Zniszczenia pożarowe dachu stromego

Rys. 1. Widok budynku ze zniszczoną w wyniku pożaru drewnianą więźbą dachową

Błędy projektowe i wykonawcze wpływają bezpośrednio na bezpieczeństwo konstrukcji i bezpieczeństwo użytkowania obiektów budowlanych, w tym budynków mieszkalnych [1, 5–6]. Dodatkowym czynnikiem decydującym o okresie użytkowania budynku jest sposób jego eksploatacji. Jednak bardzo często inne zjawiska mają kluczowy wpływ na dalszą możliwość eksploatacji budynków. Przykładem takiego czynnika jest obciążenie akcydentalne w postaci pożaru. Celem artykułu jest przedstawienie wpływu pożaru oraz przeprowadzonej akcji gaśnicznej nie tylko na stan techniczny drewnianej więźby dachowej, ale również pozostałych elementów konstrukcyjnych i wykończeniowych budynku.

Dane ogólne
Budynek zrealizowany został jako 3-kondygnacyjny, 2-klatkowy, nie podpiwniczony, z poddaszem użytkowym. W części środkowej budynek posiadał podłużny układ konstrukcyjny ścian, wzdłuż ściany wewnętrznej wykonstruowano słupowo-ryglowy układ konstrukcyjny: dwuteowe belki stalowe i żeliwne słupy. W obszarze ścian szczytowych budynek posiadał układ konstrukcyjny ścian poprzeczny. Mury zewnętrzne oraz wewnętrzne wykonane zostały z cegły ceramicznej pełnej. Strop nad parterem, nad I oraz nad II piętrem wykonano na belkach drewnianych. Przekrycie budynku stanowił dach drewniany stromy typu płatwiowo-kleszczowego.

Budynek wcześniej użytkowany jako koszary na terenie jednostki wojskowej był wyłączony z eksploatacji. Nocą miało miejsce zdarzenie losowe polegające na pożarze – prawdopodobnie ogień został zaprószony przez bezdomnych, którzy koczowali w budynku. W wyniku pożaru spłonęła drewniana więźba dachowa, ogień uszkodził również strop nad II piętrem, natomiast wskutek akcji gaśniczej zalaniu uległy (w zróżnicowanym stopniu) pozostałe stropy i mury budynku (rys. 1).

Opis uszkodzeń pożarowych budynku
W wyniku pożaru zadymieniu uległy ściany obudowy klatek schodowych w obszarze II piętra (rys. 2 a–b). Zadymienie powstałe w wyniku pożaru w poziomie I piętra było mniej intensywne, natomiast brak było śladów oddziaływania pożaru (bezpośredniego oddziaływania ognia i dymu skutkującego zadymieniem ścian) na klatkach schodowych oraz w pomieszczeniach w poziomie parteru.


Rys. 2. Uszkodzenia pożarowe w budynku: a), b) wypalone tynki na klatce schodowej, c) zarysowane sklepienie łukowe nad klatką schodową, d) wypalone mury ceglane w poziomie poddasza

Przekrycia klatek schodowych wykonane jako sklepienia ceglane pomiędzy belkami stalowymi (dwuteownikami) wykazywały w większości przypadków spękania w kluczu (rys. 2c) – ich pochodzenie może wskazywać na uszkodzenia termiczne powstałe w czasie pożaru.

Spoiny murów obudowy klatek schodowych w poziomie poddasza były wypalone (wyżarzone), mury wykazywały rozwarstwienie (rys. 2d).

W wyniku pożaru całkowitemu zniszczeniu uległa konstrukcja dachu drewnianego stromego (rys. 3 a–b). Ubytki elementów drewnianej więźby dachowej dochodziły do 50% powierzchni przekroju poprzecznego – dotyczyło to zarówno krokwi, jak również płatwi pośrednich, słupów oraz mieczy.

Pożar spowodował zwęglenie drewnianych belek stropu nad II piętrem (rys. 3 c–d). Część zniszczonej pożarowo konstrukcji dachu drewnianego zapadła się i utworzyła pogorzelisko w poziomie stropu nad II piętrem, natomiast część wypalonych elementów konstrukcji dachu stromego oraz uszkodzone elementy stropu nad II piętrem (belki, deski podłogowe, elementy podsufitki) spadły na strop nad I piętrem, tworząc pogorzelisko (zwalisko) na niższych pozimie stopu międzykondygnacyjnego.


Rys. 3. Uszkodzenia pożarowe: a), b) drewnianej więźby dachowej, c), d) stropu nad II piętrem

Analiza stanu technicznego budynku po pożarze
Drewniana więźba dachowa
Więźba drewnianego dachu stromego, którego konstrukcję można było określić jako udoskonalony dach płatwiowo-kleszczowy, była całkowicie zdegradowana w wyniku oddziaływania obciążenia akcydentalnego w postaci pożaru.

Uszkodzenia elementów drewnianych w postaci zwęglenia krawędzi i płaszczyzn zewnętrznych wynosiły od 20% do 50% powierzchni przekroju poprzecznego (rys. 4). Należy zauważyć, że zakres uszkodzeń drewniej więźby dachowej był jednakowy na całej powierzchni rzutu budynku. W wyniku działania ognia uszkodzeniu uległy nie tylko powierzchnie (krawędzie i płaszczyzny zewnętrzne) elementów drewnianych, lecz także połączenia węzłowe – poluzowaniu uległy połączenia ciesielskie wykonane jako wrębowe pomiędzy słupkami a płatwiami pośrednimi oraz pomiędzy płatwiami pośrednimi a mieczami, jak również pomiędzy słupkami a mieczami. Ponadto wypaleniu uległy łączniki ciesielskie (tzw. gwoździe drewniane).


Rys. 4. Przykład uszkodzenia pożarowego elementu drewnianej więźby dachowej (miecza–zastrzału pomiędzy słupkiem a płatwią pośrednią)

Przekrycia klatek schodowych
Prawdopodobną przyczyną pożaru było zaprószenie ognia. W ramach działań związanych z likwidacją szkód pożarowych nie określono jednak scenariusza pożarowego dla budynku, jak również nie określono obciążenia konstrukcji ogniem w oparciu o zalecenia zamieszczone w [7] modelu. Jednak niezależnie od rodzaju pożaru można stwierdzić, że temperatura gazów spalinowych ?g jest jedynie funkcją czasu i rośnie monotonicznie (nie ma fazy stygnięcia), osiągając w kulminacyjnym momencie pożaru, zgodnie z [7], wartości w poziomie 1000–1200°C (rys. 5).


Rys. 5. Zależność czas-temperatura dla różnych przypadków pożaru (wg [7])

Obciążenie temperaturowe wprowadza zaburzenie struktury materiału (stali) i powoduje spadek wytrzymałości elementów (rys. 6). Sytuacja ta jest szczególnie istotna w przypadku elementów stalowych wbudowanych w konstrukcje z początku XX wieku [4], dla których wytrzymałość na zginanie fyd wynosi 120–150 MPa i jest niższa w stosunku do wyrobów stalowych produkowanych współcześnie. Sytuacja taka miała miejsce w przypadku przekrycia klatek schodowych, wykonstruowanych jako ceramiczne sklepienia odcinkowe (zwane dalej sklepieniami ceglanymi), dla których podpory stanowiły dwuteowniki stalowe I140.


Rys. 6. Zależność temperatura-naprężenia-współczynnik sprężystości (wg [7])

Podczas oględzin zidentyfikowano uszkodzenia sklepień ceglanych w widoku od strony klatki schodowej na części sklepień – morfologia uszkodzeń (ich większe rozwarcie od strony wnętrza budynku) mogła wskazywać, że powstały one w wyniku oddziaływania podwyższonej temperatury (jako następstwo pożarowe). Tym samym w wyniku pożaru mogły powstać zmiany struktury w elementach stalowych (dwuteownikach rozmieszczonych równolegle do ścian podłużnych).
Stropy międzykondygnacyjne

Belki drewniane stropu nad II piętrem były, podobnie jak drewniana więźba dachowa, zdegradowane w wyniku oddziaływania obciążenia akcydentalnego w postaci pożaru. Ubytki przekroju poprzecznego były mniejsze niż w przypadku drewnianej więźby dachowej i wynosiły od 5% do 35% – jednak te niedoszacowania przekroju, w szczególności w strefach przypodporowych (przyściennych) dyskwalifikowały drewniane belki stropowe do wykorzystania w ramach prac remontowych. Ponadto belki stropowe były intensywnie zawilgocone (w wyniku prowadzonej akcji gaśniczej), co widoczne było w postaci przebarwień powierzchni bocznych drewnianych belek stropowych. Tym samym nośność tych belek była obniżona (rys. 7).


Rys. 7. Zależność wilgotność-wytrzymałość (naprężenia) (wg [3])

Mury
Mury budynku wykonane zostały z cegły ceramicznej pełnej o grubości 51 cm (parter i I piętro) oraz 38 cm (II piętro i poddasze). Na podstawie oceny makroskopowej cegłę wbudowaną w mury, na całej wysokości ścian zewnętrznych zakwalifikować można było jako klasy 100 (fb = 10,0 MPa), natomiast zaprawę jako marki M2 (fm = 1,0 MPa).

Na murach budynku, na wszystkich kondygnacjach brak było widocznych uszkodzeń, których morfologia wskazywała by na przeciążenie konstrukcji – dotyczyło to zarówno filarów międzyokiennych, jak również pełnościennych fragmentów ścian wewnętrznych.

W wyniku prowadzonej akcji gaśniczej mury budynku uległy zawilgoceniu. Jego poziom zmierzono – kryteria oceny stopnia zawilgocenia zamieszczono w Tab. 1, a zestawienie zmierzonych wilgotności dla elementów w wykonanych odkrywkach zamieszczono w Tab. 2. W celu oceny zawilgocenia murów zrezygnowano z pobrania próbek materiału do badań możliwych do przeprowadzenia metodą suszarkowo-wagową zgodnie z wymaganiami normy [8] – uznano, że pomiary wykonane z zastosowaniem wilgotnościomierza będą reprezentatywne do oceny stopnia zawilgocenia murów.


Najbardziej zawilgocone były mury zewnętrzne w poziomie II piętra (bezpośrednio pod okapami dachu stromego). Tu wilgotność masowa Um [%] murów ceramicznych wynosiła 19%, co kwalifikowało je jako mokre. Należy zauważyć, że dokonano jedynie powierzchniowego pomiaru zawilgocenia elementów murowych. W rzeczywistości w przypadku elementów murowych najbardziej zawilgocone są zazwyczaj wewnętrzne warstwy muru, szczególnie w przypadku murów o podwyższonej grubości (≥ 38 cm) (rys. 8). W poziomie I piętra w wykonanych odkrywkach pomierzona wilgotność masowa kwalifikowała mury jako wilgotne, natomiast na podstawie pomiarów wykonanych w poziomie parteru mury można było uznać je za suche.


Rys. 8. Zależność grubość muru-wilgotność masowa (wg [2])

Propozycja zakresu prac naprawczych
Zaproponowany zakres prac remontowych mających za zadanie usunięcie uszkodzeń pożarowych przewidywał:

• demontaż (rozbiórkę) uszkodzonej pożarowo konstrukcji drewnianej więźby dachowej,
• usunięcie pogorzeliska z poziomu stropu nad II piętrem i pozostawienie jedynie ocalałych drewnianych belek stropowych,
• usunięcie elementów pogorzeliska z przekrycia klatek schodowych i pozostawienie jedynie sklepień ceglanych – w przypadku stwierdzenia podczas prac rozbiórkowych wskrośnych uszkodzeń sklepień ceglanych należałoby je bezwzględnie rozebrać,
• demontaż podsufitki stropu nad II piętrem (z poziomu II piętra),
• usunięcie pogorzeliska z poziomu stropu nad I piętrem,
• rozbiórkę trzonów kominowych do poziomu ok. 50 cm poniżej stropu nad II piętrem,
• demontaż desek podłogowych, „ślepego” pułapu oraz polepy stropu nad I piętrem (z poziomu II piętra),
• demontaż podsufitki stropu nad I piętrem (z poziomu I piętra),
• usunięcie zawilgoconej podsufitki stropu nad parterem (z poziomu parteru),
• skucie zawilgoconych framentów tynku,
• przeprowadzenie kompleksowych prac remontowo-modernizacyjnych budynku na podstawie opracowanej dokumentacji projektowej o charakterze remontowym. Należało rozważyć możliwość zmiany konstrukcji stropu nad II piętrem – z przewidzianego do docelowego demontażu zrealizowanego na belkach drewnianych na strop żelbetowy, monolityczny, co mogło potencjalnie spowodować konieczność wzmacniania ław fundamentowych.

Wnioski
W wyniku pożaru całkowitemu zniszczeniu uległa konstrukcja drewnianego dachu stromego oraz stropu na belkach drewnianych nad II piętrem. Ponadto uszkodzeniu uległa konstrukcja przekryć nad klatkami schodowymi (sklepień ceglanych oraz belek stalowych), konstrukcja ścian obudowy klatek schodowych w poziomie poddasza, dodatkowo powstały rozległe zadymienia klatek schodowych w poziomie II piętra.

Akcja gaśnicza spowodowała zawilgocenie murów w poziomie I i II piętra, a utrzymujący się po zalaniu poziom wilgoci sprzyjał rozwojowi zarodników grzyba domowego w poziomie podsufitki stropu nad parterem.

Zgliszcza konstrukcji drewnianej więźby dachowej oraz stropu nad II piętrem, jak również elementy przekrycia i obudowy klatek schodowych w poziomie poddasza kwalifikowały się do rozbiórki, natomiast pozostałe elementy konstrukcyjne budynku które uległy uszkodzeniu w czasie pożaru, kwalifikowały się do podjęcia prac zabezpieczających w celu zapewnienia zabezpieczenia obiektu przed dalszą degradacją.

Literatura:
[1] Baranowski W.: Zużycie obiektów budowlanych. Wydawnictwo Warszawskiego Centrum Postępu Techniczno-Organizacyjnego Budownictwa, Ośrodek Szkolenia WACETOB sp. z o.o., Warszawa, 2000.
[2] Hoła J., Makowski Z.: Wybrane problemy dotyczące zabezpieczeń przeciwwilgociowych ścian w istniejących obiektach murowanych. XXIV Konferencja Naukowo-Techniczna AWARIE BUDOWLANE, 109–114, Szczecin-Międzyzdroje, 2007
[3] Michniewicz W.: Konstrukcje drewniane, Arkady, Warszawa, 1958.
[4] Praca zbiorowa: Stahl in Hochbau, Wydawnictwo Julius Springer, Berlin, 1938.
[5] Praca zbiorowa: Trwałość i skuteczność napraw obiektów budowlanych, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław, 2007.
[6] Substyk M.: Utrzymanie i kontrola okresowa obiektów budowlanych. Wydawnictwo ODDK, Warszawa, 2012.
[7] PN-EN 1991-1-2:2006 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje. Część 1–2: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania na konstrukcje w warunkach pożaru
[8] PN-EN ISO 12570 Cieplno-wilgotnościowe właściwości materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie wilgotności przez suszenie w podwyższonej temperaturze


dr hab. inż. Maciej Niedostatkiewicz
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Katedra Budownictwa i Inżynierii Materiałowej
Pracownia Projektowo-Inżynierska
Maciej Niedostatkiewicz


CZYTAJ WIĘCEJ

Fire Guard Bezpieczeństwo pożarowe budynków
Dachy - wymagania bezpieczeństwa pożarowego
Odbiory systemów wentylacji pożarowej z wykorzystaniem ciepłego dymu
Bezpieczeństwo pożarowe dachów
Okno oddymiające FSP. "Droga" dla dymu w czasie pożaru
Bezpieczeństwo pożarowe dachów - powstaje specjalistyczna publikacja dla branży budowlanej

---