmiennych, konieczne jest wykonanie większej ilości badań. Liczba badań zależy również od nachylenia dachu i od wymaganego zakresu ważności wyników badań. W przypadku dachów z przeszkleniem badania odporności ogniowej dachów wykonane pod kątem 0º mają zastosowanie dla konstrukcji o nachyleniu w zakresie od 0o do 15º. Badania wykonane pod kątem nachylenia konstrukcji od poziomu wynoszącym 45º są ważne dla konstrukcji o nachyleniu w zakresie od 15º do 80º. Dachy o konstrukcji kratownicowej powinny być badane dla każdego przypadku nachylenia. W przypadku dachów dwu- lub jednospadowych podpartych prostopadle do nachylenia, wyniki badania wykonanego przy nachyleniu mniejszym niż 10º (nominalnie nachylenie 0º) ważne są dla dachów o nachyleniu od 0º do 25º. Wyniki badania wykonanego przy nachyleniu 25º ważne są dla dachów o nachyleniu od 15º do 45º, a badania wykonane przy nachyleniu 30º ważne są dla dachów o nachyleniu od 20º do 50º.
Fot. 4. Przykładowe rozmieszczenie obciążenia na dachu płaskim od strony nienagrzewanej
Fot. 5. Zdjęcie przedstawia przedostawanie się płomieni przez dach oraz utratę zdolności przenoszenia obciążenia w trakcie badania
Zakończenie badania następuje w momencie wystąpienia przynajmniej jednego z następujących powodów:
- osiągnięcie wybranych kryteriów,
- zagrożenie bezpieczeństwa personelu,
- możliwość uszkodzenia sprzętu pomiarowego lub wyposażenia laboratorium,
- życzenie klienta.
Podczas przeprowadzania badania odporności ogniowej dachów należy zwrócić szczególną uwagę na zachowanie bezpieczeństwa. Jak widać na fot. 5 i 6, zdarza się, że w trakcie badania dochodzi do zapalenia się dachu lub jego całkowitej utraty nośności. W przypadku zaistnienia takiej sytuacji należy natychmiast przerwać badanie i ugasić pożar z zachowaniem szczególnej ostrożności. W przeciwnym razie oprócz oczywistego niebezpieczeństwa zniszczenia sprzętu laboratoryjnego powstaje ogromne niebezpieczeństwo dla osób uczestniczących w badaniu. W celu uniknięcia takich sytuacji należy przed badaniem ocenić wszystkie potencjalne niebezpieczeństwa i zagrożenia dla zdrowia oraz zapewnić niezbędne środki bezpieczeństwa.
Fot. 6. Płonący dach w trakcie badania odporności ogniowej
Bibliografia:
[1] Rozporządzenie ministra infrastruktury z 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. nr 75 z 15 2002 r. poz. 690).
[2] PN-EN 1365-2:2002. Badania odporności ogniowej elementów nośnych – Część 2: Stropy i dachy.
[3] PN-EN 1363-1:2001 Badania odporności ogniowej – Część 1: Wymagania Ogólne.
[4] PN-EN 13501-2+A1:2010. Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 2: Klasyfikacja na podstawie wyników badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnej.
dr inż. Daniel Sibera
mgr inż. Andrzej Szarycki
Zespół Laboratoriów Badawczych Gryfitla
