Bezpieczeństwo pożarowe

Zgodnie z § 213 pkt. 1, Warunków [1],

Wymagania dotyczące klasy odporności pożarowej budynków określone w § 212 nie dotyczą budynków do trzech kondygnacji nadziemnych włącznie:

1. a) mieszkalnych: jednorodzinnych, zagrodowych i rekreacji indywidualnej,
2. b) mieszkalnych i administracyjnych w gospodarstwach leśnych.

Warunki wymagają jednak, aby do budowy domów stosować wyroby budowlane w maksymalnym stopniu ograniczające rozprzestrzenianie się ognia.

Charakterystyki zachowania się wybranych wyrobów w warunkach pożaru i odpowiadające im klasy reakcji na ogień podano w tabl. 21, 22, 23, a w tabl. 20 klasyfikację ogniową podstawowych wyrobów stosowanych w drewnianym budownictwie szkieletowym, według PN-EN 13501-1 [64]

 Klasyfikacja wyrobów na podstawie płonących kropli i cząstek

Zasadnicza różnica budownictwa szkieletowego (o szkielecie drewnianym) w stosunku do tradycyjnego budownictwa drewnianego, jest użycie płyt kartonowo-gipsowych jako poszycie i zabezpieczenie elementów szkieletu drewnianego przed potencjalnymi źródłami ognia wewnątrz budynku. Zabezpieczenie to znacznie opóźnia działanie ognia na elementy konstrukcji i powoduje, że w pierwszym okresie pożaru (typowo około pół godziny) rozwój pożaru i zagrożenie dla ludzi nie różni się istotnie od warunków w budynkach murowanych.

Elementy budynku takie jak ściany nośne, działowe i stropy grają różne role w rozwoju pożaru i zabezpieczeniu przed jego skutkami. Elementy te mogą w różny sposób rozprzestrzeniać płomienie (w przypadku palnych wykończeń), dostarczając mniej lub więcej paliwa, podtrzymywać obciążenia (zabezpieczając przed zawaleniem) oraz dzielić przestrzeń budynku i w ten sposób ograniczając szybkość rozprzestrzeniania się pożaru.

Odporność ogniowa jest ściśle zdefiniowana standardowym badaniem i jest mierzona czasem spełniania określonych warunków przez badany element wystawiony na działanie „standardowego” pożaru. Warunki, które musi spełniać badany element, zależą od funkcji tego elementu i mogą być jednym z poniższych lub ich kombinacja:

• nośność obciążenia,
• zachowanie spójności jako przegroda,
• izolacyjność.

Dla przykładu, od kolumn wymagana jest jedynie nośność obciążenia, podczas gdy dla stropów wymagane są wszystkie trzy warunki. Utrata nośności obciążenia związana jest ze spadkiem mechanicznej wytrzymałości na skutek podwyższonej temperatury (jak w przypadku elementów stalowych) lub niszczącej działalności ognia (zwęglanie elementów drewnianych, łuszczenie betonu lub cegły).

Zachowanie spójności określane jest zdolnością do nieprzepuszczania płomieni lub strumieni gorących gazów przez ścianę lub strop. Izolacyjność określana jest zachowaniem temperatury powierzchni, nie wyeksponowanej na działanie ognia, poniżej granicy określonej normą i uznanej za niższą niż wymagana do zapłonu łatwopalnych materiałów. Spełnienie pierwszego warunku zapewnia, że przed określonym czasem (w warunkach „standartowego” pożaru) konstrukcja nie zawali się, drugiego i trzeciego – że pożar nie rozprzestrzeni się poza ścianę lub strop.

Należy mieć na uwadze, że pożar pożarowi nie równy, i że rzeczywiste pożary mogą się znacznie różnić od „standardowego”, i że czas uzyskany w badaniu nie musi być identyczny z odpornością na rzeczywisty pożar. Tym niemniej, jakaś miara jest potrzebna i odporność uzyskana w badaniu jest dobrym względnym miernikiem. Znikome jest prawdopodobieństwo, że np. ściana A, wykazująca wyższą odporność ogniową od ściany B, zawiedzie wcześniej w rzeczywistym pożarze niż ściana B.

Zagrożenie pożarowe można zmniejszyć przez instalacje systemu tryskaczowego, który obniża ryzyko strat zarówno ludzkich jak i budynku, do poziomu znacznie niższego w porównaniu do budynku murowanego bez instalacji tryskaczowej.  Koszt instalacji tryskaczowej w nowo projektowanym budynku nie powinien przekraczać kilku procent inwestycji. System tryskaczowy spełni swoją rolę szczególnie tam gdzie nie może być zapewniona szybka interwencja straży pożarnej, a zagrożenie pożarowe dla budynku (nie dla ludzi), jest większe niż dla budynku murowanego

W normalnym zastosowaniu, przy wystarczającej ilości gwoździ lub wkrętów mocujących do szkieletu, w płycie powstają liczne drobne pęknięcia, kompensujące kurczenie się i zapobiegają wczesnemu powstawaniu znacznych szczelin. Ważne jest więc przestrzeganie maksymalnych odległości pomiędzy wkrętami lub gwoździami. Istotna jest również ich penetracja w głąb drewnianych elementów szkieletu. Elementy te, w trakcie pożaru, ulegają zwęgleniu na znaczną głębokość zanim poszycie gipsowe całkowicie odpadnie.

Badania kanadyjskie wykazały, że aby w pełni wykorzystać ochronę zapewnioną przez płytę gipsową, potrzebna jest penetracja 25 do 32 mm w głąb drewna. Ze względu na kurczenie się poszycia gipsowo-kartonowego, istotny jest również rozstaw między elementami szkieletu, zdecydowanie wyższa odporność ogniową uzyskuje się przy rozstawie 400 mm niż przy rozstawie 600 mm.

Dwa rodzaje płyty używane są do poszycia przegród: zwykła i o podwyższonej odporności ogniowej, określana jako GKF. Płyta ta zawiera dodatkowe składniki, głównie cięte włókno szklane, które zapewnia większą stabilność w podwyższonej temperaturze, większą wytrzymałość na styku z główką gwoździa lub wkrętu i wyższą odporność na pękanie. W przegrodach pionowych – ścianach – im grubsza jest płyta, tym większa jest odporność ogniowa. W przegrodach poziomych – stropach – zależność ta nie jest jednoznaczna, ze względu na ciężar i łatwość odpadania osłabionej pożarem płyty. Aby uzyskać zwiększoną odporność ogniową, należy zwiększyć gęstość elementów mocujących.

Wypełnienie szkieletu izolacją ma niejednoznaczny i dość zaskakujący wpływ na odporność ogniową. Wydawać by się mogło, że zwiększenie izolacyjności cieplnej przegrody powinno jednoznacznie zwiększyć jej odporność ogniową. Tymczasem okazuje się, że powstrzymanie strumienia ciepła przyspiesza wzrost temperatury warstwy bezpośrednio wystawionej na działanie pożaru. Jeżeli tą warstwą jest płyta gipsowo-kartonowa, to jej zniszczenie jest przyspieszone i wnętrze przegrody zostają odsłonięte wcześniej. Jeżeli izolacją jest wata szklana, to zostaje ona stopiona i przestaje grać jakakolwiek rolę (po uprzednim przyspieszeniu zniszczenia poszycia). Jeżeli jest to wełna bazaltowa, lub inna o podobnej temperaturze topnienia, to osłania ona wnętrze konstrukcji, nie chroniąc jednak „czołowych” powierzchni konstrukcji szkieletu. Tak więc izolacja może zmniejszyć lub zwiększyć odporność ogniową; dla zgrubnej oceny, można ten wpływ pominąć. Dokładne oceny możliwe są wyłącznie na podstawie badań danej konstrukcji.

Drewno ma zdecydowaną przewagę w odniesieniu do ogniowej odporności elementów przenoszących obciążenie. Jakkolwiek ulega ono nadpaleniu i zwęgleniu, to utrzymuje ono zdolność do przenoszenia obciążeń dopóty, dopóki przekrój nie zostanie znacznie zredukowany. Nadpalenie i zwęglenie typowych elementów z drewna iglastego odbywa się w tempie 0,5 do 0,8 mm na minutę.

Stosunkowo nowym elementem szkieletu jest belka dwuteowa ze stopkami z litego drewna i środnikiem z płyty drewnopochodnej, łączonych na klej. Wytrzymałość ogniowa takich belek jest niższa od tradycyjnych, jednolitych belek drewnianych. Jest to spowodowane brakiem „zapasowej” nośności cienkiego środnika. W litej belce naprężenia są stopniowo przekazywane głębszym warstwom drewna w miarę redukcji przekroju, podczas gdy w profilu dwuteowym przepalenie środnika lub znaczne nadpalenie jednej półki powoduje katastrofalną utratę nośności.

W belkach dwuteowych należy także zwrócić uwagę na rodzaj kleju. Wczesne belki były klejone klejem tracącym wytrzymałość w stosunkowo niskiej temperaturze, co powodowało zawalenie sie stropu we wczesnej fazie pożaru. Klej powinien wykazywać stabilność termiczną nie gorszą od drewna. Sprawdzonym klejem jest klej fenolowy (brązowo-wiśniowy).  Producent powinien wykazać ze użyty klej spełnia wymagania w tym zakresie.

W ścianach płyty drewnopochodne instaluje się od strony zewnętrznej, jak zewnętrzne ograniczenie dla izolacji. Instaluje się je również jako wzmocnienie (usztywnienie ścian obciążonych siłami ścinającymi). W tych przypadkach mogą te płyty być instalowane od wewnątrz i być kryte płytą gipsowo-kartonową. W konstrukcjach stropowych stanowią one górną warstwę zespoloną z belkami podłogowymi gwoźdźmi lub wkrętami, coraz częściej z użyciem kleju.

Zespół stropowy, za wyjątkiem niewykończonych piwnic, jest poszyty od spodu płytą gipsowo-kartonową. W pożarze konstrukcja stropu, ograniczająca pomieszczenie od góry, jest znacznie bardziej narażona niż ta ograniczająca od dołu. Z tego względu odporność ogniową stropów wyznacza się przy ekspozycji od dołu. Oznacza to, że poszycie płytą gipsowo-kartonową jest i w tym przypadku pierwszą linią obrony przed ogniem

Zabezpieczeniem przed rozprzestrzeniania się ognia w tym zakresie jest położenie na ściany i sufit, np. pod boazerię, płyty gipsowo-kartonowej.

Przykłady rozwiązań ścian ze szkieletem drewnianym – W1 i W2

Grubość słupków drewnianych wynosi 38 mm, głębokość zaś nie jest oznaczona, gdyż nie ma ona istotnego wpływu na odporność ogniową. Obciążenie ścian nośnych odpowiada obciążeniu obliczeniowemu ścian o danej głębokości słupka.

Asymetryczne poszycie (podwójna warstwa z jednej strony i pojedyncza z drugiej) jest używane w ściankach działowych o znanym kierunku potencjalnej ekspozycji pożarowej. Stosuje się je przy zabezpieczeniu dróg ewakuacyjnych, gdyż wiadomo, że potencjalne zagrożenie jest od zewnętrznej strony ewakuacyjnej.

Strop o odporności ogniowej 1 godziny

Rysunek 80 przedstawia trop o odporności ogniowej 1 godziny i dobrych właściwościach akustycznych. Dobre tłumienie dźwięków zapewnia masa zarówno wylewki jak i dwóch warstw poszycia płytą gipsowo-kartonową. Dodatkowo przestrzeń między belkami może być wypełniona izolacją akustyczną, która dodatkowo zwiększa tłumienie widma dźwiękowego, ma jednak niewielki wpływ na odporność ogniową.

Określa się również odporność ogniową membran sufitowych w sufitach podwieszonych. Odporność ta wynosi 30 min. dla pojedynczej warstwy płyty Typu GKF o grubości 15 mm; 45 min. dla dwóch warstw o grubości 12,5 mm każda i 60 min. dla dwóch warstw o grubości 15 mm. W odróżnieniu od stropów, membrany sufitowe nie przenoszą obciążeń poza ciężarem własnym

Dla ograniczenia rozprzestrzeniania się ognia zastawki ogniowe należy stosować;

– na oczepie ściany, pomiędzy belkami stropowymi prostopadłymi do ściany działowej rozdzielającej pomieszczenia – dla ograniczenia rozprzestrzeniania się ognia pomiędzy sąsiednimi pomieszczeniami

Zastawki ogniowe na ścianie wewnętrznej.

– w ścianach o konstrukcji balonowej na wysokości podłogi piętra – dla ograniczenia rozprzestrzenienia się ognia z parteru na wyższą kondygnację,

Zastawki ogniowe w ścianach o konstrukcji balonowej

– w ścianach, wzdłuż policzków schodowych  – dla ochrony klatki schodowej i ograniczenia rozprzestrzenienia się ognia z parteru na wyższą kondygnację,

– wokół otworów (pionowych przejść przez elementy konstrukcji) kominów, nawiewów, rur, przewodów, kabli i przewodów – dla ograniczenia rozprzestrzenienia się ognia z parteru na wyższą kondygnację,

Należy także zwrócić uwagę na blokowanie dostępu ognia do przestrzeni dachowej, gdyż pożar w takich przestrzeniach jest bardzo trudny do ugaszenia i często prowadzi do utraty budynku. Jedna z dróg przedostania sie pożaru do przestrzeni dachu jest okap nad oknem, z otworami wentylacyjnymi w dolnej powierzchni okapu.  Wystarczającym zabezpieczeniem jest płyta drewnopochodna o grubości 10 mm.

W przypadku budowy komina z cegły grubości 1/2 cegły, tj. grubości 12 cm, przylegającego do nieosłoniętych drewnianych elementów konstrukcji, osłonięcie tych elementów np. potrójną płytą gipsowo-włóknową grub. 12,5 mm (3 x 12,5 = 37,5 mm) spełni wymagania rozporządzenia w zakresie zachowania odległości przewodów spalinowych i dymnych od nieosłoniętych, łatwo zapalnych elementów konstrukcji budynku.

Przy stosowaniu kominów systemowych należy przestrzegać zaleceń producenta.