11 TEPELNÁ ZATÍŽENÍ Podklady

Podobné dokumenty
9 OHŘEV NOSNÍKU VYSTAVENÉHO LOKÁLNÍMU POŽÁRU (řešený příklad)

7 PARAMETRICKÁ TEPLOTNÍ KŘIVKA (řešený příklad)

VÝPOČET POŽÁRNÍHO ZATÍŽENÍ

Průběh požáru TEPLOTNÍ ANALÝZA POŽÁRNÍHO ÚSEKU. Zdeněk Sokol. 2: Tepelné zatížení. 1: Vznik požáru. 3: Teplota konstrukce

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

Teplotní analýza požárního úseku. Návrh konstrukce za zvýšené teploty

Požární zatížení po roce 2021

Část 5.1 Prostorový požár

2 ZATÍŽENÍ KONSTRUKCÍ PODLE ČSN EN : 2004

Část 5.2 Lokalizovaný požár

Teplota ocelového sloupu

TEPELNÁ & MECHANICKÁ ZATÍŽENÍ. DIF SEK Část 1: Tepelná & mechanická Zatížení 0/ 50

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

134SEP - Seminární práce

Ocelové konstrukce požární návrh

7 OCELOVÉ KONSTRUKCE - POKROČILÝ NÁVRH POMOCÍ SOFTWARE

Požární zkouška v Cardingtonu, ocelobetonová deska

Ocelové konstrukce požární návrh

Dřevo hoří bezpečně chování dřeva a dřevěných konstrukcí při požáru

8 ODSTUPOVÉ VZDÁLENOSTI A POVRCHOVÉ ÚPRAVY STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A12. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Požárně otevřený prostor, odstupové vzdálenosti Václav Kupilík

7 NAVRHOVÁNÍ SPOJŮ PODLE ČSN EN :2006

Měření poměrných deformací při požární zkoušce v Mokrsku

Posouzení za požární situace

Řešený příklad: Požární odolnost uzavřeného svařovaného průřezu

Statický výpočet požární odolnosti

18/04/2014. KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb PPRE Požární prevence. Cvičení č. 5 Odstupové vzdálenosti a požárně nebezpečný prostor.

Obr. 1 Pohled na požární úsek ve 39 minutě plně rozvinutém požáru

Zděné konstrukce podle ČSN EN : Jitka Vašková Ladislava Tožičková 1

6 Navrhování zděných konstrukcí na účinky požáru

5 Analýza konstrukce a navrhování pomocí zkoušek

Lokální požáry, teorie/aplikace

Spolehlivost a bezpečnost staveb zkušební otázky verze 2010

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A5. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

TEPLOTNÍ ODEZVA. DIF SEK Part 2: Thermal Response 0/ 44

Lineární činitel prostupu tepla

POŽÁRNÍ ODOLNOST OCELOVÝCH, OCELOBETONOVÝCH A DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ. Zdeněk Sokol. Velké požáry. Londýn, září 1666

Postup řešení: Výběr vhodného požárního návrhu hal

9 STANOVENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI ZDIVA PODLE TABULEK

133YPNB Požární návrh betonových a zděných konstrukcí. 4. přednáška. prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.

Aktuální požární předpisy pro obvodové konstrukce staveb. Ing. Marek Pokorný, Ph.D.

Část 5.3 Spřažená ocelobetonová deska

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

ČÁST 1: Tepelná a mechanická zatížení

Kontaktní zateplovací systémy z požárního hlediska. Ing. Marek Pokorný ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra konstrukcí pozemních staveb

Část 3: Analýza konstrukce. DIF SEK Část 3: Analýza konstrukce 0/ 43

Moderní požární návrh

Cvičební texty 2003 programu celoživotního vzdělávání MŠMT ČR Požární odolnost stavebních konstrukcí podle evropských norem

Rozvoj tepla v betonových konstrukcích

KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb

ZATÍŽENÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

Jednoduchá metoda pro návrh ocelobetonového stropu

2 NAVRHOVÁNÍ ZDĚNÝCH KONSTRUKCÍ NA ÚČINKY POŽÁRU PODLE EVROPSKÉ NORMY EN

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2009, ročník IX, řada stavební článek č.4

Odolnost ocelobetonového stropu

Bibliografická citace VŠKP

5 Úvod do zatížení stavebních konstrukcí. terminologie stavebních konstrukcí terminologie a typy zatížení výpočet zatížení od vlastní tíhy konstrukce

Část 5.9 Spřažený požárně chráněný ocelobetonový nosník

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

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

ČSN EN OPRAVA 1

Návrh žebrové desky vystavené účinku požáru (řešený příklad)

Šíření tepla. Obecnéprincipy

102FYZB-Termomechanika

Uživatelská příručka

2 NAVRHOVÁNÍ KONSTRUKCÍ PODLE ČSN EN : 2006

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ

1 Zatížení konstrukcí teplotou

Požární experimenty velkého rozsahu. LBTF Cardington

Navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru. Ing. Jaroslav Langer, PhD Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.

LOCAFI+ Experimenty a modely lokálního požáru

Část 5.8 Částečně obetonovaný spřažený ocelobetonový sloup

Část 4 PROGRAMY PRO POŽÁRNÍ NÁVRH. DIF SEK Part 4: Software for Fire Design 0/ 47

Betonové konstrukce. Beton. Beton. Beton

Požární odolnost ocelobetonové stropní konstrukce. Eva Dvořáková, František Wald

29/03/2014 REI 30 DP1. Požadovaná PO Skutečná PO. KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb PPRE Požární prevence

POŽÁRNÍ EXPERIMENT NA OSMIPODLAŽNÍM OBJEKTU V CARDINGTONU

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A11. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb PPRE Požární prevence

CL001 Betonové konstrukce (S) Program cvičení, obor S, zaměření KSS

ZATÍŽENÍ KONSTRUKCÍ VŠEOBECNĚ

TZB Městské stavitelsví

Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Princip spolehlivosti v mezních stavech. Obsah přednášky. Návrhová únosnost R d (design resistance)

Dilatace nosných konstrukcí

Kontaktní zateplovací systémy (KZS) z požárního hlediska výhled Ing. Marek Pokorný ČVUT v Praze Fakulta stavební K124

Postup řešení: Nechráněné ocelové prvky při požáru

Posuzování požární odolnosti ocelových konstrukcí

NK 1 Konstrukce. Volba konstrukčního systému

Tepelné soustavy v budovách

a l jsou rozměry POP) viz. obr. 1.

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A2. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

PROJEKTOVÁ DOKUMENTACE

Výška [mm]

BUDOVY PRO BYDLENÍ A UBYTOVÁNÍ ROZDĚLENÍ DO SKUPIN

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Jednoduchá metoda pro požární návrh

MEZNÍ STAVY POUŽITELNOSTI PŘEDPJATÝCH PRŮŘEZŮ DLE EUROKÓDŮ

124 SPP Specifické požární provozy. ČSN :2012 Sklady. Petr Hejtmánek F A K U L T A S T A V E B N Í. České vysoké učení technické v Praze

Seminář Novinky v navrhování na účinky požáru. František Wald

Transkript:

TEPELNÁ ZATÍŽENÍ. Podklady Konstrukce, která je vystavena účinkům požáru, je zatížena tepelným zatížením, které je shrnuto v ČSN EN 99-- [.], a mechanickým zatížením. Hodnoty mechanického zatížení se uvažují podle norem pro jednotlivé účinky zatížení ČSN EN 99--x, viz [.] až [.], a kombinují podle ČSN EN 99: [.5] a kapitoly ČSN EN 99--, viz [.]. První kapitola normy ČSN EN 99-- Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru [.] uvozuje rozsah platnosti normy, definuje termíny a zavádí značky. Druhá kapitola shrnuje postup návrhu konstrukce na účinky požáru, tj teplotní analýzu požárního úseku, přestup a rozvoj tepla v požárním úseku, mechanické zatížení za požáru a analýzu konstrukce za zvýšené teploty. Třetí kapitola popisuje modely tepelných zatížení pro teplotní analýzu. Kromě jednoduchých modelů rozvoje teploty v požárním úseku pomocí nominální normové teplotní křivky doporučuje využívat i přesnějších parametrických a zónových modelů a dynamické analýzy plynů. Čtvrtá kapitole shrnuje mechanická zatížení při požáru pro analýzu konstrukce, pravidla jejich kombinace a možná zjednodušení při návrhu. Příloha A popisuje analytický model teploty v požárním úseku při prostorovém požáru po celkovém vzplanutí pomocí parametrické teplotní křivky. Příloha B umožňuje zjednodušený výpočet tepelného zatížení vnějších prvků. Přesnější časově závislý návrh je popsán v příloze B ČSN EN 993--. Příloha C popisuje analytický model teploty v požárním úseku při lokalizovaném požáru. Příloha D definuje požadavky na zdokonalené modely požárů. V příloze E jsou zavedeny pojmy, jako rychlost uvolňování energie nebo součinitele vyjadřující nebezpečí vzniku požáru, a hodnoty vstupních dat, např. hustoty požárního zatížení nebo hodnoty čisté výhřevnosti jednotlivých materiálů, pro výpočet hustoty požárního zatížení během požáru. Příloha F umožňuje výpočet ekvivalentní doby vystavení účinkům požáru. Příloha G popisuje výpočet polohového faktoru.. Národní příloha ČSN EN 99-- Národní příloha normy ČSN EN 99-- je informativní. Národně stanovené parametry, kterých je deset, mají pro stavby umístěné na území České republiky normativní charakter. Prvních devět národně stanovených parametrů uplatňuje pro ČR doporučené hodnoty v jednotlivých článcích normy a tím umožňuje konzistentní využití příloh normy. Článek NA.. uvádí, že se v ČR pro reprezentativní hodnotu proměnného zatížení Q použije kvazistálá hodnota ψ, Q. Podle charakteru konstrukce budovy a jejího umístění se doporučuje, zejména u halových objektů, pro zatížení sněhem a větrem během působení požáru uplatnit použití časté hodnoty ψ, Q. Doporučené hodnoty součinitelů ψ, a ψ, jsou uvedeny v EN 99:, tabulka A.. Použití časté hodnoty ψ, Q je v rozporu s posledními poznatky, viz např. [.], a lze očekávat, že bude při revizi normy aktualizováno.

.3 Výpočet teploty při prostorovém požáru Požár je živel, který lze charakterizovat časovým průběhem teplot, tlaku a složením plynů hořících produktů v prostoru. Prostor tvoří obvykle požární úsek stavebního objektu a je ohraničen požárně odolnými konstrukcemi, či konstrukcemi z části bez odolnosti (požárně otevřené plochy okenních otvorů v obvodových stěnách, či ve střešních pláštích). Při požárech lze rozlišit tři časové fáze, viz obr... Při rozhořívání požár roste a šíří se z místa jeho vzniku. Plně rozvinutý požár, který začíná přibližně při tepelném výkonu MW, se vyznačuje intenzivním hořením v prostoru celého požárního úseku. Požár končí dohoříváním a chladnutí. Pro experimentální a teoretické posuzování požární odolnosti stavebních konstrukcí byly pro namáhání požárem vypracovány modely, které stanovují časový průběh teplot v hořícím prostoru. Pro posuzování konstrukcí je rozhodující modelování plně rozvinutého požáru probíhajícího v celém prostoru požárního úseku. Modelování první fáze požáru umožňuje zajištění bezpečné evakuace osob, odvětrání prostoru, návrh únikových cest a shromažďovacích prostor při požáru. Teplota plynů, C θ g,max Modelování parametrickou teplotní křivkou Modelování dynamickou analýzou plynů Modelování nominální teplotní křivkou Skutečný průběh teploty plynů v požárním úseku Rozhořívání Plně rozvinutý požár Dohořívání Obr.. Modelování teploty plynů v požárním úseku během požáru Lze rozlišit zjednodušené a zdokonalené modely požáru. Zjednodušené modely požáru jsou založeny na fyzikálních parametrech s omezenou oblastí použití. Vychází se z návrhové hustoty požárního zatížení q f,d. Za požáru v celém požárním úseku lze v prostoru uvažovat rovnoměrné rozdělení teploty v čase. Při lokalizovaných požárech je rozdělení teplot nerovnoměrné. Pro požáry v požárním úseku lze stanovit teplotu plynů na základě fyzikálních parametrů, které zohlední nejméně hustotu požárního zatížení a podmínky odvětrání. Při výpočtu teplotních podmínek konstrukčních prvků v požárního úseku lze vycházet z předpovědi teploty plynu podle nominální teplotní křivky, parametrické teplotní křivky nebo pomocí dynamické analýzy plynů, viz obr... Modely pro předpověď teploty plynů lze využít i pro vnější prvky vystavené požáru sáláním otvory ve fasádě. Samostatně se modelují lokalizované požáry, kdy je požární zatížení soustředěno na malé ploše požárního úseku a požár probíhá místně, např. hořící hromada dřeva v hale, hořící automobil v tunelu. Zdokonalené modely požáru uvažují vlastnosti plynu a výměnu hmoty a energie. Lze využít jednozónový model, v němž se zavádí rovnoměrné, časově závislé, rozdělení tepla v požárním úseku.

Dvouzónové modely předpokládají s proměnnou tloušťkou horní vrstvy v čase a rovnoměrnou teplotou a dolní vrstvu o nižší teplotě závislé na čase. Dynamické modely kapalin a plynů stanovují vývoj teploty v úseku v čase i prostoru. Pro zpřesnění výpočtu rozdělení teplot po prvku lze v případě lokalizovaného požáru kombinovat výsledky dvouzónového modelu a parametrického modelu lokalizovaného požáru. Teplotu v požárním úseku lze předpovědět analytickými modely pro lokalizované požár, viz kap..3. v [.], nebo pro požár v celém prostoru. Parametrické modely využívají pro popis požáru v celém prostoru hlavních fyzikálních závislostí popisujících hoření. Pro složitější úlohy jsou k dispozici jedno a více zónové modely, které jsou založeny na dynamice plynů a na MKP. Parametrické modely pro popis rozvoje teploty v požárním úseku berou v úvahu požární zatížení, tepelně technické vlastnosti ohraničujících konstrukcí a otvory v požárním úseku. Modely předpokládají rovnoměrné rozložení teploty v požárním úseku, což je určuje k popisu rozvoje teploty v požárních úsecích omezené velikosti po celkovém vzplanutí v prostoru. Vstupem do výpočtu jsou hustota požárního zatížení, největší rychlost uvolňování tepla a tepelné ztráty ohraničujících konstrukcí. Půdorys Řez 3. NP +9,5 5 5 TG TG5 TG TG3 TG TG TG TG5 +7,5 3 TG TG3. NP +,5 3 TG TG Obr.. Poloha termočlánků v požárním úseku při požární zkoušce v Ostravě, prostorový požár. Prostorový požár řízený ventilací a řízený palivem Vliv velikosti požárního zatížení, ventilace a rychlosti uvolňování tepla na teplotní křivku lze ukázat na modelování zónovým modelem. Jako příklad je uvedena zkouška ČVUT v Praze na objektu koksovny Mittal Steel Ostrava dne. 5., viz obr.. až., viz [.7]. Hlavním cílem zkoušky bylo prohloubení poznatků o teplotě styčníků a vnitřních silách v konstrukci při jejím zahřívání a chladnutí. Pro zvolený poměr stran požárního úseku s otvorem pouze v přední části (:) byly do asi 3 min teploty blíže k otvoru vyšší o až C. Při plném rozvinutí požáru, viz obr..5, byly vyšší teploty vzadu v požárním úseku o až C. Při chladnutí se teploty vyrovnaly. Porovnání vypočítané, pomocí parametrické teplotní křivky a programem OZone, viz [.8], a střední naměřené teploty plynů 3 mm pod stropem požárního úseku při zkoušce je ukázáno na obr... Výpočet 3

odpovídá naměřeným geometrickým a materiálovým charakteristikám. Je vidět, že předpověď průměrné teploty plynu je výstižná a konzervativní. a) b) Obr..3 a) Omezení hoření ventilací v 5 min požáru b) Plně rozvinutý požár v min požáru a) b) Obr.. a) Požární zatížení dřevěnými hranoly 5 x 5 x, b) mechanické zatížení barely s vodou Teplota plynu, C TG TG TG3 Průměr TG+TG+TG3+TG 8 TG TG5 TG 5 3 5 75 9 5 35 Obr..5 Naměřené hodnoty teploty plynu 3 mm pod stropem požárního úseku

Teplota plynu, C Parametrická teplotní křivka 8 Průměr TG+TG+TG3+TG Předpověď zónovým modelem OZone v 5 3 5 75 9 5 35 Obr.. Porovnání teploty plynu vypočítané parametrickou křivkou a zónovým modelem programem Ozon v. se střední změřenou teplotou plynu a) b ) Obr..7 Vstupní stránky programu OZone v. [.8] a) zadání, b) požární zatížení Teplota plynu, C 8 5 MJ/m 5 MJ/m 75 MJ/m MJ/m 5 MJ/m 5 3 5 75 9 Obr..8 Teplotní křivky při změně požárního zatížení od q f,d = 5 MJ/m po q f,d = 5 MJ/m Volný kyslík, kg Vypočtená rychlost uvolňování tepla RHR, MW/m 5 3 8 5 MJ/m 75 MJ/m MJ/m 5 MJ/m MJ/m 5 MJ/m 75 MJ/m 5 MJ/m 5 MJ/m 5 MJ/m 5 3 5 75 9 5 3 5 75 9 Obr..9 a) Hmotnost volného kyslíku v požárním úseku a b) skutečné uvolňování tepla z paliva 5

Vliv požárního zatížení q f,d na průběh teplotní křivky je ukázán pro simulaci programem OZone v... Vstupní stránka programu je ukázány na obr..7. Ve výpočtu po požární úsek, který byl vytvořen při zkoušce v Ostravě v roce, se uvažovalo s dobou potřebnou k dosažení rychlosti uvolňování tepla MW t α = 3 s; rychlostí uvolňování tepla na metr čtvereční RHR f = 5 kw/m a s výhřevností paliva 7,5 MJ/kg. Tak jako při zkoušce bylo jedno okno, s výškou,7 m šířkou, m a výškou parapetu,7 m; v kratší stěně. Při změně návrhové hustoty požárního zatížení vztažené na jednotku plochy od q f,d = 5 MJ/m po q f,d = 5 MJ/m. Získané teplotní křivky ukazují nárůst teploty při nárůstu požárního zatížení, viz obr..8. Zónové modely dobře dokumentují dobu, kdy je průběh požáru ovlivněn nedostatkem kyslíku, viz obr..9a, a skutečné uvolňování tepla z paliva, viz obr..9b. Obdobně jako množství paliva lze ve výpočtu snadno studovat vliv okenního otvoru. Opět se počítalo s t α = 3 s; RHR f = 5 kw/m ; q f,d = 5 MJ/m as čistou výhřevností paliva 7,5 MJ/kg. Pro jeden okenní otvor, který byl umístěný v delší stěně, se uvažovalo s výškou parapetu,7 m a s výškou okna,7 m. Šířka okna se měnila ze 3 m; na 3,5 m; m;,5 m a až na 5 m. Na obr.. je vidět, že v tomto případě bylo dosaženo ve stejné době odlišné největší teploty plynu t max. Graf volného kyslíku při hoření ukazuje, jak ventilace ovlivní nejvyšší dosažené teploty. 8 Teplota plynu, C 3 m 3,5 m m,5 m 5 m 5 3 5 8 8 Volný kyslík, kg 5 3 5 5 m,5 m m 3,5 m 3 m Obr.. Teplotní křivky při změně šířky okna ze 3 m na 5 m a odpovídající průběh volného kyslíku.5 Vliv oken na rozvoj prostorového požáru Ventilace požárního úseku omezuje rozvoj požáru a ovlivňuje dosaženou teplotu. Vliv porušení oken lze simulovat zónovými modely a dynamickou analýzou plynů. Při výpočtech se obvykle konzervativně uvažuje s oknem jako s okenním otvorem. Podrobné experimentální studie, viz [.9], umožňují s postupným praskáním oken počítat. Okna s běžným sklem se porušují při asi 3 C. Pro požární úsek z experimentu v Ostravě, který lze popsat pomocí t α = 3 s; RHR f = 5 kw/m ; q f,d = 75 MJ/m s a čistou výhřevností dřeva 7,5 MJ/kg, se ve studii se uvažuje se dvěma okenními otvory s výškou parapetu,7 m a výškou okna,7 m o šířce, m. Jeden otvor je umístěn v kratší a druhý v delší stěně. Praskání oken se v této studii předpokládá po krocích, které jsou popsány %

otevření otvoru. Porušení se předpokládá při běžné teplotě, tj. při C, při 3 C a 5 C, viz tab... Značení odpovídá % otevření při 3 C. Tab.. Postup uvolňování okenného otvoru v % Simulace č. Značení Teplota, C 3 5 5 % 5 5 5 % 5 5 3 5 % 5 5 5 % 5 5 5 % 8 Teplota plynu, C 5 % 5 % 5 % % 5 % 5 3 5 75 9 Obr.. Teplotní křivky pro různá % uvolnění okenního otvoru při teplotě plynu 3 C 8 Volný kyslík, kg 5 % % 5 % 5 % 5 3 5 75 9 5 3 Rychlost uvolňování tepla RHR, MW/m 5 % 5 % % 5 % 5 % 5 3 5 75 9 Obr.. a) Množství volného kyslíku a b) rychlost uvolňování tepla z paliva pro uvolnění okenního otvoru v % při teplotě plynu 3 C. Vliv rychlosti uvolňování tepla na průběh lokalizovaném požáru Lokalizovaný požár nastane v případě, že nedojde k rozšíření hoření po celé ploše požárního úseku, ale jeho průběh je pouze místní. Rozlišují se případy, kdy plamen nezasahuje strop, dvou zónový model a Heskestad model, viz obr..3a, a když plamen strop zasahuje jedno zónový model a Hasemi model, viz obr..3b. Délka plamene L f lokalizovaného požáru závisí na rychlosti uvolňování tepla Q a na průměru ohně D. Tepelný tok z lokalizovaného požáru na konstrukční prvek se vypočítá z polohového faktoru, viz [.]. Délku plamene L f lokalizovaného požáru lze stanovit jako L f = -, D +,8 Q /5 v m (.) 7

kde D je průměr ohně v m; Q rychlost uvolňování tepla ve W z ohně. Pokud plamen nezasahuje ke stropu. Osa plamene r Osa plamene L h H H L f z D D a) b) Obr..3 Model lokalizovaného požáru: a) plameny nezasahují strop, b) plameny zasahují strop Čistý tepelný tok h & net, podrobně viz [.] kap..3., dopadající na jednotku povrchové plochy v úrovni stropu vystavené účinkům požáru, je dán vztahem [ 93 ] ( θ ) Φε ε σ ( θ + 73) h& h& α (.) net = c m m f m h & je tepelný tok ve W m - ; α c součinitel přestupu tepla prouděním ve W m - K - ; θ m povrchová teplota prvku ve C; Φ polohový faktor; ε m emisivita požáru; ε f emisivita povrchu a σ Stefan-Boltzmannova konstanta ve W m - K -. Koeficienty jsou vysvětleny v kap..3 [.]. Výpočet lze použít, jestliže je průměr ohně omezen D m a rychlost uvolňování tepla z ohně Q 5 MW. Při přechodu z předběžné normy ENV na normu EN se zvýšením ε m emisivity požáru; ε f emisivity povrchu (z ε m ε f =,5 na,7 a α c z 5 W m - K - na 35 W m - K - ) se v modelech pro lokalizovaný požár snížila předpovězená teplota konstrukce, což nepotvrzují výsledky experimentů. V případě několika oddělených lokalizovaných požárů lze ze vztahu (.) stanovit jednotlivé tepelné toky &,h... dopadající na jednotku povrchové plochy v úrovni stropu vystavené účinkům h & požáru. Celkový tepelný tok lze vypočítat jako & = h & + h & +... ve W/m (.3) h tot Rychlost uvolňování tepla z paliva výrazně ovlivňuje prostorový i lokalizovaný požár. Jeho význam je s požárním zatížením a německé autority na jeho základě klasifikují požární riziko. Rozvoj a útlum požáru je výrazně ovlivněn uvolňováním tepla v čase. Ve fázi rozvoje požáru lze rychlost uvolňování tepla popsat vztahem ( t / t ) Q = α (.) kde Q je rychlost uvolňování tepla ve W; t čas v s; t α doba potřebná pro dosažení rychlosti uvolňování tepla MW. Rychlost rozvoje požáru, doba t α a nejvyšší rychlost uvolňování tepla RHR f (Rate of Heat Release) jsou uvedeny v tab.. pro různé provozy. 8

Tab.. Rychlost rozvoje požáru a RHR f pro jednotlivé provozy Rychlost rozvoje požáru t α v s Provoz RHR f v kw/m Malá Doprava (prostory pro veřejnost) 5 Střední 3 Velká 5 Velmi vysoká 75 Byty Nemocnice (pokoje) Hotely (pokoje) Kanceláře Školní třídy Knihovny Nákupní centrum Divadla, kina Lihovar Nábytek 5 5 5 5 5 5 5 5 Rychlost uvolňování tepla, W Při požáru řízeném palivem Při požáru řízeném ventilací Celkové vzplanutí Pokles po vyhoření 7% paliva Obr.. Rychlost uvolňování tepla během požáru Hodnoty rychlosti rozvoje požáru a RHR f podle tabulky tab.. lze použít, pokud je součinitel δ q roven,. Při velmi rychlém šíření požáru odpovídá t α = 75 s. Počáteční fáze rozvoje je ukončena vodorovnou částí křivky, která odpovídá ustálenému stavu a rychlosti uvolňování tepla Q dané (RHR f A fi ), kde A fi je největší plocha požáru v m, kterou je požární úsek v případě rovnoměrně rozděleného požárního zatížení. V případě lokalizovaného požáru je tato plocha dána plochou paliva. RHR f je největší rychlost uvolňování tepla, vyvozená m požáru řízeného palivem v kw/m. Vodorovná část křivky končí při útlumu hoření, při dohořívání, viz obr... Útlum hoření se vyjadřuje lineárním poklesem teplot, který začíná po vyhoření 7 % požárního zatížení a končí po jeho úplném vyhoření. Při požáru řízeném ventilací se podle obsahu dostupného kyslíku úroveň vodorovné části křivky snižuje. Snížení lze stanovit výpočetním programem, vycházejícím z modelu s jednou zónou, nebo pomocí zjednodušeného vztahu Q =, m H A h v MW (.5) max u v eq kde A v je plocha otvorů v m ; h eq střední výška otvorů v m; H u hodnota čisté výhřevnosti dřeva H u = 7,5 MJ/kg; m součinitel hoření m =,8. V české literatuře, např. ČSN 73 8:, se hořlavé látky v posuzovaném prostoru určovaly nahodilým a stálým požárním zatížením, které se vztahovalo na jednotku půdorysné plochy a vyjadřovalo ekvivalentním množstvím dřeva o výhřevnosti,5 MJ/kg. V případě, že je při požáru řízeném ventilací největší hodnota rychlosti uvolňování tepla snížena, protahuje se křivka rychlosti uvolňování tepla podle energie uvolněné z požárního zatížení. 9

Půdorys Řez TC3 TG TC +9,5 3. NP TC TC TG3 TG3 TG TG7,55 m TC3 TC TG7 +,5. NP Obr..5 Poloha termočlánků při požární zkoušce v Ostravě, lokalizovaný požár Obr.. Experiment před zkouškou a v 5. min a 5. min požáru Vliv rychlosti uvolňování tepla je dále ukázán ve studii, která je založena na experimentu s lokalizovaným požárem na objektu odstředivek Čpavkárny II v areálu koksovny Mittal Steel Ostrava dne 5. 5., viz obr..5 [.7]. Hlavním cílem bylo prohloubení poznatků o teplotě sloupů při místním požáru, viz obr... Na obr..7 je ukázán rozvoj teploty v ohni a mimo něj, teploty průvlaku, který byl přímo nad zdrojem požáru, a teploty stropnice. Termočlánek TC byl umístěn na středu průvlaku ne středu horního povrhu ramene pásnice, termočlánek TG7 nad hranou hranice mm pod stropem. Ve výpočtu se uvažovalo s největší plochou požáru Afi = m; tα = 3 s; RHRf = 5 kw/m; qf,d = 878 MJ/m; čistou výhřevností paliva 7,5 MJ/kg o měrné hmotnosti ρ = 5 kg/m3. Graf dokládá, že předpověď teploty nosníků zónovým modelem je značně konzervativní.

8 7 5 3 Teplota, C Vypočtená teplota průvlaku Teplota plynu, TG7 Změřená teplota průvlaku, TC TC I 3 a) 5 3 b) 8 7 5 3 Teplota, C Vypočtená teplota stropnice Teplota plynu, TG7 Změřená teplota stropnice, TC, TC3 5 3 Obr..7 Rozvoj teploty plynu a nosníků při lokalizovaném požáru a) průvlak, b) stropnice TC TC3 I 8 Rychlost uvolňování tepla RHR, MW/m 75 s 5 s 3 s s 5 3 Obr..8 Rychlost uvolňování tepla ve studii s lokalizovaným požárem při změně doby k dosažení rychlosti uvolňování tepla MW Teplota plamene, C Teplota plynu, C 5 5 a) 3 75 s 5 s 3 s s 5 3 b) 3 75 s 5 s 3 s s 5 3 Obr..9 Vliv doby k dosažení rychlosti uvolňování tepla MW na a) teplotu plamene a b) teplotu plynu Ve studii se pro lokalizovaný požár obdobný s experimentem v Ostravě počítalo s největší plochou požáru A fi = m ; RHR f = 5 kw/m ; q f,d = 878 MJ/m ; čistou výhřevností paliva 7,5 MJ/kg o měrné hmotnosti ρ = 5 kg/m 3. Doba potřebná k dosažení rychlosti uvolňování tepla MW se měnila z t α = 75 s; na 5 s; 3 s až na s..7 Příprava revize ČSN EN 99-- Při požáru je degradace materiálu při vysokých teplotách částečně nebo plně kompenzována redukcí mechanickým zatížením, které je při mimořádné situaci výrazně nižší než na jaké se konstrukce navrhují při mezním stavu únosnosti za běžné teploty.

Počátek prostorového požáru je obvykle ovlivněn rychlostí uvolňování tepla a teprve později ventilací, viz obr... Ventilace může ovlivnit velikost nejvyšší teploty. Požární zatížení ovlivní dobu dosažení a velikost nejvyšší teploty. Velký vliv na rozvoj prostorového požáru má porušení oken. Při návrhu pokročilým modelem jej lze správně a konzervativně modelovat, viz obr... Rychlost uvolňování tepla z paliva výrazně ovlivňuje prostorový i lokalizovaný požár. Při revizi normy EN 99--: lze očekávat jeho větší využití pro zpřesnění návrhu konstrukcí vystavených požáru. 8 Teplota plynu, C 5 3 5 Hmosnost volného kyslíku, kg 8 5 3 5 5 3 Rychlost uvolňování tepla RHR, MW/m Vypočítané RHR Volné hoření 5 3 5 Obr.. Teplota plynu, hmotnost volného kyslíku a rychlost uvolňování tepla pro požár řízený ventilací, požární zatížení 75 MJ/m, požární úsek při zkoušce v Ostravě 8 Teplota plynu, C Hmotnost volného kyslíku, kg RHR, MW/m 5 3 5 75 8 5 3 5 75 5 3 Volné hoření Vypočítané RHR 5 3 5 75 Obr.. Teplota plynu, hmotnost volného kyslíku a rychlost uvolňování tepla pro požár řízený ventilací s postupným uvolňováním okenního otvoru při 3 C a 5 C, požární zatížení 75 MJ/m, pro požární úsek při zkoušce v Ostravě s dvěma okny Literatura [.] ČSN EN 99--: Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení, Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru, ČSNI, Praha. [.] ČSN EN 99--: Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení, Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb, ČSNI, Praha. [.3] ČSN EN 99--3: Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení, Zatížení sněhem, ČSNI, Praha. [.] ČSN EN 99--: Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení, Zatížení větrem, ČSNI, Praha. [.5] ČSN EN 99: Eurokód, Zásady navrhování konstrukcí, ČSNI, Praha. [.] Wald F. a kol.: Výpočet požární odolnosti stavebních konstrukcí, České vysoké učení technické v Praze, Praha 5, 33 s., ISBN 8-357-8. [.7] Kallerová P., Wald F.: Požární zkouška na skutečném objektu, Dílčí výzkumná zpráva, CIDEAS, ČVUT v Praze, Praha, 8 s., URL: www.cideas.cz. [.8] URL: www.difisek.eu [.9] Zaharia R., Pintea D., Dubina D.: Fire analysis and design of a composite steel-concrete structure, Proceedings of the 3rd International Conference on Steel and Composite Structures (ICSC7), Manchester, 7, ISBN 978--5-5-3.

QUALITY RECORD Název Kategorie Název souboru Tepelná zatížení Požární zatížení -_Tepelna_zatizeni.pdf Datum vytvoření.. 7 Autor Prof. Ing. František Wald, CSc., Ing. Tomáš Baierle, Ing. Zdeněk Sokol, Ph.D. Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí, Fakulta stavební, ČVUT v Praze Eurokódy ČSN EN 99: Zatížení konstrukcí, ČSNI, Praha. ČSN EN 99: Zásady navrhování konstrukcí, ČSNI, Praha. Literatura Wald F. a kol.: Výpočet požární odolnosti stavebních konstrukcí, České vysoké učení technické v Praze, Praha 5, 33 s., ISBN 8-357-8. Kallerová P., Wald F.: Požární zkouška na skutečném objektu, Dílčí výzkumná zpráva, CIDEAS, ČVUT v Praze, Praha, 8 s., URL: www.cideas.cz. www.difisek.eu Zaharia R., Pintea D., Dubina D.: Fire analysis and design of a composite steelconcrete structure, Proceedings of the 3rd International Conference on Steel and Composite Structures (ICSC7), Manchester, 7, ISBN 978--5-5-3. 3