Zatížení konstrukcí namáhaných požárem

Transkript

1 Zaížení konsrukcí namáhaných požárem 1. Požární bezpečnos saveb - obecně Požární ochrana má dvě základní složky: požární prevenci zaměřenou na předcházení vzniku požárů a omezení následků již vzniklých požárů a požární represi zaměřenou na účinné zdolávání požáru. Řešení požární bezpečnos saveb paří do oblasi požární prevence. Správně navržená budova omezuje rizika zrá na živoech a majeku v objeku a jeho okolí. Požární bezpečnos předsavuje souhrn opaření, kerá musí zajisi, aby v případě požáru byla po požadovanou dobu zachována nosná funkce konsrukce, byl omezen rozvoj a šíření ohně a kouře ve savebním objeku, bylo zamezeno šíření požáru na okolní objeky, osoby mohly opusi budovu a byla brána v úvahu bezpečnos záchranných jednoek. Na splnění výše jmenovaných cílů se významným způsobem podílejí savební konsrukce. Nosná funkce konsrukce se prokazuje pomocí její požární odolnosi. Dělení objeku na požární úseky umožní omezení rozvoje a šíření ohně a kouře ve savebním objeku. Šíření požáru na okolní savby se zamezuje vyvářením odsupů. Návrh únikové cesy, kerá zaručí pro požadovanou dobu bezpečnos lidí, umožní osobám opusi savbu. Pro zajišění požární bezpečnosi saveb se volí pasivní prvky požární ochrany a/nebo akivní požární ochrany, viz obrázek. Obr. 1.1: Akivní a pasivní požární ochrana. Posup navrhování Pro návrh požární odolnosi konsrukcí lze využí posupů uvedených v evropských normách EN 199x-1-. Posupně se řeší eploní analýza požárního úseku, přesup epla do konsrukce a vedení epla v konsrukci a návrh konsrukce za vysokých eplo, viz abulka 1. eploní analýza je založena na popisu požárního zaížení, geomerii požárního úseku, vlasnosech ohraničujících konsrukcí a možnosi odvěrání. Návrh konsrukce za vysokých eplo řeší odezvu konsrukce na eploní a mechanická zaížení. 1 / 17

2 Tabulka.1: Návrh požární odolnosi konsrukce Posup Vsupy Návrh požární odolnosi konsrukce Normy 1) ) 3) Požární zaížení Geomerie požárního úseku Charakerisiky hoření Geomerie prvků Termální vlasnosi Součiniel přesupu epla Mechanické zaížení Geomerie prvků Uložení prvku (spoje) Mechanické vlasnosi Teploní analýza požárního úseku EN : 004 Přesup a vedení epla v konsrukci Návrh konsrukce za zvýšených eplo EN 199x-1-: 004 Výpočení model konsrukčního sysému pro návrh konsrukce za vysokých eplo má vysihova očekávané chování konsrukce při požáru. Je možno uvažova s modelem celé konsrukce, kde lze vhodně zohledni namáhání od eploy. Při výpoču celé konsrukce je řeba uváži odpovídající způsob porušení pro zaížení požárem, epelně závislé vlasnosi maeriálů a uhosi prvků, účinky eploních rozažení a deformací. Míso návrhu celé konsrukce lze pro někeré požární siuace navrhnou konsrukci po přiměřených čásech. K ověření požadavků požární odolnosi posačuje i návrh prvků. Zjednodušení modelů se liší podle jednolivých maeriálů. Požární odolnosí savebních konsrukcí je schopnos konsrukcí odoláva účinkům požáru, aniž by došlo k porušení jejich funkce. Kromě únosnosi (značeno R) mohou plni konsrukce a jejich prvky i další funkce jako např. požárně dělící, kerá má dvě kriéria jsou o celisvos (E) a epelná izolace (I). Tepelně izolační schopnos se dá prokáza výpočem přesupu a vedení epla v konsrukci, přičemž se hodnoí eploa na neohřívané sraně konsrukce. Celisvos (např. oevření spáry mezi dílci) se prokazuje nejčasěji zkouškou. Pro klasifikaci konsrukcí se užívá písemných značek charakerizujících dosažené mezní savy požární odolnosi doplněné o dobu v minuách. Například R 30 značí, že mezní sav únosnosi nenasane dříve než za 30 minu. Podle českých předpisů a norem se klasifikují nosné yčové konsrukce (sloupy, nosníky, zužidla) do říd: R 15, R 0, R 30, R 45, R 60, R 90, R 10, R 180. Pro nosné plošné požárně dělící konsrukce jsou určeny řídy: REI 15, REI 0, REI 30, REI 45, REI 60, REI 90, REI 10, R 180. Ve smyslu obecných zásad klasifikace zaížení podle EN 1990 je zaížení při požáru klasifikováno jako mimořádné zaížení. Současné působení jiných nezávislých mimořádných zaížení není řeba uvažova. Ve shodě s EN 1990 se při navrhování z požárního hlediska uvažuje epelné zaížení od požáru i mechanická zaížení sanovená při konsrukčním návrhu pro všechny konsrukce navrhované podle pravidel požárně návrhových čásí EN 199 až 1996 a EN / 17

3 Ověření spolehlivosi může bý provedeno podle času: fi d fi, reu, /.1/ nebo podle únosnosi: R fi d, E fi, d,, /./ nebo podle eploy: kde Θ Θ /.3/ d cr, d, je návrhová hodnoa normové požární odolnosi; fi d, je požadovaná hodnoa normové požární odolnosi; fi reu R fi d, E fi d, Θ d, je návrhová hodnoa únosnosi při požáru;, je návrhová hodnoa účinků při požáru; je návrhová hodnoa eploy maeriálu; Θ cr,d je návrhová hodnoa kriické eploy maeriálu. Požární úseky musí bý navrženy ak, aby po dobu požárního namáhání zamezily šíření požáru do osaních požárních úseků. Požární návrh plaí v daném čase pouze pro jeden požární úsek v budově. Při sanovení požárního namáhání prvku se musí vzí v úvahu vzah požárního návrhu k omuo prvku. Například pro ověření požárně dělící funkce je nuné v daném čase namáha konsrukci požárem pouze z jedné srany. Siuaci po požáru, kdy konsrukce vychladla, není řeba v návrhu uvažova. Jesliže se provádí návrh na požadovanou dobu požární odolnosi, není řeba posuzova chování konsrukce nad uo dobu. 3. Zaížení pro eploní návrh (epelná zaížení) Požár je živel, kerý lze charakerizova časovým průběhem eplo, laku a složením plynů hořících produků v prosoru. Prosor voří obvykle požární úsek savebního objeku, kerý je ohraničen požárně odolnými konsrukcemi, či konsrukcemi z čási bez odolnosi (požárně oevřené plochy okenních ovorů v obvodových sěnách, či ve sřešních pláších).při požáru lze rozlišova ři časové fáze. Při rozhořívání požár rose a šíří se z mísa jeho vzniku. Plně rozvinuý požár, kerý začíná přibližně při epelném výkonu 1 MW, se vyznačuje inenzivním hořením v prosoru celého požárního úseku. Požár končí dohoříváním a chladnuím. Pro experimenální a eoreické posuzování požární odolnosi savebních konsrukcí byly pro namáhání požárem vypracovány modely, keré sanovují časový průběh eplo v hořícím prosoru. Pro posuzování konsrukcí je rozhodující modelování plně rozvinuého požáru probíhajícího v celém prosoru požárního úseku. Modelování první fáze požáru umožňuje zajišění bezpečné evakuace osob, odvěrání prosoru, návrh únikových ces a shromažďovacích prosor při požáru. 3 / 17

4 Rozlišují se zjednodušené a zdokonalené modely požáru. Zjednodušené modely požáru jsou založeny na fyzikálních paramerech s omezenou planosí použií. Pro požár v celém požárním úseku lze uvažova rovnoměrné rozdělení eploy v daném čase. Při lokálních požárech (např. hořící hromada dřeva v hale, hořící auomobil v unelu) je rozdělení eplo nerovnoměrné. V závislosi na vyjádření epelného zaížení od požáru se v návrhu rozlišují následující posupy: nominální eploní křivky, keré se uplaňují po daný čas a na něž jsou konsrukce navrhovány při respekování předepsaných pravidel obsahujících abulkové údaje nebo při použií výpočeních modelů; paramerické eploní křivky, keré se vypočíají na základě fyzikálních paramerů a na keré se konsrukce navrhují s použiím výpočeních modelů; dynamická analýza plynů ve spojení s meodou konečných prvků vede k nejvýsižnějšímu modelování eploy plynů v požárním úseku během požáru. Obr. 3.1: Modelování eploy plynů v požárním úseku během požáru 3.1 Tepelný ok U pevných a kapalných láek se eplo přenáší vedením (kondukcí). V plynném prosředí se eplo sdílí prouděním (konvekcí) a sáláním (radiací). Tepelná zaížení od požáru se udávají čisým epelným okem, j. energií na jednoku času a plochy h & [Wm - ], kerou je prvek ne schopen pohli (absorbova). Při přenosu epla na plochu vysavenou účinkům požáru lze čisý epelný ok h & rozděli na čás přenášenou prouděním & a sáláním & : ne & & + & /3.1/ h ne hne, c hne, r h ne, r h ne, c 4 / 17

5 Složka epelného oku sdílená prouděním se sanoví podle vzahu: h & α Θ Θ /3./ ne, c c ( ) g m kde α c [Wm - K -1 ] je součiniel přesupu epla prouděním; Θ g [ C]eploa plynů v blízkosi prvku vysaveného účinkům požáru a Θ m [ C] je povrchová eploa prvku. Na sraně vysavení požáru se součiniel přesupu epla prouděním α c uvažuje pro nominální eploní křivku a křivku venkovního požáru α c 5 Wm - K -1 ; pro paramerické eploní křivky a dynamickou analýzu plynů α c 35 Wm - K -1 ; pro uhlovodíkovou křivku α c 50 Wm - K -1. Na neohřívané sraně požárně dělícího prvku může bý epelný ok sáláním zanedbán a pro proudění lze použí α c 35 Wm - K -1. Teploa plynů Θ g může bý sanovena z nominální eploní křivky, z paramerické eploní křivky nebo přesnějším výpočem. Povrchová eploa Θ m vyplývá z eploní analýzy prvku podle požárně návrhových čásí norem EN 199 až 1996 a EN Složka čisého sálavého epelného oku na jednoku plochy se sanoví ze vzahu: 4 4 h &, Φ ε ε σ ( Θ + 73 ) ( Θ + 73) ) /3.3/ ne r m f r m kde Φ[-] je polohový fakor vyjadřující účinky zasínění (neudávají-li požárně návrhové čási EN 199 až 1996 a EN 1999 konkréní hodnoy, uvažuje se polohový fakor Φ 1,0); emisivia povrchu prvku ε m se navrhuje konzervaivně ε m 0,8 (pro uhlíkovou ocel lze počía ε m ; pro nerezové oceli ε m 0,4; pro čisý povrch sliin hliníku ε m 0,3); emisivia požáru ε f se uvažuje obecně jako ε f 1,0; Sefan-Bolzmanova konsana σ je rovna σ 5, Wm - K -4 ; v případě prvků vysavených požáru ze všech sran lze sálavou eplou okolí prvku Θ r přibližně nahradi eploou plynů Θ g kolem ohoo prvku. 3. Nominální eploní křivky Nominální eploní křivky vyjadřují závislos eploy v požárním úseku pouze na době požáru. Základní křivkou je nominální normová křivka (označovaná jako ISO 834). Normová křivka je dána vzahem: Θ g log10 (8 + 1) /3.4/ kde je čas v minuách a Θ g [ C] eploa plynů v příslušném požárním úseku. Mezi nominální eploní křivky se dále řadí křivka vnějšího požáru, kerou se namáhají obvodové sěny. Teploní křivka vnějšího požáru je dána rovnicí: 0,3 0,38 Θ (1 0,687e 0,313e ) /3.5/ g Nominální uhlovodíková eploní křivka umožňuje simulaci prudkých požárů s rychlým nárůsem inenziy. Uhlovodíková křivka se popisuje vzahem: 0,167,5 Θ (1 0,35 e 0,675e ) /3.6/ g 5 / 17

6 Obr. 3.: Nominální eploní křivky 3.3 Paramerické eploní křivky Obecný popis Paramerické modely využívají pro popis požáru hlavních fyzikálních závislosí popisujících hoření, j. požární zaížení, epelně echnické vlasnosi ohraničujících konsrukcí a ovory v požárním úseku.. Paramerické modely předpokládají rovnoměrné rozložení eploy v požárním úseku, což je určuje k popisu rozvoje eploy v požárních úsecích omezené velikosi po celkovém vzplanuí v prosoru. Paramerické křivky vychází z rovnováhy epla v požárním úseku, kerou lze vyjádři ve varu: & & + & + & + & /3.7/ C L W R B kde & je eplo uvolněné při hoření; C & zráa epla sáláním a odvodem plynů ovory; L & zráa W epla v ohraničujících konsrukcích; & zráa epla sáláním ohraničujících konsrukcí a R & B eplo akumulované v plynu v požárním úseku. Předpokládá se, že palivo plně vyhoří uvniř požárního úseku, eploa plynů bude rovnoměrná a prosup epla ohraničujícími konsrukcemi je rovnoměrný v čase i prosoru a konsanní. Teplo uvolněné při hoření se popisuje husoou požárního zaížení, j. energií, kerá se uvolňuje při hoření, na jednoku plochy. Požární zaížení sesává z čásí konsrukce (např. sěny a podlaha) a z vybavení (např. nábyek). Rychlos uvolňování epla RHR (Rae of Hea Release) se liší u požáru řízeného venilací a u požáru řízeného palivem. Pokud je dosaečný přívod kyslíku, je požár řízen palivem. Omezený přívod vzduchu ovory v ohraničujících konsrukcích snižuje rychlos uvolňování epelné energie ve výpočech zohledněno koeficienem ovorů O. Experimeny povrdily, že se při zvěšování ovorů dosáhne hodnoy pri níž je již rychlos hoření na venilaci nezávislá. Rychlos hoření je pak podmíněna 6 / 17

7 charakerem a povrchem paliva. Požáry řízené palivem se dělí na pomalé (rvající přibližně lim 5 min), průměrné ( lim 0 min) a kráké ( lim 15 min). Rozvoj eploy v požárním úseku závisí éž na zráách epla plynů. Ke zráám dochází na hranicích úseku vlivem sdílení epla prouděním, sáláním a vedením. Zráy se vyjadřují pomocí koeficienu povrchů b ( ρ c λ) [J m - s -0,5 K -1 ], kde ρ je husoa v [kg m -3 ], c měrné eplo v [J kg -1 K -1 ] a λ epelná vodivos v [W m -1 K -1 ] Husoa požárního zaížení Požární zaížení je charakerizováno návrhovou husoou požárního zaížení f,d [MJ m - ] podle vzahu: kde f, d f, k m δ 1 δ δ n /3.8/ f,k [MJ m - ] je husoa charakerisického požárního zaížení vzažená na podlahovou plochu A f ; m součiniel hoření (u převážně celulosových maeriálů lze předpokláda m 0,8); δ 1 je součiniel vyjadřující nebezpečí vzniku požáru v závislosi na velikosi požárního úseku (viz abulka 3.1); δ je součiniel zohledňující nebezpečí vzniku požáru vlivem druhu provozu (viz abulka 3.); δ n je součiniel, kerým se do výpoču zavádí vliv akivní požární ochrany. Pro běžnou požární ochranu, jako jsou bezpečné přísupové cesy, echnické prosředky požární ochrany, zařízení pro odvod kouře ze schodišť, keré mají bý vždy k dispozici, se hodnoy δ ni v abulce 3.3 uvažují rovny 1,0. Pokud však běžná požární ochrana není předpokládána, uvažuje se hodnoa δ ni rovna 1,5. Pokud jsou schodišě v případě požárního poplachu přelakově věrána, lze součiniel δ n8 z abulky uvažova roven 0,9. Výsledná hodnoa součiniele akivní požární ochrany δ n je určena vzahem: 10 δ /3.9/ n δ ni i 1 Tabulka 3.1: Součiniel δ 1 Podlahová plocha úseku A f [m ] Nebezpečí vzniku požáru δ 1 5 1, , , , ,13 Tabulka 3.: Součiniel δ Nebezpečí vzniku požáru δ Příklady provozu 8 umělecké galerie, muzea, bazény 1,00 kanceláře, byy, hoely, papírenský průmysl 1, výroba srojů a moorů 1,44 chemické laboraoře 1,66 výroba zábavné pyroechniky nebo barev 7 / 17

8 Samočinné hasící zařízení Samočinné požární hlásiče Manuální hašení požáru Tabulka 3.3 Součiniel akivní požární ochrany δ ni Akivní požárně bezpečnosní opaření δ ni Samočinné vodní hasící zařízení δ n1 0,61 žádný δ n 1,00 Nezávislé vodní zdroje jeden δ n 0,87 dva δ n 0 Elekrická požární epelné δ n3 signalizace kouřové δ n4 0,87 nebo 3 Zařízení dálkového přenosu k požární jednoce δ n5 0,87 Závodní požární jednoka δ n6 Exerní (veřejná) požární jednoka δ n7 0,61 nebo 8 Bezpečné přísupové cesy δ n8 0,9 nebo 1,0 nebo 1,5 Technické prosředky požární ochrany δ n9 1,0 nebo 1,5 Zařízení pro odvod kouře δ n10 1,0 nebo 1,5 Charakerisické hodnoy požárního zaížení f,k [MJ m - ] lze sanovi z výhřevnosi hořlavých maeriálů v požárním úseku nebo z husoy požárního zaížení pro daný provoz. Charakerisické požární zaížení Q fi,k [MJ] se sanoví z hodnoy čisé výhřevnosi H ui [MJ/ kg] pomocí vzahu: Q fi, k M ki H ui ψ i /3.10/ kde M k,i je množsví hořlavého maeriálu v kg a ψ i je součiniel pro sanovení chráněného požárního zaížení. Pro maeriál v nehořlavých požárně odolných obalech lze uvažova ψ i 0. Husoa charakerisického požárního zaížení f,k [MJ m - ] na jednoku plochy je pak: Q fi, k f, k /3.11/ A kde A je podlahová plocha (A f ) požárního úseku. Hodnoy čisé výhřevnosi H u [MJ kg -1 ] někerých pevných láek, kapalin a plynů jsou uvedeny v abulce 3.4. Tabulka 3.4 Hodnoy čisé výhřevnosi H u v MJ/kg pro výpoče požárního zaížení Hodnoy čisé výhřevnosi H u v MJ/kg pro hořlavé maeriály Dřevo 17,5 Pevné láky Jiné celulózové maeriály (oděvy, korek, bavlna, papír, lepenka, hedvábí, sláma, vlna) 0 Uhlíkaé láky (anraci, dřevěné uhlí, uhlí) 30 Parafínová řada (mehan, ehan, propan, buan) 50 Olefínová řada (ehylen, propylen, buylen) 45 Chemické láky Aromaická řada (benzen, oluen) 40 Alkohol (mehanol, ehanol, ehylalkohol) 30 Paliva (benzin, perolej, nafa) 45 Osaní výrobky Čisé uhlovodíkové plasy (polyehylen, polysyren, polypropylen) 40 ABS (plas) 35 Polyeser (plas) 30 Polyizokyaná a polyurean (plas) 5 PVC (plas) 0 Živice, asfal 40 Kůže 0 Linoleum 0 Gumové pneumaiky 30 Hodnoy požárního zaížení lze urči aké podle zařídění daného provozu v souladu s abulkou 3.5 (do výpoču se uvažují hodnoy 80% kvanilu z Gumbelova rozdělení). 8 / 17

9 Tabulka 3.5 Husoy požárního zaížení f,k [MJ m - ] pro různé provozy Provoz Průměr 80% kvanil byy nemocnice (pokoje) hoely (pokoje) knihovny kanceláře školní řídy nákupní cenrum divadla (kina) doprava prosory pro veřejnos) POZNÁMKA 80% kvanil je sanoven za předpokladu Gumbelova rozdělení PŘÍKLAD: Sanove husou požárního zaížení knihovny. Požární úsek knihovny je zajišěn elekrickou požární signalizací s kouřovými hlásiči a samočinným přenosem poplachu k požární jednoce. Bezpečná evakuace osob a odvod kouře z únikových ces jsou umožněny. Technické hasící prosředky jsou k dispozici. Podlahová plocha požárního úseku A f se předpokládá 50 m. Charakerisická hodnoa husoy požárního zaížení (80% kvanil): 184 MJ m f, k / V knihovnách se vyskyují především celulózové hořlavé maeriály: m 0,8 Součiniele nebezpečí vzniku požáru: δ 1,5 δ, 1, 1,0 Proože je požární úsek knihovny zajišěn elekrickou požární signalizací s kouřovými hlásiči a samočinným přenosem poplachu k požární jednoce, lze uvažova součiniel akivní požární ochrany: δ n δ n, 4 δ,4 3 0,87 0,635 n Výsledná návrhová husoa charakerisického požárního zaížení se vypoče podle vzahu: f, d f, k m δ 1 δ δ n 0,8 1,5 1,0 0, MJ / 184 m Paramerická křivka dle EN : 004 (fáze plně rozvinuého požáru) Paramerická křivka plaí pro požární úseky do podlahové plochy 500 m, bez ovorů ve sřeše a s imální výškou požárního úseku 4 m je určena následujícím vzahem (ve fázi plně rozvinuého požáru): 0, 1,7 19 ( 1 0,34 e 0,04 e 0,47 e ) Θ /3.1/ g kde Θ g [ C] je eploa plynů v požárním úseku. Náhradní čas [hod] zohledňující vliv ovorů a kvaliy povrchů se sanoví podle vzahu: Γ /3.13/ kde vliv ovorů a kvaliy povrchů se uvažuje součinielem 9 / 17

10 ( O / Oref ) ( b / b ) ref Γ /3.14/ Koeficien ovorů se počíá jako (koeficien ovorů lze uvažova v rozmezí 0,0 O 0, 0 ): kde Av he O [m 1/ ] /3.15/ A A v [m ] je celková plocha svislých ovorů ve všech sěnách ohraničujících požární úsek; h e [m] vážený průměr výšek oken ve všech sěnách ohraničujících požární úsek; A [m ] celková plocha konsrukcí ohraničujících požární úsek (sěny, srop a podlaha, včeně ovorů); referenční koeficien ovorů se uvažuje O ref 0,04 [m 1/ ]. Koeficien povrchů je určen vzahem (koeficien povrchů lze uvažova v rozmezí 100 b 00 ): kde b ( ρ c λ) [J m - s -0,5 K -1 ] /3.16/ ρ [kg m -3 ] je objemová hmonos (husoa) konsrukcí ohraničujících požární úsek; c [J kg -1 K -1 ] specifické (měrné) eplo konsrukcí ohraničujících požární úsek; λ [W m -1 K -1 ] epelná vodivos konsrukcí ohraničujících požární úsek. Referenční koeficien povrchů byl sanoven pro požární úsek z lehkého beonu jako b ref 1160 m 1/. Součiniel vlivu ovorů a kvaliy povrchů ak lze upravi na vzah: ( O Oref ) ( b / b ) ( O / ) ( 0,04 /1160) / b Γ /3.17/ ref Pro případ Γ 1,0 se paramerická křivka podle vzahu /3.17/ blíží nominální normové eploní křivce Ohraničující konsrukce Ve výpočech se odlišné vlasnosi sropu, sěn a podlahy zohledňují váženými průměry. Při výpoču epelné pohlivosi ohraničujících konsrukcí b ( ρ c λ) lze objemovou hmonos ρ, měrné eplo c a epelnou vodivos λ konsrukcí ohraničujících požární úsek uvažova při eploě okolí. Při různých součinielích b pro sěny, srop a podlahu se b ( ρ c λ) má zavés jako: b ( b j A j ) A A v /3.18/ kde A j [m ] je plocha povrchu j-é ohraničující konsrukce a b j [J m - s -0,5 K -1 ] epelná charakerisika povrchu j-é ohraničující konsrukce. 10 / 17

11 Pro povrch ohraničujících konsrukcí s různými vrsvami maeriálů lze b uvažova pro b 1 < b jako b b 1. Pro b 1 > b se vypočíá mezní loušťka s lim maeriálu vysaveného požáru podle vzahu: 3600 λ 1 s lim /3.19/ c1 ρ1 kde ρ 1, c 1 a λ 1 jsou charakerisiky 1. vrsvy vysavené požáru a je doba pro dosažení imální eploy plynů (viz čás 3.3.5). Pro loušťku první vrsvy s 1 > s lim se uvažuje b b 1 a pro s 1 < s lim se uvažuje: b s s 1 1 b1 + 1 b s /3.0/ lim slim Nejvyšší eploa Pro vyvoření paramerické křivky je zapořebí urči čas, při němž je dosaženo nejvyšší eploy požáru Θ [ C].Předpokládá se, že požár je buď řízen venilací nebo palivem. V případě, že je požár řízen venilací, počíá se čas k dosažení nejvyšší eploy jako: kde 3 0, 10 O,d /3.1/,d je návrhová hodnoa husoy požárního zaížení, vzažená k celé ploše povrchu A ohraničujících konsrukcí úseku, přičemž A / A [MJ m - ]. Je nuno dodrže následující meze: 50, < 1000 [MJ m - ]; d, d f, d f,d je návrhová husoa požárního zaížení vzažená k ploše podlahy A f O je součiniel ovorů V případě, že je požár řízen palivem, dosáhne se nejvyšší eploy v čase lim. Při malé rychlosi rozvoje požáru (doprava prosory pro veřejnos) se předpokládá čas k dosažení nejvyšší eploy při požáru řízeném palivem lim 5 min, při sřední rychlosi (byy, pokoje nemocnic a hoelů, kanceláře, školní řídy) lim 0 min a při velké rychlosi (knihovny, nákupní cenra, divadla, kina) lim 15 min. Modelování řízení požáru palivem nebo venilací je umožněno zápisem času k dosažení nejvyšší eploy ve varu: 3 0, 10,d lim ; /3./ O Ve výpoču paramerické křivky se uvažuje náhradní čas plného rozvinuého požáru, kerý se sanoví jako: Γ /3.3/ V případě, že je požár řízen palivem lim, počíá se náhradní čas za vzahu: Γ lim /3.4/ f 11 / 17

12 kde se součiniel vlivu ovorů a kvaliy povrchů pro požár řízený palivem Γ lim uvažuje, obdobně ke vzahu /3.17/, jako: lim ( Olim / b) ( 0,04 /1160) Γ /3.5/ kde nejvyšší účinný koeficien ovorů se vypočíá podle vzahu: O 3 lim,1 10, d / 0 lim /3.6/ V případech malých požárních zaížení vzhledem k venilaci požárního úseku při palivem řízeném požáru se součiniel vlivu ovorů a kvaliy povrchů modifikuje, aby lépe vysihoval okrajové podmínky při hoření. Jesliže: O > 0,04 a 75 a b < 1160 /3.7/, d < násobí se součiniel vlivu ovorů a kvaliy povrchů Γ lim součinielem: O 0,04 k 1+ 0,04, d b /3.8/ Chladnuí V první čási chladnuí požárního úseku ješě dohořívá zbylé palivo. Po jeho vyhoření závisí pokles eploy jen na akumulované epelné energii, na venilaci a eploní charakerisice požárního úseku. V normě EN : 004 je zaveden zjednodušený lineární popis poklesu eploy. Teploní křivky ve fázi chladnuí jsou dány vzahy: kde Θ Θ 65 ( x) pro 0, 5 /3.9 a/ Θ Θ 50 (3 )( x) pro 0,5 < /3.9 b/ Θ Θ 50 ( x) pro /3.9 c/ je určen podle vzahu /3.13/; 3 0, 10,d Γ O jesliže > lim pak x 1,0; lim Γ jesliže lim pak x PŘÍKLAD: Určee paramerickou eploní křivku v byové mísnosi o rozměrech 5 x 8 m a výšce 4 m s oknem x 4 m. Akivní požární ochrana není zajišěna. Bezpečná evakuace osob včeně odvodu kouře z únikových ces jsou umožněny. Technické hasící prosředky jsou k dispozici. Podlaha a srop jsou navrženy z lehkého beonu, sěny jsou zděné s vápennou omíkou. Požární zaížení: Charakerisická hodnoa husoy požárního zaížení (80% kvanil): 1 / 17

13 f, k MJ / 948 m V byech se vyskyují především celulózové hořlavé maeriály: m 0,8 Součiniele nebezpečí vzniku požáru: 40 5 δ, 1 1,1 + (1,5 1,1) 1, δ, 1,0 Požární úsek je zajišěn běžnými prosředky požární ochrany (bezpečná evakuace osob včeně odvodu kouře z únikových ces, echnické hasící prosředky): δ n 1,00 Výsledná návrhová husoa charakerisického požárního zaížení se vypoče podle vzahu: f, d f, k m δ 1 δ δ n 0,8 1,13 1,0 1,0 857 MJ / 948 m Charakerisiky požárního úseku: Plocha podlahy: A f m Plocha ohraničujících konsrukcí úseku: A m Celková plocha svislých ovorů ve všech ohraničujících konsrukcích: A v 4 m Koeficien ovorů (lze uvažova v rozsahu 0,0 O 0, 0 ; průměrná výška oken,0 m): O A v A h e 8,0,0 0,0615 m 184 1/ Koeficieny povrchů jsou určeny v následující abulce: Sěna l. 450 mm; - cihelné zdivo - omíka obdobný b Srop a podlaha - lehký beon Husoa ρ [kg m -3 ] Specifické eplo c [J kg -1 K -1 ] Tepelná vodivos λ [W m -1 K -1 ] Koeficien povrchu b i [J m - s -0,5 K -1 ] Plocha povrchu A j [m ] , , Výsledná epelná charakerisika povrchů požárního úseku (uvažova v rozsahu 100 b 00 ): b A b 1000,5 Jm s K A A ( j j ) / 1 v Součiniel vlivu ovorů a kvaliy povrchů: Γ ( O / b) ( 0,04 /1160) ( 0,0615 /1000,5) ( 0,04 /1160) 3, / 17

14 Náhradní čas bude určen vzahem (dosazeno do abulkového procesoru): Γ 3,178 Nejvyšší eploa: Husoa požárního zaížení vzažená k celé ploše povrchu:, d f, d A f A / ,3 MJ / Pro by sřední velikosi: 0 min 0, 5 hod lim / m Nejvyšší eploa Θ nasane v čase: 3 0, 10 lim ; O Náhradní čas nejvyšší eploy: 3, d 0,5; 0,606 Γ 0,606 3,178 1, 96 hod Nejvyšší eploa: Θ Chladnuí: Proože 0,606 hod > lim 0,5 hod: x 1,0 0, ,3 0,0615 0,606 hod 0, 1,96 1,7 1, ,96 ( 1 0,34 e 0,04 e 0,47 e ) 1043 C Pro 0,5 < 1,96 hod se uvažuje chladnuí podle vzahu (dosazeno do abulkového procesoru): Θ Θ 50 ( ,5 ( )( 1,96) Teploa plynu 0 C bude v požárním úseku v čase: x) (3 1,96)( Θ Θ g x + 1,96 1,0 68,5 68,5 1,805 hod 108,3 min Γ 3,178 1,96 1,0) Vykreslení křivky: Pro možnos srovnání je vykreslena aké nominální normová eploní křivka. 14 / 17

15 4. Mechanická zaížení při požáru Mechanické zaížení při požáru se sanoví podle obecného pravidla pro mimořádné návrhové siuace, keré je v normě EN 1990: 004 popsáno symbolickým vzahem: j 1 Gk, j P Ad ( ψ 1,1 neboψ,1) Q k,1 kde symbol G k,j označuje sálá zaížení, P předpěí, A d mimořádné zaížení, Q k,1 hlavní proměnné zaížení a Q k,j vedlejší proměnná zaížení. Součiniele ψ 1,i a ψ,i pro časou a kvazisálou hodnou proměnných zaížení jsou uvedeny v abulce 4.1. Tabulka 4.1 Doporučené hodnoy součinielů ψ pro pozemní savby Zaížení ψ 0 ψ 1 ψ i> 1 Užiná zaížení (EN ) Kaegorie A: obyné plochy Kaegorie B: kancelářské plochy Kaegorie C: shromažďovací prosory Kaegorie D: obchodní plochy Kaegorie E: skladovací plochy Kaegorie F: dopravní plochy, íha vozidla 30kN Kaegorie G: dopravní plochy, 30kN < íha vozidla 160 kn Kaegorie H: sřechy Zaížení sněhem (EN ) H > 1000 m n.m. H < 1000 m n.m. ψ, i Q k, i 1,0 0 0,5 0,5 0,9 0,5 0 0,5 0,5 0, Zaížení věrem (EN ) 0,6 0, 0 Zaížení eploou (EN ) (ne od požáru) 0,6 0,5 0 Pro mimořádnou návrhovou siuaci při požáru se v normě ČSN EN doporučuje uvažova kvazisálá hodnoa ψ,1 Q k,,1 pro hlavní proměnné zaížení. V národní příloze normy ČSN EN se doporučení dále zpřesňuje a doporučuje se u někerých objeků, zejména u halových konsrukcí u nichž je zaížení sněhem nebo věrem hlavním proměnným zaížením, uvažova časou hodnou ψ 1,1 Q k,,1 míso hodnoy kvazisálé ψ,1 Q k,,1. 0,3 0,3 0,6 0,6 0,8 0,6 0,3 0 0, 0 15 / 17

16 Při požáru je nuno uvažova sejná zaížení jako v návrhu při normální eploě. Snížení užiného zaížení v důsledku hoření lze zanedba. Někerá zaížení vznikající při výrobním procesu, např. brzdné síly jeřábu, se nemusí uvažova. Uvažují se však někerá doplňková zaížení, např. náraz způsobený zřícením konsrukčního prvku nebo ěžkého sroje. Nepřímá zaížení v důsledku rozažení a převoření, způsobená eploními změnami od požárního namáhání, vyvolávají síly a momeny, keré se musí vzí v úvahu kromě případů, kdy: mohou bý předem hodnocena jako zanedbaelná nebo příznivá; jsou uvažována v konzervaivně zvolených modelech podepření a okrajových podmínek a/nebo jsou vyrovnána konzervaivními požadavky požární bezpečnosi. Při hodnocení nepřímých zaížení se má uvažova následující: vynucené epelné rozažení vlasních prvků, např. sloupů ve vícepodlažních rámových konsrukcích s uhými sěnami; rozdílné epelné rozažení saicky neurčiých prvků, např. spojiých sropních desek; eploní gradieny v průřezech, keré vyvolávají vniřní napěí; epelné rozažení sousedních prvků, např. vybočení hlavy sloupu vlivem rozažení sropní desky nebo proažení závěsných lan; epelné rozažení prvků, ovlivňující další prvky mimo požární úsek. Účinky zaížení E fi,d, při požáru jsou v důsledku nepřímých zaížení od požáru závislé na čase od vzniku požáru. Jejich obecné sanovení může bý náročné, proo se v dokumenu EN uvádějí prakická zjednodušení. Jesliže není zapořebí uvažova nepřímá požární zaížení, lze účinky zaížení E fi,d, sanovi na základě analýzy konsrukce pouze při vzniku požáru (v čase 0) při pokojové eploě (Θ a 0 C). Tako sanovené účinky E fi,d se uvažují během celého rvání požáru: E fi d, E fi, d, /4.1/ Výpoče lze zjednoduši ím, že se konsanní účinky zaížení při požáru E fi,d (nezávislé na čase ) sanoví redukcí odpovídajících účinků E d vypočených pro pokojovou eplou: E fi, d η fi Ed /4./ kde E d je návrhová hodnoa účinků zaížení sanovená při běžné eploě a pro základní kombinaci zaížení podle normy EN 1990; η fi je redukční součiniel závislý na poměru mezi hlavními proměnnými a sálými zaíženími, jimž je konsrukce vysavena. PŘÍKLAD: Spočěe hodnou ohybového momenu M fi,ed působícího za požáru na prosý nosník délky 4m, kerý je zaížen rovnoměrným spojiým sálým zaížením g k 15 kn/m a proměnným zaížením užiným k kn/m (kaegorie A). Návrhová hodnoa zaížení (za pokojové eploy): f d γ G g k + γ Q k 1, ,5 53,5 kn / m Působící ohybový momen (za pokojové eploy): 16 / 17

17 1 M f d L 53, Redukční součiniel: η fi 1 Ed 106, 5 g G k γ g + ψ k 1,1 + γ Q k Ohybový momen působící za požáru: M η M k knm ,5 0,488 1, ,5 fi, Ed fi Ed 0, ,5 51, 97 knm Lieraura Předkládaný výklad o problemaice zaížení savebních konsrukcí požárem byl zpracován podle níže uvedené odborné lieraury, především pak podle monografie [Wald a kol., 005]. WALD, F. a kol. Výpoče požární odolnosi savebních konsrukcí. Praha : ČVUT, 005. ISBN STUDNIČKA, J. a HOLICKÝ, M. Ocelové konsrukce 0. Zaížení saveb podle Eurokódu. Praha : ČVUT, 005. ISBN / 17