Zabezpieczenia przeciwpożarowe konstrukcji stalowych

Konstrukcje stalowe stanowią jeden z podstawowych elementów współczesnego budownictwa. Dzięki wysokiej wytrzymałości, możliwości prefabrykacji oraz stosunkowo niewielkiej masie własnej znajdują szerokie zastosowanie w obiektach przemysłowych, halach magazynowych, budynkach biurowych czy obiektach użyteczności publicznej. Pomimo wielu zalet, stal jako materiał konstrukcyjny posiada istotną wadę – jest bardzo wrażliwa na działanie wysokiej temperatury.

W warunkach pożaru stal traci swoje właściwości mechaniczne, w szczególności nośność i sztywność. Już przy temperaturze rzędu 450 – 550°C dochodzi do znacznego obniżenia wytrzymałości materiału, co może prowadzić do deformacji, a w konsekwencji do katastrofy budowlanej. Z tego względu konieczne jest stosowanie odpowiednich zabezpieczeń przeciwpożarowych, których zadaniem jest opóźnienie nagrzewania się elementów stalowych oraz zapewnienie wymaganej odporności ogniowej konstrukcji.

Cel stosowania zabezpieczeń ppoż. konstrukcji stalowych

Podstawowym celem zabezpieczeń ogniochronnych stali jest wydłużenie czasu, w którym konstrukcja zachowuje swoją nośność podczas pożaru. Osiąga się to poprzez zastosowanie materiałów izolacyjnych, które ograniczają przepływ ciepła do elementów konstrukcyjnych.

Zabezpieczenia przeciwpożarowe spełniają kilka kluczowych funkcji:

• opóźniają wzrost temperatury stali,
• zapewniają utrzymanie nośności konstrukcji przez określony czas (np. R30, R60, R120),
• umożliwiają bezpieczną ewakuację użytkowników budynku,
• ograniczają straty materialne i ułatwiają akcję ratowniczą.

W praktyce zabezpieczenia te stanowią element biernej ochrony przeciwpożarowej.

Rodzaje zabezpieczeń konstrukcji stalowych

W budownictwie stosuje się trzy podstawowe grupy zabezpieczeń przeciwpożarowych konstrukcji stalowych:

Farby ogniochronne do stali – ich działanie polega na tym, że pod wpływem temperatury powłoka zaczyna pęcznieć, zwiększając swoją objętość i tworząc warstwę izolacyjną chroniącą stal. Największą zaletą tego rozwiązania jest przede wszystkim estetyka – zabezpieczona konstrukcja zachowuje swój pierwotny wygląd i może być eksponowana. Z odpowiednimi powłokami podkładowymi i nawierzchniowymi, farby pęczniejące mogą być stosowane zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz obiektów.

Przykładem takich rozwiązań są systemy farb ogniochronnych Nullifire, stosowane do zabezpieczania stali w obiektach wymagających określonej klasy odporności ogniowej oraz skutecznej ochrony przeciwpożarowej konstrukcji.

Natryski ogniochronne – ich działanie polega na wytworzeniu na powierzchni elementów stalowych warstwy izolacyjnej o niskiej przewodności cieplnej w przypadku wystąpienia pożaru. Materiał nanoszony jest metodą natrysku, który tworzy porowatą strukturę ograniczającą przepływ ciepła do chronionego elementu. Grubość warstwy natrysku dobierana jest w zależności od wymaganej klasy odporności ogniowej oraz parametrów geometrycznych elementu, takich jak współczynnik masywności.

Przykładem natrysków ogniochronnych są Perlifoc HP oraz Perliwool, które umożliwiają uzyskanie wysokich klas odporności ogniowej oraz równomierne zabezpieczenie elementów konstrukcyjnych.

Płyty ogniochronne – służą do obudowywania elementów stalowych. Tworzą one trwałą barierę ograniczającą przepływ ciepła do konstrukcji. Istotnymi zaletami tego systemu są m.in. bardzo wysoka odporność ogniowa (nawet do R240) oraz wysoka trwałość i odporność mechaniczna.

Przykładem takiego rozwiązania są płyty A1 COREX, stosowane do zabezpieczania słupów i belek stalowych w obiektach o wysokich wymaganiach przeciwpożarowych.

Dobór odpowiedniego rodzaju zabezpieczenia

Dobór odpowiedniego systemu zabezpieczenia przeciwpożarowego jest procesem złożonym i wymaga analizy wielu czynników projektowych. Do najważniejszych należą:

• Wymagana klasa odporności ogniowej – określa czas, przez jaki konstrukcja musi zachować nośność w warunkach pożaru (np. R30, R60, R120).
• Temperatura krytyczna stali – jest zależna od poziomu obciążenia elementu i wpływa na grubość zabezpieczenia. Powinna zostać obliczona przez projektanta. Grubość zabezpieczenia zależy od tego, jak szybko stal osiągnie swoją temperaturę krytyczną – im temperatura wyższa, tym później to nastąpi, więc zabezpieczenie może być cieńsze.
• Współczynnik masywności (U/A) – parametr określający szybkość nagrzewania elementu – wraz ze wzrostem jego wartości konieczne jest zastosowanie większej grubości zabezpieczenia ogniochronnego, niezależnie od wybranej technologii (farby, natrysku lub płyt).
• Warunki środowiskowe – dobór systemu zależy od tego, czy konstrukcja jest narażona na wpływ warunków atmosferycznych, na przykład promieniowania UV, opadów itd. oraz od agresywności środowiska.
• Wymagania architektoniczne – dobór systemu zależy od przeznaczenia obiektu oraz założeń przyjętych przez projektanta, który określa wymagania w zakresie odporności ogniowej, sposobu użytkowania konstrukcji oraz jej ekspozycji.

Należy również podkreślić, że dobór zabezpieczenia przeciwpożarowego zależy od rodzaju zabezpieczanego elementu. Odmienne rozwiązania stosuje się dla konstrukcji stalowych, a inne dla elementów wykonanych z materiałów palnych, takich jak drewno.

Kompleksowa analiza powyższych czynników na etapie projektowym pozwala na dobór optymalnego systemu zabezpieczenia przeciwpożarowego, adekwatnego do funkcji obiektu, warunków jego użytkowania oraz charakterystyki konstrukcji.

Autor: Marta Piekarniak
Starszy specjalista Działu Wsparcia Technicznego