PALOSUOJAUSOPAS 1/TERÄS

Transkriptio

1 Kantavat teräspalkit ja -pilarit

2 Lujuussuhde huoneenlämmössä 1. MÄÄRITTELE TARVITTAVALONKESTÄVYYSAIKA Palonkestovaatimukset määritellään rakennuksen paloluokan sekä palokuorman perusteella ja ilmaistaan minuuteissa (15, 30, 45, 60, 75, 90 tai 120 minuuttia). Tarvittavat palonkestoajat löytyvät rakennusmääräyksistä ja ne riippuvat mm. rakennuksen korkeudesta, tyypistä sekä asukkaiden määrästä. Rakenteiden palonkestoajoilla varmistetaan, että rakennus säilyttää kantavuutensa tulipalossa, kunnes kaikki ovat ehtineet poistua rakennuksesta ja palo-osastossa oleva palokuorma on palanut loppuun. Kantavien teräsrakenteiden suunnittelussa käytetään soveliaita suunnitteluohjeita, kuten ENV , ja määritellään kriittiset lämpötilarajat erilaisille palkeille ja pilareille. Erilaisilla kantavilla materiaaleilla on erilaiset palonkestoominaisuudet. Rakenteet testataan yleensä käyttämällä standardin mukaista palokäyrää, joka havainnollistaa oikean tulipalon kehitystä. Standardipalokäyrän mukaisessa palossa lämpötila nousee melko nopeasti ja jatkaa sitten kasvua äärettömiin. Todellisuudessa tulipalo heikkenee, kun kaikki palava materiaali on palanut, joten on hyvin epätodennäköistä, että 60 minuutin palonkestävyyskokeen läpäisseet rakenteet pettäisivät tunnin palon jälkeen. Palonkestävyyskokeen tulokset ilmaistaan aikana, jona yksi tai useampi kolmesta ominaisuudesta pettää. Ominaisuuksia ovat: Kantavuus (R) Tiiviys (kuumien kaasujen läpäisevyys) (E) Eristävyys (lämpötilan nousu) (I) Joissain rakenteissa on otettava huomioon kaikki yllä mainitut kriteerit, mutta teräsrungoissa vain kantavuudella on merkitystä. 2. MÄÄRITTELE KRIITTISET LÄMPÖTILAT JA TERÄKSEN POIKKILEIKKAUSTEKIJÄ Kaikki materiaalit menettävät lujuuttaan kuumentuessaan riippumatta teräksen laadusta. Täysin kuormitettu, neljältä sivulta palolle altistettu teräspalkki pettää 550 C asteessa. Täysin kuormitettu, kolmelta sivulta palolle altistettu teräspalkki pettää 620 C asteessa. Turvallisena raja-arvona on yleisesti käytetty 450 C lämpötilaa. Rakennuspaloissa saavutetaan 1000 C lämpötila suhteellisen nopeasti (30 60min). Kuormitettujen rakenneterästen kantokyky heikentyy voimakkaasti lämpötilan noustessa. Teräksen 550 C mitoituslämpötilassa kantokyvystä on jäljellä enää vain 60 % ja heikentyminen tästä eteenpäin tapahtuu erittäin nopeasti Lämpötila C Palonsuojauksen suunnittelu perustuu tähän kriittiseen raja-arvoon, jossa oletetaan rakenteen olevan altistettuna kaikilta neljältä sivultaan. Suunnittelun tarkoituksena on pitää teräksen lämpötila palossa kriittisen lämpötilan alapuolella. Lämpötilan nousun nopeus teräksen poikkileikkauksessa riippuu lämmitettävän pinnan alasta (Am) suhteessa materiaalin määrään eli kappaleen tilavuuteen (V). Tämä suhdeluku (Am/V, yksikkönä m- 1 ) on teräksen poikkileikkaustekijä. Mitä pienempi suhdeluku on, sitä hitaammin teräsprofiili kuumenee. Poikkileikkaustekijä (Am/V) kuvaa siis kappaleen kuumentumisalttiutta tulipalossa, ja mitä korkeampi lukema on, sitä paksumpi palosuojaus teräkselle vaaditaan. Teräsprofiili, jonka pinta-ala (A)(m 2 /m) on suuri, vastaanottaa enemmän lämpöä, kuin alaltaan pienempi profiili. Niin ikään mitä suurempi tilavuus (V)(m 3 /m) sitä hitaammin se läpenee. Täten pienen, paksun kappaleen lämpötila nousee hitaammin, kuin suuren ja ohuen kappaleen. Korkea A Matala V nopea lämpötilan nousu Matala A Korkea V hidas lämpötilan nousu Poikkileikkaustekijää laskettaessa profiilin koko tilavuus (V) on otettava huomioon riippumatta siitä, kuinka paljon teräksestä on alttiina palolle. Huomioon otettava profiilin pinta-ala (A) on kuitenkin vain palolle altistuvien pintojen ala, mikä taas riippuu palosuojauksen tyypistä. Esimerkki poikkileikkaustekijän laskennasta Metrin pituisen palkin pinta-ala on 1,38 m² (Palkin poikkileikkauksen piiri (m) x 1 m) Metrin pituisen palkin tilavuus on 0,0068 m³ (Palkin poikkileikkauksen pinta-ala (m 2 ) x 1 m) A / V = 1,38 / 0,0068 = 203 m -1 Teräksen poikkileikkaustekijä vaihtelee yleensä välillä 25 m -1 hyvin suurissa profiileissa, ja 300 m -1 pienissä, siroissa profiileissa. Ohuempien palkkien tilavuus on luonnollisesti pienempi, jolloin A/V arvo kasvaa ja seurauksena on palkin nopea lämpeneminen tarvitaan enemmän palonsuojausta. 500 mm 100 mm 10 mm Suojaamaton teräs 2

3 VARJOVAIKUTUS Jos suojaamattomissa teräsprofiileissa jokin profiilin osa aiheuttaa varjovaikutuksen, voidaan tämä ottaa huomioon suunnittelussa. Varjovaikutuksen aiheuttaa teräsprofiilin muodon aiheuttama paikallinen suojaus säteilynä siirtyvältä lämmöltä. Palonsuojausta käytettäessä varjovaikutusta ei huomioida. 3. MÄÄRITTELE SUOJAUSTAPA Käytännöllisin tapa rajoittaa teräksen lämpötilan nousua on eristää se palolta. Palosuojausmenetelmiä valitessa on hyvä erottaa profiilinmyötäisesti asennettavat, koteloinnit ja kiinteät menetelmät toisistaan. I-profiili: k varjo = 0,9 [A m /V] laatikko / [A m /V] -profiili: k varjo = 1 Eristetyt profiilit = 1 (kaikki) Varjovaikutus Ei varjovaikutusta Vaikka poikkileikkaustekijä voidaan erikseen laskea, on tavallisempaa viitata eri teräsvalmistajien antamaan tuotetietoon profiileista. Profiilinmyötäinen Kotelointi Kiinteä asennus ruiskutettava Ruiskutettavat materiaalit levitetään seuraamaan profiilin muotoa. Levymateriaaleilla muodostetaan yleensä joko laatikko profiilin ympärille tai suuremmissa profiileissa voidaan levyt asentaa myös profiilinmyötäisesti. Erityisillä eristävillä betoneilla voidaan piilottaa suojattava teräs kokonaan betonin sisään. Palonsuojaukseen käytettävät materiaalit johtavat jonkin verran lämpöä, joten niiden vaikutus on otettava huomioon suojauskerroksia suunniteltaessa. Käytännössä siis suojattujen osien kohdalla poikkileikkaustekijä A p /Vkerrotaan kertoimella, jonka muodostaa eristävän materiaalin lämmön johtavuus jaettuna sen paksuudella, l p /d p. (A p /V) (l p /d p ) Tiivistettynä: Tarvittavan palosuojauksen määrä riippuu Suomen rakentamismääräyskokoelman antamasta palonkestoluokasta (R30, R60, R90, R120 ) Käytettävän teräsprofiilin kriittisestä lämpötilasta ja poikkileikkaustekijästä > Palolle altistuvan pinnan alasta (A) > Teräsprofiilin muodosta ja koosta (total volume, V) Suojaustavasta 3

4 PAROC FIRE SAFE JÄRJESTELMÄ PAROC FPS 17 Parocin suunnittelutyökalut kivivillalevyjen tarvittavan palonsuojapaksuuden määrittämiseksi on tehty minuutin standardinmukaisessa paloaltistuksessa (R30 R120) avoimille ja suljetuille (I/H ja CHS/RHS -profiilit) teräsprofiileille. Suunnittelutyökalujen (graafisten tai taulukoitujen arvojen) avulla tarvittava PAROC FPS 17-levyn paksuus voidaan valita vaaditun palonkestoajan, teräksen poikkileikkaustekijän A/V ja teräksen kriittisen lämpötilan C perusteella. CHS = eli pyöreä putkiprofiili RHS = suorakulmainen putkiprofiili /V POIKKILEIKKAUSTEKIJÄ PALOSUOJATUISSA KAPPALEISSA Poikkileikkaustekijä eristetyissä teräskappaleissa: Poikkileikkaustekijää laskettaessa käytetään kappaleen kokonaistilavuutta, V, riippumatta siitä kuinka paljon teräsprofiilista altistuu lämmölle. Arvo A osoittaa paljaan eli palolle altistuvan pinnan alan ja sen arvo riippuu käytettävästä palosuojaustavasta. Teräsprofiilin suojauksessa koteloimalla laskennassa käytettävä pinta-ala on mahdollisimman pienen, teräskappaleen ympäröivän suorakulmion tai neliön sivujen summa (poikkeuksena ympyrän malliset ontot kappaleet, sillä tällöin kotelon sisään jäävä ilmatila parantaa eristävyyttä, ja mahdollistaa ohuemman materiaalin käytön). A p /V = m -1 Kun I-profiili on korkeampi kuin 450 mm, eristys asennetaan seuraamaan profiilin muotoa. A p = 2(h + b) A p = 2(h + b) A p = 2h + 4b A p = 2h + b A p = 3b + 2h h h h h b A p = kotelon sisäpuolen pinta-ala V = poikkileikkauksen teräsprofiilin tilavuus b b b h b Laskuesimerkki: Teräspalkki, joka on koteloitu kolmelta sivulta Sarjakoko: 406 mm x 178mm x 54 kg/m Todellinen koko: 402,6 mm x 177,6 mm V = 0,00684 m 3 A = 2h + b > 402, , ,6 = 982,8 mm 1000 mm = 0,9828 m 2 tai A/V = 0,9828 m 2 /0,00684 m 3 = 143,7 m -1 = 144 m -1 Jos palkin massa per metri tiedetään, voidaan A/V laskea myös seuraavasti: A/V = (r A)/W = 7850 kg/m 3 0,9828 m 2 /54 kg/m = 143 m -1 W = Teräksen massa per metri (kg/m) (Teräksen nimellinen tiheys on 7850 kg/m 3, V:n arvo saadaan joko teräsrakenteen taulukoista tai tarkoista mittauksista.) Kun teräksen A/V -luku on tiedossa, löydetään tarvittava FPS 17 -eristeen paksuus A/V taulukoista halutun palonkestoajan mukaisesta sarakkeesta. 4

5 Voit myös käyttää teräsprofiileita valmistavien yritysten valmiita A p /V -laskelmia 1 Etsi oikea poikkileikkaustekijä A p /V terästuottajan antamista tuotetiedoista kyseiselle profiilille. 2 Paloluokka ja tarvittava eristeen paksuus löytyy seuraavien mitoitustaulukkojen oikeasta laidasta. Esim. Jos teräksen kriittinen lämpötila on 450 C ja rakenteen vaadittava paloluokka 60 minuuttia tarvitset 20 mm PAROC FPS 17 palosuojaeristeen kun poikkileikkustekijä on 130 m -1. HEA-profile HEB-profile HEM-profile a b c d e f a b c d e f /V A/V /V /V /V /V HE 100 A HE 100 B HE 100 M HE 120 A HE 120 B HE 120 B HE 140 A HE 140 B HE 140 M HE 160 A HE 160 B HE 160 M HE 180 A HE 180 B HE 180 M HE 200 A HE 200 B HE 200 M HE 220 A HE 220 B HE 220 M HE 240 A HE 240 B HE 240 M HE 260 A HE 260 B HE 260 M HE 280 A HE 280 B HE 280 M HE 300 A HE 300 B HE 300 M HE 320 A HE 320 B HE 340 A HE 340 B HE 360 A HE 360 B HE 400 A HE 400 B HE 450 A HE 450 B HE 500 A HE 500 B HE 550 A HE 550 B HE 600 A HE 600 B HE 650 A HE 650 B KRIITTINEN LÄMPÖTILA 350 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0,99655 K MOD PAROC FPS 17 ERISTEEN PAKSUUS (mm) KRIITTINEN LÄMPÖTILA 450 C ETA hyväksytty! Taulukoissa esitetyt eristepaksuudet perustuvat huolellisesti suunniteltuun palotestiohjelmaan (kuormitetuilla ja kuormittamattomilla profiileilla) sekä testien perusteella laadittuihin laskelmiin. Testiohjelmat suunniteltiin määrittämään palosuojaeristeen materiaaliominaisuudet sekä fysikaalinen toiminta paloolosuhteissa erikokoisilla teräksillä. PAROC FPS 17:llä suojatut teräsprofiilit testattiin ja laskettiin EN ja ENV :2002 standardien mukaisesti Sintef NBL:ssä Norjassa. Tällä terästen palosuojajärjestelmällä on VTT Expert Services Oy:n myöntämä Eurooppalainen tekninen hyväksyntä (ETA). AVOIMET JA SULJETUT TERÄSPROFIILIT KRIITTINEN LÄMPÖTILA 400 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0, K MOD

6 KRIITTINEN LÄMPÖTILA 450 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0,99583 K MOD KRIITTINEN LÄMPÖTILA 500 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0, K MOD KRIITTINEN LÄMPÖTILA 550 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0, K MOD KRIITTINEN LÄMPÖTILA 600 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0, K MOD KRIITTINEN LÄMPÖTILA 650 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0, K MOD KRIITTINEN LÄMPÖTILA 700 C Multiple R 0, a O = 0 R 2 0, K MOD

7 ASENNUS 1 Eristys kiinnitetään aluslevyllisillä (Ø 30 mm) hitsipiikeillä (Ø 2,8 mm). 2 Palkkeihin hitsipiikit kiinnitetään enintään 50 mm reunoista. 3 Pilareihin hitsipiikit kiinnitetään enintään 110 mm reunoista. 4 Pilareissa hitsipiikkien enimmäisetäisyys toisistaan on 400 mm. 5 Palkeissa hitsipiikkien enimmäisetäisyys toisistaan on 300 mm. 6 Varmista, että hitsauspiikit on kiinnitetty kunnolla. Sinun tulisi voida taivuttaa ilman eristettä asennettua piikkiä sivulle sen irtoamatta. 7 Asennettaessa eristystä H- tai I-profiileihin, joiden laippojen etäisyys on yli 200 mm, eristyslevyliitosten taakse asetetaan taustalevy. 8 Taustalevyn tulee olla 100 mm leveä ja yhtä paksu kuin pääeriste. 9 Kun laippojen etäisyys on suurempi kuin 300 mm, taustalevyn taakse asetetaan lisäksi tukilevy, joka on yhtä paksu kuin pääeriste. 10 Molemmat levyt leikataan ylimitoitetusti, jotta ne istuvat paikalleen tiukasti. 11 Liimaa tai muuta vastaavaa ei tarvita. 12 Kaikki reunat on täysin peitetty levyillä. 13 Asennettaessa eristystä palkkeihin, sivuille asennetut levyt peittävät alimman kerroksen levyn eikä päinvastoin. 14 Eristykseen ei saa jäädä aukkoja. PAROC XPS 001 Fire spring -jousiruuvi Hitsipiikki OO OO Epäorgaanisesta kivivillasta tehty palonsuojaus on erittäin kestävä. Huoltoa tarvitaan vain, jos eristeeseen tulee esim. mekaanisia vaurioita iskujen johdosta. Vaurio on helppo korjata vaihtamalla kyseinen osa eristeestä. Paroc FireSAFE järjestelmää käytetään sisätiloissa normaaleissa lämpötiloissa ja kosteusoloissa. 7

8 PAROC FIRESAFE -JÄRJESTELMÄN ASENTAMINEN YLEISTÄ: I-PROFIILIEN KIINNITTÄMINEN >200 MM HITSAAMINEN 1 Leikkaa asennuskappaleet 100 mm levyisiksi ja pituudeltaan profiiliin sopiviksi. Jätä pituuteen 2 3 mm ylimääräinen vara. Käytä aina saman paksuista levyä kuin profiilissa on aiemminkin käytetty. Eristys kiinnitetään käyttämällä hitsi piikkejä, joissa on aluslevy. Hitsipiikin halkaisija on 2,8 mm ja siihen kuuluu kiinteä aluslevy, jonka halkaisija on 30 mm. Eristyslevyn tulee muodostaa teräsprofiilille yhtenäinen kulma. Terästä ei saa jäädä yhtään näkyviin. Noudata hitsauskoneen ohjeita asentaaksesi hitsipiikit asianmukaisesti.. 2 Suojaa eristyslevyjen liitoskohdat liitoksen taakse tulevalla eristeellä. Yleensä hitsipiikki valitaan 2 3 mm pidemmäksi kuin eristyspaksuus.. Hitsaus suoritetaan työhön tarkoitetulla tapitushitauslaitteella. Hitsipiikki on kuparilla päällystetty teräspiikki, johon kuuluu aluslevy. Katso eristetuen asennus sivun 7 havainnekuvista. Kun palkki tai pilari on korkeampi kuin 300 mm, liitoskohdan eriste tuetaan palkin uumaa vasten asetetulla kappaleella. RHS-PROFIILIEN ASENTAMINEN Eristys kiinnetetään RHS-profiilien päälle puskuhitsaamalla. Hitsipiikit kiinnitetään 400 mm:n välein ja alle 110 mm päähän eristeen liitoskohdista. 8

9 VAIHTOEHTOINEN ASENNUSMENETELMÄ ETA-hyväksyntä sallii myös teräsrakenteen palosuojauksen asentamisen ruuveilla. RUUVIKIINNITYS Eristys asennetaan PAROC XFS 001 Fire Spring -jousiruuveilla. Ensin työnnetään 100 mm leveitä PAROC FPS 17 -kappaleita teräsprofiilin laippojen väliin niin, että niiden etäisyys toisistaan on enintään k600 mm. Taustalevyn on oltava paksuudeltaan vähintään 40 mm. Jos palkki on korkeampi kuin 400 mm, on eristyksen ja uuman väliin asetettava levykappale poikittain lisätueksi. Jos palkin leveys on yli 300 mm, on laipan keskilinjaan hitsattava 2,8 mm hitsipiikkejä 300 mm välein. Leikkaa eriste niin, että se vastaa palkin korkeutta lisättynä laipan eristeen paksuudella. Käytä vähintään kahta jousiruuvia 200 mm:n välein. Jousiruuvien välinen etäisyys näkyy oheisissa kuvissa. Suosittelemme, että jousiruuvin pituus on kaksi kertaa eristyksen paksuus Max max 150 Max 200 > Max 600 TUOTETIEDOT PAROC FPS 17 Ominaisuus Käytetty standardi 25 Max 150 Leveys x pituus 600 x 1200 mm EN 822 >400 Paksuus mm Toleranssit: T5; EN Paloluokitus A1 EN 823 EN Max 200 Lämmönjohtavuus λd = 0,038 W/mK EN KÄYTTÖTARKOITUS Tehokas palosuojauslevy erityisesti teräsja betonrakenteisiin sekä palonkestävien ovien eristämiseen. 300 PAKKAUSTYYPPI Muovipakkauset lavalla tai irtolevyt lavalla. 9

10 Paroc on Itämeren alueen johtava energiatehokkaiden eristeratkaisujen valmistaja. Toimintamme kulmakiviä ovat asiakas- ja henkilöstölähtöisyys, jatkuva innovaatio, kannattava kasvu sekä kestävä kehitys. Paroc-tuotteita ovat rakennuseristeet, tekniset eristeet, laivaeristeet ja akustointituotteet. Tuotteet valmistetaan Suomessa, Ruotsissa, Liettuassa, Puolassa ja Venäjällä. Myyntitoimistoja ja edustustoja on 14 maassa Euroopassa. Rakennuseristeiden laaja tuote- ja sovellustarjonta soveltuu kaikkeen perinteiseen rakennusten eristämiseen. Rakennuseristeitä käytetään lähinnä ulkoseinien, kattojen, lattioiden ja alapohjien sekä väliseinien lämmön, palon ja äänen eristämiseen. Akustiikkatuotteiden valikoima sisältää ääntä absorboivat sisäkatot ja seinälevyt sekä teollisuuden meluntorjuntatuotteet akustiikkaolosuhteiden parantamiseen ja melun vaimentamiseen. Teknisiä eristeitä käytetään lämmön-, palo- ja ääneneristeinä talotekniikassa, prosessiteollisuuden putkistoissa ja laitteissa, laitevalmistuksessa sekä laivoissa. Tiedot tässä esitteessä ovat yksinomainen ja täydellinen kuvaus tuotteen ominaisuuksista. Kuvaus on voimassa tämän esitteen laatimishetkestä siihen saakka, kunnes se korvataan uudella sähköisellä tai painetulla kuvauksella. Kuvauksen viimeisin versio on aina nähtävillä Parocin verkkosivuilla. Esitemateriaalimme esittää tuoteratkaisut ja sovellukset, joihin tuotteidemme toiminnallisuus ja tekniset ominaisuudet on hyväksytty. Mitään tässä esitteessä esitettyä ei ole pidettävä takuun antamisena. Emme vastaa tuotteidemme käyttämisestä kolmansien osapuolien tuotteiden tai ratkaisuiden käytön tai asentamisen yhteydessä. Emme vastaa tuotteen soveltuvuudesta sellaiseen käyttötarkoitukseen, johon sitä ei ole tämän esitteen antamien tietojen mukaisesti tarkoitettu. Pidätämme oikeudet muokata tai muuttaa esitteitämme. PAROC on Paroc Groupin rekisteröity tavaramerkki. Tammikuu 2017 Korvaa Lokakuu 2013 Paroc Group BIFI0117 PAROC OY AB Rakennuseristeet PL 240, Helsinki Puhelin A MEMBER OF PAROC GROUP