Hodnoty požární odolnosti konstrukcí bez uvažování namáhání
Při řešení požární bezpečnosti staveb je třeba znát hodnoty požární odolnosti stavebních výrobků a konstrukcí a navrhovat konstrukce, které požadované hodnoty požární odolnosti splní. Při realizaci staveb lze rozlišit dvě kategorie prvků: stavební výrobky a stavební konstrukce.
1 Stavební výrobek a stavební konstrukce
Při řešení požární bezpečnosti staveb je třeba znát hodnoty požární odolnosti stavebních výrobků a konstrukcí a navrhovat konstrukce, které požadované hodnoty požární odolnosti splní. Při realizaci staveb lze rozlišit dvě kategorie prvků: stavební výrobky a stavební konstrukce.
U stavebního výrobku se jedná o věc movitou a určenou k uvedení na trh se základní identifikací výroby a s určením pro trvalé zabudování do staveb. Stavební konstrukcí se rozumí část stavebního díla, navržená a vypočtená v rámci projektu individuálně pro jednotlivou konkrétní stavbu a zhotovená na základě stavebních prací přímo na stavbě v rámci realizace konkrétního stavebního díla.
ČSN 73 0821 z 28. února 1973, která uvádí hodnoty požárních odolností některých stavebních výrobků a konstrukcí, je rušena jako konfliktní s přijatými návrhovými normami k 1. březnu 2010. Konfliktnost spočívá v těchto aspektech. Na většinu stavebních výrobků, podhledy, příčky, nosné stěny apod., jsou zpracovány nebo se připravují evropské harmonizované normy, tj. normy, které stanoví podmínky a vlastnosti pro uvádění těchto výrobků na trh včetně zkušebních postupů pro jejich ověřování. Podmínkou klasifikace jsou zkoušky podle příslušných evropských zkušebních norem pro konkrétní konstrukce, včetně materiálového provedení a konkrétního výrobce.
U harmonizovaných stavebních výrobků nelze normou vyčerpávajícím způsobem popsat varianty odzkoušených výrobků, včetně případných přímých a rozšířených aplikací. K tomu slouží proces posuzování shody podle nařízení vlády, které se na daný výrobek vztahují. Na základě úspěšně ukončeného procesu posouzení shody výrobci vydávají svoje katalogy, vyrábějí výrobky, které jsou umisťovány na trh a následně zabudovávány do staveb. V žádném případě nemohou být hodnoty požárních odolností stavebních výrobků předmětem hodnotové normy.
V případě stavebních konstrukcí není možné, aby jednotlivé členské země měly duplicitní normy k evropským normám, tj. v tomto případě k návrhovým normám Eurokódům ČSN EN 199x-1-2, což je důvod k rušení ČSN 73 0821:1973 k datu ukončení přechodného období.
2 Namáhání konstrukcí vystavených požáru
Při požární situaci je konstrukce vystavena tepelnému a mechanickému zatížení, která se liší od zatížení při běžné teplotě. Tepelné zatížení se již po 130 let osvědčilo zjednodušeně a většinou velmi konzervativně modelovat nominální normovou teplotní křivkou. Nižší mechanické zatížení při požáru oproti meznímu stavu únosnosti za běžné teploty je spolu s požární ochranou konstrukce zdrojem spolehlivosti konstrukcí při požáru. Pro prvky, které nejsou vystaveny stabilitním jevům, lze uvažovat, že redukce namáhání odpovídá redukci zatížení. Pro tyto prvky lze konzervativně odhadnout nejnepříznivější možnou redukci zatížení a na tomto odhadu vypracovat tabulky požární odolnosti prvků.
Redukci zatížení lze popsat pomocí redukčního součinitele úrovně zatížení při požáru, který závisí na použitém kombinačním pravidlu pro stanovení návrhové hodnoty účinku zatížení pro běžnou teplotu, dílčích a kombinačních součinitelích. Účinek zatížení pro požární situaci Efi,d, který se stanoví podle ČSN EN 1991-1-2, lze zjednodušeně získat analýzou konstrukce za běžné teploty ze vztahu
kde Ed je návrhová hodnota příslušné vnitřní síly nebo momentu, určená pro navrhování pro běžnou teplotu a pro základní kombinaci zatížení podle ČSN EN 1990, a ηfi redukční součinitel úrovně zatížení při požáru. Postup stanovení redukčního součinitele je definován v kap. 4.3 normy ČSN EN 1991-1-2 (Kombinační pravidla pro zatížení), pro jednotlivé materiály upřesněn v částech 2 norem ČSN EN 1992-1-2 až ČSN EN 1999-1-2, kde jsou též uvedeny konzervativní hodnoty jeho nejvyššího odhadu pro zjednodušený výpočet.
3 Tabulky požárních odolností
Pro potřeby projektové praxe je vhodné mít k dispozici jednoduše získatelné konzervativní hodnoty odhadu požární odolnosti, proto byla vypracována příručka, která na základě evropských návrhových norem tyto hodnoty tabelárně a přehledně uvádí. Vypracování se v loňském roce ujalo Centrum technické normalizace pro požární ochranu PAVUS, a.s., viz [1]. Závěr oponentního jednání, konaného 7. 10. 2009, doporučuje vydání příručky jako pomůcku pro projektanty a státní správu na úseku požární ochrany s vazbou na právní předpisy, § 99 Zákona č. 133/1985 Sb. o požární ochraně a české technické normy, čl. 4.3 ČSN 73 0810:2009. Dále konstatuje, že hodnoty požární odolnosti uvedené v příručce je možno považovat za průkazné a splňující podmínku jejich použití ve stavebním řízení.
Předpokladem použití hodnot požární odolnosti jednotlivých konstrukcí podle příručky je skutečnost, že posuzovaná konstrukce je navržena na účinky zatížení při běžné teplotě podle příslušné normy ze soustavy evropských návrhových norem Eurokódů, ČSN EN 1990 až ČSN EN 1999 pro pozemní stavby.
Je třeba konstatovat, že hodnoty v tabulkách jsou výrazně konzervativní, tj. na straně bezpečné, a že pro přesnější výsledky lze stanovit hodnoty požární odolnosti výpočtem podle Eurokódů, zkouškou podle příslušných ČSN EN nebo jejich kombinací. V tabulkách nelze interpolovat, ale lze využít dimenzi stanovenou pro vyšší požární odolnost.
V příručce, s ohledem na to, že je určena k přímému vyhledávání hodnot, nejsou uváděny zásady a postupy výpočtů podle Eurokódu a pro konkrétní informace se odkazuje na publikaci F. Wald a kol.: Výpočet požární odolnosti stavebních konstrukcí, viz [2].
K normě ČSN 73 0821:1973 byla v květnu 2007 vydána norma ČSN 73 0821 ed. 2, kterou není třeba rušit, poněvadž konstrukce, které jsou jejím předmětem, tj. hrázděné stěny, vložkové stropy, dřevěné stropy apod., nejsou konfliktní s EN. Mimoto ČSN 73 0821 ed. 2 obsahuje příklady a detaily spojování a napojování stěn, stropů a podhledů, příklady řešení spár, drážek a zárubní a příklady zajištění prostupů. Tyto příklady a detaily jsou obecně použitelné při provádění a zajištění požární odolnosti stavebních konstrukcí.
Snadnou dostupnost požární klasifikace stavebních výrobků není třeba touto příručkou řešit, poněvadž jednotliví výrobci uvádějí certifikované výrobky ve svých katalozích. PAVUS, a.s., jako akreditovaná požární laboratoř, vede databázi vydaných klasifikací, viz www.pavus.cz, v níž se lze jednoduše orientovat, a to jak podle druhu výrobků, průkazných hodnot požárních vlastností, době platnosti, tak i údajích o příslušném výrobci.
4 Rozsah tabulek v příručce
Pro betonové konstrukce byly hodnoty vypracovány podle ČSN EN 1992-1-2 pro redukční součinitel úrovně zatížení při požáru μfi = 0,7 a pro kritickou teplotu nepřepínaných prutů θcr = 500 °C. Tabulky zahrnují: železobetonové sloupy, nenosné stěny, nosné stěny, prostě podepřené nosníky, spojité nosníky, prostě podepřené desky s výztuží v jednom a dvou směrech, lokálně podepřené desky a prostě podepřené žebrové desky.
U ocelových konstrukcí lze podle ČSN EN 1993-1-2 pro zjednodušení použít hodnotu redukčního součinitele ηfi = 0,65 kromě prostorů umožňujících nashromáždění zboží, kde se doporučuje hodnota 0,7. Při hodnocení požární odolnosti ocelových prvků je v tabulkách podle našich ověřených národních zvyků považována za kritickou teplotu hodnota 500 °C pro sloupy nosníky, průvlaky, vazníky apod. zajišťující stabilitu objektu nebo jeho části, nebo pro sloupy podpírajících technická a technologická zařízení; 560 °C u ztužujících prvků, střešních nosníků, vaznic, krokví, či prvků střešních plášťů, roštových podlahových prvků apod. a 620 °C u nosných prvků obvodových plášťů, které nezajišťují stabilitu objektu ani jeho části. Pro nechráněné ocelové konstrukce je rozhodující teplota konstrukce, která závisí na součiniteli průřezu Am / V, kde Am je plocha povrchu prvku na jednotku délky a V objem prvku na jednotku délky. Tabulky pro ocelové konstrukce zahrnují nechráněné ocelové sloupy a nosníky, možný stupeň využití průřezu pro požární odolnost nechráněných ocelových nosníků a sloupy z nosných profilovaných plechů vyplněných betonem.
Pro spřažené ocelobetonové konstrukce, které se za požáru navrhují podle ČSN EN 1994-1-2, viz [4], se vycházelo ze stejné hodnoty redukčního součinitele ηfi = 0,65 jako pro ocelové konstrukce. Pro tabulky bylo možno využít hodnoty uváděné v normě pro spřažené sloupy se zcela i částečně obetonovanými ocelovými průřezy, pro spřažené sloupy z dutých ocelových průřezů vyplněných betonem, pro spřažené částečně obetonované ocelové nosníky, spřažené sloupy a nosníky a pro spřažené stropy betonované do nosných profilovaných plechů.
Pro dřevěné konstrukce je v kap. 2 ČSN EN 1995-1-2 pro zjednodušení doporučena hodnota ηfi = 0,6 mimo prostory, kde dochází k hromadění zboží včetně přístupových prostor, kde je doporučena hodnota ηfi = 0,7. Hodnoty v tabulkách jsou vypočteny metodou redukovaného průřezu pro prvky z rostlého dřeva jehličnatých a listnatých dřevin a pro prvky z lepeného lamelovaného dřeva jehličnatých dřevin bez pláště požární ochrany, pro nosníky a sloupy z jehličnatých dřevin a buku, nosníky a sloupy z listnatých dřevin mimo buku, nosníky a sloupy z lepeného lamelového dřeva. Nosníky jsou vystavené požáru ze tří i čtyř stran, sloupy jsou vystavené požáru ze čtyř stran a hodnoty požární odolnosti jsou zpracované pro délky 2,6 m, 2,8 m, 3,0 m, 3,2 m, 3,4 m a 6,0 m. U sloupů se předpokládá kloubové uložení jejich konců, vzpěrná délka je jejich výška.
Pro zděné konstrukce byly zjednodušeny tabulky zpracované v ČSN EN 1996-1-2 pro zdivo z pálených zdicích prvků, zdivo z vápenopískových zdicích prvků, zdivo z betonových tvárnic s hutným nebo pórovitým kamenivem a zdivo z pórobetonových tvárnic. V každé skupině zdicích prvků jsou zpracovány tabulky, a to pro zdivo bez omítky i s omítkou pro požárně dělicí nenosné (EI), požárně dělicí nosné (REI), požárně nedělicí nosné zdivo délky ≥ 1,0 m (R), požárně nedělicí nosné zdivo délky ≤ 1,0 m (sloupy) (R) a požárně dělicí nosné a nenosné zdivo pro kritérium REI-M, EI-M.
Na závěr příručky je popsán databázový systém klasifikací pro stavební výrobky, který je doplněn manuálem k vyhledání požadovaných hodnot.
5 Příklad použiti tabulek – Požární odolnost dřevěného sloupu
Zadání
Má se ověřit požární odolnost dřevěného sloupu průřezu 100×100 mm z rostlého dřeva z jehličnatých dřevin. Délka sloupu je 3,0 m a je zatížen osovou silou Nd = 33 kN. Poměr rozhodujícího proměnného zatížení a součtu stálých zatížení Qk,1 / Gk = 2,0.
Ověření pomocí tabulek
Nejprve se zjistí požární odolnost sloupu z publikace [1], viz tabulka 5.2.1c. Z této tabulky vyplývá, že bez znalosti zatížení a jeho skladby je požární odolnost sloupu asi R10, což je pro použití v konstrukci málo.
Ověření jednoduchým výpočtem
Proti účinkům požáru proto sloup budeme chránit OSB deskami, jejichž tloušťka je 20 mm, hustota 550 kg/m3, a sloup posoudíme na požární odolnost R30. K výpočtu se použije metoda redukovaného průřezu i metoda redukovaných vlastností.
Návrhová hodnota osové síly za požární situace
Doba do porušení pláště požární ochrany (OSB desky, hp 20 mm, β0,450,20 = 0,9 mm/min)
min
1) Metoda redukovaného průřezu
Účinná hloubka zuhelnatění
Štíhlostní poměry
Součinitel vzpěrnosti
Návrhová pevnost v tlaku
MPa
Posouzení sloupu na vzpěr
mm2
≤ 1,0
< 1,0Sloup na vzpěr pro R30 vyhoví.
2) Metoda redukovaných vlastností
Hloubka zuhelnatění
Štíhlostní poměry
MPa
Součinitel vzpěrnosti
Návrhová pevnost v tlaku
m2
MPa
Posouzení sloupu na vzpěr
≤ 1,0
< 1,0Sloup na vzpěr pro R30 vyhoví.
6 Okrajové podmínky pro použití tabulek
Publikace Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů, viz [1], je zpracována odborníky z vědecké, výzkumné a pedagogické oblasti a je určena projektantům a pracovníkům státní správy na úseku požární bezpečnosti staveb. Uvádí tabelární hodnoty konzervativního odhadu požární odolnosti betonových, ocelových, ocelobetonových spřažených, dřevěných a zděných konstrukcí stanovených na základě zjednodušených konzervativních výpočetních postupů. Při dodržení uvedených okrajových podmínek umožňuje příručka přímé bezpečné stanovení požární odolnosti. Nahrazuje zrušenou konfliktní ČSN 73 0821. Tím, že hodnoty jsou založeny na stanovení podle evropských návrhových norem, jsou splněny podmínky zákona a vyhlášek o požární ochraně a ČSN 73 0810:2009 a hodnoty z příručky jsou plně akceptovatelné v projektové dokumentaci pro stavební řízení.
Literatura
- [1] Zoufal R., Bauma M., Karpaš J., Kuklík P.: Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů, PAVUS, a.s., Praha 2009, ISBN 978-80-904481-0-0.
- [2] Wald F. a kol.: Výpočet požární odolnosti stavebních konstrukcí, České vysoké učení technické v Praze, Praha 2005, ISBN 80-0103157-8.
Normy
- ČSN 65 0201: Hořlavé kapaliny – Prostory pro výrobu, skladování a manipulaci, ČNI, Praha 2003.
- ČSN 73 0802: Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty, UNMZ, Praha 2009.
- ČSN 73 0804: Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty, ČNI, Praha 2002.
- ČSN 73 0810: Požární bezpečnost staveb, Požadavky na požární odolnost stavebních konstrukcí, ÚNMZ Praha, 2009.
- ČSN 73 0816: Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení, ÚNMZ Praha, 2009.
- ČSN 73 0818: Požární bezpečnost staveb – Obsazení objektu osobami, ČNI, Praha 1997.
- ČSN 73 0821: ed. 2/2007 Požární bezpečnost staveb, Požární odolnost stavebních konstrukcí, ČNI Praha, 2007.
- ČSN 73 0821: ed. 1973 Požární bezpečnost staveb, Požární odolnost stavebních konstrukcí, ČSNI Praha, 1973.
- ČSN 73 0831: Požární bezpečnost staveb – Shromažďovací prostory, ČNI, Praha 2001.
- ČSN 73 0833: Požární bezpečnost staveb – Budovy pro bydlení a ubytování, ČNI, Praha 1996.
- ČSN 73 0834 Z1: Požární bezpečnost staveb – Změny staveb, UNMZ, Praha 2011.
- ČSN 73 0835: Požární bezpečnost staveb – Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče, ČNI, Praha 2006.
- ČSN 73 0842: Požární bezpečnost staveb – Objekty pro zemědělskou výrobu, ČNI, Praha 1996.
- ČSN 73 0843: Požární bezpečnost staveb – Objekty spojů a poštovních provozů, ČNI, Praha 2001.
- ČSN 73 0845: Požární bezpečnost staveb – Sklady, ČNI, Praha 1997.
- ČSN 73 0873. Požární bezpečnost staveb – Zásobování požární vodou, ČNI, Praha 2003.
- ČSN EN 13 501-1: Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň, ČNI, Praha 2007.
- ČSN EN 1990: Eurokód, Zásady navrhování konstrukcí, ČSNI, Praha 2004.
- ČSN EN 1992-1-2: Navrhování betonových konstrukcí, Obecná pravidla, Navrhování na účinky požáru, ČNI, Praha 2006.
- ČSN EN 1993-1-2: Navrhování ocelových konstrukcí, Obecná pravidla, Navrhování konstrukcí na účinky požáru, ČNI, Praha 2006.
- ČSN EN 1994-1-2: Navrhování ocelobetonových konstrukcí, Obecná pravidla, Navrhování konstrukcí na účinky požáru, ČNI, Praha 2006.
- ČSN EN 1995-1-2: Navrhování dřevěných konstrukcí, Obecná pravidla, Navrhování konstrukcí na účinky požáru, ČSNI, Praha 2006.
- ČSN EN 1996-1-2: Navrhování zděných konstrukcí, Obecná pravidla, Navrhování konstrukcí na účinky požáru, ČSNI, Praha 2006.
- ČSN EN 1999-1-2: Navrhování hliníkových konstrukcí, Obecná pravidla, Navrhování konstrukcí na účinky požáru, ČNI, Praha 2006.
- EN 13381-x: Zvyšování požární odolnosti stavebních konstrukcí, 1 Vodorovné ochranné membrány, 2 Svislé ochranné membrány, 3 Betonové konstrukce, 4 Ocelové konstrukce, 5 Plošné ocelobetonové konstrukce, 6 Ocelové sloupy s výplní betonem, 7 Dřevěné konstrukce, ČNI, Praha.
- EN 1363-x: Zkušební podmínky, 1 Základní požadavky, 2 Alternativní a doplňkové postupy, 3 Ověřování charakteristik zkušebních pecí, ČNI, Praha.
- EN 1365-x: Požární odolnost nosných konstrukcí, 1 Stěny, 2 Stropy a střechy, 3 Nosníky, 4 Sloupy, 5 Balkóny a rampy, 6 Schodiště, ČNI, Praha.
In addressing the fire safety of buildings it is necessary to know the value of fire resistance of building products and constructions of building and to design constructions, which meet required fire resistance values. It is necessary to distinguish two categories of elements: building products and construction.