Vstupy Návrh požární odolnosti konstrukce Evropské normy Požární zatížení Geometrie pož. úseku Charakteristiky hoření Teplotní analýza požárního úseku ČSN EN 1991-1-2 Geometrie prvků Termální vlastnosti Souč. přestupu tepla Přestup a vedení tepla v konstrukci ČSN EN 199x-1-2 Mechanické zatížení Geometrie prvků Uložení prvku (spoje) Mechanické vlastnosti Návrh konstrukce za zvýšené teploty
Ano Ano 50 % 0,1 Ano Ano 20 % Rychlé uhašení 50 % Část Část PÚ PÚ1 1 50 % 0,05 A Ne Ne Umístění v objektu 50 % Část Část PÚ PÚ2 2 B Stavební Stavebníobjekt Vznik požáru 0,05 0,8 Ne Ne 80 %
Ano Ano 90 % Ano Ano Sprinkler Ne Ne 95 % 5 % Ano Ano Větrání Ne Ne Ano Ano Větrání Ne Ne 95 % 5 % 95 % 5 % 0,81225 0,04275 0,04275 0,00225 Požární scénář A1 A2 A3 A4 A A Část Část PÚ PÚ1 1 Ne Ne Detekce požáru 10 % Ano Ano Sprinkler Ne Ne 95 % 5 % Ano Ano Větrání Ne Ne 0,8 Ano Ano Větrání Ne Ne 95 % 5 % 95 % 5 % 0,09025 0,00475 0,00475 0,00025 A5 A6 A7 A8
Zatížení při požáru tepelné tepelná odezva konstrukce -ohřívání průřezů -změna fyzikálních vlastností mechanické statický výpočet -vnitřní síly - zohlednění změněných fyzikálních vlastností vlivem teploty
Teplotní křivky v EN 1991-1-2 Zjednodušen ené modely nomináln lní teplotní křivky normová teplotní křivka ISO 834 venkovní teplotní křivka uhlovod ovodíková teplotní křivka parametrická teplotní křivka Zdokonalené modely lokáln lní požáry jednozónový nový model dvouzónový model dynamický model
q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] Provoz Průměr 80 % kvantil byty 780 948 nemocnice (pokoje) 230 280 hotely (pokoje) 310 377 knihovny 1 500 1 824 kanceláře 420 511 školní třídy 285 347 nákupní centrum 600 730 divadla (kina) 300 365 doprava (prostory pro veřejnost) 100 122 POZNÁMKA Gumbelovo rozdělení se předpokládá pro 80 % kvantil
q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] q f,k hustota charakteristického požárního zatížení na jednotku podlahové plochy [ MJ/m 2 ] Provoz Stand. odchyl/gumbell Alf. 80% kvantil MJ/m 2 EK Přepočet z EK / 16,75 / p n kg/m 2 Tabulková hodnota / 730802 / Byty 234/0.00547 948 57 40 nemocnice (pok.) 69/0,01857 280 17 20 hotely (pok.) 93/0,01378 377 23 30 Kanceláře 126/0,01017 511 31 40 školní třídy 85,5/0,01499 347 21 25
q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] Provoz Průměr MJ/m 2 EK CZ CH S USA CAN J NZ byty 948 670 780 750 650 670 724 nemocnice (pokoje) 280 330 330 250 300 hotely (pokoje) 377 503 330 310 552 kanceláře 511 670 750 417 415 700 724 školní třídy 347 419 250 285 300
q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] m součinitel hoření - chování při hoření /druh provozu a druh požárního zatížení/
q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] Podlahová plocha úseku A f [m 2 ] Nebezpečí vzniku požáruδ q1 Nebezpečí vzniku požáru δ q2 Příklady provozu 25 1,10 0,78 umělecké galerie, muzea, bazény 250 1,50 1,00 kanceláře, byty, hotely, papírenský průmysl 2 500 1,90 1,22 výroba strojů a motorů 5 000 2,00 1,44 chemické laboratoře, lakovny 10 000 2,13 1,66 výroba zábavné pyrotechniky nebo barev
q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] δ ni funkce aktivních protipožárních opatření Samočinné hasicí zařízení samočinné požární hlásiče Samočinné vodní hasicí zařízení nezávislé vodní zdroje samočinné požární a poplachové hlásiče Samočinný přenos poplachu k požární jednotce δ n1 δ n2 δ n3 δ n4 δ n5 0 1 2 tepelné kouřov é 0,61 1,0 0,87 0,7 0,87 nebo 0,73 0,87
q f,d = q f,k m δ q1 δ q2 δ n [MJ/m 2 ] závodní požární jednotka funkce aktivních protipožárních opatření δ ni Manuální hašení požáru Externí požární jednotka Bezpečné přístupové cesty technické hasicí prostředky zařízení pro odvod kouře δ n6 δ n7 δ n8 δ n9 δ n10 0,61 nebo 0,78 0,9 nebo 1,0 nebo 1,5 1,0 nebo 1,5 1,0 nebo 1,5
Vliv aktivních požárních opatření na průběh teploty při požáru 1200 Teplota plynu o C 1000 800 1,0 600 0,61 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 minuty
Rychlost uvolňování tepla Kolaps střechy Prasknutí skleněných výplní Rychlost uvolňování tepla Čas Rozhořívání Řízeno větráním Řízeno povrchem paliva Chladnutí
Fázi rozvoje požáru lze definovat pomocí rychlosti uvolňování tepla Q = 10 6 (t/t α ) 2 [W] Maximální rychlost uvolňování tepla RHR f produkovaná 1 m 2 požáru řízeného palivem [kw/m 2 ] provoz Rychlost rozvoje požáru t α [s] RHR f [kw/m 2 ] byty Střední 300 250 nemocnice (pokoje) Střední 300 250 hotely (pokoje) Střední 300 250 kanceláře Střední 300 250 školní třídy Střední 300 250
Výdej tepelné energie v čase - různé provozy 16 12 Uvolněná energie, MW Byty 8 4 0 Doprava 0 20 40 60 80 100 120 minuty
Fáze rozvoje požáru je omezena Q rychlostí uvolňování tepla Q = RHR f A fi [kw] Q = 250 x 100 = 25 MW Požár řízený větráním snížíme Q max = 0,10 m H u A v h ½ eq [MW ] Q max 0,10 x 0,8 x 17 x 6 x 2 1/2 = 11,5 MW
Průběh požárů Flashover <600 C O FLASHOVER 600-1200 C O Teplota NORMOVÝ PŘIROZENÝ PŘIROZENÝ Čas Vznícení a rozvoj Rozvinutí Chladnutí
Flashover celkové vzplanutí teplota vrstvy 600 O C a min 20 kw m -2 Q FO = 0,0078 A t + 0,378 A v h 1/2 eq [MW ] A t = 2(6x4+6x3+4x3) = 108 m 2 A v = 3x2 = 6 m 2 Q FO = 3,96 MW Q = 10 6 (t/t α ) 2 [W] t = Q FO 1/2 x t α = 3,96 1/2 x 5 = 9,8 min.
Křivka uhlovodíková : 1080 (1 0,325e -0,167t 0,675e -2,5t ) + 20 Křivka normová : 20 + 345 log 10 (8t + 1) Křivka vnějšího požáru : 660 (1 0,687e -0,32t 0,313e -3,8t ) + 20 Typická parametrická teplotní křivka EN 1200 1000 800 600 400 200 0 0 30 60 90
Ekvivalentní čas trvání požáru Převod pravděpodobných teplot plynu na ekvivalentní čas trvaní požáru Ekvivalentní čas trvání požáru Teplota Odolnost přir. požár normový pož. čas teplota plynů prvek čas
Ekvivalentní doba vystavení účinkům normového požáru t e,d = (q f,d k b w f ) k c [min]
Převodní součinitel k v b závislosti na tepelných vlastnostech konstrukcí b=(ρ c λ) 1/2 [J/m 2 s 1/2 K] k b [min. m 2 / MJ] b > 2 500 720 b 2 500 b < 720 0,04 0,055 0,07
Tepelně technické vlastnosti konstrukce 3 2 TK Porovnávací hodnota kce: 1,60 W/m.K 1200 1000 Porovnávací hodnota kce: 980 J/kg.K TK 1 LK 800 LK 200 600 1000 C 400 200 600 1000 C Tepelná vodivost kcí λ c (W/m.K) Specifické teplo c c (J/kg.K)
Porovnání součinitele tepelně technických vlastností konstrukcí b=(ρ c λ) 1/2 SOUČINITEL < 720 720-2500 >2500 CIB W14 k c 0,09 0,07 0,05 Eurokód k b 0,07 0,055 0,04 Větší PÚ k b 0,09 0,07 0,05
Parametrická teplotní křivka 1200 1000 800 600 400 Stěny zdivo 200 0 Stěny sádrokartón 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Součinitel odvětrání w f w f = (6,0 /H) 0,3 [0,62 + 90(0,4 - α v ) 4 /(1 + b v α h )] 0,5
Vliv odvětrání na průběh teplot desky tloušťky 100mm 1000 800 10 mm 30 mm 50 mm 600 400 200 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 O = 0,04 m -1 O = 0,15 m -1
Vliv výšky okenního otvoru na průběh teploty plynů 1200 1000 800 600 400 2,8 m 1,3 m 0,3 m 200 0 0 20 40 60 80 100
1200 Vliv změny výšky požárního úseku na průběh teploty plynů 1000 800 600 3,5 m 12 m 400 200 0 0 20 40 60 80 100
Opravný součinitel k c pro různé materiály (O je faktor otvorů) Materiál průřezu Opravný součinitel k c vyztužený beton 1,0 chráněná ocel 1,0 nechráněná ocel 13,7 x O
Θ = 20 + 1 325 (1-0,324 e -0,2t* - 0,204 e -1,7 t* - 0,472 e -19 t* )
20 + 1 325 (1-0,324 e -0,2t* - 0,204 e -1,7 t* - 0,472 e -19 t* ) t* = t Γ
Γ = [O/b] 2 / (0,04/1 160) 2 Faktor otvorů O má toto omezení: 0,02 O 0,20 O =A v (h eq ) 1/2 / A t [m 1/2 ]
Maximální teplota Θ max ve fázi ohřevu nastává při t* = t* max t* max = t max.γ [h]
t max = max [(0,2. 10-3 q t,d / O); t lim ] [h] t lim závisí na rychlosti rozvoje požáru velká rychlost střední rychlost malá rychlost t lim = 15 minut t lim = 20 minut t lim = 25 minut
Teplotní křivky ve fázi chladnutí jsou dány vztahy: Θ g = Θ max 625 (t*- t* max x) pro t* max 0,5 Θ g = Θ max 250 (3 - t* max )(t*- t* max x) pro 0,5 < t* max <2 Θ g = Θ max 250 (t*- t* max x) pro t* max > 2
Příklad : Graf plocha požárního úseku bytu je 100 m 2, povrchová plocha konstrukcí je 330 m 2 (včetně oken), tepelně technické vlastnosti konstrukcí obklopující požární úsek objemová hmotnost kcí, specifické teplo kcí, tepelná vodivost kcí (p. c. λ) 1/2 = 1000 J.m -2.s -1/2.K -1, součinitel odvětrání 0,1 m 1/2
Řešení:parametrická teplotní křivka ohřev 6 1)q t,d = q f,d. A f / A t = 948.100 / 330 = 287 [MJ.m -2 ] 2) t max = 0,2.10-3.q t,d /O = 0,574 [h] 3) 0,574 [h] je větší než t lim = 20 [min] 4) t* max = t max. Γ = 0,574. (0,1/1000) 2 / (0,04/1160) 2 = 4,8 [h] 5) t 3 *= t. Γ = 0,05. 8,41 = 0,42
parametrická teplotní křivka ohřev 6) Θ g3 = 20 + 1325 (1 0,324 e -0,2.0,42 0,204 e -1,7.0,42-0,472 e -19.0,42 ) = 818 o C 7) t 10 *= 0,166. 8,41 = 1,4 Θ g10 = 996 o C 8) t 20 *= 2,8 Θ g20 = 1098 o C 9) t 30 *= 4,2 Θ g28 = 1159 o C 10) t 34 *= 5,7 Θ g34 = 1208 o C
Fáze chladnutí pro t* max větší než 2 h Θ g = Θ max 250(t* - t* max.x) Θ g40 = 1208 250(0.66. 8,41 4,8) = 1020 o C Θ g50 = 663 o C Θ g60 = 306 o C Θ g65 = 137 o C
A t = 330 m 2, A f = 100 m 2, b = 1000 J/m 2 s 1/2 K, O = 0,1 m 2 o C 1400 1200 1000 BYTY 800 600 400 200 0 20 o C p v τ e t ed 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 minuty
A t = 330 m 2, A f = 100 m 2, b = 1000 J/m 2 s 1/2 K, q = 800 MJ/m 2 1400 1200 1000 800 600 400 200 0,12 0,08 0,04 0 0 30 60 90
700 600 500 400 300 SROVNÁNÍ PRŮBĚHU TEPLOTY ISO 834 EUROKÓD b = 1160 O = 0,2 q td = 25 200 100 LIE PETTERSSON 0 0 30 60 90 120
SROVNÁNÍ PRŮBĚHU TEPLOTY 1200 1000 800 600 EUROKÓD ISO 834 b = 1160 O = 0,12 q td = 75 400 200 0 LIE PETTERSSON 0 30 60 90 120