Zagrożenie pożarowe wynikające z użycia do obudowy hal płyt warstwowych, których rdzeń izolacyjny jest palny, jest bardzo duże.

Oddziaływanie pożarowe jest realnym zagrożeniem bez­pieczeństwa obiektu, które stanowi przede wszystkim niebezpie­czeństwo dla ludzi, a także powstania strat materialnych. Dlatego w we­ryfikacji niezawodności konstrukcji, analizując stan graniczny nośności, należy badać nie tylko kryteria bezpie­czeństwa związane z wytrzymałością w normalnych warunkach użytkowa­nia, ale też wymagania odporności ogniowej [7, 9]. Ponadto wg [7] stany graniczne nośności odnoszą się do bezpieczeństwa ludzi i (lub) bezpie­czeństwa konstrukcji, a w niektórych okolicznościach także dotyczą ochro­ny zawartości obiektu. Niewłaściwe lub błędne zaprojektowanie ognioodporności konstrukcji budynku lub (i) nieuwzględnienie w projekcie ochrony zawartości budowli w warunkach po­żaru może być przyczyną bardzo du­żych strat materialnych. Bezpieczeń­stwo pożarowe jest więc wymogiem podstawowym, który musi spełniać obiekt budowlany.

Omówione zostaną badania nośności konstrukcji dachu hali produkcyjno-magazynowej uszkodzonej w wyni­ku pożaru oraz sposób jego naprawy [1,3]. Pożar hali spowodował nie tylko zniszczenie konstrukcji nośnej dachu hali i uszkodzenie ścian, ale przede wszystkim całkowite zniszczenie kosztownych urządzeń produkcyjno-technologicznych. Duże straty ma­terialne wynikały z nieuwzględnienia w projektowaniu hali potrzeby zagwa­rantowania, oprócz przede wszystkim bezpieczeństwa ludzi i konstrukcji, również bezpieczeństwa zawartości budynku oraz przyległego otoczenia (dużego kompleksu leśnego). Hala służyła do produkcji paliw alterna­tywnych (materiałów łatwopalnych) i przylegała bezpośrednio do lasu (fot. 1, 2). W związku z tym należało za­chować szczególnie wysokie standar­dy bezpieczeństwa pożarowego tego obiektu. Zastosowanie tylko biernego zabezpieczenia przeciwpożarowego stalowych belek i płatwi przez poma­lowanie ich farbą pęczniejącą (która spowalnia tempo nagrzewania stali) okazało się niewystarczające. W tym przypadku należało rozważyć użycie środków czynnej ochrony przeciwpo­żarowej, które obejmują montaż czuj­ników, alarmów i instalacji tryskaczowych umożliwiających wykrycie ognia lub dymu i stłumienie pożaru w jego najwcześniejszej fazie (zapłonu). Na­leży nadmienić, że w trakcie akcji gaśniczej, w związku z zagrożeniem przeniesienia się ognia na las, rozważano odstąpienie od gaszenia pożaru hali i przyjęcie za priorytet bezpie­czeństwa pożarowego lasu.

 

Fot. 1 Hala po pożarze


Fot. 2 Konstrukcja nośna dachu hali po pożarze

 

Opis konstrukcji hali

Schemat stalowej konstrukcji nośnej dachu badanej hali produkcyjno-magazynowej pokazano na rys. 1. Jest to dach jednospadowy, o pochyleniu połaci równym 8%. Jego szerokość w rzucie wynosi 15,7 m, a długość 94,6 m. Dach hali opiera się na żel­betowej konstrukcji wsporczej (słupowo-ryglowej, z wypełnieniem z blocz­ków gazobetonowych).

Obiekt składa się z części produkcyj­nej długości ok. 63,6 m (między osiami 6'-21') oraz części magazynowej dłu­gości ok. 31,0 m (między osiami 0'-6'). Część produkcyjna hali jest oddzielona od części magazynowej wewnętrzną ścianą z bloczków betonu komórkowe­go, usytuowaną w osi 6'.

Głównymi dźwigarami nośnymi dachu hali są jednoprzęsłowe belki stalowe B1 i B2, o rozpiętości ok. 15,7 m. Belki B1 zaprojektowano z dwuteowników szerokostopowych HEB 450, belki B2 zaś z dwuteowników nor­malnych I450. W polach między osia­mi 10'-18' ich rozstaw wynosi 3 m. W pozostałych osiach (0'-10‘ i 18'- 21') rozstaw belek jest równy 6,0 m. Belki B1 i B2 oparto na konstrukcji wsporczej za pośrednictwem stalo­wych blach-podkładek.

Konstrukcję wsporczą pokrycia da­chowego hali stanowią płatwie P1 i P2 z rur prostokątnych. Zaprojek­towano je jako wieloprzęsłowe bel­ki ciągłe. Płatwie P1, o rozpiętości przęseł 6 m, zaprojektowano z rur prostokątnych 140 x 80 mm, pła­twie P2, o rozpiętości przęseł 3 m, przyjęto zaś z rur prostokątnych 80 x 40 mm. Rozstaw płatwi P1 oraz P2 wynosi 3 m. Oparto je bezpośrednio na pasach górnych belek B1 i B2. Są one przyspawane obwodową spoiną pachwinową do pasów górnych belek B1 i B2.

W konstrukcji dachu hali nie zastoso­wano prętowych stężeń połaciowych poprzecznych.

Stalową konstrukcję nośną dachu (płatwie P1 i P2 oraz belki B1 i B2) zabezpieczono przed oddziaływaniem ognia przez pomalowanie powłokami ogniochronnymi.

Na pokrycie dachu hali zastosowa­no płyty warstwowe o okładzinach z blach stalowych oraz izolacji z pianki poliuretanowej. Połączono je wkręta­mi samowiercącymi („długimi" - do płyt warstwowych) z rurowymi płatwiami P1 i P2.

 

Rys. 1 Schemat konstrukcji nośnej hali produkcyjno-magazynowej

 

Identyfikacja uszkodzeń konstrukcji dachu po pożarze

W wyniku pożaru (24 maja 2011 r.), który powstał na początku linii pro­dukcyjnej paliw alternatywnych w hali produkcyjnej (w polu między osia­mi 19'-20'), doszło do uszkodzenia konstrukcji nośnej badanego obiektu [1, 3]. Był to pożar wewnętrzny, roz­wijający się w zamkniętej przestrzeni. Został ugaszony w ciągu ok. trzech godzin.

Największej destrukcji pożarowej ule­gła konstrukcja nośna hali produkcyj­nej w miejscach nad źródłem ognia.

W odniesieniu do konstrukcji obiektu stwierdzono, że uszkodzeniu uległy:

- konstrukcja dachu (dachowe płyty warstwowe, płatwie P1 i P2 oraz belki B1 i B2),

- ściany na wysokości wieńca okapo­wego,

- wewnętrzne i zewnętrzne tynki ścian hali.

Ogień rozprzestrzenił się przez płyty obudowy dachowej i objął praktycznie wszystkie płyty warstwowe. Całko­witemu zniszczeniu uległy płyty war­stwowe zarówno w hali produkcyjnej, jak i hali magazynowej. Ich uszkodzenia polegały na: stopieniu i wypaleniu pian­ki poliuretanowej, deformacji stalo­wych blach okładzinowych, deformacji krawędzi podłużnych płyt itp. Stopień zniszczenia płyt warstwowych dys­kwalifikował je do ponownego użycia. Pożar spowodował największe uszko­dzenia stalowej konstrukcji nośnej dachu w hali produkcyjnej, tj. między osiami 6'-21'. W strefach bezpośred­niego oddziaływania ognia zniszcze­niom uległy rurowe płatwie P1 i P2. Na fot. 3 pokazano przykład takiej trwałej deformacji giętno-skrętnej płatwi P1 w polu 20'-21'. Przemiesz­czenia poziome i przemieszczenia pionowe płatwi P1 i P2 (o rozpiętości l = 3 m) wynosiły nawet ok. Δpoż ≈ 75 mm (Δpoż ≈ l/40). Największe de­formacje płatwi występowały w po­lach między osiami 12'-21'.

Płatwie P1 i P2, których przemiesz­czenia poziome lub ugięcia wynosiły Δpoż ≈ l/100, oznaczono na rys. 1. Oszacowano, że ok. 35% tych płatwi uległo trwałym deformacjom, których wartości przekraczały deformacje dopuszczalne według normy odbioru konstrukcji stalowych [6]. Z powodu trwałych deformacji elementy te nie spełniały warunków dalszej bezpiecz­nej eksploatacji. Ponadto całkowite­mu zniszczeniu uległy zabezpieczenia ochronne przed ogniem wszystkich płatwi P1 i P2 w hali produkcyjnej.

W strefie bezpośredniego oddziaływa­nia ognia znajdowały się również głów­ne dźwigary dachowe hali produkcyj­nej, tj. belki B1 i B2. Widok dachu tej części hali pokazano na fot. 4. Podobnie jak w przypadku płatwi całkowite­mu zniszczeniu uległy zabezpieczenia ochronne przed ogniem wszystkich belek B1 i B2 w hali produkcyjnej.
Wstępne badania geometrii osi po­dłużnych belek B1 i B2 nie wykazały ich dużych przemieszczeń poziomych (które mogłyby zmniejszyć ich nośność z warunku zwichrzenia). Występowały natomiast duże ugięcia belek B1 i B2. Dlatego w celu zweryfikowania tej opi­nii zlecono wykonanie pomiarów geo­dezyjnych ugięć belek B1 i B2.

 

Fot. 3 Przykład zdeformowanej giętno-skrętnie płatwi PI w hali produkcyjnej w polu 20'-21‘

 

Analiza wpływu uszkodzeń pożarowych na nośność kon­strukcji stalowego dachu hali

Ocena stanu technicznego płyt da­chowych. Badana hala jest obiektem całkowicie zamkniętym, bez otworów okiennych, a zatem był to pożar we­wnętrzny. Powstał on w hali produk­cyjnej, w polu między osiami 19'-20'. Pożar się rozprzestrzenił i objął swym zasięgiem cały obiekt mimo oddziele­nia ścianą obu części hali. Przyczyną rozprzestrzenienia się pożaru również na halę magazynową był palny rdzeń izolacyjny płyt warstwowych, a także zastosowanie wspólnej połaci dachu obiektu, tj. braku rozdzielenia płyt da­chowych części produkcyjnej hali od części magazynowej hali, np. ścianą przeciwogniową w osi 6' (por. rys. 1).

Górna krawędź ściany wewnętrznej w osi 6' przylegała do wewnętrznych okładzin płyt warstwowych (ściana nie wystawała ponad połać dachu). Gromadzenie się warstwy rozgrza­nych gazów pod pokryciem dachowym hali i wzrost temperatury wynikający z rozprzestrzeniania się ognia w pal­nej izolacji termicznej doprowadzi­ły do całkowitego zniszczenia płyt warstwowych i konieczności ich wy­miany w całym obiekcie. Analizowany przypadek awarii budynku wskazuje na bardzo duże zagrożenie pożarowe wynikające ze stosowania do obudowy hal płyt warstwowych, których rdzeń izolacyjny jest palny.

Należy też zwrócić uwagę, że sta­lowe okładziny zewnętrzne płyt war­stwowych wykonano z cienkich blach, o grubości (t) nieprzekraczającej 1  mm. Ścinki okładzin płyt warstwo­wych są smukłościenne klasy 4 [8], ich temperatura krytyczna (w któ­rej następuje wyczerpanie nośności) θcr = 350°C, a ich współczynnik eks­pozycji Am/V = 1/t ≥ 1000 [m-1] [9]. W warunkach pożaru standardowego już po 3-5 min [2] stalowe okładzi­ny zewnętrzne płyt warstwicowych osiągają temperaturę krytyczną θcr = 350°C i następuje ich zniszczenie (utrata wytrzymałości).

Ocena nośności płatwi. Na podsta­wie wywiadów z dozorem technicznym badanego obiektu, czasu trwania po­żaru oraz analiz jego skutków można przypuszczać, że konstrukcja nośna stalowego dachu hali produkcyjnej była poddana lokalnie temperaturze ponad 1000°C.

 

Fot. 4 Główne dźwigary B2 i płatwie po pożarze

 

Płatwiami P1 i P2 hali były ciągłe, wieloprzęsłowe belki statycznie niewyznaczalne. Połączono je z głównymi dźwi­garami dachowymi B1 i B2 w sposób nieprzesuwny, tj. przyspawano półki dolne płatwi P1 i P2 do pasów górnych dwuteowych belek B1 oraz B2. Takie połączenia ograniczały wydłużenia termiczne płatwi wzdłuż ich osi podłużnej. Moment bezwładności belki B1 z HEB 450 względem „słabej" osi Jy,B1 = 11 720 cm4. Moment bezwładności płatwi P1 z rur prostokątnych 140 x 80 x 3 mm względem „słabej" osi Jy,P1 = 141,23 cm4. Stosunek sztywności tych prętów Jy,B1/Jy,P1 = 83. Powsta­łe w wyniku oddziaływania wysokiej temperatury wydłużenie płatwi było ograniczone przez ich zamocowanie (przyspawanie) w blisko 83 razy sztyw­niejszych belkach B1. Spowodowało to powstanie w płatwiach P1 i P2 bardzo dużych sił ściskających, których skut­kiem było ich wygięcie oraz skręcenie (fot. 3).

Z kolei w trakcie stygnięcia w płatwiach (zamocowanych w sztywnych belkach B1 i B2), w następstwie skurczu, pozostały trwałe naprężenia termiczne (rezydualne), zmniejszają­ce ich nośność. Należy zaznaczyć, że ok. 35% płatwi hali produkcyjnej miało trwałe wygięcia i skręcenia o warto­ściach, które przekraczały wartości dopuszczalne według [6]. Dlatego oceniono, że płatwie P1 i P2 nie speł­niały warunków dalszej bezpiecznej eksploatacji [5] i zalecono je wymienić na nowe.

Można przypuszczać, że w przypadku zastosowania rozwiązania konstruk­cyjnego oparcia płatwi na belkach, które umożliwiałoby swobodę od­kształceń termicznych (np. na śruby w otworach owalnych), nie wystąpiły­by deformacje i uszkodzenia płatwi. Ocena nośności belek B1 i B2. Głów­ne dźwigary dachowe hali zaprojek­towano jako ustroje jednoprzęsłowe, z dwuteowników szerokostopowych HEB 450 (belki B1) oraz dwuteowni­ków normalnych I450 (belki B2). Ich przekroje poprzeczne są stosunkowo „krępe" (w porównaniu np. z kratowni­cami lub blachownicami o przekrojach klasy 4). Na zachowanie się i nośność graniczną belek B1 i B2 miały bardzo duży wpływ ich usztywnienia „boczne" oraz to, że w warunkach pożaru były one obciążone tylko ciężarem własnym i lekkiego pokrycia dachowego. Otóż belki B1 i B2 były usztywnione (przytrzymane) bocznie przez nieprzesuwne połączenia (spawane) z ruro­wymi płatwiami P1 i P2 oraz częścio­wo przez tarczę pokrycia dachowego. Równocześnie te jednoprzęsłowe bel­ki B1 i B2, poddane oddziaływaniu wysokiej temperatury, miały swobodę przemieszczeń na podporach, o czym świadczyły występujące wypchnięcia muru w obrębie podpór pokazane na fot. 5. Boczne przytrzymanie (głównie przez płatwie P1 i P2) sprawiło, że nie odnotowano występowania zna­czących przemieszczeń poziomych belek B1 i B2, które zmniejszałyby ich nośność z warunku zwichrzenia (z po­wodu imperfekcji geometrycznych ich osi podłużnej w płaszczyźnie połaci dachu).

W wyniku pożaru oraz gwałtownego chłodzenia podczas akcji gaśniczej mogło dojść do zmian struktury stali belek B1 i B2, które istotnie zmniej­szają parametry wytrzymałościowe materiału (lokalnie mogło dojść do przemiany alotropowej i/lub rekry­stalizacji). Ilościowe określenie tych zmian wymagałoby wykonania badań statystycznych próbek wyciętych z belek B1 i B2, co w tym przypadku spowodowałoby dodatkowe osłabienie konstrukcji dachu.

W projekcie hali nośność belek B1 i B2 obliczono bez uwzględnienia ich zwichrzenia (przyjęto współczynnik zwichrzenia φL = 1,0). Błędnie zało­żono, że są one usztywnione płytami warstwowymi. Jednak tarcza dacho­wa z płyt warstwowych i płatwi nie może być uznana za zabezpieczenie belek przed zwichrzeniem. Płyty war­stwowe łączy się z płatwiami „wyso­kimi" śrubami. Z powodu m.in. dużej odkształcalności połączeń płyty war­stwowe nie stanowią stężenia tarczo­wego („bocznego") przed zwichrze­niem belek. Równocześnie w badanym dachu hali brakowało prętowych stę­żeń połaciowych poprzecznych.

Pełne ciągłe stężenie „boczne" bel­ki można uzyskać za pomocą m.in. blachy fałdowej, połączonej w spo­sób ciągły (gęsty - w każdej fałdzie) ich dolnymi fałdami z pasem górnym stężanej belki. Ponadto w tarczy stężającej sąsiednie arkusze blach fałdowych są połączone między sobą łącznikami „wzdłużnymi" (połączenia takie nie występują w przypadku płyt warstwowych). W rozwiązaniu kon­strukcyjnym tężnika tarczowego bla­cha fałdowa krępuje przemieszczenia liniowe i kątowe przylegającej stopki stężanej belki, co wydatnie zwiększa jej nośność z warunku zwichrzenia.

 

Fot. 5 Uszkodzony mur ściany podłużnej hali produkcyjnej

 

Płyty warstwowe bez łączników wzdłużnych, połączone „wysokimi" śrubami z belkami, nie mogą być uznawane za usztywnienie boczne zginanych dźwigarów. Według aktual­nej wiedzy zastosowana w badanej hali tarcza dachowa z płyt warstwo­wych połączonych „wysokimi" śruba­mi z płatwiami P1 i P2 ma zbyt dużą podatność i nie może być uznana za stężenia belek B1 i B2. Błędem było więc przyjęcie w projekcie hali współ­czynnika zwichrzenia belek B1 i B2 o wartości φL = 1,0. Współczynnik zwichrzenia nieusztywnionej „bocz­nie" belki B1 φL,1,B1 = 0,53.

Wykonane obliczenia statyczno-wytrzymałościowych wykazały, że nie- usztywnione „bocznie" belki B1 i B2 nie spełniały warunku stanu granicz­nego nośności według [5].

W związku z tym rozważono wzmoc­nienie belek B1 i B2 przez ich „boczne" usztywnienie. W tym celu zapropono­wano zastosowanie w płaszczyźnie połaci dachu hali prętowych połacio­wych stężeń poprzecznych, których schemat pokazano na rys. 2. W po­lach między osiami: 1'-2', 5'-6', 8'-9', 10'-11', 17'-18' oraz 19'-20' zalecono na całej szerokości hali dać poprzeczne stężenia połaciowe, typu X, z prętów Ø 16 mm, ze stali gatun­ku S235. Pręty tych stężeń należy wstępnie napiąć nakrętką rzymską. Zaproponowany sposób wzmocnienia polegał na skróceniu długości krytycz­nej zwichrzenia belek B1 i B2. Uzy­skano w ten sposób zwiększenie ich nośności na zginanie, gdyż wówczas współczynnik zwichrzenia belki B1 φL,1,B1 = 0,970, a belki B2 - φL,2,B2 = 0,881. W konsekwencji zwiększenie nośności na zginanie (w stosunku do dotychczasowego rozwiązania) belek B1 wynosiło 83%, a belek B2 - 237%. W przypadku zastosowania stężeń poprzecznych, według propozycji pokazanej na rys. 2, warunek stanu granicznego nośności belek B1 i B2 według [5] był spełniony.

Analiza ugięć belek B1 i B2. Dopusz­czalne według normy odbioru kon­strukcji stalowych [6] ugięcie A belek B1 i B2 w środku ich rozpiętości:

Δ = l/750 = 15 700/750 = 20,93 mm Pomiary geodezyjne konstrukcji noś­nej dachu po pożarze wykazały, że trwałe ugięcia wszystkich belek B1 i B2 w hali produkcyjnej zdecydowa­nie przekraczały obliczoną wartość dopuszczalną. Przekroczenie ugięć dopuszczalnych w środku rozpiętości belek B1 i B2 wynosiło nawet 491% (np. trwałe ugięcie belki B2 w osi 10' wynosiło 124 mm). Przekroczone były również, o ponad 150%, ugięcia w osi śrubowych styków zakładkowych, usy­tuowanych w 1/3 rozpiętości belek B1 i B2. Dlatego belki B1 i B2 w hali produkcyjnej z tak dużymi ugięciami trwałymi nie spełniały wymagań nor­my odbioru konstrukcji stalowych [6] i zalecono wymienić je na nowe.

 

Rys. 2 Schemat połaciowego stężenia poprzecznego dźwigarów dachowych BI i B2 hali produkcyjno-magazynowej

 

Uwagi końcowe oraz wytyczne naprawy konstrukcji dachu po pożarze

W ocenie bezpieczeństwa konstruk­cji należy analizować nie tylko wy­magania związane z wytrzymałością w normalnych warunkach, ale też kry­teria nośności w sytuacji pożaru. Po wprowadzeniu Eurokodów do zbioru Polskich Norm mamy normy dotyczą­ce projektowania konstrukcji budow­lanych w warunkach pożaru. Odno­towywane liczne przypadki pożarów budowli i związane z nimi duże straty materialne świadczą o stosunkowo małej wiedzy projektantów dotyczącej zarówno strategii pożarowej, jak i in­żynierii pożarowej.

W celu spełnienia wymagań ognioodporności stalowej konstrukcji nośnej budynku najczęściej stosuje się za­bezpieczenia ognioizolujące (np. farby pęczniejące). Nie przeprowadza się wówczas obliczeń oceniających za­chowanie się konstrukcji w pożarze. W wielu przypadkach rezultat takie­go postępowania nie jest wiarygodny w aspekcie bezpieczeństwa pożaro­wego. Nie uwzględnia się np. swobo­dy odkształceń termicznych i stopnia „skrępowania" konstrukcji stalowej, które mogą być przyczyną destrukcji, awarii (jak w przypadku analizowanej hali) lub katastrofy obiektu. Gdy sta­lowy element konstrukcyjny ma pełną swobodę odkształceń termicznych (zarówno wydłużania, jak i obrotów w węzłach i połączeniach), można wówczas przyjąć, że w wyniku zwięk­szającej się jego temperatury 9at nie powstają żadne dodatkowe siły we­wnętrzne. Jeśli zaś ten warunek nie jest spełniony (występują odkształ­cenia termiczne oraz „skrępowanie" konstrukcji jak w analizowanej hali), należy w obliczeniach termiczno-statyczno-wytrzymałościowych uwzględ­nić m.in. wydłużenia termiczne.

W trakcie pożaru badanej hali całko­witemu zniszczeniu uległy urządzenia produkcyjno-technologiczne, których wartość przekraczała kilkakrotnie wartość budowlaną obiektu. Przyczyną bardzo dużych strat materialnych było niewłaściwe uwzględnienie w projekcie hali ochrony wyposażenia i zawartości budynku w warunkach pożaru.

W przypadku analizowanej hali znaczne straty materialne wynikały z rozprze­strzenienia się pożaru na cały obiekt. Mimo że ogień powstał lokalnie w polu między osiami 19'-20' hali produkcyj­nej, to rozprzestrzenił się przez płyty warstwowe obudowy dachu i objął całą konstrukcję nośną dachu, zarówno hali produkcyjnej, jak i hali magazynowej (gdyż nie zastosowano oddzielenia ich połaci dachowych np. ścianą przeciw- ogniową). Dlatego całkowitemu znisz­czeniu uległy płyty warstwowe w tym obiekcie. Przypadek ten wskazuje na bardzo duże zagrożenie pożarowe wy­nikające ze stosowania do obudowy hal płyt warstwowych z palnym rdzeniem izolacyjnym.

Pożar hali spowodował duże, trwa­łe wygięcia (poziome i pionowe) oraz skręcenia płatwi P1 i P2. Ich geome­tryczna destrukcja wynikała z ograni­czenia swobody termicznych wydłu­żeń na podporach. Wartości trwałych wygięć poziomych i pionowych oraz skręcenia osi podłużnych płatwi P1 i P2 przekraczały dopuszczalne war­tości według [6], co uniemożliwiało dalszą eksploatację. Dlatego zale­cono wymienić je na nowe (zarówno w hali produkcyjnej, jak i w hali maga­zynowej).

W wyniku pożaru główne belki B1 i B2 dachu hali produkcyjnej zostały istot­nie zdeformowane geometrycznie - powstały trwałe ugięcia przekra­czające wartości dopuszczalne wg [6]. Ponadto oddziaływanie wysokiej temperatury mogło spowodować zmiany strukturalno-wytrzymałościowe stali belek, które zmniejsza­ją ich nośność. Dlatego oceniono, że belki B1 i B2 w hali produkcyj­nej nie spełniały warunków stanu granicznego nośności wg [5] oraz [8] i należało wymienić je na nowe. Stan techniczny belek B1 dachu hali magazynowej był dostateczny i uznano, że mogą być dalej bez­piecznie eksploatowane.

Analizy wykazały, że badany obiekt zo­stał błędnie zaprojektowany nie tylko w wyjątkowej sytuacji obliczeniowej, tj. w warunkach pożaru, ale rów­nież w trwałej sytuacji obliczeniowej (w warunkach normalnego użytkowa­nia), gdyż niewłaściwie oszacowano nośność belek B1 i B2 z warunku zwichrzenia.

W konstrukcji nośnej dachu hali brak było prętowych stężeń po­łaciowych poprzecznych, usztyw­niających „bocznie" belki B1 i B2 (które mogłyby skracać ich długość krytyczną zwichrzenia). W projekcie hali nośność belek B1 i B2 obliczo­no bez uwzględnienia ich zwichrze­nia, zakładając, że są one usztyw­nione tarczą pokrycia dachowego. Zastosowane w hali rozwiązanie konstrukcyjne tarczy dachowej z płyt warstwowych nie zabezpie­czało belek B1 i B2 przed utratą płaskiej postaci zginania. Między innymi z powodu dużej odkształcalności połączeń („wysokimi” śru­bami samowiercącymi) z płatwiami P1 i P2 płyty warstwowe nie mogą być uznane za stężenie tarczowe („boczne”) belek B1 i B2. Niestężone „bocznie” belki B1 i B2 nie spełniały wymagań stanu granicz­nego nośności. Dlatego w celu zwiększenia ich nośności z warunku zwichrzenia zalecono je usztywnić prętowymi, połaciowymi stężeniami poprzecznymi (por. rys. 2). Zapro­jektowano je na siły imperfekcyjne [4, 8] belek B1 i B2.

 

prof. dr hab. inż. Antoni Biegus

Politechnika Wrocławska

 

UWAGA: Artykuł został pierwotnie opu­blikowany w nr. 3/1014 czasopisma „Inżynieria i Budownictwo”.

 

Bibliografia

1.  A. Biegus, Ocena przydatności stalo­wej konstrukcji dachu hali produkcyjno-magazynowej w Rudnej Wielkiej po pożarze, Wrocław 2011.

2.  A. Biegus, Bezpieczeństwo pożarowe konstrukcji w Eurokodach, część 1. Podstawy, oddziaływania i metody projektowania, część 2 Zabezpie­czenia ogniochronne konstrukcji stalowych, część 3 Projektowanie kon­strukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe. „Builder" nr 1-3/2013.

3.  A. Biegus, Pożarowe uszkodzenie i na­prawa dachu hali, XXVI Konferencja Naukowo-Techniczna „Awarie budowla­ne", Międzyzdroje, 21-24 maja 2013.

4.  A. Biegus, Obciążenie imperfekcyjne poziomych stężeń poprzecznych dźwigarów wspornikowych i wieloprzęsłowych, „Inżynieria i Budownic­two" nr 11/2011.

5.  PN-B-03200:1990 Konstrukcje sta­lowe - Obliczenia statyczne i projek­towanie.

6.  PN-B-06200:2002 Konstrukcje sta­lowe budowlane. Warunki wykonania i odbioru. Wymagania i badania.

7.  PN-EN 1990:2004 Podstawy projek­towania konstrukcji.

8.  PN-EN 1993-1-1:2006 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.

9.  PN-EN 1993-1-2:2007 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-2: Reguły ogólne - Obliczanie konstrukcji z uwagi na warunki poża­rowe.