Metody a posudky požární odolnosti konstrukcí

Mezní stavy požární odolnosti

Mezní stav požární odolnosti zohledňuje převážně typ konstrukce. Zda se jedná o nosný či nenosný prvek nebo zda jde o stěnu, sloup, popř. dveře. Norma také definuje řadu mezních stavů. Čtyřmi nejčastěji používanými jsou: R, E, I, W. 

(a) R = Únosnost a stabilita, (b) E = Celistvost, (c) I = Izolační schopnost(omezení teploty), (d) W = Omezení sálání tepla

Mezní stav „R“ (únosnost a stabilita)

Mezní stav R platí pro všechny nosné konstrukce (včetně těch, které jsou uvnitř požárního úseku). Zejména pro ty, které zajišťují stabilitu objektu – nosnou funkci musí plnit i během požáru. U mezního stavu „R“ nezáleží na tom, zda jde o prutovou nebo plošnou konstrukci. Musí ji splňovat nejen nosné stěny, stropy, sloupy, průvlaky, nosníky, překlady, střešní vazníky, vaznice, ale i ztužidla apod.

Mezní stav „E“ = celistvost

Mezní stav E platí pro všechny plošné požárně dělicí konstrukce. Během požáru se nesmí v požárně dělicí konstrukci vytvořit trhlina, kterou by mohl plamen prošlehnout skrz, nebo kterou by mohly horké plyny proniknout do jiného požárního úseku. Požární celistvost musí splňovat požární stěny a stropy oddělující požární úseky, případně i další požární předstěny nebo podhledy (za kterými se mohou nalézat technologická vedení apod.), a požární uzávěry (např. dveře).

Mezní stav „I“ (izolační schopnost)

Mezní stav I je platný pro plošné požárně dělicí konstrukce, které mají za úkol zabránit nadměrnému ohřívání prostoru na straně odvrácené od požáru. Nesmí se vznítit ani materiál na neohřívané straně ani v její těsné blízkosti. Izolační schopnost musí splňovat především pevně zabudované plošné konstrukce, jakými jsou například požární stěny a stropy mezi požárními úseky. Jde tedy převážně o prvky uvnitř objektu, kde se požár může vyskytnout na obou stranách konstrukce a kde je pravděpodobné ohrožení osob na neohřívané straně. Mezní stav „I“ musí splnit i požární uzávěry ústící do chráněné únikové cesty.

Mezní stav „W“ (omezení radiace tepla)

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 nárustu teplot, pouze do určité míry omezuje tepelný tok sálající ze strany konstrukce odvrácené směrem 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

Doba požární odolnosti

Doba požární odolnosti je definována jako časový úsek, po který musí konstrukce odolávat účinkům požáru, respektive musí plnit požadovaný mezní stav (popřípadě více mezních stavů). Doba požární odolnosti se stanovuje v minutách. Základní klasifikační doby jsou stanoveny na 15, 30, 45, 60, 90, 120 a 180 minut.

Zatížení během požární situace

Dle Eurokódu můžeme zjednodušeně uvažovat s extrémním zatížením během požáru jako 70% kombinace zatížení pro MSÚ.

Metody pro řešení požární odolnosti

Návrhové metody se liší dle přístupu, přesnosti a náročnosti výpočtu. Při analýze kritického prvku můžeme využít Tabulkové metody, která je nejvíce konzervativní metodou.

Pokud posudek nevyhoví, je tu možnost přistoupit ke zpřesňujícím metodám jako metoda Izotermy 500 nebo k tzv. Zónové metodě. V případě analýzy části konstrukce nebo dokonce celé konstrukce lze použít zpřesňující numerické simulace jako kondukce, konvekce nebo radiace. 

Základní předpoklady tabulkové metody

• Primárně všechny hodnoty určené pro křemičité kamenivo (nejvíce náchylné na účinky požáru).
• Pro vápencové kamenivo lze zmenšit nejmenší požadovaný rozměr kamene o 10%.
• Vlhkost betonu musí být nižší než 3%, jinak existuje riziko explozivního odštěpování.
• Kritická teplota betonářské výztuže je 500 °C.
• Kritická teplota pro předpínací výztuž je 400 °C (pruty) nebo 350 °C (lana a dráty).
• Osová vzdálenost výztuže od povrchu musí být nižší než 70 mm, jinak nutné uvažovat s povrchovou výztuží.
• V případě více vrstev výztuže se spočte průměrná osová vzdálenost od okraje, přičemž nejmenší osová vzdálenost libovolné vrstvy musí splnit alespoň kritérium R30.
• Mezi hodnotami v tabulkách je možné vzájemně lineárně interpolovat.
• Hodnoty uvedené v tabulkách jsou minimální a je třeba dodržet i konstrukční zásady dle Eurokódu.

Sloupy

Sloupy jsou obecně posuzovány pomocí metody A nebo B. Rozhodnutí, kterou metodu použít, je závislé pouze na inženýrském výběru. Posouzení platí pro sloupy namáhané převážně tlakem a pouze pro ztužené konstrukce. 

Metoda A

• Maximální efektivní délka 3 m.
• Efektivní délka je rovna 0.7*L pro horní patro a 0.5*L pro každé další.
• Počáteční imperfekce jsou menší než 15% výšky průřezu.
• Maximální plocha výztuže je menší než 4% plochy betonového průřezu.

Metoda B

• Pouze pro ztužené konstrukce. 
• Efektivní délka sloupu může být vyšší než 3 metry.

Nosníky

Posouzení nosníkových prvků je možné pouze pro tvary průřezu typu obdélník, T-průřez nebo I-průřez. V další fázi je nutné rozlišit, zda se jedná o prostý nebo spojitý nosník.

Desky

Podobně jako u nosníkových prvků, je nutné zvolit mezi prostě uloženou deskou nebo spojitou deskou. Dalším aspektem je, zda podpory tvoří stěny nebo jednotlivé sloupy.

a) Jednosměrná deska, b) Obousměrná deska, c) Spojitá deska - stěny, d) Spojitá deska sloupy

Stěny 

• Poměr výšky k tloušťce stěny musí být nižší nebo roven 40. 
• Požární odolnost EI – celistvost a izolace, bez nosné funkce.
• Požární odolnost REI – celistvost a izolace s nosnou funkcí.

Shrnutí

Pro posouzení požární odolnosti konstrukcí je převážně preferovaná Tabulková metoda podle které inženýr dostává velmi rychle status vyhovuje/nevyhovuje. Pokročilejší metody jako jsou metody Izotermy 500 nebo Zónová metoda, jsou taktéž frekventovaně používané metody. A to zejména v případech, kdy kritický prvek jako je sloup, nosník, stěna nebo deska nevyhovují dle tabulkové metody. Metody numerické simulace kondukce, konvekce nebo radiace se používají převážně v akademickém prostředí. IDEA StatiCa RCS obsahuje právě zmíněné tabulkové metody. Vývoj ve firmě IDEA StatiCa posouvá analýzu z tabulkových metod na úroveň numerických metod. V aplikaci IDEA StatiCa Member se tedy můžete v blízké budoucnosti těšit na analýzu nestacionárního vedení tepla.