Zkoušky požární odolnosti dřevostaveb
Nedílným posouzením nových, ale i stávajících konstrukcí je ověření jejich odolnosti za mimořádných situací. Jednou z častých mimořádných situací je požár. Požaduje-li se stanovení požární odolnosti z hlediska stavební mechaniky, musí být konstrukce navrženy a provedeny takovým způsobem, aby si zachovaly svou nosnou funkci během příslušného požárního namáhání.
Při rozdělení objektu dřevěnou konstrukcí na požární úseky musí být odpovídající prvky a dílce navrženy a provedeny takovým způsobem, aby si zachovaly svou požárně dělicí funkci během příslušného požárního namáhání:
- Nesmí dojít k porušení jejich celistvosti následkem trhlin, děr nebo jiných otvorů, dostatečně velkých na to, aby způsobily pronikání požáru prostřednictvím horkých plynů nebo plamenů (kritérium celistvosti E),
- Nesmí dojít k porušení jejich izolační funkce následkem vysokých teplot na jejich ohni nevystaveném povrchu, které přesahující přípustné meze (kritérium tepelné izolace ). Přípustný vzestup průměrných teplot na ohni nevystaveném povrchu je omezen na 140 K a maximální vzestup teploty v kterémkoliv bodě je omezen na 180 K.
Přitom se rozlišují se prvky a dílce s funkcí pouze požárně dělicí E a I, pouze nosnou R a požárně dělicí a nosnou R, E a I.
Zjišťování požární odolnosti dřevěných konstrukcí
V současné době je možné požární odolnost dřevěných konstrukcí určit výpočtem podle Eurokódu 5 a zkouškami podle EN v akreditované zkušebně. Nejčastěji se pro simulaci požáru používá nominální normová teplotní křivka ve tvaru:
θg = θ0 + 345 log10 (8t + 1)
kdeθg teplota plynů v příslušném požárním úseku [°C]
θ0 je počáteční teplota [°C]
t doba požáru [min ]
Protože posuzování konstrukcí podle Eurokódu 5 dává obecně konzervativní výsledky, je vhodné v případě potřeby zjištění vyšší požární odolnosti provést zkoušky ve zkušebně. Zkoušky se provádí na zkušebních tělesech konstrukčních rozměrů pod zatížením pro mimořádnou návrhovou situaci, které je většinou rovno 60% zatížení při běžné teplotě.
Zkouška dřevěného žebrového stropu
Příkladem vhodnosti provedení zkoušky je strop pro vícepodlažní dřevostavbu, zkoušený v prosinci 2009 ve zkušebně PAVUSu ve Veselí nad Lužnicí za úzké spolupráce Fakulty stavební ČVUT a firmy HAAS Fertigbau. Stropní panel byl i po 90 min nosný, celistvý a tepelně izolující. Průběh zkoušky je prezentován na obr. 1 až 4.
 Obr.1 Pohled na zatížený strop |
 Obr.2 Pohled na strop z pece |
 Obr.3 Pohled na strop v 35. minutě |
 Obr.4 Čas ukončení zkoušky |
Zkouška dřevobetonového stropu
Výpočetní postupy podle Eurokódu 5 zatím též neumožňují posuzovat některé skladby konstrukcí. I v těchto případech je nejprůkaznější ověření chování dané konstrukce zkouškou. Podle současné úrovně poznání byl na Fakultě stavební ČVUT navržen dřevobetonový strop tak, aby odolal normovému požáru po dobu minimálně 45 minut pro kritéria REI. Provedená zkouška prokázala odolnost dřevobetonového stropu REI 60. V čase 62 min byla zkouška přerušena, neboť betonová deska částečně prohořela (viz obr.8) a strop tak ztratil svou celistvost a izolační schopnost. Nosnou funkci by však strop mohl plnit v ještě delším časovém horizontu. Zkouška byla opět příkladem dobré spolupráce Fakulty stavební ČVUT s praxí. Zkouška proběhla za úzké spolupráce s firmami Tesařství Biskup, TESKO ČDZ a SFS intec. Průběh zkoušky je prezentován na obr. 5 až 8.
Zkouška dřevostavby
Jiným typem zkoušek je experimentální ověření chování celých objektů nebo jejich částí při skutečném požáru. V květnu 2009 se uskutečnila požární zkouška na skutečném objektu o dvou místnostech. V areálu sportovního centra Želva v Dubňanech vystavěla firma HLC Hodonín jednopodlažní objekt na bázi lehkého dřevěného skeletu, který odzkoušela ve spolupráci s Fakultou stavební ČVUT v Praze a požární zkušebnou PAVUS.
 Obr.5 Pohled na zatížený strop |
 Obr.6 Pohled na strop z pece |
 Obr.7 Pohled na strop v 54. minutě |
 Obr.8 Ukončení zkoušky v 62. minutě |
Půdorysné rozměry objektu byly 6x3 m a jeho výška v průčelí s dveřmi 3 m. Sklon pultové střechy byl 8°. Samotný požár byl založen v místnosti se dvěma otvory ve stěnách. Jeden otvor byl osazen jednokřídlovým oknem, druhý jednokřídlovými dveřmi. Dveřmi byla též přístupná druhá, sousedící místnost. Výplně otvorů měly dřevěné rámy. Zasklení bylo provedeno izolačním sklem. Skleněná tabule ze strany interiéru byla z bezpečnostního skla.
Simulování skutečného požáru na konstrukci s dřevěným nosným skeletem bylo připraveno pro nosnou konstrukci zatíženou užitným zatížením pro stropy a nárůstem teploty v jedné místnosti podle parametrického požáru.
Požární situace byla při experimentu modelována požárním zatížením rovnajícímu se zahoření v místnosti bytového domu. Hustota požární zatížena byla pro výpočet parametrické teplotní křivky zvolena 780 MJ/m2.
Jako požární zatížení sloužily vyschlé nehoblované dřevěné latě 50x50 mm o délce jeden metr. Průměrná vlhkost latí byla 12%.
 |
 |
Obr.9 Pohled na zkušební objekt
V místnosti s oknem byly vyrovnány čtyři hranice dřeva. Požadovaný objem dřeva byl dosažen na každé hranici jednou latí nad poslední vrstvou. Pro snadný způsob iniciování požáru byly hranice dřeva podloženy profily z ocelových tenkostěnných C profilů vyplněných minerální izolací. Izolace sloužila jako knot pro zapálení hranic.
 Obr.10 Požární zatížení |
 Obr.11 Zatížení střechy/stropu |
 Obr.11 Stav objektu po 26 minutách |
 Obr.12 Místnost vystavená požáru |
Z vnější části objektu byla zničena vrstva kontaktní izolace z polystyrénu. Izolace vysublimovala až do míst, kam zasahovaly plameny požáru. Toto místo je na světle zelené fasádě rozlišitelné bílými místy. V místech otvorových výplní došlo k poškození opláštění nosné sloupkové konstrukce i z exteriérové strany. Požár pronikl dutinou po odpařeném polystyrénu k OSB deskám a ty začaly hořet.
Srovnání teplot v místnosti podle teplotních křivek s teplotami naměřenými při experimentu je na obr. 13. Z grafu je zřejmé, že průběh teplot v objektu lze velmi dobře simulovat modelem. Model zohledňuje hustotu požárního zatížení, skladbu jednotlivých stěn, stropu a podlahy, plochy otvorů, ale i zvýšenou ventilaci při otevření okna a dveří.
Obr.13 Porovnání teplotních křivek
Během požáru byla termokamerou měřena teplota na neohořívané straně stěny, která oddělovala místnosti. Ze snímku je patrné, že některé spáry nebyly řádně dotěsněny, že některé rohože z minerální vlny mezi sloupky byly poškozeny při dopravě či montáži. Na obr. 14 je termosnímek dolního rohu. Teploty kolem 30 °C jsou naměřeny na těch částech stěny, kde došlo již během požáru na odhořívané straně stěny k porušení vrchní vrstvy sádrokartonu. Místo s více jak 50 °C označuje deformovanou desku z minerálních vláken.
Obr. 15 je termosnímek horního rohu. Na tomto snímku je vidět, že nebyla dostatečně utěsněna spára mezi stěnou a střešní konstrukcí. Konce minerální vaty nedoléhaly k izolaci střešního pláště.
 Obr.14 Termosnímek dolního rohu |
 Obr.15 Termosnímek horního rohu |
Při experimentu na skutečném objektu byla prokázána velmi dobrá požární odolnost stěn s nosnou dřevěnou kostrou. Po požadovanou dobu požáru, 30 minut, nebyla plameny požáru zasažena nosná kostra. Byla poškozena pouze vrchní vrstva opláštění. Na základě provedené zkoušky je možné přijmout následující závěry:
- V místě okenních a dveřních otvorů používat normou předepsaný obvodový pás z minerální izolace.
- Izolací pečlivě dotěsnit napojení stěn i stropů.
- Při vkládání izolace mezi nosnou dřevěnou kostru dbát na to, aby pásy izolace nebyly poškozeny stlačením, aby jejich hrany těsně přiléhaly k nosné konstrukci.
- Opláštění pečlivě připevňovat spojovacími prostředky tak, aby bylo ukotveno ve všech vrstvách až na nosný rám stěny.
Závěr
Nedílným posouzením nových, ale i stávajících konstrukcí je ověření jejich odolnosti za mimořádných situací. Jednou z častých mimořádných situací je požár. Požaduje-li se stanovení požární odolnosti z hlediska stavební mechaniky, musí být konstrukce navrženy a provedeny takovým způsobem, aby si zachovaly svou nosnou funkci během příslušného požárního namáhání. Požadavky na přetvoření se uplatňují pouze tam, kde technické podmínky pro požárně dělicí prvky nebo pro ochranné prostředky vyžadují uvážit přetvoření nosné konstrukce.
Poděkování
Tento příspěvek byl vytvořen za podpory výzkumných záměrů ČVUT v Praze MSM 6840770005 "Udržitelná výstavba" a MSM 6840770001 "Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních konstrukcí" ve spolupráci s HAAS Fertigbau, Tesařstvím Biskup, TESKEM ČDZ, SFS intec, HLC Hodonín, VVÚD Praha a požární zkušebnou PAVUS.
Literatura
[1] ČSN EN 1991-1-2: Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení, Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru, ČSNI, Praha 2004.
[2] ČSN EN 1995-1-2: Navrhování dřevěných konstrukcí, Obecná pravidla, Navrhování konstrukcí na účinky požáru, ČSNI, Praha 2006.
Wood as a building material has the disadvantage of being combustible. Consequently wood structures are seen by many as creating an environment less safe than structures built of noncombustible materials such as steel and masonry. In terms structural mechanics construction must be designed and constructed maintain with load bearing function during the fire load.Text offers an assessment of new and existing structures construction in terms of their resilience in emergency situations. Let´s describe the various tests fire resistance of wood building in detail.