CC BY
18
Konrad Podawca, Ph.D.a)*; Marek Przywozki, M.Sc. Eng.b)
'> Warsaw University of Life Sciences / Szkola Glowna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie b> POLFLAM Sp. z o.o.
* Corresponding author / Autor korespondencyjny: konrad_podawca@sggw.pl
The Impact of Structural and Material Solutions for Glazing Connections on Deformation During Fire
Wptyw rozwi^zan konstrukcyjno-materiatowych pot^czen przeszklen na odksztatcenia podczas dziatania ognia
ABSTRACT
Purpose: The article aims to present the differences between different construction and material solutions for glazed partition walls in terms of fire safety, as described by the displacements created by flames.
Introduction: Despite the increasingly stringent requirements concerning fire protection and the use of best available techniques, the number of building fires is constantly increasing. Statistics published by the National Headquarters of the State Fire Service show that public buildings account for a significant proportion of these events. In this type of facilities, appropriate design of partition walls is crucial for maintaining the standards of fire safety. Because of an increasing scale of glazed partitions' application in the office buildings' interior arrangement, it is important to note that the fire resistance of the glazings is affected not only by the type or thickness of the fire-resistant glazing but also by the way it is installed, the type of carrying profiles and the sealing materials used.
Methodology: The initial stage included design of an original solution for a frameless glass partition. The partition was subjected to fire tests carried out in accordance with PN-EN 1363-1 and 1364-1 standards. The obtained results of the designed partition were subjected to a comparative analysis with other vertical, framed glazed elements of similar dimensions. The comparative analysis relied on the results provided by the fire tests reports for the glazed partition walls in the framed construction made of wood, aluminium and steel.
Conclusions: The comparative analysis showed that the structure made of steel sections was characterized by the highest susceptibility to displacement caused by fire, in the range of 200 mm. The occurring deformations significantly differed from the results obtained for the other partitions, out of which the lowest deformation values were obtained for the frameless structure (max. 3 mm) and wooden profiles (max. 11 mm). However, it is worth mentioning that in the case of the wooden structure the deformations were directed towards the outside, and in the other cases, towards the inside of the furnace. The comparative analysis revealed that solutions without a frame, based only on vertical connection of large glazing, provide better results in terms of ensuring fire tightness. This fact may be of considerable importance for the staff evacuation process and fire extinguishing in high-rise office buildings. Keywords: fire, fire resistance, glass partition wall, fire protection glass Type of article: case study
Received: 30.06.2019; Reviewed: 03.09.2019; Accepted: 03.09.2019;
Authors' ORCID IDs: K. Podawca - 0000-0001-5261-6657; M. Przywozki - 0000-0003-0155-8930; Percentage contribution: K. Podawca - 49%; M. Przywozki - 51%;
Please cite as: SFT Vol. 53 Issue 1, 2019, pp. 118-128, https://doi.org/10.12845/sft.51.3.2019.7;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu jest ukazanie róznic pomiçdzy róznymi rozwiqzaniami konstrukcyjno-materialowymi przeszklonych scian dzialowych w kontekscie odpornosci ogniowej wyznaczanego na podstawie wartosci przemieszczert powstajqcych w nich pod wplywem dzialania plomieni. Wprowadzenie: Pozary budynków w Polsce to zjawisko przybierajgce na sile, pomimo coraz bardziej rygorystycznych wymagart ochrony przeciwpozarowej i stosowania nowoczesnych rozwiqzart. Analiza szczególowych statystyk prowadzonych przez Komendç Glównq Partstwowej Strazy Pozarnej pokazuje, ze znaczqcy procent zdarzert dotyczy budynków uzytecznosci publicznej. Odpowiednie zaprojektowanie scian dzialowych w tego typu obiektach wydaje siç bye kluczowe dla bezpieczertstwa pozarowego. Ze wzglçdu na coraz powszechniejsze stosowanie przegród przeszklonych w projektowaniu przestrzeni obiektów biurowych, warto zwrócie uwagç na fakt, ze na odpornose ogniowq tych witryn ma wplyw nie tylko typ i grubose szkla ogniochronnego, ale równiez sposób jego mocowania, rodzaj profili nosnych czy uzyte materialy izolacyjne i uszczelniajqce.
Metodología: Wstçpnym etapem bylo zaprojektowanie autorskiego rozwiqzania bezramowej konstrukcji przegrody przeszklonej. Przegrodç tç poddano badaniom ogniowym zgodnie z normami PN-EN 1363-1 i PN-EN 1364-1. Otrzymane rezultaty zaprojektowanej przegrody poddano analizie porównaw-
czej z innymi pionowymi, ramowymi elementami przeszklonymi o zblizonych gabarytach. Do porównania przyjQto wyniki zawarte w raportach badart ogniowych przeszklonych scian dzialowych w konstrukcji ramowej wykonanej z drewna, aluminium i stali.
Wnioski: Na podstawie analizy porównawczej stwierdzono, ze konstrukcji wykonang z ksztaltowników stalowych cechowala najwi^ksza podatnosc na ugi^cie pod wplywem wysokiej temperatury spowodowanej dzialaniem ognia (wartosc rz^du 200 mm). WystQpujqce deformacje znaczgco odbiegaly od wyników otrzymanych dla pozostalych przegród, z których najmniejsze wartosci odksztalcert uzyskano dla konstrukcji bezramowej (max. 3 mm) i profili drewnianych (max. 11 mm) - z tym, ze w konstrukcji drewnianej odksztalcenia nast^powaly na zewngtrz, a w pozostalych przypadkach do wn^trza pieca. Wykonana analiza porównawcza pokazala, ze rozwigzania pozbawione ram, a bazujgce jedynie na lgczeniu pionowym dosc duzych przeszklert, dajg lepsze wyniki pod wzgl^dem zapewnienia szczelnosci i izolacyjnosci ogniowej. Moze to miec niebagatelne znaczenie podczas procesu ewakuacji ludzi i gaszenia pozaru w wysokich budynkach biurowych.
Stowa kluczowe: pozar, odpornosc ogniowa, przeszklona sciana dzialowa, szklo ogniochronne Typ artykutu: studium przypadku
Przyj?ty: 30.06.2019; Zrecenzowany: 03.09.2019; Zatwierdzony: 03.09.2019;
Identyfikatory ORCID autorów: K. Podawca - 0000-0001-5261-6657, M. Przywózki - 0000-0003-0155-8930; Procentowy wklad merytoryczny: K. Podawca - 49%; M. Przywózki - 51%; Prosz? cytowac: SFT Vol. 53 Issue 1, 2019, pp. 118-128, https://doi.org/10.12845//sft.53.1. 2019.7; Artykul udost^pniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
Introduction
In spite of stringent fire protection laws and the use of modern solutions, the number of building fires is increasing in Poland (approximately 33 000 in 2013 and 2014, nearly 40 000 in 2017, and 38 000 in 2018). Detailed statistical data gathered by the National Fire Service Headquarters indicates that fires in public utility buildings constitute approximately 7% of all the fires in buildings and approximately 2% of all fire events, including forest fires and agricultural land fires [1]. Despite the fact that fires of these types of building structures are uncommon, they pose a significant risk to civilians due to the intended purpose of such buildings. Glass partitioning walls are becoming more common in these types of buildings, and in particular in offices and service buildings. It seems that, because of the benefits they offer, glass partitions are facing no competition. Their popularity is mainly due to the possibility of allowing enough light into the rooms without the need to provide direct window access. Moreover, they are characterised by particularly good acoustic insulation, and allow free arrangement (which is a more convenient solution for employees in comparison to desks arranged in the form of an open space) and different options in terms of joining the elements and combining them with various types of wall structures. Their other advantages include modern design, enabling the possibility of visual contact with other employees or rooms while maintaining the employees' "own" office space and thus providing a certain level of mental comfort during work [2]. The glass partitions are commonly used in tall office buildings which pose a particular challenge for firemen. Therefore, these construction components are particularly important for ensuring fire safety by limiting the spread of fire. The source literature presents examples of studies related to the impact of high temperatures on glass partitions [3, 4, 5, 6, 7, 8]. In many cases, it is demonstrated that the fire resistance of the partitions is affected not only by the type and thickness of fire-resistant glass, but also by the manner of attachment, the type of supporting profiles and the insulation and sealing materials used [9, 10].
Wprowadzenie
Liczba pozarów obiektów budowlanych w Polsce, pomimo rygorystycznych wymagan ochrony przeciwpozarowej i stoso-wania nowoczesnych rozwiqzan, jest coraz wyzsza (ok. 33 tys. w 2013 r. i 2014 r., a prawie 40 tys. w 2017 r. i 38 tys. w 2018 r.). Ze szczegótowych statystyk prowadzonych przez Komend? Gtównq Panstwowej Strazy Pozarnej wynika, ze pozary budyn-ków uzytecznosci publicznej stanowiq ok. 7% pozarów obiektów budowlanych i ok. 2% wszystkich zdarzen o charakterze pozaru, tqcznie z pozarami lasów i gruntów rolniczych [1]. Mimo ze pozary tego typu budynków nie wyst?pujq cz?sto, ze wzgl?du na charakter uzytkowania stanowiq one duze zagrozenie dla ludzi. W tego rodzaju obiektach - szczególnie biurowych i ustugo-wych - coraz cz?sciej jako sciany dziatowe stosuje si? przegro-dy przeszklone. Wydaje si?, ze ze wzgl?du na swoje atuty prze-grody ze szkta nie majq obecnie konkurencji. O ich popularnosci decyduje mozliwosc doswietlenia pomieszczen bez bezpo-sredniego dost?pu do okien, bardzo dobra izolacja akustyczna, swoboda aranzacyjna (wygodniejsze rozwiqzanie dla pracow-ników niz biurka ustawione w przestrzeni open space), a takze warianty sposobu tqczenia, jak i powiqzania ze scianami o innej konstrukcji. Inne ich zalety to nowoczesny design, mozliwosc kontaktu wzrokowego z innymi pracownikami czy pomieszcze-niami z jednoczesnq „wtasnq" przestrzeniq biurowq, dajqcq duzy komfort psychiczny pracy [2]. Poniewaz przegrody przeszklone sq bardzo cz?sto stosowane wtasnie w wysokich biurowcach, w których gaszenie pozaru jest utrudnione, majq bardzo duze znaczenie w zapewnieniu bezpieczenstwa pozarowego poprzez ograniczenie rozprzestrzeniania si? ognia. W literaturze przed-miotu mamy przyktady badan zwiqzanych z oddziatywaniem wysokich temperatur na przegrody przeszklone [3, 4, 5, 6, 7, 8]. W wielu przypadkach zwraca si? uwag?, ze na ich odpornosc ogniowq wptywa nie tylko typ i grubosc szkta ogniochronnego, ale równiez sposób jego mocowania, rodzaj profili nosnych czy uzyte materiaty izolacyjne i uszczelniajqce [9, 10].
Aims and methods of analysis
This article aims to present the differences between the various structural and material solutions for glass partition walls in the context of their fire resistance. Its main objective is to assess the safety of selected glass partitions on the basis of displacements caused by thermal radiation. Although frame displacements do not constitute a standard parameter [11] and they do not directly affect the evaluation of the element's performance as a fire barrier with a specific resistance, their registration is required [12]. The aforementioned parameters are of great importance for ensuring fire tightness defined as the ability of a given vertical glazed partition to withstand fire on one side, without transferring it to the non-heated side as a result of penetration of flames or hot gases [13]. In addition, one of the three components of fire tightness assessment include the formation of cracks or holes exceeding the permissible dimensions [13] - this type of damage may be caused by frame deflection. At the same time, the displacement values are taken into account to increase the dimensions of the structure in relation to the size of the tested component.
The initial stage involved the development of an original design for a frameless glass partition. That partition was subjected to fire tests [14] carried out in the research laboratory at Certbud Sp. z o.o. The tests were performed in a brick test furnace made of refractory bricks, covered with a 5 cm layer of ceramic material on the inside. The layer served as thermal insulation and protected the interior walls of the furnace against damage. The tested component was built in as the front wall. The test conditions, i.e. temperature increase, pressure and atmosphere of the furnace, as well as ambient temperature, were all set in accordance with the requirements of item 5 of the PN-EN 1363-1 standard [15]. All displacements were recorded in similar time intervals using one of two measurement methods. The first method consisted of stretching a red wire across the entire width of the partition and measuring the distance to the surface of the test piece for each of the selected points. The difference between the obtained measurements during the test represented the size of the displacement of the test piece. The second method was based on the use of a laser rangefinder, which recorded the changing deflection over time. The procedures remained compliant with the PN-EN 1363-1, PN-EN 1364-1 standards concerning fire resistance tests for non-load bearing elements [12, 15].
The obtained deflection test results for each partition were compared with other vertical glass elements of similar dimensions. The summary of the test results also included the results of fire test reports of glass partition walls framed in wood, aluminium and steel constructions, as retrieved from Polflam archives [16].
The presented analysis should be regarded as a case study, since it is based solely on the analysis of events (fire tests of select four glazed partitions). The criteria for their selection included: similar dimensions, diverse materials of partition wall frames, diverse solutions for joining glass panels and various glass thickness.
Cel i metody analizy
Celem artykutu byto ukazanie róznic pomiçdzy rozwiqzaniami konstrukcyjno-materiatowymi przeszklonych scian dziatowych w kontekscie ich odpornosci ogniowej. Za gtówny cel obrano ocenç bezpieczenstwa wybranych przegród przeszklonych na podstawie wartosci ugiçc powstajqcych pod wptywem dziatania promieniowa-nia cieplnego. Pomimo ze odksztatcenia ram nie stanowiq normo-wego parametru [11] i nie majq bezposredniego wptywu na ocenç skutecznosci funkcjonowania elementu jako bariery o okreslonej odpornosci ogniowej, to ich rejestracja jest wymagana [12]. Uzna-no, ze powyzsze parametry majq duze znaczenie przy zachowaniu szczelnosci ogniowej, rozumianej jako zdolnosc danej pionowej przegrody przeszklonej do wytrzymania oddziatywania ognia z jed-nej strony, bez przeniesienia go na stronç nienagrzewanq w wyniku przenikniçcia ptomieni lub gorqcych gazów [13]. Dodatkowo jednym z trzech aspektów oceny szczelnosci ogniowej jest wystqpienie pçkniçc lub otworów przekraczajqcych dopuszczalne wymiary [13] - ugiçcia ram mogq byc powodem powstania takich uszkodzen. Jednoczesnie wartosci deformacji sq parametrem rozpatrywanym w kontekscie zwiçkszenia wymiarów konstrukcji w stosunku do wielkosci badanego elementu.
Wstçpnym etapem byto zaprojektowanie autorskiego rozwiq-zania bezramowej konstrukcji przegrody przeszklonej. Przegrodç tç poddano badaniom ogniowym [14], które przeprowadzono w laboratorium badawczym Certbud Sp. z o.o. Badanie wykonano w piecu badawczym, murowanym z cegiet szamotowych obtozonych od wnçtrza ok. piçciocentymetrowq warstwq materiatu ceramicznego, który jest termicznym izolatorem oraz ostonq przed uszkodzeniami wewnçtrznych scian pieca. Przedniq scianç stanowit wbudowany element próbny. Warunki wykonania badania tj. przyrost tempera-tury, cisnienie i atmosfera pieca oraz temperatura otoczenia byty zgodne z wymogami punktu 5 normy PN-EN 1363-1 [15]. Ugiçcia zo-staty zarejestrowane i zapisywane w zblizonych przedziatach cza-sowych z zastosowaniem jednej z dwóch metod pomiaru. Pierwsza z nich polegata na rozpiçciu zytki na catej szerokosci przegrody i zmierzeniu odlegtosci do powierzchni elementu próbnego dla kaz-dego z wytypowanych punktów. Róznica wynikajqca z pozyskanych pomiarów w trakcie badania stanowita informacjç o wielkosci deformacji elementu próbnego. Druga metoda opierata siç na zasto-sowaniu dalmierza laserowego, który rejestrowat zmieniajqce siç ugiçcie w czasie. Procedury byty zgodne z normami PN-EN 1363-1, PN-EN 1364-1 dotyczqcymi badan odpornosci ogniowej elementów nienosnych [12, 15].
Otrzymane wyniki ugiçc danej przegrody porównano z wynikami innych pionowych, ramowych elementów przeszklonych o zblizonych gabarytach. Do zestawienia przyjçto dane za-warte w raportach badan ogniowych przeszklonych scian dziatowych w konstrukcji ramowej wykonanej z drewna, aluminium i stali, zaczerpniçte z archiwalnych zasobów Polflamu [16].
Przedstawionq analizç nalezy uznac za studium przypadku, poniewaz bazuje na analizie zdarzen (byty nimi badania ognio-we wybranych czterech przegród przeszklonych). Kryteriami ich wyboru byty: zblizone wymiary, zróznicowany materiat ram przegrody, zróznicowane rozwiqzania tqczenia tafli szkta oraz grubosc szkta.
Characteristics of analysed items
Glass partition walls without profiles (Structure 1)
The designed glass wall was made of 30 mm thick glass, consisting of two layers of tempered glass with a thickness of 10 mm separated by a 10 mm layer of flame-retardant gel. This thickness resulted from the necessity to maintain the required stability of the partition with the lack of profiles connecting the adjacent glasses. The locking element on the partition wall was manufactured using special clamps made of thin steel sheet. The clamps were placed in specific points, fixed to the surface using mounting anchors. The bending of the clamps on both sides of the glass provides appropriate stability. The use of a 2 x 20 mm intumescent seal ensures adequate tightness around the perimeter of the glass. The gaps between the edge of the opening and the glass have been closed with flame-retardant silicone on both sides of the opening. The proposed design also includes two fireproof plasterboard strips with a total thickness of 25 mm. This allows the glass to be attached symmetrically and provides additional protection for the panel fixing points (fig. 1a).
Charakterystyka analizowanych obiektow
Przegroda przeszklona bezprofilowa (Obiekt 1)
W zaprojektowanej przeszklonej scianie zaproponowano za-stosowanie szkta o grubosci 30 mm, ztozonego z dwoch warstw szkta hartowanego o grubosci 10 mm oraz 10 mm warstwy zelu og-niochronnego pomiçdzy nimi. Grubosc ta wynikata z koniecznosci zachowania wymaganej statecznosci przegrody przy jednoczes-nym braku profili tqczqcych sqsiednie przeszklenia. Mocowanie na obwodzie przegrody wykonano z zastosowaniem specjalnych zaciskow wykonanych z cienkiej stalowej blachy. Zostaty one umieszczone punktowo i zamocowane do podtoza w sposob trwaty z wykorzystaniem kotkow mocujqcych. Zagiçcie wydzielonych czç-sci zaciskow na obie strony szyb pozwala na ich ustabilizowanie. Uzycie uszczelki pçczniejqcej o przekroju 2 x 20 mm ma zapewnic szczelnosc na obwodzie uktadu szyb. Powstate szczeliny pomiçdzy krawçdziq otworu a szktem zostaty zamkniçte silikonem ognio-chronnym po obu jego stronach. W proponowanym uktadzie wystç-pujq rowniez po dwa paski ognioodpornej ptyty gipsowo-kartonowej o tqcznej grubosci 25 mm. Pozwala to na symetryczne mocowanie szkta oraz dodatkowq ostonç miejsca mocowania tafli (ryc. 1a).
Figure 1. Cross-section of external (a) and internal (b) frameless construction connections Rycina 1. Przekroj potgczen konstrukcji bezramowej a) zewn^trznego b) srodkowego Source: Own elaboration based on technical data. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie danych technicznych.
Only vertical connections were present between the adjacent glass panes. Their tightness - similarly as in the case of side fixing - was ensured using intumescent tape, and the gap at the glass joint was filled with flame retardant silicone (fig. 1b).
Glass partition with wooden frames (Structure 2)
The profiles of the partition were manufactured using glued laminated wood with a density of 550 kg/m3, additionally pressure-impregnated with a salt-based water agent. The 20 mm-thick
Miçdzy sqsiednimi taflami szkta wystçpowaty jedynie potqcze-nia pionowe. Ich szczelnosc - podobnie jak w przypadku mocowania bocznego - zapewniona zostata dziçki umieszczeniu tasmy pçczniejqcej, a zamkniçcie powstatej szczeliny na styku szyb wyko-nane zostato przy uzyciu silikonu ogniochronnego (ryc. 1b).
Przegroda przeszklona z ramami drewnianymi (Obiekt 2)
Profile zostaty wykonane z drewna klejonego o gçstosci 550 kg/m3, dodatkowo zaimpregnowanego cisnieniowo prepa-
fire-resistant partition glass is made of two layers of 5 mm toughened glass with 10 mm thick flame-retardant gel placed between the layers. The construction is placed inside a structure made of 68 mm scantling timber. A wooden profile (glass clip) was used for fixing. It was located along the sides of each glazing and attached to the main frame with screws, which provided a durable and stable fixing for the glass. In each case, the glass panel was protected with a 2 x 20 mm intumescent tape, while the side edges of the pane were insulated with a strip of additional ceramic material located at the wood joints, additionally protected with a layer of flame-retardant silicone (fig. 2a). The adjacent glass panes were joined using two identical wooden profiles, while a plasterboard insert was placed at the joint (fig. 2b).
ratem wodnym na bazie soli. Szyby ogniochronne o grubosci 20 mm zbudowane z dwoch warstw szkta hartowanego o grubosci 5 mm oraz 10 mm warstwy zelu ogniochronnego miçdzy nimi, utrzymywano w konstrukcji wykonanej z kantowek o sze-rokosci 68 mm. Do mocowania zastosowano drewniany profil (tzw. klips szklqcy). Byt on zlokalizowany wzdtuz bokow kazde-go przeszklenia i przytwierdzony do gtownej ramy przy pomocy wkrçtôw, co zapewniato trwate i stabilne mocowanie przeszkleri. W kazdym przypadku czoto szyby zabezpieczono tasmq pçcz-niejqcq o przekroju 2 x 20 mm, natomiast krawçdzie boczne szyb, na styku z ramq drewnianq, wyizolowano przy pomocy paska dodatkowego materiatu ceramicznego, ktorego zabez-pieczenie stanowita warstwa silikonu ogniochronnego (ryc. 2a). tqczenie sqsiednich tafli szkta wykonano przy zastosowaniu dwoch identycznych profili drewnianych, a w miejscu ich styku zastosowano wktadkç wykonanq z ptyty gipsowej (ryc. 2b).
<H
Wooden profile / profil drewniany Glazing bead / listwa szkl^ca
Fastening screw / wkr^t mocuj^cy Intumescent tape / uszczelka p^czniej^ca Ceramic tape / ta^ma ceramiczna Flame-retardant silicone silikon ogniochronny Flame-retardant glass szklo ogniochronne
a)
Plasterboard insert / wkladka gipsowa Wooden profile / profil drewniany Glazing bead / listwa szkl^ca Fastening screw / wkr^t mocuj^cy Intumescent tape / uszczelka p^czniej^ca Ceramic tape / ta^ma ceramiczna Flame-retardant silicone silikon ogniochronny Flame-retardant glass szklo ogniochronne
b)
Figure 2. Cross-section of external (a) and internal (b) wooden construction connections Rycina 2. Przekroj potqczeri konstrukcji drewnianej a) zewnçtrznego b) srodkowego Source: Own elaboration based on technical data. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie danych technicznych.
Glazed partition with aluminium frames (Structure 3)
Aluminium profiles were joined together by connectors or by bending appropriate elements to create a frame. The window was divided into several glazing units, and the largest had a size of 1500 x 3000 mm. The main, 78 mm-thick, profiles consisted of two sections connected by a spacer made of reinforced plastic. The profile had a symmetric design which allowed axial fixation of the 20 mm-thick fire-resistant glass similar in design to Structure 2. The internal chamber was filled with plasterboard strips to limit the penetration of temperature to the non-heated side (fig. 3a).
The partition glass was kept inside the frames by steel brackets installed at certain points along the edges. An active 2 x 20 mm seal expanding under heat was placed in the profiles along the outer edge of the glass. and on the profiles running around the perimeter of the glass, an active 2 x 20 mm gasket was used, which increases in volume when exposed to heat (fig. 3b).
Przegroda przeszklona z ramami aluminiowymi (Obiekt 3)
Profile aluminiowe zespolono za pomocq tqcznikow lub po-przez zagniatanie odpowiednich elementow, tworzqc ramç. Witry-na byta dzielona na kilka przeszkleri, z ktorych najwiçksze miato wymiary 1500 x 3000 mm. Gtowne profile o grubosci 78 mm skta-daty siç z dwoch ksztattownikow potqczonych za pomocq tzw. przektadki wykonanej ze zbrojonego tworzywa sztucznego. Taki profil charakteryzowat siç symetrycznq budowq i pozwalat na osiowe zamocowanie szkta ogniochronnego o grubosci 20 mm i budowie jak w obiekcie 2. Srodkowq komorç wypetniono paska-mi ptyty gipsowo-kartonowej dla ograniczenia przenikania wyso-kich temperatur na strong nienagrzewanq (ryc. 3a).
Przeszklenia utrzymywano w ramach za pomocq stalowych kqtownikow umieszczonych punktowo wzdtuz krawçdzi, a na profilach biegnqcych po obwodzie szyb zastosowano aktywnq uszczelkç o przekroju 2 x 20 mm, ktora zwiçksza swojq objçtosc podczas dziatania wysokiej temperatury (ryc. 3b).
m ■
• Aluminum profile / profil aluminiowy
Cooling inserts / wktady wychtadzaj^ce / y— Glazing bead / listwa szkl^ca / / / Thermal insert / przektadka termiczna
/ / Intumescent tape / uszczelka p^czniej^ca / / //■— Glass profile / k^townik szklenia
Glass seal / uszczelka przyszybowa
. Fire-resistant glass szkto ogniochronne
M Srt Tt v: w tf i J sj
ri [
Aluminum profile / profil aluminiowy
Cooling inserts / wktady wychtadzaj^ce / - Glazing bead / listwa szkl^ca
Thermal insert / przektadka termiczna Intumescent tape / uszczelka p^czniej^ca Glass profile / k^townik szklenia Glass seal
uszczelka przyszybowa Fire-resistant glass szkto ogniochronne
a)
b)
Figure 3. Cross-section of external (a) and internal (b) aluminum construction connections Rycina 3. Przekroj potgczeri konstrukcji aluminiowej a) zewnçtrznego b) srodkowego Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie danych technicznych. Source: Own elaboration based on technical data.
Glazed partition with steel frames (Structure 4)
The last partition (structure 4) had steel profiles manufactured from bent C-shaped steel sheets connected by thermal inserts. Mechanically folded sheet metal elements were used to join all the components together, creating a 60 mm-thick profile. The two chambers created in that manner were filled with fire-resistant plasterboards to reduce the temperature on the non-heated side. Single-sided steel glazing beads were used to attach the 20 mm glass (design as per structure 2) in the frame (the largest with the size of 1500 x 300 mm), located on the perimeter gaps. The edges on the other side were held in place on an adequately formed main profile. Ceramic tapes were used at the steel element joints. The tightness between the glass and the steel construction was secured with a 2 x 15 mm intumescent tape. Adjacent glass panels were connected using profiles with a design similar to the side profile (fig. 4).
Przegroda przeszklona z ramami stalowymi (Obiekt 4)
W ostatniej przeszklonej witrynie profile stalowe (obiekt 4) wyko-nano z odpowiednio wygiçtej stalowej blachy o przekroju w ksztatcie litery C. Potqczono je poprzez zastosowanie przektadki termicznej. Maszynowe zagniatanie krawçdzi blachy spoito elementy w catosc, tworzqc ksztattownik o grubosci 60 mm. W powstatych w ten sposob dwoch komorach umieszczono wktady wykonane z ognioodpornych ptyt gipsowo-kartonowych majqcych za zadanie zmniejszenie wzro-stu temperatury na stronie nienagrzewanej. Do zamocowania szyb (o grubosci 20 mm i budowie jak w obiekcie 2) w ramie (najwiçksza o wymiarze 1500 x 3000 mm) wykorzystano jednostronne stalowe listwy szklqce, ktore biegty po obwodzie otworow. Ich krawçdzie z drugiej strony opieraty siç na przyldze wytworzonej z odpowiednio uformowanego gtownego profilu. W miejscu styku stalowych ele-mentow z obiema powierzchniami szkta uzyto tasm ceramicznych, a w celu zapewnienia szczelnosci potqczenia szyb z konstrukcjq stalowq zastosowano uszczelkç pçczniejqcq o przekroju 2 x 15 mm. Potqczenie sqsiednich przeszkleri zapewniono przez zastosowanie profili o budowie podobnej do profilu bocznego (ryc. 4).
Steel profile / profil stalowy
Cooling inserts / wktady wychtadzaj^ce Glazing bead / listwa szkl^ca Thermal insert / przektadka termiczna Intumescent tape / uszczelka p^czniej^ca
Glass seal / uszczelka przyszybowa
Fire-resistant glass szkto ogniochronne
Steel profile / profil stalowy
Cooling inserts / wktady wychtadzaj^ce Glazing bead / listwa szkl^ca
Thermal insert / przektadka termiczna Intumescent tape / uszczelka p^czniej^ca Glass seal
uszczelka przyszybowa
Fire-resistant glass szkto ogniochronne
b)
Figure 4. Cross-section of external (a) and internal (b) steel construction connections Rycina 4. Przekroj potgczeri konstrukcji stalowej a) zewnçtrznego b) srodkowego Source: Own elaboration based on technical data. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie danych technicznych.
Results
Wyniki
Displacements of frames and glass partitions are presented in table 1. The displacements were measured at four specific points (points A-D). These points were selected in accordance with the PN-EN-1364-1 standard [12]. They are of particular importance for maintaining fire-thigthness qualities during fire hazard. Figure 5 shows the location of the measurement points for each structural solution.
Odksztatcenia ram i potqczeri przeszkleri zostaty zaprezento-wane w tabeli 1. Pomiary odksztatceri wykonano w czterech cha-rakterystycznych miejscach (punkty A-D). Zostaty one wytypowa-ne zgodnie z zapisami normy PN-EN-1364-1 [12]. Sq to punkty, ktore majq bardzo duze znaczenie w utrzymaniu szczelnosci ogniowej podczas pozaru. W zaleznosci od rozwiqzari konstrukcyjnych lokali-zacjç miejsc pomiarowych ukazuje rycina 5.
Figure 5. Scheme of glazed partitions and the distribution of measurement points in accordance with table 1 a) structure 1, b) structure 2,
c) structure 3, d) structure 4
Rycina 5. Schemat przeszklonych przegrod oraz rozmieszczenie punktow pomiarow zgodnie z tabelq 1, a) obiekt 1, b) obiekt 2, c) obiekt 3,
d) obiekt 4
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Table 1. Displacement values in the analyzed glass partitions
Tabela 1. Wartosci przemieszczen w analizowanych przegrodach przeszklonych
Structure number / Numer obiektu
Time / Czas [min]
Displacement in measurement locations according to fig. 5 [mm] / Przemieszczenie w miejscach pomiaru zgodnie z ryc. 5
A B C D A B C D A B C D A B C D
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
10 -1* 1 0 2 -1 -2 1 -2 25 29 29 50 174 184 186 32
20 0 2 2 3 -2 -4 -2 -2 17 18 16 49 195 190 180 92
25 1 2 3 3 -4 -6 -4 -3 8 12 11 48 200 189 176 89
30 1 2 3 3 -5 -11 -8 -3 7 13 11 47 204 191 175 90
Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badari. Source: Own elaboration based on test results.
* positive values represent the displacement towards the inside of the furnace, negative values represent the displacements in the outer direction
* wartosci dodatnie okreslajq deformacjç do wnçtrza komory pieca, natomiast ujemne w kierunku zewnçtrznym
2
3
4
The glass partition with wooden profiles was characterized by a slight initial displacement of up to 3 mm. Over time, the displacement increased steadily in the outer direction until it reached a maximum value of 11 mm. The parameters taken at measuring point were similar with a tolerance of ±4 mm (fig. 6a). The partition made of aluminium profiles was significantly deformed towards the interior of the furnace during the first 10 minutes of the test. The maximum value of 50 mm has been measured at a point close to the unrestrained edge. It differs from the other results, as the profile is not rigidly fixed to the test frame, allowing it to move freely. By the end of the test, the structure reduced its displacement to approximately 10 mm at its central section (fig. 6b).
Witryna o profilach drewnianych charakteryzowata siç nie-wielkim ugiçciem poczqtkowym siçgajqcym 3 mm. Wraz z upty-wem czasu ugiçcie systematycznie powiçkszato siç w kierunku zewnçtrznym, by osiqgnqc maksymalnq wartosc 11 mm. Od-czytywane parametry dla kazdego miejsca pomiarowego byty zblizone z uwzglçdnieniem tolerancji ±4 mm (ryc. 6a). Przegro-da zbudowana z profili aluminiowych ulegta znacznemu od-ksztatceniu w kierunku do wnçtrza pieca w pierwszych 10 minutach badania. Maksymalna wartosc 50 mm zostata zmierzona w punkcie zlokalizowanym w niewielkiej odlegtosci od krawçdzi wolnej. Rozni siç ona od pozostatych wynikow z uwagi na brak sztywnego mocowania profilu do ramy badawczej, co umozliwia jego swobodny ruch. Wraz ze zblizaniem siç do konca przewi-dzianego czasu trwania testu konstrukcja zmniejszata swoje odksztatcenie, osiqgajqc ok. 10 mm dla punktow zlokalizowa-nych w jej srodkowej czçsci (ryc. 6b).
Time / Czas [min] Time / Czas [min]
a) b)
Figure 6. Changes of displacements at points A-D in structures 2 and 3 Rycina 6. Zmiany przemieszczen w punktach A-D w obiektach 2 i 3 Source: Own elaboration based on test results. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badan.
The partition with steel profiles was significantly deformed towards the interior of the chamber at the initial stage of the test. After 10 minutes, the points located at the centre of the partition reached the highest values, exceeding 180 mm. The result was maintained at the same level until the end of the test, with a tolerance of ±10 mm. The results taken at measuring point A of the steel partition differed significantly in relation to the other partitions. This difference can be attributed to its location on the profile located at the unrestrained edge. That component of the structure can move freely due to the use of mineral wood with a thickness of 50 mm, which also seals the construction during displacement. The profile in contact with wool was partially cooled by the wool, and the steel crossbars connected with it increased its rigidity. Both factors helped reduce the displacements occurring in this part of the glass partition in relation to the remaining parts of its surface (fig. 7a). In the partition with a frameless system for fixing glass, where the measurement points were located only on the surface of the glass, the displacements occurring in the initial stage of the test did not exceed
2 mm towards the inside of the furnace. Over time, the displacements increased slightly by 1 mm. The highest observed value of
3 mm was measured at a point located close to the unrestrained edge (fig. 7b).
Witryna o profilach stalowych charakteryzowata siç duzym wzrostem ugiçcia w poczqtkowym czasie badania w kierunku do ognia. Po uptywie 10 minut wartosci z punktow umieszczonych w srodkowej czçsci przegrody osiqgnçty najwyzsze wskazania, przekraczajqc 180 mm. Wynik utrzymywat siç do konca testu na rownym poziomie z tolerancjq ±10 mm. Odczyty dla punktu po-miarowego A przegrody stalowej byty odmienne od pozostatych. Roznica wynikata z jego umiejscowienia na profilu stanowiqcym krawçdz wolnq. Swoboda ruchu tej czçsci konstrukcji zapewniono poprzez zastosowanie wetny mineralnej o grubosci 50 mm, ktora gwarantowata zachowanie szczelnosci podczas deformacji. Profil stykajqcy siç z wetnq byt czçsciowo przez niq wychtadzany, a tq-czqce siç z nim stalowe poprzeczki zwiçkszaty jego sztywnosc. Oba czynniki pozwolity na zredukowanie znieksztatcen wystçpu-jqcych w tej czçsci witryny w porownaniu do pozostatej jej po-wierzchni (ryc. 7a). W zaprojektowanej witrynie z bezramowym mocowaniem przeszklen, w ktorej punkty pomiarowe rozmiesz-czone zostaty jedynie na powierzchni szkta, ugiçcia wystçpujqce w poczqtkowej fazie badania nie przekraczaty 2 mm w kierunku do wnçtrza pieca. Wraz z uptywem czasu zaobserwowano nie-znaczny wzrost deformacji siçgajqcy ok. 1 mm. Najwiçkszq zaob-serwowanq wartosc 3 mm odczytano z punktu zlokalizowanego w bliskiej odlegtosci od krawçdzi wolnej (ryc. 7b).
a) b)
Figure 7. Changes of displacements at points A-D in structures 4 and 1 Rycina 7. Zmiany przemieszczeri w punktach A-D w obiektach 4 i 1 Source: Own elaboration based on test results. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badari.
Conclusions and summary
Based on comparative analysis, it was established that a structure made of steel sections was the most susceptible to displacement in high temperatures caused by fire. The displacements significantly differed from the results obtained for other partitions. The smallest displacements during fire tests were observed in the case of the frameless partition and the partition with wooden profiles (fig. 8).
It must be noted that all of the tested partitions have met relevant fire resistance requirements, reaching class EI 30 in 30 minutes.
Wnioski i podsumowanie
Na podstawie analizy porownawczej stwierdzono, ze konstruk-cja wykonana z ksztattownikow stalowych cechowata siç najwiçk-szq podatnosciq na ugiçcie pod wptywem wysokiej temperatury spowodowanej dziataniem ognia. Wystçpujqce deformacje znaczq-co odbiegaty od wynikow otrzymanych dla pozostatych przegrod. Najmniejsze ugiçcia w trakcie badan ogniowych zaobserwowano dla przegrody bezramowej oraz przegrody zbudowanej z profili drewnianych (ryc. 8).
Nalezy zaznaczyc, ze wszystkie badane konstrukcje spetni-ty stawiane wymagania odpornosci ogniowej, w czasie 30 min, osiqgajqc klasç EI 30.
The analysis unequivocally showed that material and structural solutions used for manufacturing the profiles connecting protective glass have a significant impact on fire tightness. The types of connections which are subject to minor displacements impact on the stability of the partition and help to prevent smoke from spreading (which is often more hazardous than fire in the adjacent spaces). The proposed solutions - with the exception for steel profiles - can be considered satisfactory in terms of displacement values. Out of the tested solutions, the most effective was direct connection of the fire-resistant glass panels without the use of material profiles.
Przeprowadzona analiza jednoznacznie ukazata, ze rozwiq-zania materiatowo-konstrukcyjne profili tqczqcych szkto ochron-ne mogq miec znaczqcy wptyw na szczelnosc ogniowq. Typy po-tqczeñ, w których wystçpowaty niewielkie odksztatcenia, wpty-wajq na zachowanie statecznosci przegrody i zabezpieczajq przed rozprzestrzenianiem siç dymu (który czçsto jest grozniej-szy niz pozar w sqsiednich pomieszczeniach). Zaproponowane rozwiqzania - za wyjqtkiem profili stalowych - mozna uznac za zadawalajqce pod kqtem wartosci przemieszczen. W zestawie-niu zdecydowanie najkorzystniej wypadta konstrukcja bezpo-srednio tqczqca tafle szkta ogniochronnego bez zastosowania profili materiatowych.
Rycina 8. Poröwnanie maksymalnych przemieszczen na profilach wewnçtrznych w zaleznosci od ich konstrukcji Figure 8. Comparison of maximum displacements on internal profiles depending on their constraction Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wyniköw badan. Source: Own elaboration based on test results.
Literature / Literatura
[1] Dane statystyczne KG PSP (www.kgpsp.gov.pl, dost<?p 28.06.2019)
[2] Mickiewicz E., Szklane sciany dziafowe w biurach, „Swiat Szkta" 2010, 5, 36-39.
[3] Laskowska Z., Kosiorek M., Bezpieczenstwopozarowe scian dziahwych przeszklonych: badania i rozwiqzania, „Swiat Szkta" 2007, 108 (5), 46-54.
[4] Laskowska Z., Borowy A., Rozszerzone zastosowanie wyników badan odpornosci ogniowej scian dziahwych przeszklonych wg PN-EN 15254-4, „Materiaty Budowlane" 2012, 7(479), 62-64.
[5] S^dtak B., Sulik P., Odpornosc ogniowa pionowych elementówprzeszklonych, „Szkto i Ceramika" 2015, 5, 8-10.
[6] Sulik P., S^dtak B., Odpornosc ogniowa pionowych przegród przeszklonych. Czqsc 2, Swiat szkta, Nr 9, 2015, 31-35.
[7] Sulik P, S^dtak B., Ochrona przeciwpozarowa w przegrodach wewnqtrz-nych, „Izolacje" 2015, 9, 30-34.
[8] Sulik P., S^dtak B., Wybrane aspekty oceny odpornosci ogniowej przeszklonych elementów oddzielenia przeciwpozarowego, „Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture" 2017, 34(64), 17-29, https://doi.org/10.7862/rb.2017.100.
[9] Kinowski J., Sçdtak B., Sulik P., Izolacyjnosc ogniowa aluminiowo szklanych scian oslonowych wzaleznosci od sposobu wypelnienia profili szkieletu kon-strukcyjnego, „Izolacje" 2015, 20(2), 48-53.
[10] Sulik P, Sçdtak B. Odpornosc ogniowa pionowych przegród przeszklonych. Czçsc 1, „Swiat Szkta", 2015, nr 7-8, 37-43.
[11] PN-EN 13501-2+A1:2010 Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków - Czçsc 2: Klasyfikacja na podstawie badan odpornosci ogniowej, z wytgczeniem instalacji wentylacyjnych.
[12] PN-EN 1364-1:2015 Badania odpornosci ogniowej elementów nienos-nych - Czçsc 1: Sciany.
[13] Kinowski J., Sulik P., Sçdtak B., Badania i klasyfikacja systemów pionowych przegród przeszklonych o okreslonej klasie odpornosci ogniowej, BiTP Vol. 42, Issue 2, 2016, 135-140.
[14] Raport z badan ogniowych witryny bezramowej nr 01/BZ/10/2018.
[15] PN-EN 1363-1:2012 Badania odpornosci ogniowej - Czçsc 1: Wyma-gania ogólne.
[16] Raporty zbadan ogniowych witryny w konstrukcji stalowej nr 02/Z/08/2013, aluminiowej nr 02/BZ/12/2012, drewnianej nr 01/BZ/09/2015.
KONRAD PODAWCA, PH.D. - lecturer at the Faculty of Civil and Envi -ronmental Engineering at the Warsaw University of Life Sciences.
MAREK PRZYWÖZKI, M.SC. ENG. - civil engineer, an employee of POLFLAM Sp. z o.o.
DR INZ. KONRAD PODAWCA - adiunkt w Katedrze Inzynierii Budow-lanej, Wydziatu Budownictwa i Inzynierii Srodowiska, Szkoty Gtownej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
MGR INZ. MAREK PRZYWÖZKI - inz. budownictwa, pracownik firmy POLFLAM Sp. z o.o.
n
Mlnisterstwo Naukl I Szkolnictwa Wyis-zego
Stworzenie angloj^zycznych wersji oryginalnych artykutow naukowych wydawanych w kwartalniku „BITP. Bezpieczeristwo i Technika Pozarnicza" - zadanie finansowane w ramach umowy 658/P-DUN/2018 ze srodkow Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyzszego przeznaczonych na dziatalnosc upowszechniaj^c^ nauk^.
