Krok ku zwiększaniu bezpieczeństwa pożarowego europejskich budynków

Pożary są co roku w Europie przyczyną licznych ofiar w ludziach i ogromnych strat materialnych, toteż pilnie potrzebne jest zwiększenie odporności pożarowej budynków. Za cel finansowanego ze środków UE projektu CONFIRE (Fire resistance of connections in a composite floor system) przyjęto zwiększanie odporności na pożary poprzez zbadanie zachowań połączeń elementów stalowych podczas pożarów podłóg wykonanych z dźwigarów stalowych i płyt betonowych. Badacze dążyli do wzmocnienia tych połączeń w celu stworzenia bezpieczniejszych podłóg i minimalizacji ryzyka zawalenia się na osoby przebywające w budynku lub strażaków.

We współczesnych budynkach europejskich podłogi są zazwyczaj wykonane z cienkich płyt betonowych osadzonych w stalowych ramach. Zbadanie zachowań mechanicznych i termicznych takich podłóg ma kluczowe znaczenie dla poznania mechanizmów rozprzestrzeniania się pożarów do kolejnych pomieszczeń. Partnerzy projektu rozpoczęli od zebrania danych z 40 budynków o badanej konstrukcji w Stambule w Turcji. Jeden wysoki budynek wybrano do szczegółowych analiz obliczeniowych i doświadczalnych, badając różnice zachowań dźwigarów zabezpieczonych przed pożarem i dźwigarów niezabezpieczonych.

Następnie stworzono model numeryczny wybranej podłogi kompozytowej i obliczono wpływ 90-minutowego pożaru, symulując interakcje między betonem i stalą. Stwierdzono, że choć cała podłoga podlega znacznym odchyleniom pionowym, płyta betonowa ułożona na stalowej ramie pozostaje w całości. Badacze doszli do wniosku, że połączenia poprzeczne w dużych podłogach kompozytowych nie są konstrukcyjnie zdolne do wytrzymywania poważnych obciążeń pożarowych.

Aby sprawdzić wyniki z modelu numerycznego, badacze zbudowali fizyczną podłogę kompozytową podlegającą obciążeniom grawitacyjnym. Podłogę poddano następnie w piecu standardowej, 90-minutowej próbie pożarowej, dokumentując pełną mapę naprężeń podłogi, występujące temperatury oraz efekt membrany rozciągliwej.

Wyniki przeprowadzonych testów w znacznej mierze odpowiadały wynikom symulacji. Zarówno podczas testu pożarowego, jak i podczas obliczeń na modelu numerycznym stwierdzono, że podłoga kompozytowa jest w stanie przetrwać pożar, natomiast połączenia poprzeczne mają niską odporność. Wyniki projektu przyniosły cenną wiedzę, która wspomoże dalsze badania nad metodami budowania ognioodpornego i zwiększy bezpieczeństwo pożarowe.