PUURAKENTEET Uutta paloturvallisuudesta Esko Mikkola Stefania Fortino Tuula Hakkarainen Jukka Hietaniemi Tuuli Oksanen
Taustaa Puun paloturvallista käyttöä koskeva tutkijoiden ja teollisuuden verkosto, Fire Safe Use of Wood, aloitti yhteistyön vuonna 2003 Osallistujia noin kymmenestä Euroopan maasta Tavoitteena mm. paloriskianalyysiin perustuvien menetelmien kehittäminen puurakenteiden laajenevaa käyttöä tukemaan Aluksi työtä pääasiassa olemassa olevien kansallisten osaamisten ja kokemusten levittämisessä kaikkien käyttöön sekä tiedonsiirtoa eurooppalaisesta standardisoinnista Verkoston taustatyön tuella vuoden 2007 lopulla saatiin käyntiin WoodWisdom-Net kokonaisuuteen kuuluva Fire resistance of Innovative Timber structures (FireInTimber) projekti Hankkeen toteuttajina on 14 tutkimustahoa yhdeksästä maasta: Ruotsi, Suomi, Saksa, Ranska, Norja, Iso-Britannia, Itävalta, Sveitsi ja Viro Hanke kuuluu puuteollisuuden Building With Wood (BWW) ohjelmaan 2
Hankkeen osatehtävät Kantavien puurakenteiden palonkestävyyden suunnittelukonseptit mitoituspalot Massiivisten ja keveiden puurakenteiden palonkestävyys lämmönsiirtomallit ja suojauksen menetelmät Liitostekniikoiden kehittäminen niiden toiminnan optimoimiseksi Uusien puurakenteiden palonkestävyyttä parantavien materiaalien ja komponenttien toimivuuden arviointi ja kehittäminen Eurooppalaisen käsikirjan laatiminen 3
Mitoituspalot ja laskentamenetelmät Suurin osa rakenteiden paloturvallisuuden suunnittelua myös puurakentamisen osalta käyttää ja tulee käyttämään mitoituspalona standardipalokäyrää Eniten kokeellista tietoa ja käytöstä seuraavat turvallisuustasot ovat aikojen myötä muotoutuneet hyväksytyiksi taulukkoarvoiksi Riskipotentiaalien kasvaessa on yhä tarpeellisempaa käyttää toiminnallista palomitoitusta taulukkomitoitusta täydentävänä Paloturvallisuussuunnittelija tarvitsee kuitenkin ohjeita mitoituspaloista ja niiden valinnasta kohteen luonteen ja käyttötavan mukaan Hiiltymisnopeus... 4
Kantavat rakenteet Kantavia rakenteita koskevassa osassa tutkitaan sekä massiivisia että keveitä puurakenteita kehittäen mm. seuraavia kokonaisuuksia: Keveiden I-palkkirakenteiden laskenta ja suojaus Puurakenteiden suojaaminen kipsi-, puu- jne. levyillä Puurakenteiden kantavuuden mitoitusmenetelmien soveltuvuus uusille tuotteille Lämmönsiirron ja termomekaanisten analyysien menetelmät (mm. ristiinlaminoidut puutuotteet) Kehitystyö sisältää sekä pienen mittakaavan että täyden mittakaavan kokeita tulosten varmentamiseksi 5
Liitokset Puurakenteiden liitosten osalta tavoitteena on mm. Eurokoodi 5:n puu-puu ja teräs-puu liitosten vetoa ja puristusta koskevien ohjeiden laajentaminen 60 90 minuuttiin Laskentamenetelmien kehittäminen Uusien liitostyyppien palo-ominaisuuksien analysointi Esimerkki puuteräsliitoksen Abaqus ohjelmalla toteutetusta mallista, jolla voidaan laskea sekä lämmönsiirtoa että jännitysjakaumia puussa ja teräksessä 6
Läpiviennit puurakenteissa Rakennusosien osastoivuuden kannalta on ensiarvoisen tärkeää, että myös läpivientien osastoivuudesta on asianmukaisesti huolehdittu Puurakenteissa tästä on pidettävä erityisen hyvää huolta jotta palo ei pääse leviämään rakenteen sisään ja edelleen muihin rakenteisiin tai toiseen palo-osastoon Hankkeessa kootaan yhteenveto puurakenteisiin soveltuvista läpivientiratkaisuista ja annetaan ohjeistusta läpivientien toteutuksesta 7
Uudet puurakenteiden materiaalit ja tuotteet Puurakenteiden palonkestävyyttä parantavien uusien materiaalien ja komponenttien osuudessa arvioidaan mm. muusta käytöstä saatujen kokemusten pohjalta soveltuvuutta puurakentamisen käyttöön seulotaan esiin uusia tuoteratkaisuja arvioimalla niiden toimivuutta Tutkimukseen kuuluvia aihekokonaisuuksia ovat: Puurakenteissa käytettävät liimat Vaihtoehtoiset lämmöneristemateriaalit Kipsilevylle vaihtoehtoiset suojaverhoukset Ohuet lämpösulkukerrokset (maalit, foliot, jne.) Tuotekehitystä varten määritellään toiminnallisia vaatimuksia, joita kyseisten tuotteiden tulee täyttää Työ sisältää kokeita potentiaalisten materiaali ja tuote- ehdokkaitten toimivuuden arvioimiseksi 8
Suojaavien kerrosten vaikutusta hiiltymisnopeuteen on tutkittu pienessä mittakaavassa (10 cm x 10 cm) kartiokalorimetrilla Käytetty 50 kw/m 2 lämpösäteilyteho vastaa 30 min altistuksena suurin piirtein puolen tunnin altistusta standardipalokäyrän mukaan Altistustaso on tässä kokeessa vakio, joten kokeen alussa se on standardipalokäyrää rankempi hiiltymisnopeudet tässä kokeessa ovat alkuvaiheessa jonkin verran suurempia kuin standardipalokäyrän mukaisessa kokeessa 9
25 20 24 min 34 min 51 min Char depth (mm) 15 10 5 0 11 min 19 min 24 min 34 min LVL uncoated LVL+Al+intumescent LVL+intum. A 200g/m2 LVL+intum. A 400g/m2 6 min LVL+intum. B 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Time (min) Esimerkkejä hiiltymissyvyyksien muutoksista eri pintakäsittelyillä/tuotteilla 10
Paloturvallisen puurakentamisen käsikirja Sisältönä tähän eurooppalaiseen kirjaan on tulossa mm.: Taustaa palomääräyksistä Eurooppalaiset rakennustuotteiden vaatimukset (palon kannalta) Paloturvallisuuden tavoitteiden saavuttamisen keinot Puutuotteiden paloturvallisuus pintamateriaalina Kantavat puurakenteet Osastoivat puurakenteet Puurakenteiden liitokset Läpiviennit puurakenteissa Aktiivisen palontorjunnan keinot Poistumisen turvallisuus Toiminnallisen paloturvallisuussuunnittelun mahdollisuudet Uusien puutuotteiden käyttöönotto Käsikirja julkaistaan vuoden 2010 alkupuolella 11
Kiitokset FireInTimber projektin rahoittajat ovat Tekes (rahoituspäätös 40203/07) Building With Wood / CEI-Bois Roadmap asbl VTT Kiitämme projektin tutkijoita ja ohjausryhmän jäseniä yhteistyöstä ja tutkimuksen tuesta 12