Toiminnallisen palomitoituksen toteutus ja esimerkkeja

1. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen
palomitoitus
Puurakentamisen webinaarisarja osa 3
Puurakenteiden palosuunnittelu ja -mitoitus

2. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Lyhyesti Kaurialan toimistosta
Markku Kauriala perusti
yrityksen vuonna 1990.
Olemme ensimmäinen
paloinsinööritoimisto Suomessa.
Olemme edelläkävijä
paloteknisen suunnittelun
tuomisessa rakennusten
suunnitteluun.
Meillä on kaikkien paloteknisen
suunnittelun osa-alueiden
asiantuntijoita.
Panostamme yrityksen
henkilökunnan korkeaan
osaamiseen ja erinomaiseen
tietotekniseen tasoon.
Toimimme kansainvälisesti.

3. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Puukerrostalojen suunnittelu –
missä voidaan hyödyntää toiminnallista suunnittelua?
17.9.2020
Sisäpuoleiset pinnat, etenkin
ritilärakenteet
Julkisivut, etenkin luhtikäytävät
Uloskäynnit (portaikot ja kerrostasanteet)

4. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Käytämme palo- ja savusimuloinneissa FDS-ohjelmaa ja
poistumisaikasimuloinneissa Simulex ja Pathfinder –ohjelmia.
Fire Dynamics Simulator (FDS) on kattavasti verifioitu ja validoitu tulipalojen simulointiin
räätälöity ohjelma, mitä ovat kehittäneet NIST ja VTT. Sen validointi kattaa mm. seuraavat
tulipaloissa vaikuttavat ilmiöt ja laitteet:
‐ Palopatsaat, allaspalot, pyrolyysi ja palaminen (combustion)
‐ kaasujen ja savun leviäminen rakennuksissa ja ulkotiloissa, liekin leviäminen
‐ palon kasvaminen
‐ Huonepalot ja tunnelipalot
‐ sprinkleri- ja vesisumusammutusjärjestelmät sekä lämpö- ja savuilmaisimet
Simulex ja Pathfinder molemmat ovat verifioituja ja validoituja hätäpoistumisen
laskentaohjelmia. Niillä pystytään simuloimaan laajasta ja monikerroksisesta rakennuksesta
tapahtuva henkilöiden evakuoituminen. Testit osoittavat, että molemmat ohjelmat
mallintavat yksilöiden liikkumista riittävän tarkasti ja siten tuottavat realistisia tuloksia.
Simulointiohjelmat verifioituja ja validoituja

5. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Case-kohteet
17.9.2020
• Linnanfältti, puukerrostalot ja
suojeltu vanha puutalo
• 4 kerroksinen luhtitalo: luhtikäytävät
• 14 kerroksinen puukerrostalo
• 5 kerroksinen puukerrostalo: näkyvä
puupinta porrashuoneissa
• Majoitustilat: puupinnat
hotellihuoneissa ja aulatiloissa
• Työpaikkatila: puuritilät
sisäpinnoissa

6. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Linnanfältti, uudet puukerrostalot ja
suojeltu puutalo
Kaksi 4-kerroksista ja yksi 3-
kerroksinen talo, autohalli.
Yhteensä 5480 kem2.
Automaattinen
sammutuslaitteisto SFS 5980.
Naapurissa suojellut talot,
etäisyys noin 6 m.
Riskianalyysi palon leviämisestä
puujulkisivussa
→ optimaalisesti sijoitetut
palokatkot hidastavat palon
leviämistä niin kauan, että
palokunta ehtii paikalle
→ julkisivu puuta (D-luokka,
vaatimus palosuojakäsitelty B-
luokan puu)

7. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

8. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

9. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

10. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

11. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

12. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

13. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

14. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

15. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

16. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

17. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

18. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

19. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Toiminnallinen paloturvallisuus
tarkastelu, talossa 2 on täyden
palon vaihe.

20. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Tuulen pyörre vetää savua
voimakkaasti suojeltavaan
taloon päin. Tästä huolimatta
pinnat ovat viileämmät kuin
tyynessä säässä.
→ tuuli jäähdyttää pintoja
jonkin verran
→ lämpötilat ovat
voimakkaimmillaan, kun tuuli
on tyyni, n. 190˚C. Tyypillinen
syttymisraja on 300˚C
Ei ole todennäköistä, että
mitoituspalona käytetty
huoneistopalo pystyisi
leviämään läheiseen suojeltuun
rakennukseen.

21. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Suojellun talon palon
leviäminen uudisrakennukseen
ei ole todennäköistä, koska
palokunnan saapumisaika on
Turun alueella enintään 20
minuuttia. Tuona aikana palo
on vasta kehittymässä eikä
matalan lämpösäteilyn vuoksi
kykene vielä sytyttämään
läheistä uudisrakennusta.
Lisäksi uudisrakennus on
suojattu sprinklereillä.

22. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
4 kerroksinen luhtitalo
• YMa 848/2017 mukaan
Yli 2-kerroksiset
luhtitalot, luhtikäytävät
uloskäytävän
vaatimusten mukaan
A2-s1,d0
• Puukerrostalo, jolloin
myös luhtikäytävät
mielellään puujulkisivua
 toiminnallinen
suunnittelu
17.9.2020

23. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Tapaus 1: Luhtikäytävän seinäpaneelit ovat B-
luokkaan palosuojattua puuta. Hissikuilun seinät
ovat A2-luokan materiaalia
Tapaus 2: Luhtikäytävän seinäpaneelit ja
hissikuilun seinät ovat B-luokkaan palosuojattua
puuta
Luhtikäytävien kantavat
pilarit ovat kummassakin
tapauksessa
palosuojaamatonta D s2,
d2 -luokan puuta.
Muut pintojen
pintaluokat pidetään
asetuksen mukaisina:
• kattojen alapinnat A2
s1,d0,
• lattiat DFL s1, ja
• porrassyöksyjen ja
tasanteiden ala- ja
takapinnat A2-s1, d0 .
17.9.2020

24. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Riskianalyysissä tarkastellaan kahta eri tapahtumaketjua
Tapahtumaketju 1: syttymä asunnossa → alkusammutus epäonnistuu →
sprinklaus ei toimi suunnitellusti → ovi luhtikäytävään jää auki ja palo
leviää sinne
Tapahtumaketju 2: syttymä luhtikäytävällä → alkusammutus epäonnistuu
→ sprinklaus ei toimi suunnitellusti
• Asuinhuoneistosta leviävän luhtikäytävää uhkaavan vakavan palon
toistumisaika 225 557 vuotta
17.9.2020

25. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Tutkittavat paloskeenaariot
Tarkastelussa tutkitaan seuraavat uhkakuvat:
• Skenaario I: Iso palo uloskäytävillä; ison sohvan palo
• Skenaario II: Keskinkertainen palo uloskäytävillä; nojatuolin palo
• Skenaario III: Pieni palo uloskäytävillä; roskakorin palo
17.9.2020

26. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Hyväksymiskriteerit
• Paloskenaarioiden tulee kattaa kohteessa todennäköisesti
esiintyvät tilanteet (asetuksen 848/2017 3§:n vaatimus)
• Hyväksymiskriteerit kun sprinklerit toimivat:
• Sprinklereiden tulee estää palon leviäminen puupintoihin.
• Hyväksymiskriteerit kun sprinklerit eivät toimi:
• Puupintojen palaessa palon kehittymisnopeuden tulee
olla rajoittunut sellaiseksi, että palokunnalla on
mahdollisuus saada palo hallintaan.
17.9.2020

27. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Tapauksen 2 simulointien liekkien ja vesipisaroiden visualisointi palojen
kiivaimmilla ajanhetkellä kolmen hengen sohvan palossa.
17.9.2020
Sprinkleri toimii Sprinkleri ei toimi

28. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Johtopäätökset
Tapaus 2 ei täyttänyt hyväksymiskriteereitä
• Hissikuilun seinät on oltava A2-luokan materiaalia
Tapaus 1 täytti hyväksymiskriteerit
• Luhtikäytävän seinät voidaan tehdä palosuojatusta puusta
• Luhtikäytävän kantavat pilarit voidaan tehdä palosuojaamattomasta
puusta
• Tällöin sprinklerit toimiessaan estävät palon leviämisen luhtikäytävän
puupintoihin. Jos sprinklerit eivät toimi, jää palon leviämisnopeus niin
maltilliseksi, että palokunnalla on hyvät mahdollisuudet saada se
haltuun.
• Luhtikäytävän seinät: B-s1, d0
• Luhtikäytävän kantavat pilarit: D-s2, d2
• Luhtikäytävän lattiat: DFL-s1
• Hissikuilun käytävän puoleiset seinät, luhtikäytävien alakatot ja
Porrassyöksyjen ja tasanteiden ala- ja takapinnat: A2-s1, d0
17.9.2020

29. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
14 kerroksinen puukerrostalo
9/17/2020

30. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
17.9.2020

31. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
17.9.2020

32. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
• puurakenne hiiltyy nopeammin mitoituspalossa kuin standardipalossa välillä
5 – 35 min, mutta hiiltyminen pysähtyy maksimissaan (ratkaisu B) 44,6 mm:n
kohdalle.
• Vertailu standardipalorasitukseen osoittaa, että tämä vastaa noin 68 – 73
minuutin standardipalorasitusta. Tällä perusteella voidaan todeta, että
rakenteen mitoittaminen 75 minuutin standardipalolle (R75) vastaa
tilannetta, jossa rakenne kestää mitoituspalon kokonaisuudessaan ml.
hiipumisvaihe.
 rakennuksen puurakenteet mitoitettiin R90, jolloin saatiin lisävarmuutta
17.9.2020

33. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
5-kerroksinen puukerrostalo:
uloskäynnit
Analyysissa tutkitaan
seuraavat vaihtoehdot:
• Tapaus 1: Tarkasteltavat
pinnat palosuojaamatonta
puuta, eli D-luokkaa
• Tapaus 2: Tarkasteltavat
pinnat palosuojattu C-
luokkaan
• (Tapaus 3: Tarkasteltavat
pinnat palosuojattu B-
luokkaan)
17.9.2020

34. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
17.9.2020

35. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Johtopäätökset
Tarkastelun perusteella
pintaluokkavaatimukset
ovat:
• Portaikon syöksyt ja
välitasot: B-s1, d0
• Hissikuilun käytävän
puoleinen seinä: C-s1, d0
• Muut porrashuoneen ja
käytävän pinnat (ml.
hissikuilun sisäpinta): A2-
s1, d0
17.9.2020

36. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Hirsirakenteinen majoitusrakennus
Majoitustiloista määritettiin
• lattiapinta-ala,
• vaipan pinta-ala,
• aukkotekijä ovi kiinni ja
• aukkotekijä ovi auki
Käytettiin huonepalomallia
17.9.2020

37. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
• Lämpötilakehitys huoneissa A Harmathyn ja Lien huonepalomallilla
• Lämpötila nousee hyvin nopeasti ja standardipaloa korkeammaksi, mutta
hiipuminen alkaa jo noin 20 min kohdalla
17.9.2020

38. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Rakenteen 300 asteen isotermin
sijainti eri mitoituspaloilla
• Isotermien sijaintia
standardipalon mukaisiin
käyriin verrattiin ja
lisättiin hiiltymäsyvyyttä 3
mm (erot olivat 1 – 3 mm)
• Määritettiin eri
suojaustavoilla näkyviin
jäävien puupintojen
osuus (D-s2,d2)
• vaihtoehtoisesti voidaan
käyttää
taulukkomitoitusta,
esitetty myös nämä pinta-
alat (pintaluokkavaatimus
C-s2,d1)
• Väliseinissä 18 mm
puupanelointi, ulkoseinät
hirsirakenteiset
17.9.2020

39. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©9/17/2020

40. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
Yliopiston kemiantalo Aurum, Turku
17.9.2020
Malli• 24 630 m2
• Sisäpinnat ja poistumisturvallisuus oletettuun
palonkehitykseen perustuen
• Iso palo-osasto ja pitkät poistumistiet, osa
poistumisteistä avoimia käytäviä aulan yli
• Rakennus sprinklattu, pois lukien
laboratoriotilat
• Aulan korkea kaareva puuseinä
(ritilärakennne) palosuojamaalaus + vesivalelu

41. Palotekninen Insinööritoimisto
Markku Kauriala Oy ©
17.9.2020
Toiminnallisella
palosuunnittelulla
mahdollistamme
taloudelliset ja
järkevät ratkaisut.
Otamme
huomioon
käyttäjän ja
rakennuttajan
toiveet sekä
viranomaisten
vaatimukset
Tuloksena
=
turvallinen,
käytännöllinen ja
kustannustehokas
rakennus