Moderní dřevostavba její chování za požáru evropské a české znalosti a předpisy. Petr Kuklík. ČVUT v Praze

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Universitní centrum energeticky efektivních budov Moderní dřevostavba její chování za požáru evropské a české znalosti a předpisy Petr Kuklík

2 Obsah: Dřevo ve městě současnost Konstrukční systémy, vícepodlažní budovy, TF2000 Požární bezpečnost a požární odolnost Zajištění požární bezpečnosti, přehled platných norem Chování materiálů za požáru Beton, ocel, dřevo Metody stanovení požární odolnosti Tabulky, výpočty (prvky, dílce), budoucnost Eurokódu 5 Zkoušky požární odolnosti Stěny, stropní dílce při normovém či skutečném požáru a objekty při skutečném požáru Závěr Znalost chování prvků, dílců a celých sestav za požáru Pochopení problematiky požární odolnosti dřevostaveb Maximální požární bezpečnost dřevostaveb

3 DŘEVO VE MĚSTĚ - konstrukční systémy Lehký skelet Těžký skelet Masivní desková konstrukce

4 DŘEVO VE MĚSTĚ - současnost Vícepodlažní budovy v AT

5 Vícepodlažní budovy v ČR

6 Vícepodlažní budovy v UK

7 UK

8 UK

9 Největší neúmyslně založený požár 2. září 1666, Londýn, UK Během 5-ti dnů bylo město zničeno požárem domů a 87 kostelů

10 Cardington Zkušební laboratoř 48m x 65m x 250m

11 TF 2000 Dřevěná konstrukce 6 podlaží

12 TF 2000 Požární zatížení

13 TF 2000 Skutečný požár

14 TF 2000

15 TF 2000 Požární úsek po požáru 64 minut

16 TF 2000 Schodiště po požáru

17 Cardington Ocelová konstrukce 8 podlaží

18 Cardington Betonová konstrukce 7 podlaží

19 POŽÁRNÍ BEZPEČNOST A POŽÁRNÍ ODOLNOST Evropské normy obsahují pravidla pro konstrukce, ale NE požadavky na ně!!! Požadavky, zejména požadavky na bezpečnost (např. požární bezpečnost), jsou stanoveny právními předpisy na národní úrovni (ČSN )!!! Třídy reakce na oheň: A1,A2,B,C,D,E,F jsou však v zemích EU stejné. Evropská komise FSUW. AT - 4 podlaží, R60 DE - 6 podlaží, R60 (možné je i 7-8 podlaží) CH - 7 podlaží, R60 UK - 18 m, R60 CZ - 12 m, R60 SK - 9 m, R60 Severské země - bez omezení R60

20 Přehled základních norem PBS ČSN Požární bezpečnost staveb Společná ustanovení. ÚNMZ Praha, 2009 ČSN Požární bezpečnost staveb Nevýrobní objekty. ÚNMZ Praha, 2009 ČSN Požární bezpečnost staveb Budovy pro bydlení a ubytování. ČNI Praha 1996; Změna 1: 2000; Změna 2:2010 Sbírka zákonů Vyhláška MV č.23/2008 Sb., o technických podmínkách požární ochrany. Ministerstvo vnitra, Praha 2008

21 Třídy reakce na oheň a druhy konstrukčních částí

22 Třídy reakce na oheň a druhy konstrukčních částí

23 CHOVÁNÍ MATERIÁLŮ ZA POŽÁRU Beton Beton T C

24 Chování materiálů za požáru Ocel Ocel

25 Chování materiálů za požáru Dřevo 4 a 3 strany průřezu vystavené požáru Požár 63 minut Zbytkový průřez, t

26 METODY STANOVENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI Odečet požární odolnosti z tabulek ČSN Požární bezpečnost staveb Požární odolnost stavebních konstrukcí; (platná do ) ČSN ed.2 - Požární bezpečnost staveb Požární odolnost stavebních konstrukcí; květen 2007 Publikace - Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů; 2009 prolignum Praha

27 Výpočty požární odolnosti Vypočtené hodnoty ČSN EN (731701) Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí. Část 1-2: Všeobecná pravidla. Navrhování konstrukcí na účinky požáru. Porovnání s hodnotami zjištěnými zkouškou

28 Výpočty prvků podle EN Požární namáhání podle nominální normové teplotní křivky Vrstva tepelně nezměněného dřeva Vrstva zuhelnatělého dřeva, dřevěné uhlí Vrstva pyrolýzy, tepelného rozkladu dřeva

29 Výpočty prvků podle EN Jednorozměrné zuhelnatění d = β t char,0 0 d = β t char,0 0 Zaoblení rohů = hloubce zuhelnatění d = β t char,0 0 b = 8,15 d pro d < 13 mm min char,0 char,0 b = 2 d + 80 pro d 13 mm min char,0 char,0

30 Výpočty prvků podle EN Nominální zuhelnatění d char, n = β t n

31 Návrhová rychlost zuhelnatění Návrhová rychlost zuhelnatění β 0 mm/min β n mm/min Lepené lamelové dřevo s charakteristickou hustotou 290 kg/m 3 0,65 Rostlé dřevo s charakteristickou hustotou 290 kg/m 3 0,65 0,7 0,8 Rostlé nebo lepené lamelové dřevo listnatých stromů s charakteristickou hustotou 290 kg/m 3 Rostlé nebo lepené lamelové dřevo listnatých stromů s charakteristickou hustotou 450 kg/m 3 0,65 0,50 0,7 0,55 Vrstvené dřevo (LVL) 0,65 0,7

32 Návrhová rychlost zuhelnatění - pro desky na bázi dřeva Pro hustotu 450 kg/m 3 a tloušťku desky 20 mm: β o = 1,0 mm/min β o = 0,9 mm/min pro překližky; pro desky na bázi dřeva jiné než překližky. Pro jiné hustoty a tloušťky desek: β = 0,ρ,t β0,450,20 kρ kt kde k = ρ 450 ρ k k t = min ( 20 t p ; 1,0 ) ρ k se dosazuje v kg/m 3 a t p v mm.

33 Výpočty prvků podle EN Návrhová pevnost f = k fi,d mod, fi (Vnitřní síly na úrovni 60% pro běžnou teplotu) k fi f γ k M, fi přičemž k mod,fi je modifikační součinitel pro požár, který zohledňuje účinky teploty a vlhkosti na parametry pevnosti; k fi součinitel, kterým se převádí charakteristická hodnota na hodnotu 20% kvantilu: k fi = 1,25 pro rostlé dřevo; k fi = 1,15 pro lepené lamelové dřevo a desky na bázi dřeva; γ M,fi dílčí součinitel spolehlivosti při požáru γ M,fi = 1,0 charakteristická pevnost při běžné teplotě. f k

34 Výpočty prvků podle EN Metoda redukovaného průřezu Počáteční povrch prvku d = d + k d ef char, n 0 0 Okraj zbytkového průřezu Okraj účinného průřezu d char d 0 d ef přičemž d o = 7 mm d char, n k o 1,0 = β t kde β n je nominální návrhová rychlost zuhelnatění t čas v minutách n

35 Výpočty prvků podle EN Součinitel tloušťky vrstvy nulové pevnosti k 0 čas k 0 t menší než 20 minut t/20 t minimálně 20 minut 1,0

36 Výpočty prvků podle EN nosník, 2 sloup, 3 záklop, 4 obložení Dřevěné obložení,desky na bázi dřeva,sádrokarton typu A a H t f = t ch Dřevěné obložení,desky na bázi dřeva t = ch h β p 0 Sádrokarton typu A, F a H podle EN 520 podle spár lf,req = hp + dchar,0 + la l a = 10 mm t t ch ch = 2,8 h 14 p = 2,8 h 23 p

37 Výpočty prvků podle EN Zuhelnatění pro t f = t ch a t a = min. 25 mm t f t t a k 3 = 2

38 Výpočty prvků podle EN Sádrokarton typu F podle EN 520 t ch t t f k = 1 0,018 h 2 p ENV

39 Výpočty dílců podle EN Dřevěné obložení,desky na bázi dřeva Sádrokarton typu A, F a H podle EN 520 t ch jako prvky Dřevěné obložení,desky na bázi dřeva Sádrokarton typu A a H podle EN 520 (typ F zkouška) t f = t + ch l l h f a,min p k k k k β s 2 n j 0

40 Výpočty dílců podle EN t f = 21 mm

41 Výpočty dílců podle EN Vnější vrstva sádrokarton typu F β n =k s.k 2.k n. β 0 β n =k s.k 3.k n. β 0 t ch t t f t t f k k = 0,86 0,0037 h 2 p = 0,036 t + 1 rohož z minerálních 3 f místo v plášti (1,3) vláken t f = t + ch l l h f a,min p k k k k β s 2 n j 0 k j = 1,15 místo v plášti (1,3)

42 Výpočty dílců podle EN t = 1,1 h k pos = 0,6 ins,0 p t ins,0 = 5,0 min k pos = 1,5 t ins,0 = 1,4 h p k pos = 0,8 tins = tins,0,i kpos kj i k j = 1

43 Budoucnost EN zkoušky v reálných podmínkách požáru - dřevobeton - CLT (KLH)

44 ZKOUŠKY POŽÁRNÍ ODOLNOSTI - zkouška stěny lehkého skeletu při skutečném požáru 40 min 67 min 83 min

45 Průběhy teplot Srovnání zatěžovacích teplotních křivek 900,00 800,00 700,00 Teplota [ C] 600,00 500,00 400,00 300,00 PH1 PH2 PH3 PH4 Teploty naměřené čidly 200,00 100,00 0, Čas [min]

46 Zkouška experimentálního objektu při skutečném požáru Spolupráce HLC Hodonín, Fakulta stavební ČVUT a zkušebna PAVUS

47 Dispozice objektu

48 Mechanické a požární zatížení

49 Teplotní křivky

50 Skladba stěny a teploty za požáru

51 Skladba stěny a teploty za požáru

52 Skladba stěny a teploty za požáru

53 Skladba stěny a teploty za požáru

54 Skladba stropu a teploty za požáru

55 Fotogalerie Zapálení paliva Čas +6 min Čas +7 min Čas +14 min

56 Fotogalerie Čas +20 min Čas +25 min Čas +26 min Čas +30 min

57 Fotogalerie Dělicí stěna Strop Čelní stěna

58 Zkouška stropu lehkého skeletu podle EN Spolupráce Haas Fertigbau, Fakulta stavební ČVUT a zkušebna PAVUS

59 Zkouška dřevobetonového stropu podle EN Spolupráce Fakulta stavební ČVUT, Tesařství Biskup, TESKO ČDZ, SFS intec a zkušebna PAVUS

60 ZÁVĚR Dřevěné konstrukce při požáru zuhelnaťují, ale jejich zbytkové průřezy příliš nemění svou únosnost a tuhost. Odolnost dřevěných konstrukcí při požáru lze stanovit konzervativně výpočtem. Zkoušky jsou vhodné, když chceme dosáhnout vyšší požární odolnosti než lze dosáhnout výpočtem. Zkoušky jsou nutné pro skladby konstrukcí, pro které výpočty nejsou k dispozici. Zkoušky jsou vhodné pro rozšíření poznání problematiky požární odolnosti a zpřesnění výpočtů.

61 DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST!