Neuvěřitelné způsoby, jak betonové překlady odolávají ohni – odhalte tajemství stavební bezpečnosti!

Součástí bezpečnosti každého objektu je mít takovou stavební konstrukci, která by určitou dobu zabránila šíření požáru a byla schopna odolávat tak vysokým teplotám, které při požáru vznikají, aniž by došlo k porušení funkce stavební konstrukce. Požární odolnost stavebních konstrukcí je tedy doba, po kterou jsou konstrukce schopny odolávat účinkům plamene a vysokým teplotám. Při řešení požární bezpečnosti staveb je třeba znát hodnoty požární odolnosti stavebních výrobků a konstrukcí a navrhovat konstrukce, které požadované hodnoty požární odolnosti splní. Ověřování požární odolnosti se provádí zkouškou nebo na základě výpočtu, extrapolace i porovnávání dle zkušebních norem a předpisů. Uvádí se v minutách v základní hodnotové stupnici: 15, 30, 45, 60, 90, 120 a 180 minut.

Vlastnosti materiálů při požáru

Materiál, ze kterého je překlad vyroben, může ovlivnit jeho požární odolnost.

Beton a železobeton

Beton je materiál nehořlavý, ale v případě vystavení vysokým teplotám dochází ke zmenšení jeho pevnosti i betonářské výztuže, která se do betonu vkládá v místech tahového napětí. Při požáru dochází v betonu k fyzikálním i chemickým změnám.

Při teplotách okolo 100°C se odpařuje fyzikálně vázaná voda a vlhkost v pórech. Tento děj dočasně zvyšuje pevnost betonu a rychlost odpařování vody ovlivňuje druh a technologické provedení betonu.
Při teplotách nad 300°C bývá porušen mikrotrhlinami na ohřívaném povrchu. Prudká expanze páry způsobuje i odprýsknutí horní vrstvy betonu.
Teploty 400 - 600°C uvolňují z betonu chemicky vázanou vodu a dochází k přeměně hydroxidu vápenatého na oxid vápenatý + voda.

Kombinace železobetonové konstrukce a oceli je v případě požáru užitečná. Ocel je ve stavební konstrukci chráněna betonem a tak se neprojeví tak rychle její negativní vlastnosti co se týče změn únosnosti. Beton totiž velmi zpomalí ohřívání oceli.

Ocel

Ocel je známa jako nehořlavý materiál, ale charakteristickou vlastností ocelových konstrukcí je jejich nízká požární odolnost. Při působení vysokých teplot, které vznikají při požáru, dochází k deformacím a ztrácí svou únosnost a stabilitu. Takovou rozsáhlou deformací může dojít i k zhroucení celé budovy. Z reálných příkladů je zřejmé, že požárem deformovaná ocelová konstrukce se může zřítit i během 15 minut. Teplota zhruba kolem 470°C se považuje za kritickou teplotu oceli. Mezi 700 - 800°C dochází ke smršťování struktury oceli v důsledku změny její mikrostruktury.

Čtěte také: Parametry požární odolnosti

Dřevo

Přestože je dřevo hořlavým materiálem, vykazuje při požáru lepší vlastnosti než ocel. Ocelová konstrukce ztrácí únosnost při dosažení kritické teploty oceli a tento proces je nevratný. Hořlavost dřeva závisí na poměru povrch / objem. Čím větší je tento poměr, tím rychleji se šíří plameny při požáru. Ostré hrany, drsný povrch, praskliny, trhliny tento poměr zvětšují. Nárůst teploty způsobuje snížení pevnosti dřeva a naopak narůstá, pokud je ochlazováno. Při teplotách pod 100°C je dřevo schopné se vrátit po rychlém ochlazení k původním vlastnostem.

Zdivo z cihel

Cihly jsou zatříděny do třídy reakce na oheň A1, tzn. jako nehořlavý stavební materiál. Zdivo z cihel je tedy i při velmi malé tloušťce nehořlavé. Pálené cihly se vyrábějí při teplotách několika tisíc stupňů, takže se při požáru chovají lépe než zdící přírodní materiály. Cihelná požární stěna musí mít všechny ložné spáry řádně uzavřené a musí být hladce omítnuta nebo vyspárována.

Stanovení požární odolnosti podle Eurokódů

Příručka "Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů" je zpracována odborníky z vědecké, výzkumné a pedagogické oblasti a je určena projektantům a pracovníkům státní správy na úseku požární bezpečnosti staveb. Uvádí tabelární hodnoty požární odolnosti betonových, ocelových, ocelobetonových spřažených, dřevěných a zděných konstrukcí stanovených na základě výpočetních postupů příslušných EUROKÓDŮ. Příručka umožňuje místo složitých a pracných výpočtů přímé stanovení požární odolnosti a je v rámci aplikace EUROKÓDŮ unikátní. Nahrazuje zrušenou konfliktní ČSN 73 0821.

Pro potřeby projektové praxe je vhodné mít k dispozici jednoduše získatelné hodnoty. Snadnou dostupnost požárních klasifikací stavebních výrobků není třeba touto příručkou řešit, poněvadž jednotliví výrobci uvádějí certifikované výrobky ve svých katalozích. Předmětem této příručky není stanovení požární odolnosti při změnách staveb. V případě změn staveb je problém řešen podle přílohy D ČSN 73 0834 - Změna: Z1 [16].

Betonové konstrukce

Betonové konstrukce se navrhují podle ČSN EN 1992-1-1 [3]. Kapitoly 2.1 až 2.8 jsou výtahem tabulek uvedených v ČSN EN 1992-1-2 [4]. Hodnoty uvedené v tabulkách se týkají železobetonových sloupů, nenosných i nosných stěn, nosníků a desek. Výraz a uvedený v tabulkách značí osovou vzdálenost hlavní výztuže od povrchu betonu vystavenému požáru. Pokud je a ≥ 70 mm, požaduje se provést výztužnou síť z ocelových prutů o průměru nejméně 4 mm v roztečích nejvýše 100 mm v obou směrech.

Čtěte také: Vše o požární odolnosti OSB desek

Při návrhu sloupu je třeba dodržet podmínky uvedené v čl. Hodnoty šířky sloupu b a osové vzdálenosti výztuže a, uvedené v tabulce 2.1 jsou omezeny, podle čl.
Při použití vápencového kameniva lze zmenšit tloušťku stěny o 10 %.
Osovou vzdálenost výztuže od bočního líce nosníků a_sd pro rohové výztužné pruty (nebo předpínací pruty, dráty či lana) se požaduje zvýšit pouze u nosníků s jednou vrstvou výztuže podle vztahu: a_sd = a + 10 mm.
Při návrhu desky je třeba dodržet podmínky uvedené v čl. L_y a L_x jsou rozpětí desky s výztuží ve dvou vzájemně kolmých směrech, kde L_y je větší rozpětí. Osová vzdálenost a se vztahuje pro spodní vrstvy výztuže od spodního povrchu. Hodnoty pro desky s výztuží ve dvou směrech (křížem vyztužené desky) platí za předpokladu podepření desek po celém obvodě. V ostatních případech se doporučuje použít hodnot pro desky s výztuží v jednom směru.
U stojících nosníků se musí dodržet konstrukční zásady a nejvýše 15% redistribuce.

Ocelové konstrukce

Ocelové konstrukce se navrhují podle ČSN EN 1993-1-1 [5]. E_d … návrhová hodnota příslušné vnitřní síly nebo momentu, určená pro navrhování pro běžnou teplotu a pro základní kombinaci zatížení podle ČSN EN 1990; η_fi … redukční součinitel úrovně zatížení při požáru. Podle čl. 4.2.4 ČSN EN 1993-1-2 [6] může být kritérium R - nosnost ověřeno prostřednictvím času dosažení kritické teploty oceli. Při hodnocení požární odolnosti ocelových prvků lze s využitím čl. a) 500 °C u sloupů, nosníků, průvlaků, vazníků apod. V kap. 3.2 jsou uvedeny hodnoty nejvyššího přípustného stupně využití průřezu μ₀ pro požární odolnost nechráněných ocelových nosníků vystavených nominální normové teplotní křivce po doby 15 min a 30 min pro součinitele nerovnoměrného ohřátí prvků κ₁ a κ₂. Hodnota součinitele podmínek působení κ₁ se pro nerovnoměrné rozdělení teploty po průřezu uvažuje pro nosník, který je vystaven požáru ze všech čtyř stran κ₁ = 1,0. Pro nechráněný nosník, který je vystaven požáru ze tří stran, se uvažuje κ₁ = 0,70. V kap. 3.3 jsou uvedeny hodnoty požární odolnosti nechráněných stropů z nosných ocelových profilovaných plechů vyplněných betonem - bez spřažení (hodnoty pro spřažené ocelobetonové desky jsou uvedeny v kap. 4.3).

Nosné ocelové profilované plechy jsou navrženy podle ČSN EN 1993-1-1 [5].

Spřažené konstrukce

Hodnoty požární odolnosti spřažených konstrukcí uvedené v tabulkách jsou výtahem tabulek uvedených v ČSN EN 1994-1-2. Spřažené sloupy jsou uvedené v kap. 4.1.1 až 4.1.4; spřažené nosníky jsou uvedené v kap. 4.2.1 až 4.2.3, spřažené stropní desky v kap. 4.3.

Má-li beton pouze izolační funkci, požaduje se provést pod povrchem výztužnou síť, která má být z ocelových prutů o průměru nejméně 4 mm a s roztečemi nejvýše 250 mm v obou směrech.

Dřevěné konstrukce

Požární odolnost dřevěných konstrukčních prvků lze stanovit výpočtem pomocí normy ČSN EN 1995-1-2 [10], podle které byly stanoveny požární odolnosti nosníků a sloupů v tabulkách této kapitoly, viz kap. 5.1 a kap. 5.2. Hloubka zuhelnatění dřeva je vzdálenost mezi vnějším povrchem původního prvku a polohou čáry zuhelnatění. Tabulky jsou zpracovány pro nosníky vystavené požáru ze tří stran (stropy), ze čtyř stran (krovy) a sloupy vystavené požáru ze čtyř stran. Délky sloupů odpovídají jejich použití v budovách i halách. Jako materiál nosníků a sloupů je uvažováno dřevo jehličnatých i listnatých dřevin a lepené lamelové dřevo jehličnatých dřevin. Povrchy nosníků a sloupů nejsou po dobu vystavení účinkům požáru chráněny plášti požární ochrany. Požární odolnost dřevěných konstrukčních prvků lze zvýšit použitím různých protipožárních ochran.

Zděné konstrukce

Zděné konstrukce se navrhují podle ČSN EN 1996-1-1 [11]. Z hlediska geometrických požadavků rozděluje norma zdicí prvky do 4 skupin: pórobetonové tvárnice a prvky z umělého kamene jsou zařazeny do skupiny 1, ostatní 3 druhy jsou zařazeny do skupin podle geometrických požadavků uvedených v tabulce 3.1 ČSN EN 1996-1-1 [11]. Navrhování zděných konstrukcí na účinky požáru stanoví ČSN EN 1996-1-2 [12]. Pro potřeby této normy se zavádí ještě pátá skupina zdicích prvků, označená 1S, do které jsou zařazeny zdicí prvky obsahující méně než 5 % objemu dutin. Hodnoty požární odolnosti zděných stěn a příček jsou v normě uvedeny v Příloze B. Každá země si může v Národní příloze uvést vlastní výsledky požárních zkoušek (v předepsané tabelární formě). Tabulky 6.1.1 až 6.4.5 jsou stručnějším výtahem tabulek uvedených v Příloze B normy. Tloušťky uvedené v jednotlivých tabulkách představují tloušťku samotné zděné stěny bez případných povrchových úprav (omítky). První z dvojice řádků stanoví hodnoty pro stěny bez omítky, v druhém z dvojice řádků jsou hodnoty pro stěny omítnuté. Omítka musí mít tloušťku nejméně 10 mm na obou stranách stěny. Hodnoty tlouštěk stěn v tabulkách 6.1.1 až 6.4.5 odpovídají tabulkovým hodnotám podle ČSN EN 1996-1-2.

V tabulkách 6.1.1 až 6.1.5 platí tato podmínka a značky:

Čtěte také: OSB desky a požární bezpečnost

Podmínka: pro použití dimenzí je třeba, aby byla splněna kritéria obou hodnot ρ a ct.
ρ objemová hmotnost prvků [kg/m³]
ct součtová tloušťka všech vnitřních a vnějších žeber zdicích prvků, uváděna jako procento z šířky prvku b (ct = 100).

Mezní stavy požární odolnosti

Požadavek požární odolnosti musí splňovat všechny nosné a požárně dělicí konstrukce a je to doba v minutách, po kterou musí být schopny odolávat účinkům požáru bez porušení požadované funkce. Těchto funkcí může být několik a určují je tzv. mezní stavy. Mezní stav požární odolnosti zohledňuje typ konstrukce: zda je nosný či nenosný, zda jde o stěnu, sloup, popř. dveře. Norma ČSN EN 13501-2 definuje řadu mezních stavů, čtyřmi nejčastěji používanými jsou: R, E, I, W.

Mezní stav „R“ (únosnost a stabilita) platí pro všechny nosné konstrukce (včetně těch uvnitř požárního úseku), které zajišťují stabilitu objektu - nosnou funkci musí plnit i během požáru.
Mezní stav „E“ (celistvost) platí pro všechny plošné požárně dělicí konstrukce. Během požáru se nesmí v požárně dělicí konstrukci vytvořit trhlina, kterou by mohl plamen prošlehnout nebo horké plyny do jiného požárního úseku.
Mezní stav „I“ (izolační schopnost) platí pro plošné požárně dělicí konstrukce, které musí zabránit nadměrnému ohřívání prostoru na straně odvrácené od požáru. Nesmí se vznítit ani materiál na neohřívané straně ani v její blízkosti.
Mezní stav „W“ (omezení radiace tepla) platí pro plošné požárně dělicí konstrukce a jde o podobný mezní stav jako „I“, ovšem s méně přísnými požadavky. Mezní stav „W“ není schopen zabránit nárůstu teplot, pouze do určité míry omezuje tepelný tok sálající ze strany konstrukce odvrácené od požáru. Tento sálavý tepelný tok však nesmí způsobit rozšíření požáru nebo ohrozit osoby unikající v blízkosti takového konstrukce, je proto omezen na 15 kW/m².
Mezní stav „C“ (samozavírání) Dle kmenových norem ČSN 73 0802 a ČSN 73 0804 musí být dveře, které jsou z provozních důvodů převážně nebo trvale otevřeny, vybaveny zařízením, které v případě požáru umožní samočinné uzavření, tedy nejčastěji samozavíračem.
Mezní stav „S“ (kouřotěsnost) Dveře do zvláště chráněných prostor, které slouží k evakuaci většího počtu osob, musí zamezit proniknutí kouře, aby nemohlo dojít k nadýchání zplodin a ohrožení na životech.

Po dobu požární odolnosti musí konstrukce odolávat účinkům požáru, respektive musí plnit požadovaný mezní stav (popřípadě více mezních stavů). Doba požární odolnosti je měřena v minutách, přičemž je vytvořena stupnice. Požadované hodnoty požární odolnosti se zakreslují do výkresové části požárně bezpečnostního řešení, a to ke všem nosným a požárně dělicím konstrukcím.

Typy stavebních konstrukcí a požární požadavky

Požadovanou dobu požární odolnosti pro určitý typ konstrukce včetně případného požadavku na druh konstrukční části určuje stupeň požární bezpečnosti.

Požární stěny a požární stropy (položka 1) jsou plošné konstrukce na hranici požárního úseku uvnitř objektu, popřípadě na hranici dvou objektů.
Požární uzávěry otvorů (položka 2) jsou otvíravé plošné konstrukce v požárních stěnách a stropech (dveře, okna, poklopy apod.), stále se však jedná o konstrukce uvnitř objektu, mezi požárními úseky. Požární uzávěry mezi dvěma běžnými požárními úseky musí splňovat mezní stav EW, dveře vedoucí do chráněné únikové cesty musí splnit mezní stav EI.
Obvodové stěny (položka 3) jsou plošné konstrukce na hranici objektu, za nimiž je volné prostranství. Z tohoto důvodu, pokud je obvodová stěna posuzována pouze z vnitřní strany, je možné snížit požadovaný mezní stav na EW, respektive REW u nosných konstrukcí.
Nosné konstrukce střech (položka 4) se posuzují tehdy, pokud jde o střechu nebo strop, nad nimiž není stálé nebo nahodilé požární zatížení. Prutové prvky (nosníky, vaznice apod.) musí splňovat mezní stav R, plošné nosné konstrukce musí splnit RE.
Nosné konstrukce zajišťující stabilitu objektu uvnitř požárního úseku (položka 5) jsou prutové nebo plošné konstrukce - sloupy, průvlaky, nosníky, pilíře, nosné stěny, stropy vícepodlažních požárních úseků apod.
Nosné konstrukce zajišťující stabilitu umístěné vně objektu (položka 6) jsou prutové nebo plošné konstrukce - sloupy, průvlaky, nosníky, pilíře, nosné stěny, stropy vícepodlažních požárních úseků apod.
Nosné konstrukce nezajišťující stabilitu objektu (položka 7) jsou prutové nebo plošné konstrukce vestavěných částí objektu, například vestavěných podlaží. Tyto konstrukce musí splnit mezní stav R, stropy musí splnit RE.
Nenosné konstrukce uvnitř požárního úseku (položka 8) jsou jakékoliv stabilní konstrukce, které neoddělují dva požární úseky - například příčky uvnitř bytu. Na tyto konstrukce je kladen pouze požadavek druhu konstrukční části, a to pouze v VI.
Konstrukce schodišť (položka 9) platí pouze pro ta schodiště, po kterých uniká více než 10 osob a která nejsou v chráněné únikové cestě. Na takové schodiště je požadavek mezního stavu R.
Výtahové a instalační šachty (položka 10), respektive jejich obalové konstrukce, mají oproti požárním stěnám snížený požadavek požární odolnosti (s výjimkou evakuačních a požárních výtahů a šachet vyšších než 45 m). Obalové konstrukce šachet jsou plošné, mezní stav je tedy požadován EI u stěn a EW u revizních dvířek.
Střešní pláště (položka 11) jsou řešeny obdobně jako nosné konstrukce střech v položce 4, zde jde ale výhradně o plošné konstrukce. Jde-li o plášť nosný (resp. samonosný - skořepiny, panely apod.), pak je požadovaný mezní stav RE, jinak postačí pouze E.

Požární odolnost konkrétně navržených stavebních konstrukcí musí být minimálně stejná nebo vyšší než je hodnota požadovaná normou.

Zkoušení požární odolnosti a její posuzování

Zkušební předpis PAVUS, a.s. Vyhláška MV č. 13381-3:2015 do soustavy norem ČSN. oznámením ve Věstníku ÚNMZ, tato norma ji přejímá překladem. Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. ze dne 9. Centrum technické normalizace pro požární ochranu, IČO 60193174, Ing. Pracovník České agentury pro standardizaci: Ing. ustanovení § 5 odst. 2 zákona č. normě bez jakýchkoliv modifikací uděluje status národní normy. (anglické, francouzské, německé).

Postup zkoušky požární odolnosti

Předmět normy
Dokumenty
Termíny, značky a jednotky
Zkušební zařízení
Zkušební podmínky a podmínky upevnění
Zkušební vzorky a jejich příprava
Upevnění zkušebních vzorků
Kondicionování
Kalibrace zkušebních přístrojů
Postup zkoušky
Výsledky zkoušky
Protokol o zkoušce
Vyhodnocení
Protokol o vyhodnocení
Použití výsledků vyhodnocení
Aplikace proti požáru

Zkoušky se provádějí v požární peci akreditované laboratoře na objednávku výrobců, kteří tím chtějí rozšířit možnosti uplatnění takových prvků. V požární peci je vzorek vystaven působení intenzivního plamene a měří čas, dokud se neporuší zkoumaný mezní stav. Poté se čas zaokrouhlí dolů na výše zmíněný interval.

Například, když je u prosklené stěny dosažena celistvost ve 48. minutě (objeví se trhlina a prošlehující plamen) a izolační schopnost dosažena ve 42. minutě, pak tato stěna bude mít požární odolnost v mezních stavech EI 30, resp. E 45 a I 30.

Databáze klasifikací požárních vlastností

Požární klasifikace výrobků v souladu s evropskými technickými normami je základním předpokladem volného pohybu výrobků a jejich uvádění na trh. Databázový systém provozuje PAVUS, a.s., na svých internetových stránkách www.pavus.cz v tzv. kategorii „Klasifikace“. Jedná se o informace o dokumentech vystavených pro klasifikaci výrobků z hlediska požárních vlastností. Tyto dokumenty byly v průběhu let vydávány pod různými názvy (Protokol o klasifikaci, Požárně klasifikační osvědčení atp.) a v databázi byly sjednoceny pod jednu kategorii, bez ohledu na název vlastního tištěného dokumentu.

V evidenci databázové aplikace byly pro jednotlivé sledované výrobky, které příslušné protokoly popisují a zatřiďují, vytvořeny reprezentační typy výrobků s přihlédnutím ke klasifikační a zkušební normě. Aktuálně jsou v systému u kategorie dokumentů „Klasifikace podle ČSN EN 13501“ evidovány následující stavební výrobky.

Způsoby ochrany konstrukcí proti požáru

Při návrhu nové budovy není většinou problém konstrukce navrhnout, aby splňovaly požadavky požární odolnosti. U rekonstrukcí stávajících budov, kdy se zvyšuje požární zatížení, nebo u specifických konstrukcí (např. ocelový či dřevěný skelet) už požární odolnost bez dalších opatření nemusí být splnitelná. Pak je potřeba konstrukci nějak upravit, respektive něčím „zakrýt“ tak, aby se chráněná konstrukce začala zahřívat pomaleji.

Požární omítky a nástřiky

Požární omítky: Jeden z tradičních systémů ochrany, je však potřeba zhotovit omítku v tloušťce několika cm. Nejvýhodnější z hlediska požární ochrany jsou omítky sádroperlitové nebo sádrovermikulitové, naopak nejběžnější vápenné, vápenocementové nebo cementové omítky mají z požárního hlediska minimální účinek.
Požární nástřiky: Další vývojový stupeň požárních omítek. Stejně jako u omítek se do silikátové báze přidávají další specifická plniva (vermikulit, perlit) a výztuž. Omítky i nástřiky jsou trvanlivé, na druhou stranu stále hmotné a na chráněném prvku vytváří hrubou neestetickou strukturu. Po zaschnutí jsou navíc křehké, takže u dynamicky zatížených konstrukcí (např. v dopravních stavbách) se často vylučuje jejich použití.

Požární obklady a podhledy

Požární obklady a podhledy jsou trvanlivé. Lze použít materiály deskové, ať již homogenní (např. vápenosilikátové, vermikulitové), nehomogenní (např. cementotřískové), popřípadě desky sendvičové (např. sádrokartonové).

Požární nátěry

Požární nátěry se oproti předchozím úpravám vyznačují subtilností, díky které si mohou konstrukční prvky zachovávat svůj původní tvar, a možností libovolného barevného řešení (včetně bezbarvého zejména pro dřevěné konstrukce). Výraznou nevýhodou požárních nátěrů je jejich omezená životnost (obvykle okolo 10 let), po jejíž uplynutí je nezbytná obnova nátěrového systému, a rovněž omezená použitelnost, kdy nátěry nelze vůbec použít.

Intumescentní nátěry: Z hlediska použití jsou univerzální a používány jsou nejčastěji, a to zejména pro ocelové, dřevěné, ale i betonové konstrukce. Při tepelné expozici nátěr napění až na 50násobek své původní tloušťky. Na povrchu chráněné konstrukce vytváří masivní tepelněizolační bariéru (pěnu), která zpomaluje ohřívání chráněného prvku a zamezuje přístupu kyslíku.
Zábranové nátěry: Používají se zejména na kabely a plastové výrobky.
Sublimující nátěry: Používají se výjimečně a výhradně na ocelových konstrukcích.

Instalace požárních uzávěrů

Požární uzávěry jsou zařízení, která zabraňují šíření plamene a kouře.

tags: #informace #o #požární #odolnosti #betonových #překladů

Požární odolnost betonových překladů a stavebních konstrukcí