ČVUT v Praze, Fakulta stavební Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí Moderní dřevostavba její chování za požáru evropské znalosti a předpisy Petr Kuklík
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
DŘEVO VE MĚSTĚ - současnost Vícepodlažní budovy v AT
Vícepodlažní budovy v ČR
Vícepodlažní budovy v UK
UK
UK
Největší neúmyslně založený požár 2. září 1666, Londýn, UK Během 5-ti dnů bylo město zničeno požárem 13 200 domů a 87 kostelů
Cardington Zkušební laboratoř 48m x 65m x 250m
TF 2000 Dřevěná konstrukce 6 podlaží
TF 2000 Požární zatížení
TF 2000 Skutečný požár
TF 2000
TF 2000 Požární úsek po požáru 64 minut
TF 2000 Schodiště po požáru
Cardington Ocelová konstrukce 8 podlaží
Cardington Betonová konstrukce 7 podlaží
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 7308..)!!! 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
Přehled základních norem PB a PO STN 730802 Požiarna bezpečnosť stavieb. Společné ustanovenia. STN 730821 Požiarna bezpečnosť stavieb. Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií. STN EN 1995-1-2 (731701) Eurokód 5: Navrhovanie drevených konštrukcií. Časť 1-2: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. STN 730833 Požiarna bezpečnosť stavieb Budovy na bývanie a ubytovanie.
Třídy reakce na oheň a druhy konstrukčních částí
Třídy reakce na oheň a druhy konstrukčních částí
CHOVÁNÍ MATERIÁLŮ ZA POŽÁRU Beton Beton T C
Chování materiálů za požáru Ocel Ocel
Chování materiálů za požáru Dřevo 4 a 3 strany průřezu vystavené požáru,
METODY STANOVENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI Tabulkové hodnoty STN 730821 - Požiarna bezpečnosť stavieb. Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií. Publikace: - Požiarna odolnosť stavebných konštrukcií podľa eurokódov v tabuľkách; 2010. - Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů; 2009.
Výpočty požární odolnosti dřevěných konstrukcí Vypočtené hodnoty STN EN 1995-1-2 (731701) Eurokód 5: Navrhovanie drevených konštrukcií. Časť 1-2: Všeobecné pravidlá. Navrhovanie konštrukcií na účinky požiaru. Hodnoty zjištěné zkouškou
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 Požární namáhání podle nominální normové teplotní křivky Vrstva tepelně nezměněného dřeva Vrstva zuhelnatělého dřeva, dřevěné uhlí Vrstva pyrolýzy, tepelného rozkladu dřeva
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 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
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 Nominální zuhelnatění d char, n = β t n
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
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.
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 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
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 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
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 Součinitel tloušťky vrstvy nulové pevnosti k 0 čas k 0 t menší než 20 minut t/20 t minimálně 20 minut 1,0
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 1 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
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 Zuhelnatění pro t f = t ch a t a = min. 25 mm t f t t a k 3 = 2
Výpočty prvků podle EN 1995-1-2 Sádrokarton typu F podle EN 520 t ch t t f k = 1 0,018 h 2 p
Výpočty dílců podle EN 1995-1-2 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
Výpočty dílců podle EN 1995-1-2
Výpočty dílců podle EN 1995-1-2 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 + 1 3 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)
Výpočty dílců podle EN 1995-1-2 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
Výpočty spojů podle EN 1995-1-2
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 912 15 t 1 45 mm d - průměr spojovacího prostředku a t 1 - tloušťka prvku
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.
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.
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.
Budoucnost EN 1995-1-2 - spoje ocel-dřevo - zkoušky v reálných podmínkách požáru - dřevobeton - CLT (KLH) - výpočty spojů - stropy a stěny s částečně vyplněnými dutinami
ZKOUŠKY POŽÁRNÍ ODOLNOSTI - zkouška stěny lehkého skeletu při skutečném požáru 40 min 67 min 83 min
Průběhy teplot 1400 1200 1000 Srovnání zatěžovacích teplotních křivek Teplota [ C] 800 600 ISO 834 Parametrický požár 400 200 900,00 0 0 100 200 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 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Čas [min]
Zkouška experimentálního objektu při skutečném požáru Spolupráce HLC Hodonín, Fakulta stavební ČVUT a zkušebna PAVUS
Dispozice objektu
Mechanické a požární zatížení Podle EN 1991-1-2
Teplotní křivky
Skladba stěny a teploty za požáru
Skladba stěny a teploty za požáru
Skladba stěny a teploty za požáru
Skladba stěny a teploty za požáru
Skladba stropu a teploty za požáru
Fotogalerie Zapálení paliva Čas +6 min Čas +7 min Čas +14 min
Fotogalerie Čas +20 min Čas +25 min Čas +26 min Čas +30 min
Fotogalerie Dělicí stěna Strop Čelní stěna
Zkouška stropu lehkého skeletu podle EN 1365-2 Spolupráce Haas Fertigbau, Fakulta stavební ČVUT a zkušebna PAVUS
Zkouška dřevobetonového stropu podle EN 1365-2 Spolupráce Fakulta stavební ČVUT, Tesařství Biskup, TESKO ČDZ, SFS intec a zkušebna PAVUS
Zkouška nosníků s deskami s prolisovanými trny
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%
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.
DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST!