4.3.1. Pojem požární odolnosti stavebních konstrukcí a metody jejího stanovení

Stavební konstrukce z organických materiálů jsou jednou ze součástí hořlavého systému a přispívají ke vzniku a šíření požáru. Konstrukce z anorganických materiálů nehoří, ale akumulují značnou část tepla (až 50 %) uvolněného při požáru. Při určité dávce akumulovaného tepla se snižuje pevnost konstrukcí a dochází k jejich zborcení. Kov, který snese značné zatížení po desetiletí, je tedy zničen při dosažení kritických teplot 470–500 °C.

Pod požární odolnost stavebních konstrukcí rozumí se jejich schopnost udržet nosnost a schopnost obejmout. Ukazatelem požární odolnosti stavebních konstrukcí je mez požární odolnosti – doba (v hodinách, minutách) od zahájení zkoušky (požáru) konstrukce do výskytu některého z následujících příznaků:

a) výskyt trhlin;

b) zvýšení teploty na jejím nevyhřívaném povrchu v průměru o 140 °C nebo v kterémkoli místě na tomto povrchu o více než 180 °C ve srovnání s teplotou konstrukce před zkouškou nebo o více než 200 °C bez ohledu na teplotu konstrukce před testováním;

c) ztráta únosnosti.

Nejběžnější a nejspolehlivější metoda pro stanovení meze požární odolnosti je experimentální. Podstatou metody (norma CMEA 1000-78) je, že se konstrukce zahřívá ve speciálních pecích za současného vystavení standardnímu zatížení.

Četné studie skutečných požárů ukázaly, že lze identifikovat charakteristické fáze jejich vývoje a režim „teplota-čas“ lze standardizovat. V roce 1966 Mezinárodní organizace pro normalizaci zavedla standardní teplotní křivku pro charakterizaci teplotního režimu pro zkoušení stavebních konstrukcí pomocí experimentální metody. Závislost nárůstu teploty na čase lze vyjádřit rovnicí:

kde Tn – teplota ohně, K; τ – doba hoření, min.

Při testování pomocí experimentální metody jsou povoleny teplotní odchylky od údajů získaných pomocí vzorce (3.1) během prvních 30 minut a ± 5 % během následujících testovacích časů.

Někdy je vzorec (3.1) modernizován zavedením dalších parametrů, které berou v úvahu počáteční teplotu ohně:

kde t – počáteční teplota konstrukce, K.

Experimentální metoda má však značné nevýhody. Zkoušení touto metodou vyžaduje těžkopádné a nákladné experimenty, což v některých případech ztěžuje včasné posouzení požární odolnosti různých typů nových stavebních konstrukcí.

ČTĚTE VÍCE
Kdy se má nouzové osvětlení automaticky zapnout? Vyberte správnou odpověď?

Teoretická cesta je slibnější a ekonomičtější. Proto se u nás vyvíjejí výpočtové metody pro posouzení požární odolnosti. Podstata výpočtu obecně spočívá v posouzení rozložení teplot po průřezu konstrukce při požáru (teplotechnická část) a výpočtu únosnosti vytápěné konstrukce (statická část). Teorie požární odolnosti stavebních konstrukcí však není dosud dostatečně propracována, a tak ani zkušený projektant není snadné navrhnout požadovanou kvalitu požární ochrany pro nosné konstrukční prvky. Prvním problémem, který praktický inženýr na této cestě překonává, je určit povahu rozložení teploty v úsecích materiálu stavební konstrukce v určitých časových intervalech. Jinými slovy, musí řešit problém nestacionárního ohřevu materiálu nosného prvku za podmínek požáru.

Přibližné řešení s požadovanou přesností lze téměř vždy nalézt numerickými metodami, zejména při použití počítačů.

Požární odolnost je schopnost stavebních konstrukčních prvků stavby plnit v podmínkách požáru po určitou dobu nosnou a uzavírací funkci. Vyznačuje se požární odolností.

Stupeň požární odolnosti stavby závisí na stupni hořlavosti a limitu požární odolnosti jejích hlavních stavebních konstrukcí. Všechny budovy a konstrukce jsou rozděleny do pěti stupňů podle požární odolnosti (viz tabulka 1).

Základní stavební konstrukce

nosné stěny, schodišťové stěny, sloupy

vnější obvodové stěny a obvodové hrázděné stěny

desky, palubky a další nosné konstrukce mezipodlažních a půdních podlah

desky, palubky a další nosné konstrukce krytin

vnitřní nosné stěny (příčky)

Ohnivzdorné (0,25); ohnivzdorný (0,5)

Ohnivzdorné (0,25); ohnivzdorný (0,15)

Poznámka: Limity požární odolnosti (hodiny) jsou uvedeny v závorkách.

Stavební konstrukce z organických materiálů jsou jednou ze součástí hořlavého systému a přispívají ke vzniku a šíření požáru. Konstrukce z anorganických materiálů nehoří, ale akumulují značnou část tepla (až 50 %) uvolněného při požáru. Při určité dávce akumulovaného tepla se snižuje pevnost konstrukcí a dochází k jejich zborcení. Kov, který snese značné zatížení po desetiletí, je tedy zničen při dosažení kritických teplot 470–500 °C.

Požární odolnost stavebních konstrukcí znamená jejich schopnost udržet nosnost a uzavírací schopnost. Ukazatelem požární odolnosti stavebních konstrukcí je mez požární odolnosti – doba (v hodinách, minutách) od zahájení zkoušky (požáru) konstrukce do výskytu některého z následujících příznaků:

a) výskyt trhlin;

ČTĚTE VÍCE
Co dává přítomnost funkce microlift v záchodovém prkénku Existuje několik možných odpovědí?

b) zvýšení teploty na jejím nevyhřívaném povrchu v průměru o 140 °C nebo v kterémkoli místě na tomto povrchu o více než 180 °C ve srovnání s teplotou konstrukce před zkouškou nebo o více než 200 °C bez ohledu na teplotu konstrukce před testováním;

c) ztráta únosnosti.

Nejběžnější a nejspolehlivější metoda pro stanovení meze požární odolnosti je experimentální. Podstatou metody je, že se konstrukce zahřívá ve speciálních pecích se současným vystavením standardnímu zatížení.

Experimentální metoda má však značné nevýhody. Zkoušení touto metodou vyžaduje těžkopádné a nákladné experimenty, což v některých případech ztěžuje včasné posouzení požární odolnosti různých typů nových stavebních konstrukcí.

Teoretická cesta je slibnější a ekonomičtější. Proto se u nás vyvíjejí výpočtové metody pro posouzení požární odolnosti. Podstata výpočtu obecně spočívá v posouzení rozložení teplot po průřezu konstrukce při požáru (teplotechnická část) a výpočtu únosnosti vytápěné konstrukce (statická část). Teorie požární odolnosti stavebních konstrukcí však není dosud dostatečně propracována, a tak ani zkušený projektant není snadné navrhnout požadovanou kvalitu požární ochrany pro nosné konstrukční prvky. Prvním problémem, který praktický inženýr na této cestě překonává, je určit povahu rozložení teploty v úsecích materiálu stavební konstrukce v určitých časových intervalech. Jinými slovy, musí řešit problém nestacionárního ohřevu materiálu nosného prvku za podmínek požáru.

Přibližné řešení s požadovanou přesností lze téměř vždy nalézt numerickými metodami, zejména při použití počítačů.

Hlavními faktory ovlivňujícími mez požární odolnosti konstrukcí jsou vlhkost, součinitel tepelné vodivosti a pevnost výztuže.

Vlhkost v betonu hraje dvojí roli. Za prvé, když je beton vystaven vysokým teplotám, voda, která se vypařuje, zpomaluje rychlost ohřevu, čímž se zvyšuje limit požární odolnosti. Za druhé, voda přispívá k explozivní destrukci betonu během intenzivního ohřevu v důsledku tvorby páry. Nezbytnou podmínkou výbuchu betonu je rychlé zvýšení teploty, tzn. zahřívání podle standardních teplotních podmínek nebo přímého působení požáru na konstrukci.

Dřevěná konstrukce a většina plastů jsou hořlavé. Hořlavé jsou i mnohé izolační, akustické a dokončovací materiály využívající dřevo a plasty: polyuretanová pěna, desky z minerální vlny s bitumenovým pojivem, dřevovláknité a dřevotřískové desky, polystyrenové dlaždice, polyethylenové a polyvinylchloridové fólie, sklolaminát, samolepicí fólie a omyvatelné tapety .

ČTĚTE VÍCE
Jak vysoký by měl být dřez na desku?

Velkou nevýhodou plastových konstrukcí a materiálů je, že při hoření se z nich uvolňují vysoce toxické produkty tepelného rozkladu, jejichž vdechnutí člověkem při požáru způsobuje těžkou otravu a často i smrt. Pro zvýšení odolnosti dřevěných a plastových konstrukcí proti ohni se používají různé metody požární ochrany. Dřevo je podrobeno povrchové a hloubkové úpravě protipožárními směsmi (nátěr tepelně odolnými směsmi, omítání, hloubková impregnace tekutými směsmi zpomalujícími hoření). Některé druhy plastů obsahují při výrobě přísady, které snižují hořlavost konstrukcí. Dřevěné konstrukce si i přes hořlavost zachovávají po určitou dobu svou nosnost a uzavírací schopnost při požáru, tzn. mají určitou mez požární odolnosti. Volba požární odolnosti konstrukcí při navrhování budov a staveb se provádí s ohledem na podmínku, že skutečná mez požární odolnosti jakéhokoli konstrukčního prvku nesmí být menší než požadovaná mez požární odolnosti.