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

Transkript

1 ČVUT v Praze, Fakulta stavební Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí Moderní dřevostavba její chování za požáru evropské a české znalosti a předpisy Petr Kuklík Praha

2 Obsah: Dřevo ve městě minulost a současnost Vývoj městského domu, vnímání požárů, 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 Prvky, spoje, dílce Zkoušky požární odolnosti Stěnových, stropních a střešních dílců a sestav Závěr Znalost chování prvků, spojů a dílců za požáru Pochopení problematiky požární odolnosti dřevostaveb Maximální požární bezpečnost dřevostaveb

3 DŘEVO VE MĚSTĚ minulost Vývoj městského domu

4 Vnímání požárů v minulosti Dřevo je zápalné a hořlavé Oheň - příčina požárů obcí i měst První směrnice 14.stol. hlavně Praha Císařsko-královský patent pro hašení ohně (1755) zákaz dřevěných domů ve městech Požárnířád Josefa II. (1785) odstupové vzdálenosti Nejpřísnější dvorní dekret z roku 1816 zákaz dřevostaveb všude 1821 první hasičské sbory v Praze Konec 19.století převládá ŽB, ocel, zdící technologie

5 Klemencovsko v Železném Brodě z roku 1792

6 DŘEVO VE MĚSTĚ - současnost Vícepodlažní budovy v AT

7 Vícepodlažní budovy v ČR

8 Vícepodlažní budovy v UK

9 UK

10 UK

11 Největší neúmyslně založený požár 2. září 1666, Londýn, UK Během 5-ti dnů bylo město zničeno požárem 440 akrů, 87 kostelů, domů

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

13 TF 2000 Dřevěná konstrukce 6 podlaží

14 TF 2000 Požární zatížení

15 TF 2000 Skutečný požár

16 TF 2000

17 TF 2000 Požární úsek po požáru 64 minut

18 TF 2000 Schodiště po požáru

19 Cardington Betonová konstrukce 7 podlaží

20 Cardington Ocelová konstrukce 8 podlaží

21 POŽÁRNÍ BEZPEČNOST A POŽÁRNÍ ODOLNOST Evropské normy obsahují pravidla pro konstrukce, ale NE požadavky. Požadavky, zejména požadavky na bezpečnost (např. požární bezpečnost), jsou stanoveny právními předpisy na národní úrovni!!! 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 Severské země - bez omezení R60

22 Zajištění požární bezpečnosti dřevěných konstrukcí Požární úseky Požární riziko (p v = 40 kg/m 2 ) Stupeň požární bezpečnosti (I.-VII.) Požární odolnost Únikové cesty (chráněné, nechráněné) Odstupy požárně nebezpečný prostor Zařízení pro protipožární zásah (přístupové komunikace, zásahové cesty, přenosné hasicí přístroje, zařízení autonomní detekce a signalizace požáru)

23 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

24 CHOVÁNÍ MATERIÁLŮ ZA POŽÁRU Beton Beton T C

25 Chování materiálů za požáru Ocel Ocel

26 Chování materiálů za požáru Dřevo 4 a 3 strany průřezu vystavené požáru,

27 STANOVENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI Tabulkové hodnoty 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

28 Požární odolnost dřevěných konstrukcí Vypočtené hodnoty ČSN EN Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru ČSN EN Navrhování dřevěných konstrukcí na účinky požáru Hodnoty zjištěné zkouškou

29 Tabulky podle ČSN EN

30 Tabulky podle ČSN EN

31 Tabulky podle ČSN EN

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

33 ČSN EN Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 1-2: Obecná pravidla Navrhování konstrukcí na účinky požáru 67 stran ČSN EN : Oprava 1 (6 stran) v roce 2010

34 Výpočty prvků podle ČSN 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

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

36 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

37 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.

38 Výpočty prvků podle ČSN EN Návrhová pevnost (Vnitřní síly na úrovni 60%) f = k fi,d mod, fi 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

39 Výpočty prvků podle ČSN 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

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

41 Výpočty prvků podle ČSN EN Příklady protipožárního obložení 1 nosník, 2 sloup, 3 záklop, 4 obložení

42 Výpočty prvků podle ČSN EN Čas porušení ochrany Dřevěné obložení,desky na bázi dřeva,sádrokarton typu A a H Dřevěné obložení,desky na bázi dřeva t t f ch = = t ch h β p 0 Sádrokarton typu A, F a H podle EN 520 t ch = 2,8 h 14 p

43 Výpočty prvků podle ČSN EN Zuhelnatění pro t f = t ch a t a = min. 25 mm

44 Výpočty spojů podle ČSN EN

45 POŽÁRNÍ ODOLNOST nechráněných spojů s bočními prvky ze dřeva Doba požární odolnosti t d,fi min Opatření a Hřebíky 15 d 2,8 mm Vruty 15 d 3,5 mm Svorníky 15 t 1 45 mm Kolíky 20 t 1 45 mm Hmoždíky podle EN t 1 45 mm d - průměr spojovacího prostředku a t 1 - tloušťka prvku

46 POŽÁRNÍ ODOLNOST nechráněných spojů s bočními prvky ze dřeva vyšší (do 30 minut) zvětšení rozměrů o a fi : afi = β n k flux ( treq - td,fi) β n je rychlost zuhelnatění; K flu součinitel zohledňující zvětšený tepelný tok skrz spojovací prostředek; T req požadovaná normová doba požární odolnosti; t d,fi doba požární odolnosti nechráněného spoje uvedená v tabulce.

47 POŽÁRNÍ ODOLNOST chráněných spojů (dřevem, sádrokartonem A, H) čas do počátku zuhelnatění desky má splňovat: t t 0,5 t ch req d,fi t ch T req t d,fi je čas do počátku zuhelnatění; požadovaná normová doba požární odolnosti; požární odolnost nechráněného spoje uvedená v tabulce.

48 POŽÁRNÍ ODOLNOST chráněných spojů (sádrokartonem F) čas do počátku zuhelnatění desky má splňovat: t t 1,2 t ch req d,fi t ch je čas do počátku zuhelnatění; T req t d,fi požadovaná normová doba požární odolnosti; požární odolnost nechráněného spoje uvedená v tabulce.

49 Výpočty dílců podle ČSN EN t f = t + ch l l h f a,min p k k k k β s 2 n j 0

50 Budoucnost EN spoje ocel-dřevo - zkoušky v reálných podmínkách požáru - dřevobeton - CLT (KLH) - výpočty spojů - stropy a stěny s částečně vyplněnými dutinami

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

52 Průběhy teplot Srovnání zatěžovacích teplotních křivek Teplota [ C] ISO 834 Parametrický požár , Čas [min] 800,00 700,00 600,00 Teplota [ C] 500,00 400,00 300,00 PH1 PH2 PH3 PH4 Teploty naměřenéčidly 200,00 100,00 0, Čas [min]

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

54 Dispozice objektu

55 Mechanické a požární zatížení Podle ČSN EN

56 Teplotní křivky

57 Skladba stěny a teploty za požáru

58 Skladba stěny a teploty za požáru

59 Skladba stěny a teploty za požáru

60 Skladba stěny a teploty za požáru

61 Skladba stropu a teploty za požáru

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

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

64 Fotogalerie Dělicí stěna Strop Čelní stěna

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

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

67 Zkouška nosníků s deskami s prolisovanými trny

68 Požární odolnost nosníků s deskami s prolisovanými trny 1. zkouška 2. zkouška 1. MS 11 min 2. MS 8 min 1. MS 11 min 2. MS 11min nárůst 35%

69 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.

70 DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST!