A FA TŰZVÉDELME TŰZÁLLÓSÁGI HATÁRÉRTÉK: FASZERKEZETEKEN
LÁNGMENTESÍTÉS – ÉGÉSKÉSLELTETÉS
FAANYAGÚ SZERKEZETEK TŰZÁLLÓSÁGI MÉRETEZÉSE
ÉS ALKALMAZÁSUK TŰZVÉDELMI SZABÁLYOZÁSA
A fa, mint építőanyag világszerte reneszánszát éli, amely több tényezőnek köszönhető.
Egyrészt a krónikussá váló fahiány enyhülését eredményezte a kevésbé értékes faanyagok alkalmazásával készülő ragasztott faszerkezetek megjelenése, valamint csökkent a fának tüzelőanyagként történő felhasználása a korszerű fűtőanyagok előtérbe kerülése révén.
Másrészt az építmények természettől való elszakadása többek között a műanyagok túlzott felhasználása következtében jelentősen megnőtt, emiatt néhány éve az építészetben és így az építőiparban is új igény jelentkezett, nevezetesen az építményeknek kizárólag természetes építőanyagokból (égetett kerámia, kő, fa) történő építése.
Harmadrészt a nagy terek lefedésének igénye előtérbe helyezte a fatartók alkalmazását, azok kis tömege esztétikus megjelenése, könnyű szerelhetősége (gyors kivitelezés) miatt.
A fa építőipari célú felhasználásának azonban bizonyos korlátokat szab a tűzvédelem. Ezen belül a tűzvédelmi létesítési előírások.
A hatályos tűzvédelmi szabályozás részben az Országos Tűzvédelmi Szabályzat, részben az MSZ 595 sz. szabványsorozat normatíváin alapszik. Az Országos Tűzvédelmi Szabályzat a tervezett építmények – a rendeltetése, illetve a benne folytatandó tevékenység veszélyessége alapján – meghatározza a tűzveszélyességi osztályát, amely egyben néhány kivételtől eltekintve (középmagas, magas épületek, színház, filmszínház, művelődési épületek, stb.) a lehetséges tűzállósági fokozat kategóriát kijelöli.
Az MSZ 595/3-86. sz. szabvány táblázataiban a tűzállósági fokozat és a szintek száma megállapítja minden építmény fő épületszerkezeteinek esetében a tűzállósági határérték és az éghetőség követelményét, külön kiemelve ezeket a tűztechnikai jellemzőket a csarnoképületek és a tetőtéri helyiségek épületszerkezeteinek vonatkozásában.
Az éghetőségi csoport a szabványos éghetőségi vizsgálatok alapján az építőanyagok és az épületszerkezetek besorolására meghatározott kategória, amelyben a tűzzel, illetve a magas hőmérséklettel szembeni viselkedés jut kifejezésre. Megkülönböztethető két csoport, éspedig a „nem éghető” és az „éghető” anyagok, szerkezetek csoportja. Az utóbbi „nehezen éghető”, „közepesen éghető” és „könnyen éghető” alcsoportba sorolható. Az építőiparban alkalmazott védelem nélküli faszerkezetet, így a teherhordó tömör és rétegelt ragasztott pillérek, oszlopok, gerendák, ív és keretszerkezetek, a nem teherhordó térelhatároló réteges felépítésű szerkezetek, a burkolatként felhasznált forgácslapok és pozdorjalapok „közepesen éghető”, míg a farostlemezek a „könnyen éghető” alcsoportba tartoznak.
Az MSZ 9607/1. sz. szabvány előírásai szerint égéskésleltető szerrel hatékonyan kezelt anyagok és szerkezetek egy fokozattal kedvezőbb besorolást nyernek, így biztosítható a „közepesen éghető” alcsoport helyett a „nehezen éghető” fokozat.
A másik fontos tűztechnikai jellemző a tűzállósági határérték, amely a faszerkezetek vonatkozásában nagyobb jelentőséggel bír, tekintettel arra, hogy az éghetőségi követelményeket részben burkolatok, részben égéskésleltető szerek alkalmazásával ki lehet elégíteni. Természetesen a burkolatok a tűzállósági határérték szempontjából is figyelembe vehetők, azonban a hatékonyan kezelt, égéskésleltetett faszerkezetek tűzállóság változatlan. A tűzállóság az épületszerkezeteknek tűzzel, vagy magas hőmérsékleti hatásokkal szembeni ellenálló képességét jelenti, az az idő pedig, amely a tűz keletkezésétől a szerkezet tönkremeneteléig eltelik a tűzállósági határérték, amit minden esetben nemzetközileg elfogadott szabvány-tűzhatás körülményei között kell meghatározni. A teherhordó faszerkezetek esetében többnyire a szabványos tűzkísérlet végrehajtása kivitelezhetetlen, tekintettel azok jelentős méreteire.
Az épületszerkezetek tönkremenetelét, vagyis a tűzállósági határérték bekövetkezését a különböző szerkezetek rendeltetésének függvényében eltérően kell értékelni, azaz egy szerkezet tűzállósági határértéke az adott szerkezet legjellemzőbb határállapotának elérése során áll elő. Törési határállapot a jellemző a teherhordó szerkezetekre – így a fatartókra is – amely akkor következik be, amikor azok elvesztik hordképességüket. A másik két határállapot, nevezetesen a lángáttörési és a felmelegedési határállapot a térelhatároló szerkezeteket jellemzi, melyben a szerkezet által elválasztott térbe láng, vagy füstgáz áthatolásának, valamint az ott elhelyezett éghető anyagok meggyulladásának veszélye jut kifejezésre.
Faszerkezetek tűzállósági méretezése
A tűzhatásnak kitett faszerkezetek viszonylag gyorsan meggyulladnak, majd égésük során a tűznek kitett felületen egy elszenesedett réteg keletkezik, melynek vastagsága megközelítően állandó ütemben növekszik. Az elszenesedett réteg, mely gyakorlatilag nem rendelkezik szilárdsággal a teherbíró képesség fokozatos csökkenését vonja maga után.
A fa elszenesedési folyamata többek között a fa szerkezeti sűrűségétől (ezen belül a fa fajtájától), a hőáteresztő képességétől, valamint a nedvességtartalmától függ.
Számos tényleges tűz, valamint kísérlet igazolta, hogy a faszerkezetek a tűzeseteknél viszonylag jól megőrzik szilárdságukat, amely részben a karbonizálódott réteg hőszigetelő hatásának, részben a magas hőmérséklet következtében az elszenesedéssel nem érintett mag kiszáradási folyamatának az eredménye. A tűzállósági méretezéshez a fa fajtájától függő beégési sebességek ismerete szükséges, amely a fa tartószerkezetek tűzállósági vizsgálata során a teherviselő keresztmetszeti méretek időegység alatt bekövetkező csökkenését jelenti. A számításoknál a következő átlagos adatokat célszerű alkalmazni mind a tömör, mind a rétegelt-ragasztott fatartóknál:
- fenyőfa 1,0 mm/perc
- nyárfa 1,3 mm/perc
- akácfa 0,6 mm/perc
- tölgyfa 0,5 mm/perc
Annak ellenére, hogy a rétegelt-ragasztott szerkezetek nagy nyomáson történő ragasztásából származó repedésmentesség miatt jobban ellenállnak a tűz hatásának, és így a beégési folyamat kedvezőbb a tömör tartókéhoz képest, az átlagos adatoktól az eltérést a korlátozott számban elvégzett kísérletek, illetve a biztonsági szempontok nem indokolják.
A fatartók tűzállósági méretezésében elkülönül egymástól az előírt tűzállósági határértékre történő tervezés, illetve a meglévő szerkezetek ellenőrzése.
A tervezés során elsődleges feladatként az érvényes statikai előírások szerint meg kell határozni a szerkezetre jutó terhek függvényében a szükséges keresztmetszetet figyelemmel arra, hogy a tűzvédelem nem tételezi fel a kedvezőtlen hatások egyidejűségét, így a hasznos terhek biztonsági tényezőinek alkalmazásától el lehet tekinteni. Lehetőség van arra, hogy amennyiben a pontos terhelés nem ismert, vagy azt valamilyen oknál fogva nem célszerű kiszámítani a határterhelés 80%-ának figyelembe vételével történjen a méretezés.
Ezt követően függetlenül attól, hogy a terhelésből az egyes szerkezeteken hajlítás (gerendánál) központos nyomás (pillérnél, oszlopnál), vagy összetett igénybevétel, azaz hajlítás és vele egyidejű nyomás (ív- és keresztszerkezeteknél) ébred a tűzzel érintkező oldalak megállapítása után – mely a legtöbb esetben négy oldal (pl. pillér), illetve a födémet közvetlenül alátámasztó szerkezeteknél (pl. gerendák, ív- és keresztszerkezetek) három oldal – a szerkezet méreteit a beégési sebességnek megfelelő vastagsággal kell megnövelni.
Például egy fenyőfa számított szükséges mérete 15x20 cm, akkor 30 perces tűzállósági határértéknél a tűzzel érintkező oldalanként
30 x 0,1 = 3 cm-rel kell vastagságot növelni, vagyis a szelvény mérete négy oldali tűzhatás esetén 21x26 cm lesz.
Meglévő szerkezetek tűzállósági ellenőrzése tekintettel arra, hogy a faszerkezetek megengedett határfeszültsége – száradásból eredő szilárdságnövekedés révén – a biztonsági tényezők elhagyásával együtt 33%-os tartalékot tartalmaznak, a keresztmetszeti méretek, valamint a beégési sebességek ismeretében a konkrét terhelés meghatározása nélkül is a hajlított fatartók (gerendák) esetében könnyen elvégezhető. Következésképpen egy fagerenda tűzállósági határértéke az az időtartam, amikor a meglévő tartó keresztmetszeti tényezője a beégési sebesség figyelembevételével 2/3 részére csökken.
(Keresztmetszeti tényező = b x h²x 1/6 )
Például egy meglévő 20x40 cm-es fenyőfa gerenda keresztmetszeti tényezője 20x40² x 1/6 = 5333 cm³, addig teherbírás szempontjából megfelel, amíg a keresztmetszeti tényezője 5333 x 0,67 = 3573 cm³-re csökken. Három oldalú, azaz kétoldali és az alsó lap felőli 30 perces tűzhatás során a beégési sebesség oldalanként 30x0,1 = 3 cm, így a tartó 14x37 cm-re csökken. A maradó keresztmetszeti tényező
14x37² x 1/6 = 3194³ cm, tehát félórás tűzállósági határértékkel nem vehető figyelembe. (1.)
Nem ilyen egyszerű a helyzet a meglévő nyomott szerkezeteknél (oszlop), mivel a keresztmetszet elszenesedéséből származó csökkenésével a karcsúság és vele együtt a kihajlás veszélye is növekszik. Ebben az esetben a határterhelés 80%-a alapján a statikailag szükséges keresztmetszetet kell meghatározni, majd azt – a tervezésnél megismertek szerint – a beégési sebességnek megfelelő vastagsággal növelni. Ha az így kapott keresztmetszet a meglévő szerkezet tényleges keresztmetszeti méreteit meghaladja, illetve azzal megegyezik, akkor a szerkezet a számításba vett tűzállósági határérték követelménynek megfelel.
A tűzállósági méretezésnek azonban korlátozó feltételei is vannak, melyek közül a legfontosabb a keresztmetszeti méret. Következésképpen olyan szerkezet, (pl. a rácsos szerkezetek rúdjai, merevítői), amelynek vastagsága a 8 cm-t nem haladja meg, beégési sebesség figyelembevételével tűzállósági szempontból nem méretezhető.
Nem célszerű a méretező eljárást alkalmazni a régi, nagyfokú repedezettséggel rendelkező faszerkezetek esetében addig, amíg a szerkezet hézagait „nem éghető” masszával előzetesen nem tömítik.
Végül, de nem utolsósorban a méretezett fa tartószerkezetek, tűzállósági határértéke kizárólag abban az esetben lesz meghatározó, ha a szerkezetek hagyományos fakötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Amennyiben a teherátadásra alkalmas kapcsolatokat fémből (pl. ív- és keretszerkezetek csuklói) alakítják ki, úgy a szerkezet tűz hatására viszonylag rövid időn – 15 percen – belül elveszti teherbíró képességét, bár a fatartó keresztmetszete még elegendő lenne, a szerkezet stabilitásának megőrzéséhez. Következésképpen ahhoz, hogy a faszerkezetet az előírt tűzállósági határértéknek megfeleljen a fém kapcsolatokat tűzvédő burkolattal, vagy tűzvédő bevonattal kell ellátni.
Faszerkezetek alkalmazási korlátai
A hatályos előírások az építmények rendeltetéséből., illetve tűzveszélyességi osztályából fakadóan meghatározzák azok tűzállósági fokozatát – mely I-V. fokozatig terjedhet – és elsősorban az éghetőségi, másodsorban pedig a tűzállósági határérték követelményen keresztül a faszerkezetek épületszerkezetként történő felhasználását. Az éghetőségi követelményt, ha az a „nem éghető” csoportra vonatkozik, kizárólag a faszerkezet „nem éghető” anyaggal történő körbeburkolásával, körülfalazásával lehet biztosítani, amely egyrészt a szerkezetet gazdaságtalanná teszi, másrészt a faanyagnak a használati tér enteriőrjét emelő hatását megszünteti.
A tűzállósági határérték előírásokat az előző fejezet szerint megfelelő keresztmetszeti méretezéssel ki lehet elégíteni.
A faszerkezetek leggyakoribb alkalmazási köre a csarnoképületeknél jelentkezik, melyek kizárólag a tetőtérrel nem rendelkező ipari és tárolási célú épületek, valamint a közösségi épületek közül a sportlétesítmények, vásárcsarnokok lehetnek. A csarnoképületekre jellemző, hogy olyan egyszintes, tetőtér nélküli, nagy légterű épületek, melyek átlagos belmagassága a 3,60 m-t meghaladja.
Az ilyen épületeknél – kivéve az I-II. tűzállósági fokozatba sorolt csarnokokat – amennyiben a tűzszakaszra vonatkozó szabályozás /MSZ 595/5-87./ lehetővé teszi a rétegelt-ragasztott, vagy egyéb tömör fatartók oszlopként, keretszerkezetként és tetőfödém tartószerkezetként egyaránt alkalmazhatók, valamint figyelembe vehetők a réteges felépítésű faszerkezetek tetőfödém térelhatároló szerkezetekként (födémmezőként.).
Ebben az esetben a sportlétesítményeknél kizárólag „nem éghető” lelátókat szabad elhelyezni, a faszerkezetű födémmezők „könnyen éghető” anyagokat (hő- és hangszigetelést, bitumenes lemezt stb.) nem tartalmazhatnak, valamint a fa födémmezők a nézők által közvetlenül el nem érhető magasságban (3,00 m felett) kezdődhetnek.
A csarnokok faszerkezeteire az MSZ 595/3-86. sz. szabvány 2. táblázatában találhatók az éghetőségi és tűzállósági határérték követelmények.
Minden egyéb, a csarnoképületnél nem említett közösségi épület esetében a faszerkezetek alkalmazásának lehetősége még korlátozottabb, tekintettel arra, hogy a kétszintesnél magasabb lakó-, szállójellegű és üdülőépület, továbbá az iskola tűzállósági fokozat követelménye I-III. míg ugyanez a színházak, filmszínházak, művelődési házak vonatkozásában. I-II.
Az ilyen rendeltetésű épületeknél az MSZ 595/3-86. sz. szabvány 1. táblázatának éghetőségi és tűzállósági határérték normatívái az irányadók, melyből következik, hogy I. tűzállósági fokozatú egyszintes és kétszintes épületekben tűzvédelmi méretezéssel igazolt tűzállósági határértékű (0,75 óra), - a „nehezen éghető” csoport kielégítése érdekében – égéskésleltetővel hatékonyan kezelt rétegelt-ragasztott, vagy egyéb tömör fatartók, kizárólag tetőfödémek tartószerkezeteként alkalmazhatók.
A kétszintes épületekben az emeletközi és a tetőtér alatti fafödémeknél a „nehezen éghető” alcsoport biztosítására csak „nem éghető” anyagot (vakolat, szórt tűzvédő bevonat, tűzvédő álmennyezet) szabad felhasználni, tehát az égéskésleltetővel történő kezelés az adott esetben nem fogadható el.
A II. tűzállósági fokozatú épületek tetőfödémének térelhatároló szerkezeteinél (födémmezőknél) az 1. táblázat nem engedi meg a lambériával, vagy egyéb faanyagokból kialakított födémmezők beépítését a rétegelt-ragasztott, vagy egyéb tömör fatartójú tetőfödémmel rendelkező épületek esetében sem. Ennél a szerkezetnél a „nem éghető” követelményt mindenképpen érvényesíteni kell.
A legtöbb problémát az okozta, hogy az elmúlt években az egyre felerősödő népi építészeti hagyományok kapcsán megnövekedett az olyan faluházak, művelődési házak száma, melyeknél nemcsak a tetőfödém tartószerkezetét, hanem az előírással ellentétesen a tetőfödém térelhatároló szerkezetét (födémmezőit) is fából építették.
Utoljára maradt az MSZ 595/3-86. sz. szabvány 3. táblázatának szabályozása, amely a tetőtéri helyiségek épületszerkezeteinek éghetőségi és tűzállósági határérték követelményeit tartalmazza.
Ezek a normatívák a faszerkezetek tetőtérben történő alkalmazását a teherhordó-, és tűzfal, a tűzgátló és lépcsőházi fal kivételével nem korlátozzák az ötszintes és annál kisebb szintszámú meglévő épületek, valamint a 13,65 m-t meg nem haladó tetőtéri szintmagasságú új épületek esetében.
Általánosságban elmondható, hogy a tűzvédelmi szabályozásban az éghetőségi és tűzállósági követelmények nem követik minden esetben reálisan a veszélyhelyzetet, nem tartalmazzák a nemzetközi kutatási eredményeket. Ennek következtében nem enged széles körben teret a gazdaságos épületszerkezetek, így a rétegelt-ragasztott és egyéb tömör fatartók beépítésére.
Különösen gondot jelent a faszerkezetek égéskésleltetésével kapcsolatos szabályozás, melynek követelményei nem kellő mértékben differenciáltak. Például a laboratóriumi vizsgálatok igazolták, hogy a nagy keresztmetszetű (120 mm-nél szélesebb) fatartók felületi égéskésleltetésétől hatékony eredmény nem várható. Indokolt azonban ugyanez a kezelés az olyan faszerkezetek esetében, mint a tetőfödém tartószerkezete közötti födémmezők, a különböző padló-, fal és mennyezetburkolatok, melyek gyújtásveszélye a lámpatestek, villamos vezetékek, hőtermelő berendezések közelsége miatt fokozott.
Az elmúlt években megindult az építmények tűzvédelmére vonatkozó szabályozás korszerűsítése, illetve új alapokra helyezése, mely elsősorban az építmények rendeltetés elvű szabályozására való áttérést jelenti.
Természetesen a faanyagok alkalmazásával kapcsolatos normatívákat is gyökeresen érinti a szabályozás megreformálása, melynek keretében sor kerül az élet- és vagyonvédelmet szem előtt tartó differenciált követelményrendszer kidolgozására, ami majd a szabályozás bevezetését követően biztosítja a faszerkezeteknek épületszerkezetként történő szélesebb körű felhasználását.
Elhangzott a szerző előadásában az I. Országos Faanyagvédelmi Konferencián, Hajdúszoboszlón.
Irodalom: Dr. Mészáros Gy: Épületszerkezetek tűzállósági méretezése, ÉTK Bp. 1990.
Figyelem! A fenti anyag a szerző tulajdona. Azt sokszorosítani, másolni, más módon terjeszteni rész, vagy egész terjedelemben törvényellenes!
Fontos új információk:
Jelenleg átmeneti időszak van a tűzvédelmi szabályozásban. A 9/2008 (II.22.) ÖTM rendelet, amely tartalmazza az Országos Tűzvédelmi Szabályzatot (OTSZ-t), hatályba lépésével visszavonásra kerültek a régi rendeletek. Várhatóan még sokáig keveredni fognak a régi és új fogalmak, előírások, mert az építési tervek sokszor évekkel korábban készülnek, de az átadáskor már az új szabályokat kell alkalmazni.
Az egyik jelentős változás, hogy az új rendelet már a "nehezen éghetőség" fogalmát sem használja.
Az MSZ EN 13501-1 szabvány tartalmazza azokat a szempontokat, melyek szerint az építőanyagok tűzvédelmi osztályba sorolása elvégezhető.
Az építőanyagokra vonatkozó osztályokat a következőképpen jelölik:
A1; A2; B; C; D; E; F.
„A1" a nem éghető anyagoknak, a
"B-C" a nehezen éghető anyagoknak, a
"D-E" a közepesen éghető anyagoknak felel meg.
„F’ az építőanyag nem rendelkezik vizsgálat által bizonyított tűzvédő funkcióval
A fő tűzvédelmi osztályok meghatározása mellett a füstfejlesztés és az égve csepegés kritériumainak figyelembe vételével további alkategóriákat határoznak meg:
- a füstképződési kategóriák jelzései: s1; s2; s3
– az égve csepegési kategóriák jelzései: d0, d1, d2
Az égéskésleltetők vizsgálatának módszere. A MSZ 14800-3:1982 szabványt az MSZ EN 13823 SBI szabvány szerinti vizsgálat váltotta fel.
