Moderní dřevostavba její chování za požáru evropské 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 znalosti a předpisy Petr Kuklík

2 Obsah: Dřevo ve městě současnost 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, spoje), budoucnost Eurokódu 5 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 - současnost Vícepodlažní budovy v AT

4 Vícepodlažní budovy v ČR

5 Vícepodlažní budovy v UK

6 UK

7 UK

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

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

10 TF 2000 Dřevěná konstrukce 6 podlaží

11 TF 2000 Požární zatížení

12 TF 2000 Skutečný požár

13 TF 2000

14 TF 2000 Požární úsek po požáru 64 minut

15 TF 2000 Schodiště po požáru

16 Cardington Ocelová konstrukce 8 podlaží

17 Cardington Betonová konstrukce 7 podlaží

18 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 (STN )!!! 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

19 Přehled základních norem PB a PO STN Požiarna bezpečnosť stavieb. Společné ustanovenia. STN Požiarna bezpečnosť stavieb. Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií. STN EN (731701) Eurokód 5: Navrhovanie drevených konštrukcií. Časť 1-2: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. STN Požiarna bezpečnosť stavieb Budovy na bývanie a ubytovanie.

20 Třídy reakce na oheň a druhy konstrukčních částí

21 Třídy reakce na oheň a druhy konstrukčních částí

22 CHOVÁNÍ MATERIÁLŮ ZA POŽÁRU Beton Beton T C

23 Chování materiálů za požáru Ocel Ocel

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

25 METODY STANOVENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI Tabulkové hodnoty STN Požiarna bezpečnosť stavieb. Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií. Publikace: - Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií podľa eurokódov v tabuľkách; Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů; 2009.

26 Výpočty požární odolnosti dřevěných konstrukcí Vypočtené hodnoty STN EN (731701) Eurokód 5: Navrhovanie drevených konštrukcií. Časť 1-2: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. Hodnoty zjištěné zkouškou

27 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

28 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

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

30 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

31 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.

32 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

33 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

34 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

35 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

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

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

38 Výpočty dílců podle EN Čas porušení ochrany Dřevěné obložení,desky na bázi dřeva,sádrokarton typu A a H 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

39 Výpočty dílců podle EN

40 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 k k = 0,86 0,0037 h 2 p = 0,036 t f t ch t t f t t f místo v plášti (1,3) rohož z minerálních 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)

41 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 k pos = 0,8 k j = 1 p tins = tins,0,i kpos kj i

42 Výpočty spojů podle EN

43 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

44 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.

45 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.

46 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.

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

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

49 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]

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

51 Dispozice objektu

52 Mechanické a požární zatížení Podle EN

53 Teplotní křivky

54 Skladba stěny a teploty za požáru

55 Skladba stěny a teploty za požáru

56 Skladba stěny a teploty za požáru

57 Skladba stěny a teploty za požáru

58 Skladba stropu a teploty za požáru

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

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

61 Fotogalerie Dělicí stěna Strop Čelní stěna

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

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

64 Zkouška nosníků s deskami s prolisovanými trny

65 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%

66 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.

67 DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST!