Požadavky na požární bezpečnost dřevostaveb
Rozvoj dřevostaveb v České republice vychází mimo jiné z požadavku realizovat co nejvíce nízkoenergetické stavby. Stále ale existuje hodně lidí, kteří se dřevostaveb bojí hlavně z důvodu jejich mylné představy o jejich chování za požáru. Pravda ale je, že při požáru, např. na rozdíl od oceli, dřevo neztrácí svou tuhost a únosnost a zbytkové průřezy dřevěných prvků jsou schopny dále přenášet zatížení.
1 Úvod
Rozvoj dřevostaveb v České republice vychází mimo jiné z požadavku realizovat co nejvíce nízkoenergetické stavby. Stále ale existuje hodně lidí, kteří se dřevostaveb bojí hlavně ve vztahu k požáru. Člověk si často neuvědomuje, že dřevo je sice zápalné a hořlavé, ale vůči požáru dobře odolné, neboť odhořívá postupně a přitom prakticky nemění svou tuhost a únosnost. Zbytkový průřez konstrukčních prvků si tak zachovává své mechanické vlastnosti a je schopen dále přenášet zatížení. Paradoxem je, že např. ocel není zápalná a hořlavá, ale za vysokých teplot ztrácí svou tuhost a únosnost. Též si ale musíme uvědomit, že požáry staveb ze všech materiálů úzce souvisí s jejich stavem, údržbou a chováním lidí, kteří je obývají.
2 Požární bezpečnost dřevostaveb
Požární bezpečnost staveb je schopnost staveb bránit v případě požáru ztrátám na životech a zdraví osob, popř. zvířat a ztrátám na majetku. Dosahuje se jí vhodným urbanistickým začleněním objektu, jeho dispozičním, konstrukčním a materiálovým řešením, nebo požárně bezpečnostními zařízeními a opatřeními. Požární bezpečnost staveb je tedy dána souhrnem předpisů, podle kterých se musíme řídit při jejich návrhu a realizaci.
K tomu, aby se zabránilo ztrátám na životech a zdraví osob, zvířat a ztrátám na majetku, musí stavby:
- při požáru umožnit bezpečnou evakuaci osob, zvířat a věcí na volné prostranství nebo do jiných požárem neohrožených prostorů;
- bránit šíření požáru mezi jednotlivými požárními úseky stavby;
- bránit šíření požáru mimo stavbu;
- umožnit účinný zásah požárních jednotek při hašení a záchranných pracích.
Dřevo a dřevěné konstrukce bez dodatečných úprav lze zatřídit podle klasifikační normy ČSN EN 13501-1 z hlediska reakce na oheň do třídy D, E a F, tedy mezi materiály středně až lehce hořlavé, podle toho, o jaké dřevo se jedná (hořlavost dřeva je závislá na jeho hustotě, čím má dřevo vyšší hustotu je z hlediska požáru odolnější). Dále na základě této klasifikace dřevěné konstrukční části obvykle řadíme do skupiny DP2 a DP3.
Obrázek č. 1 – Třídění konstrukčních prvků – konstrukce DP2
DP2 (obrázek č. 1) – konstrukce tohoto druhu nezvyšují v požadované době požární odolnosti intenzitu požáru, složky konstrukcí se sestávají z:
- povrchové vrstvy konstrukčních částí: výrobky třídy reakce na oheň A1 nebo A2, u nichž nebude narušena jejich stabilita po dobu požární odolnosti a jejichž tloušťka je ověřena zkouškou prokazující nejméně odolnost E15 nebo je alespoň 12 mm (např. omítky na pletivu, desky na bázi sádry atd.);
- uvnitř konstrukční části mezi výrobky podle bodu a) jsou:
- výrobky třídy reakce na oheň B až D, na nichž je závislá stabilita konstrukční části (např. dřevěné sloupky, dřevěné nosníky; nevylučují se ale ani části těchto konstrukcí z výrobků třídy reakce na oheň A1 nebo A2);
- výrobky kterékoliv třídy reakce na oheň, aniž by na nich byla závislá stabilita konstrukční části (např. tepelné či zvukové izolace mezi dřevěnými sloupky).
Za konstrukce tohoto typu jsou dále považovány např.:
- bez ohledu na podlahovou část také dřevěné trámové stropy se záklopem a podhledem s omítkou na pletivu tloušťky alespoň 12 mm, nebo na rákosu tloušťky alespoň 15 mm, nebo s podhledem z desek třídy reakce na oheň A1 či A2 tloušťky, která je ověřena zkouškou (nejméně E15), nebo alespoň 12 mm;
- stěny s dřevěnou nosnou konstrukcí opláštěné výrobky třídy reakce na oheň A1 či A2 (např. deskovými materiály, jejichž tloušťka byla ověřena zkouškou (E15, nebo je alespoň 12 mm) bez ohledu na tepelnou či zvukovou izolaci (třídy A1 až E) uvnitř stěny).
Obrázek č. 2 – Třídění konstrukčních prvků – konstrukce DP3
Požární odolnost konstrukcí druhu DP2 nepřesahuje většinou 45 min. Uvedené tloušťky vrstev u příkladů je třeba považovat za minimální pro požární odolnost zpravidla do 30 minut.
DP3 (obrázek č. 2) – konstrukce tohoto druhu zvyšují v požadované době požární odolnosti intenzitu požáru; zahrnují podstatné složky konstrukcí, které nesplňují požadavky na konstrukce druhu DP1 a DP2.
Obrázek č. 3 – Hořlavý konstrukční systém objektů z požárního hlediska
Dále se, na základě klasifikace těchto konstrukčních částí, dřevěné konstrukce řadí do konstrukčního systému hořlavého. Tento konstrukční systém (obrázek č. 3) je omezen požární výškou, která se v květnu r. 2009 zvýšila z 9 m na 12 m. Pro dřevěné konstrukce toto zvýšení požární výšky znamená velký přínos a nové možnosti. Jedná se o konstrukční systémy, které se skládají z konstrukčních prvků typu DP2 nebo DP3, případně kombinace, která neodpovídá konstrukčnímu systému nehořlavému ani smíšenému.
Splnění požadavků na požární bezpečnost staveb se prokazuje projektovým řešením, které zahrnuje zejména:
- rozdělení objektu do požárního úseku (požární úsek je prostor stavebního objektu, který je od ostatních částí tohoto objektu, popř. od sousedních objektů ohraničený dělicími konstrukcemi, popř. požárně bezpečnostním zařízením a jejich účelem je bránit šíření požáru);
- stanovení požárního rizika (požární riziko je definované jako míra rozsahu případného požáru v posuzovaném stavebním objektu nebo jeho části, je určeno výpočtovým požárním zatížením);
- stanovení stupně požární bezpečnosti (stupněm požární bezpečnosti rozumíme klasifikační zatřídění, které vyjadřuje schopnost stavebních konstrukcí požárního úseku jako celku čelit požáru z hlediska rozšíření požáru a stability konstrukcí objektu; značí se římskými číslicemi I (požární úsek bez požárního rizika) až VII (požární úsek s vysokým požárním rizikem);
- posouzení požární odolnosti konstrukcí a reakce stavebních výrobků na oheň podle stanoveného požárního rizika;
- stanovení počtu evakuovaných osob jim odpovídající typ, počet a vybavení únikových cest (únikové cesty musí umožnit včasnou evakuaci z požárem ohrožené stavby nebo její části na volné prostranství a přístup požární jednotce do požárem napadených prostorů, podle stupně ochrany tyto cesty dělíme na nechráněné a chráněné);
- vymezení požárně nebezpečných prostorů, viz obrázek č. 4 (požárně nebezpečný prostor je prostor kolem hořící stavby, ve kterém je nebezpečí požáru sálavým teplem nebo padajícími částmi konstrukcí) a stanovení odstupových vzdáleností, viz obrázek č. 4 (odstupové vzdálenosti slouží k zamezení přenosu požáru vně stavby jejími požárně otevřenými plochami v obvodovém plášti na jinou stavbu sálavým teplem nebo odpadávajícími hořlavými částmi konstrukcí DP3, od posuzované stavby se měří jako kolmá vzdálenost od požárně otevřené plochy této stavby k hranici požárně nebezpečného prostoru, kde končí nebezpečí požáru);
- zařízení pro protipožární zásah (přístupové komunikace, zásahové cesty, přenosné hasicí přístroje, zařízení autonomní detekce a signalizace požáru (tzn. kouřový hlásič s vlastním napájením – baterie, musí být v rodinném bytovém domě v každém bytě, toto zařízení musí být instalováno v místě vedoucím směrem do únikové cesty (např. v zádveří bytu); pokud má byt větší podlahovou plochu než 150 m2, případně se jedná o mezonetový byt, musí být instalováno ještě jedno zařízení v jiné části bytu; tímto zařízením musí být vybaveny také rodinné domy));
- určení aplikace aktivních protipožárně bezpečnostních zařízení a stanovení jejich parametrů;
- vymezení zásahových cest a zařízení pro hašení požáru, případně upozornění na riziko při hašení.
Obrázek č. 4 – Určení požárně nebezpečného prostoru; d, d1, d2, d3 – odstupy určené na základě intenzity sálání z požárně otevřených ploch požárního úseku, l – délka požárního úseku (obvodového pláště)
3 Chování dřeva za požáru
Při vystavení konstrukčních prvků ze dřeva (případně materiálů na bázi dřeva) požáru jejich povrch nejprve vzplane a poměrně silně hoří, ale jen do té doby, než se na jejich povrchu vytvoří zuhelnatělá vrstva dřevní hmoty. Tato vrstva zabraňuje přístupu vzduchu do vnitřních částí průřezů prvků, tlumí hoření a má též dobré tepelně izolační vlastnosti. Proto zůstává teplota ve zbytkovém průřezu prvků již v malé vzdálenosti od povrchu nezměněna. Kromě toho téměř nedochází ke změně fyzikálních a mechanických vlastností dřeva a úbytek únosnosti konstrukčních prvků je dán pouze redukcí jejich průřezu účinkem požáru.
Jak již bylo zmíněno, dřevo a materiály na bázi dřeva jsou hořlavé. Nicméně jejich hořlavost lze modifikovat povrchovou úpravou nebo impregnací. Zápalnost dřeva ovlivňuje i jeho hustota. Čím je hustota větší, tím dojde k zapálení dřeva později a též pomaleji hoří. Další vlastností, která podstatně ovlivňuje hořlavost dřeva, je i jeho vlhkost.
Lze též konstatovat, že dřevěné konstrukční prvky nelze tak jednoduše zapálit. Pro jejich samovznícení, tzn. pro zapálení bez přítomnosti zdroje zapálení, je potřeba povrchová teplota více než 400 °C, působící v krátkém až středně dlouhém časovém úseku. I v případě přítomnosti zdroje zapálení musí být povrchová teplota po určitou dobu větší než 300 °C. Protože dřevo vykazuje ve většině případů přijatelné riziko zapálení, je obvykle používáno jako srovnávací materiál pro požární zatřídění jiných materiálů.
Chování prvků ze dřeva a materiálů na bázi dřeva při požáru je výrazně ovlivněno i jejich tvarem, povrchem, obvodem a rozměrem průřezu. Hořlavost závisí na poměru povrchu k objemu prvků. Oheň se též šíří rychleji pokud povrch prvků je drsný a má mnoho ostrých hran. Z tohoto důvodu se dřevěné prvky hoblují a zaoblují se jejich hrany. Trhliny a praskliny taktéž zvyšují možnost napadení ohněm. Kvůli tomu vykazuje lepené lamelové dřevo, které je převážně bez trhlin, menší zuhelnatění než rostlé dřevo.
Obrázek č. 5 – Změna dřeva v průřezu konstrukčního prvku při požáru
4 Požární odolnost dřevěných konstrukcí
Požární odolnost je doba, po kterou jsou stavební konstrukce nebo požární uzávěry schopny odolávat teplotám vznikajícím při požáru, aniž by došlo k porušení jejich funkce.
Určení požární odolnosti dřevěných konstrukcí lze provést:
- klasifikací na základě výsledků zkoušek podle příslušných norem specifikovaných pro konkrétní druh konstrukční části (ČSN EN 13501-2 a ČSN EN 13501-3);
- zjištěním hodnoty z tabulky (ČSN 73 0821 ed. 2), nebo výpočtem podle Eurokódu 5 (ČSN EN 1995-1-2);
- zkouškou a výpočtem v těch případech, že zkouškou nelze postihnout všechny činitele ovlivňující požární odolnost anebo pokud výsledky zkoušek vyžadují pro konkrétní aplikaci další posouzení.
4. 1 Tabulkové hodnoty požární odolnosti
ČSN 73 0821 ed. 2 – Požární bezpečnost staveb – Požární odolnost stavebních konstrukcí.
Velmi užitečnou pomůckou je nově vydaná publikace: Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů. Tato publikace byla vytvořena pro projektanty a pracovníky správy na úseku požární bezpečnosti staveb z důvodu zavádění Eurokódů do systémů našich norem. Uvádí tabelární hodnoty požární odolnosti betonových, ocelových, ocelobetonových spřažených, dřevěných a zděných konstrukcí stanovených na základě výpočetních postupů příslušných Eurokódů.
4.2 Výpočet požární odolnosti podle Eurokódů
Navrhování konstrukcí na účinky požáru obecně a stanovení příslušného požárního zatížení je popsáno v ČSN EN 1991-1-2. Pro stanovení požární odolnosti dřevěných konstrukcí slouží ČSN EN 1995-1-2, která stanovuje pro posouzení prvků metodu redukovaného průřezu a metodu redukovaných vlastností, a dále stanovuje postupy pro posouzení spojů. U dřevěných konstrukcí je požární odolnost doba, než hloubka zuhelnatění dosáhne hodnoty, při které se zbytkový, respektive účinný průřez zmenší natolik, že prvek přestane splňovat kritérium únosnosti. ČSN EN 1995-1-2 poskytuje pravidla pro navrhování dřevěných konstrukcí na účinky požáru, podle kterých je možné jednoduchým statickým výpočtem prokázat jejich požární odolnost. Výpočet vychází z redukování plochy průřezu a parametrů pevnosti a tuhosti dřeva a materiálů na bázi dřeva v důsledku požáru. Redukovaný průřez se posuzuje obvyklým způsobem na silové účinky při mimořádné kombinaci zatížení. V této normě jsou též uvedena podrobná pravidla pro řešení požární odolnosti spojů různého provedení, stropů a stěn, jejichž konstrukce je tvořena dřevem a materiály na bázi dřeva v kombinaci s různými tepelně-izolačními a obkladovými materiály.
4.3 Požární zkoušky
Požární odolnost lze získat v neposlední řadě také pomocí zkoušek. Tento postup je sice poměrně nákladný, ale zato dává nejpřesnější a nejméně konzervativní výsledky. Platnost výsledku je však omezena pouze na zkoušené prvky a dílce.
Poděkování
Tento příspěvek byl zpracován za podpory projektu SGS ČVUT, SGS11/108/OHK1/2T/11 „Požární odolnost vícepodlažních budov na bázi dřeva“.
Literatura
- [1] ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení. ÚNMZ Praha, 2009
- [2] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty. ÚNMZ Praha, 2009
- [3] ČSN 73 0821 ed. 2 Požární bezpečnost staveb – Požární odolnost stavebních konstrukcí. ČNI Praha, 2007
- [4] ČSN 73 0833 Požární bezpečnost staveb – Budovy pro bydlení a ubytování. ÚNMZ Praha, 2010
- [5] ČSN EN 1991-1-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1–2: Obecná zatížení – Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. ČNI Praha, 2004
- [6] ČSN EN 1995-1-2 Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1–2: Obecná pravidla – Navrhování konstrukcí na účinky požáru. ČNI Praha, 2006
- [7] ČSN EN 13501-1 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň. ÚNMZ Praha, 2010
- [8] ČSN EN 13501-2 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 2: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti kromě vzduchotechnických zařízení. ÚNMZ Praha, 2010
- [9] ČSN EN 13501-3 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 3: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti výrobků a prvků běžných provozních instalací: požárně odolná potrubí a požární klapky. ÚNMZ Praha, 2010
- [10] Zoufal R. a kolektiv. Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů. PAVUS, a.s., Centrum technické normalizace pro požární ochranu, Praha 2009, ISBN 978-80-904481-0-0
- [11] Kuklík, P. Dřevěné konstrukce. ČVUT, Praha 2005, ISBN 80–01-03310–4
Development of wooden buildings in the Czech Republic is based on the requirement to implement the most low-energy buildings. Still there are many people who are afraid of wooden buildings mainly because of their misconceptions about their behaviour under fire. But the truth is that in a fire wood doesn’t lose its rigidity and strength, and the remaining sections of wood elements are also able to carry the load.