„AST Sandwich Panels“ − konstrukcinės plokštės: sisteminė analizė ir pritaikymas

Projektuojant ugniai atsparias konstrukcijas, visi naudojamų medžiagų techniniai parametrai labai svarbūs, bet, kita vertus, nedegios medžiagos mažai ko vertos, jei neteisingai įrengiamos ar netinkamai vykdomas jų sisteminis pritaikymas (apie tai rašėme pirmajame žurnalo „Architektūra. Projektavimas. Statyba“ numeryje).

Gaisrinė apkrova Anksčiau buvo trumpai aptartas konstrukcinių plokščių priskyrimas vienai ar kitai klasei, taip pat pateiktos pirminės sąvokos ir rekomendacijos, į kurias reikia atsižvelgti, vykdant statinių tūrių ir plotų tvarkymo darbus, derinant technologinius procesus ir organizuojant darbuotojų ar lankytojų srautus.

Kitas svarbus dokumentas, kuriuo reikia vadovautis, – Statybos techninis reglamentas STR2.01.04:2004 „Gaisrinė Sauga“. Remdamiesi šiuo dokumentu, bandysime išsiaiškinti reglamente keliamų reikalavimų santykį su pasirenkamomis konstrukcinėmis plokštėmis. Statinio konstrukcijos apibūdinamos pagal atsparumą ugniai ir degumą, o atsparumas ugniai – pagal statinio sudedamųjų dalių gebėjimą gaisro metu tam tikrą laiko tarpą išlaikyti apkrovas – R, vientisumą (sandarumą) – E ir izoliacines ypatybes – I. Statinių atsparumas ugniai dažnai lyginamas su ugnies kilimo (augimo) greičiu, išreikštu t (min). Įvedama sąvoka „gaisrinė apkrova“. Statinio gaisrinė apkrova nustatoma įvertinant jo patikimumą ir apskaičiavus galintį išsiskirti šilumos kiekį, sudegus visoms gaisro zonoje esančioms medžiagoms ir statybinėms konstrukcijoms.

Pavyzdys

Taigi pasinaudokime paprastu pavyzdžiu ir pastaruoju metu dažnai statomoms sandėliavimo patalpoms parinkime konstrukcines plokštes. Sakykime, 40 x 40 x 5 sandėlio sienų plotas yra 800 m2, o stogas sudaro 1 600 m2, taigi bendras plotas būtų 2 400 m2. Naudojant 100 mm storio plokštes, medžiagos kiekis atitinkamai sudarytų 240 m3. Naudojant akmens vatos plokštes ir sandėliui esant tuščiam, gaisrinė apkrova būtų: [240 m³ x 90 kg/m³ x 0,8 MJ/kg]/1 600 m², kur 90 − medžiagos tankis, 0,80 – medžiagos šilumingumas pagal EN ISO 1716.

Taigi gaisrinė apkrova būtų nuo 10 iki 20 MJ/m2, nelygu organinių medžiagų kiekis ir tankis. Tokio paties sandėlio, kuriam būtų naudotos politireninio putplasčio (EPS) plokštės, gaisrinė apkrova būtų: 300 MJ/m² = [240 m³ x 50 kg/m³ x 40 MJ/kg]/1 600 m². Sandėlio iš EPS plokščių gaisrinė apkrova yra nuo 15 iki 30 kartų didesnė nei iš akmens vatos plokščių. Turime atsižvelgti ir į tai, ką sandėliuosime, taigi nustatome sandėlio turinio įtaką. Jei ji nežinoma, tada sandėliams teoriškai skaičiuotina gaisrinė apkrova yra 1 000 MJ/m2. Pirmuoju atveju – sandėliui su akmens vata – gaisrinė apkrovos kategorija yra antra, o antruoju − pirma. Pagal galimas gaisrines apkrovas nustatome leidžiamą statinio gaisrinio pavojingumo klasę ir konstrukcijų gaisrinio pavojingumo klasę. Statinio konstrukcijos pagal gaisrinį pavojingumą skirstomos į keturias klases: K0, K1, K2 ir K3. Nagrinėtu paprastu atveju konstrukcijų gaisrinio pavojingumo klasė yra K0 ir pirmos lentelės nuorodose (STR 2.01.04:2004) matome keliamus reikalavimus medžiagai arba statinio priklausomybę nuo statybos produktų degumo klasės su nuoroda į A2–s1, d0.

Išvada: žinodami, kad sandėlio turinio galima gaisrinė apkrova sieks, pvz., 1000 MJ/m2 (atitinka 25 kg malkų), sienų ir denginių konstrukcijos turi būti ne mažesnės nei A2–s1, d0 arba atskiru atveju B–s1, d0.(pvz., metalo sandėlys)

Ar tai svarbu?

Įvertinus tai, kas paminėta, ir siekiant išvengti klaidų, nereikėtų užmiršti, kad:

• geriau kaskart atlikti minėtuosius skaičiavimus, kad būtų įsitikinta, jog plokštės tinka konkrečiomis sąlygomis;
• EPS ir PUR (poliuretano putų) plokščių papildoma gaisrinė apkrova gali daryti rimtą įtaką viso statinio planui, nes bus skirstoma į mažesnes zonas, ar didinti savikainą dėl įrengiamų papildomų gesinimo priemonių;
• konstrukcijų gaisrinės apkrovos santykis su turinio gaisrine apkrova gali padidėti iki 30 proc., kas reiškia, kad plokščių parinkimas išlieka vienu iš svarbiausių veiksnių ir netgi keičiant sandėliuojamas medžiagas gali kisti statinio gaisrinio pavojingumo klasė;
• sužinoti, koks putokšlis naudojamas PUR plokštėms: CO2, pentano ar HFC tipo dujos, didina gaisrinę apkrovą;
• jei medžiaga nežinoma ar nėra techninių duomenų, rekomenduojama atlikti laboratorinius tyrimus ir nustatyti šilumingumą;
• pastaruoju metu PIR (poliizocianuratas) buvo įteisintas kaip nedegus produktas Didžiojoje Britanijoje ir sertifikuotas LPCB/FM.

Reikalingi sprendimai

Visais be išimties atvejais sienų ir stogo konstrukcijos neturi dalyvauti degimo procese. Tokių konstrukcijų paskirtis yra stabdyti ugnies plitimą ir nesuirti tol, kol nesuyra atraminis karkasas. Pagrindine spęstina problema tampa karkaso apsauga ir techniniai tokių plokščių tvirtinimo sistemų sprendimai. Šiuolaikiniuose lengvuose statiniuose dažniausiai naudojamas mechaninis (varžtinis) tvirtinimas, taigi ir jų tvirtinimo kokybė ypač svarbi.

Keturi ugnies plitimo etapai

Bet kokia konstrukcija, taigi ir ugniasienės ar kitos skiriamosios sienos, veikiamos karščio deformuojasi.

Žinant pasirinktos konstrukcijos parametrus, galima imituoti būsimas temperatūrines deformacijas ir konstrukcinius plokščių pokyčius.

Be kitų deformacijų, skiriami keturi plokščių deformaciniai pakitimai. Dėl atsirandančių papildomų skaičiuotinų konstrukcijų apkrovų rekomenduojama įrengti tik dviatrames, vienaanges ugniasienes, tvirtinamas lanksčiai. Labiausiai taikytinas vertikalus plokščių montavimo būdas.

1. Eksploatuojant plokštės ugniasienė remiasi į atraminę konstrukciją. Atramą veikia tik vertikali plokščių svorio apkrova. Ugniasienių negalima kitaip suvaržyti ar fiksuoti prie jų papildomų krūvių. Tokiomis sąlygomis įrengtai sienai skaičiuojama 30 kg/m2 išskirstyta apkrova, atsirandanti tiek montuojant, tiek ir eksploatuojant. Tokios ugniasienės vadinamos pasyviosiomis ir naudojamos kaip atitveriamosios konstrukcijos su joms taikomais reikalavimais. Ugniasienių viršutinis mazgas įrengiamas paslankiai.

2. Kilus gaisrui, per pirmąsias tris–penkias minutes ugniasienės deformacijos dėl šilumos efekto bus nukreiptos ugnies šaltinio link. Sparčiai kylant temperatūrai, klijų sluoksnis sudega, padidindamas gaisrinę apkrovą, ir plokštės praranda laikomąją galią. Esant tinkamai įrengtam viršutiniam mazgui, plokščių plieniniai lakštai pakimba. Tuo metu svarbu, kad sandūros siūlės būtų maksimaliai sandarios ir neleistų ugniai pereiti per sandūras. Šioje stadijoje plokščių svorio apkrova perduodama viršutiniam konstrukcijos mazgui, taigi čia ir atsiskleidžia konstruktoriaus sugebėjimas skaičiuoti papildomas apkrovas ir užtikrinti sandarumą.

3. Išsisluoksniavus plokštei ir atsiskyrus vidiniam plokštės lakštui, pati ugniasienė grįžta į pirminę vertikalią padėtį. Šios gaisro stadijos metu, degant plastikui, klijų pagrindui ir organiniams rišikliams, išsiskiria nuodingos dujos. Kai kurių gamintojų naudojamų medžiagų sudėtyje yra padidintas organinių rišiklių kiekis. Tokios plokštės klasifikuojamos pagal Bs2, d0 klasę.

4. Paskutinėje veiklos stadijoje dėl kylančios temperatūros plokščių deformacija nukreipta į priešingą ugnies židiniui pusę. Tai pats svarbiausias etapas, dar vadinamas aktyviuoju. Dabar papildomų apkrovų jau neatsiranda, nebėra tarpuatramio įtakos, sumažėja toksinių dūmų išsiskyrimas. Besideformuojanti plokštė, krypstanti priešinga kryptimi, dar labiau užspaudžia sandūras ir taip stabdo galimus ugnies pliūpsnius pro plokščių sandūras į priešingą pusę. Čia svarbiausia izoliacinės medžiagos storis ir plokščių siūlių konfigūracija, neleidžianti įkaisti plieno lakštams kitoje pusėje, kur temperatūra gali siekti iki 150–180 °C. Kas atsitinka, jei buvo „pataupyta“ renkantis izoliacinės medžiagos storį? Pakilus temperatūrai, izoliacinis sluoksnis neužtikrina temperatūros kritimo ir visiškai išsisluoksniuoja plokštė bei atsiskiria antras lapas, iškrinta izoliacinė medžiaga ir ugnis persimeta į kitas patalpas.

Pamokos

Pamokos dažniausiai būna skaudžios ir teisingos tik ta prasme, kad suvokiama, jog kompromisai negalimi. Tik bendromis konstruktorių, montuotojų ir gamintojų pastangomis įmanoma užtikrinti pastato funkcionalumą.

Jau rengiant projektą turi būti nusprendžiama, kokie keliami reikalavimai, kokios medžiagos atitinka tuos reikalavimus, kokie reikalavimų ir sprendimų įgyvendinimo būdai. Ugniasienių atveju svarbūs trys veiksniai: tinkamai parinktos plokštės, jų įrengimas ir adekvatus atraminių konstrukcijų apsaugojimo laipsnis. Jokia ugniasienė nesustabdys plintančios liepsnos, jei nors vienas minėtųjų veiksnių neatitiks reikalavimų. Ir dar – visada reikia numatyti ugnies pavojų iš abiejų sienos pusių, taigi nėra svarbių ir nesvarbių sudedamųjų dalių.

Konstrukcijų apsauga

Norint tikrai užtikrinti statinio stabilumą ir atsparumą ugniai, svarbu pagalvoti ir apie atramines konstrukcijas. Nors esama daugybės būdų, kaip apsaugoti konstrukcijas – nuo torkreto iki dažymo, dar kartą tai iliustruosiu paprasto mazgo pavyzdžiu. Numatomas apsauginio sluoksnio storis > 40 mm, kas atitiktų EI180 reikalavimus.

Visi tvirtinimo elementai – tik plieniniai, o jų tvirtinimo vietos apsaugotos nuo temperatūros poveikio.

Pakabinamosios lubos

Pakabinamosios lubos, skirtingai nei sienos, veikiamos tik iš vidinės pusės (3 pav.). Gaisro atveju lubų konstrukcijai būdingi tokie patys procesai, kaip ir sienoms, skirtumas tik tas, kad atraminės konstrukcijos nuolat apkrautos plokščių svoriu. Norint padidinti laikomąją galią, kitoje lubų pusėje kartais montuojamas ištisinis profiliuotas paklotas, perimantis išsisluoksniavusių plokščių svorį ir neleidžiantis atsiverti sandūroms. Tokia konstrukcija klasifikuojama kaip REI60 arba REI120.

Papildoma gera pakabinamųjų lubų ypatybė – nereikia apsaugoti santvarinių konstrukcijų, tuo pačiu galima mažinti stogo šilumos izoliacijos storį ar jos net atsisakyti. Sumažėjus erdvei, pastatui šildyti reikės mažesnių energetinių sąnaudų, o techninėms patalpoms įrengti ar komunikacijoms perkelti puikiausiai tinka susiformavusi erdvė.

Vytautas Narutavičius,
„Paroc Panel System Oy Ab“ Rytų Europos regiono direktorius  

2005 m. Ruduo