Odporność ogniowa konstrukcji drewnianych

Temat stale budzący zdziwienie i początkowo brak wiary u większości osób, z którymi spotykamy się podczas pracy zawodowej czy w życiu prywatnym. Zarówno projektanci, inwestorzy, kierownicy budów jak i inspektorzy nadzoru nadal w sporej mierze nie do końca znają i rozumieją kwestię, jaką jest odporność ogniowa konstrukcji drewnianych. Postaramy się tym artykułem nieco przybliżyć temat.

Analizując główne materiały używane do wznoszenia konstrukcji obiektów (stal, beton, drewno, ceramika, aluminium) jedynym palnym jest drewno. Bez wątpienia jest to przyczyną powszechnego zdania, że nie może ono posiadać odporności ogniowej samo w sobie. Okazuje się jednak, że drewno może posiadać stosunkowo wysoką oraz łatwą do osiągnięcia w porównaniu z innymi materiałami odporność ogniową. Odporność ogniowa konstrukcji drewnianych zależy jednak od kilku czynników – zapraszamy zatem do lektury.

Czym jest owa odporność ogniowa konstrukcji drewnianych?

Jest to zdolność elementu konstrukcyjnego do spełnienia określonych funkcji w warunkach pożaru w określonym czasie. Oznaczeniem odporności ogniowej jest symbol „R”, a czasu odpowiednie wartości np. „15”, „30” itd. W efekcie otrzymujemy parametry R15, R30 itp. Drewno również zachowuje się w pożarze w sposób znacznie bardziej przewidywalny niż inne materiały, np. stal. Warte podkreślenia jest, iż nieco inaczej pod obciążeniem ogniowym zachowuje się drewno lite oraz np. klejone warstwowo. To drugie dzięki chociażby bardziej regularnemu kształtowi, mniejszym pęknięciom, gładkim powierzchniom spala się nieco wolniej oraz bardziej równomiernie i przewidywalnie.

Natomiast dzięki znacznie większym przekrojom możliwym do uzyskania daje nam więcej czasu podczas obciążenia ogniowego. Istotną informacją dotyczącą odporności ogniowej jest fakt, iż jest to wartość PROJEKTOWANA według obowiązującego aktualnie Eurokodu. Na podstawie odpowiednich obliczeń uwzględniających warunki pożaru oraz odpowiedni układ obciążeń, nośności drewna jesteśmy w stanie zaprojektować konstrukcję drewnianą o niezbędnej dla danego projektu odporności ogniowej.

Jak to się dzieje, że możliwe jest uzyskanie odporności ogniowej drewna?

Wszystko głównie dzięki procesowi pirolizy – w wyniku działania ognia na drewnie wytwarza się zwęglona warstwa, która przyrasta wraz z czasem trwania pożaru. Warstwa ta ogranicza dopływ tlenu, izoluje rdzeń elementu przed szybkim wzrostem temperatury. Ten proces pozwala drewnu zachować się w sposób przewidywalny w przeciwieństwie np. do stali, która pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury momentalnie się uplastycznia i następuje awaria konstrukcji.

Niesamowicie dynamiczny jest w ostatnich latach rozwój wysokościowych budynków o konstrukcji drewnianej. Jak powszechnie wiadomo, budynki takie muszą spełniać najwyższe wymagania w kwestii odporności ogniowej oraz przeciwpożarowe. Jest to namacalnym i bezpośrednim potwierdzeniem, iż oprócz oczywistych przewag jak np. trwałość, akumulacja CO2, czas budowy, wysoka izolacyjność termiczna, drewno może charakteryzować się bardzo wysoką odpornością ogniową. Oczywiście mowa tutaj o odpowiednich komponentach drewnianych typu belki z drewna klejonego warstwowo o odpowiednich przekrojach, masywne elementy ścian oraz stropów np. HBE, CLT.

Jak zaznaczyłem na wstępie, w celu uzyskania odpowiednich parametrów element drewniany musi cechować się odpowiednimi przekrojami. Dodatkową ciekawostką może być fakt, iż blokadą rozwoju nowych technologii są np. nie nadążające za rozwojem przemysłu przepisy, które jeszcze do niedawna np. w Stanach Zjednoczonych ograniczały budownictwo drewniane do 4 kondygnacji. Dziś jesteśmy już świadkami niejako wyścigu w budowaniu coraz wyższych obiektów o konstrukcji w całości lub w dużej części drewnianej.

Kilka przykładów obrazujących ten dynamiczny rozwój:

1. Rok 2009 – najwyższy drewniany budynek na Świecie – apartamentowiec w Londynie, 9 pięter, 30 metrów wysokości. Zdjęcie nr 1.
2. Rok 2015 – oddanie do użytku 14 piętrowego (49m wysokości) apartamentowca w Bergen/Norwegia. Zdjęcie nr 2.
3. Rok 2017 – ukończenie realizacji 18-piętrowego (53 m wysokości) akademika w Vancouver/Kanada. Konstrukcja mieszana – szyby windowe żelbetowe, pozostała konstrukcja drewniana. Budowa była możliwa dzięki specjalnie uzyskanemu odstępstwu od obowiązujących przepisów. Zdjęcie nr 4.
4. Aktualnie w budowie są m. in. dwa kolejne ciekawe obiekty: – Hoho Viena Tower w Austrii: 84m wysokości, w całości drewniana konstrukcja. Po ukończeniu stanie się kolejnym rekordzistą Świata w wysokości mieszkalnych budynków drewnianych. Planowane ukończenie w 2018 roku. – Mjøstårnet w Norwegii: 18 pięter, 81m, ukończenie w 2018r.
5. We wstępnej fazie projektowania jest kolejny rekordzista, który podnosi poprzeczkę znacznie wyżej… 300m wysokości.

Powyższe przykłady nie pozostawiają złudzeń, iż rozwój nowych technologii drewnianych stał się już faktem. Jedną z głównych przyczyn jest oczywiście odporność ogniowa konstrukcji drewnianych i masywnych elementów drewnianych. Wiele Światowych autorytetów okrzyknęło już jakiś czas temu XXI wiek wiekiem konstrukcji drewnianych (po XIX wieku zdominowanym przez stal oraz XX wieku betonu).

Kolejne dwa parametry ogniowe w temacie odporność ogniowa konstrukcji drewnianych, to: szczelność ogniowa (E) oraz izolacyjność ogniowa (I). Postaramy się zająć tymi tematami w kolejnych artykułach.

inż. Jakub Przepiórka
Konstruktor
jakub@glulam.pl