Odporność na uderzenia elementów oddzieleń pożarowych. Przykład obliczeniowy dla stropu oddzielenia przeciwpożarowego

Dział: STREFA PROJEKTANTA i RZECZOZNAWCY Autor: Bartosz Gościński Zgodnie z Prawem budowlanym [1] bezpieczeństwo pożarowe obiektów budowlanych należy zapewnić na każdym etapie ich wznoszenia, od projektowania po budowę. O szczegółach stanowią przepisy techniczno-budowlane [2], stawiające szereg wymagań, które należy spełnić – m.in. w zakresie odporności ogniowej elementów budynku, w tym oddzieleń przeciwpożarowych. Niniejszy artykuł porusza kwestię zachowania nośności ogniowej, czyli zdolności elementu konstrukcji budowlanej do opierania się oddziaływaniu ognia przez określony czas, bez utraty stabilności konstrukcyjnej [3]. Analizie zostanie poddane szczególne wymaganie zawarte w załączniku krajowym do normy PN-EN 1991-1-2 [4], mianowicie konieczność rozpatrywania wyjątkowych sytuacji obliczeniowych: oddziaływanie w czasie pożaru uderzeń w elementy nośne budynku na skutek zniszczenia elementów konstrukcyjnych lub/i ciężkich maszyn, na przykładzie stropu dzielącego budynek na strefy pożarowe. UDERZENIE JAKO ODDZIAŁYWANIE MECHANICZNE Norma PN-EN 13501-2 [3] opisuje zachowanie parametrów odporności ogniowej elementów budynku w zetknięciu z czynnikami tę odporność niszczącymi. Pośród nich wskazano istotną dla niniejszego wykładu klasyfikację uzupełniającą: oddziaływanie mechaniczne M. Jest to zdolność elementu konstrukcyjnego do oparcia się uderzeniu od zniszczonego pożarem innego elementu składowego konstrukcji. Aby uzyskać uzupełniającą klasyfikację M, element powinien wytrzymać uderzenie wcześniej ustalonej siły, dokonane wkrótce w czasie klasyfikacyjnym odporności ogniowej, to jest założonego spełnienia parametru R, E i/lub I. Powyższa grafika (rys. 1) przedstawia przykładową halę o stalowej konstrukcji dachu, niezabezpieczonej ogniochronnie, pod którą docelowo znajdować się będzie przestrzeń oddzielona pożarowo od reszty obiektu. W przypadku pożaru elementy stalowej konstrukcji dachu spadają na niżej zlokalizowany strop – w naszym przykładzie będący oddzieleniem przeciwpożarowym. Rozwiązanie problemu dla ograniczonej grupy przypadków wskazuje norma [5]. Zawarto w niej procedurę badania uderzeniowego, która, zakończona sukcesem, zapewnia uzyskanie przez element budynku uzupełniającej klasyfikacji M. W tym badaniu energię uderzenia uzyskuje się przez wahadłowe opadnięcie worka wypełnionego śrutem ołowianym. Norma wymusza przeprowadzenie jednostkowego badania dla każdoczesnego rozwiązania technicznego. Istnieją jeszcze inne rozwiązania spełnienia uzupełniającej klasyfikacji M: można posłużyć się metodami tabelarycznymi zawartymi w normach [6] oraz [7] i uniknąć konieczności wykonywania pełnej procedury badawczej, mimo że wspomniane normy wyraźnie odwołują się do procedury badawczej z normy [5]. Niestety, wszystkie wyżej wskazane normy odnoszą się wyłącznie do ścian budynków. SIŁA UDERZENIA WEDŁUG EUROKODU O uderzeniu, rozumianym jako oddziaływanie siły, informacje można znaleźć w PN-EN 1991-1-7 [8] – co więcej, norma ta dotyczy również stropów. Zarazem określa dwie metody oszacowania siły uderzenia dla obliczeń konstrukcyjnych: doświadczalnej analizy dynamicznej, która jest metodą pełną oraz statycznej siły równoważnej, będącej obliczeniową metodą uproszczoną. Niezależnie od zastosowanej metody konieczna jest znajomość zagadnienia sztywności konstrukcji. W najprostszym ujęciu sztywność konstrukcji to jej zdolność do przeciwstawiania się odkształceniom. Wyróżniamy m.in. sztywność osiową (zdolność konstrukcji do przeciwstawiania się wydłużeniu/skróceniu przy oddziaływaniu sił osiowych), sztywność giętną (zdolność konstrukcji do przeciwstawiania się ugięciu przy oddziaływaniu momentów zginających) itd. Sztywność układu wpływa bezpośrednio na generowane w nim siły wewnętrzne spowodowane uderzeniem. Im większa sztywność zderzających się elementów, tym krótszy czas kontaktu i większa siła uderzenia. Im mniejsza sztywność układu, tym dłuższy czas trwania impulsu uderzenia i mniejsza siła uderzenia. Warto również wspomnieć o sprężystości, czyli zdolności materiału do całkowitego odzyskania pierwotnego kształtu i wymiarów po ustaniu obciążenia oraz o plastyczności, czyli jego zdolności do ulegania trwałym, nieodwracalnym odkształceniom pod wpływem obciążenia. […]