Navrhování ocelových konstrukcí bez protipožárních nátěrů I.

Základní informace
Investor: State Street Building Kirchberg S.A.
Architekt: Atelier a+u
Návrh nosné ocelové konstrukce: Schroeder & Associés S.A., TR-Engineering
Dodavatel: HOCHTIEF Luxemburg S.A.
Požární návrh: PROFILARBED-Research
Termín výstavby: 2000–2001
Typ budovy: Čtyřpodlažní administrativní budova, třípodlažní podzemní garáže
Výška: 21,6 m
Půdorysné rozměry: 63 × 38,8 m

Nosná konstrukce
Nosnou konstrukci nadzemních podlaží administrativní budovy tvoří spřažené nosníky o dlouhém rozpětí a částečně obetonované sloupy. V suterénu budovy, kde jsou podzemní garáže, je navržena podobná konstrukce s částečně obetonovanými stropními nosníky. Nosná konstrukce je čtyřpodlažní rám o třech polích s rozpětím 15,15 m, 8,5 m a 15,15 m, rámy jsou ve vzdálenostech 4,5 m. Konstrukční výška prvního nadzemního podlaží je 4,5 metru, výška ostatních podlaží je 4,2 m. Celková tloušťka stropní konstrukce je 360 mm, tvoří ji železobetonová deska z betonu C30/37 o tloušťce 160 mm (včetně prefabrikované desky o tloušťce 50 mm) a podlaha s tloušťkou 200 mm. Spřažené stropní nosníky z oceli S355 pro rozpětí 8,5 m a z oceli S460 na rozpětí 15,15 m jsou spřaženy se železobetonovou deskou pomocí trnů 22 × 125 mm. Ocelobetonové sloupy, jejichž montážní díly zasahují přes dvě podlaží, jsou vyrobeny z oceli S355 a betonu C30/37. Montážní spoj sloupů ve výšce 12,9 m je proveden pomocí kontaktních desek a čtyř šroubů a chová se jako tuhý spoj díky velké působící osové síle. Patky sloupů jsou navrženy jako kloubové. Tuhost budovy je zajištěna betonovými jádry, která současně slouží jako schodišťový prostor a výtahové šachty. Sloupy přenášejí pouze osové síly, všechny přípoje nosníků ke sloupům jsou kloubové. Sloupy po obvodu budovy jsou namáhány malým ohybovým momentem od zatížení větrem, který je však zanedbatelný vzhledem k působící osové síle a neovlivňuje dimenzování sloupu. Podobné zatížení (velmi malá osová síla a ohybový moment ve dvou směrech) působí také na rohové sloupy.

Požární bezpečnost
Výzkumné oddělení společnosti PROFILARBED bylo pověřeno posouzením požární odolnosti nosné ocelové konstrukce. Po dohodě s místními úřady bylo provedeno posouzení využívající přírodní požár [1, 2, 3] s požárním zatížením podle EN 1991-1-2 [1] (charakteristická hodnota požárního zatížení pro administrativní budovy 511 MJ/m²) se zohledněním prvků aktivní protipožární ochrany (automatické detektory s přenosem informací na hasičskou stanici, zařízení pro odvod tepla a kouře, …). Samočinné hasicí zařízení nebylo instalováno.
Teplota plynů v požárním úseku byla určena dvouzónovým modelem pomocí programu Ozone [1, 2]. Byla provedena řada výpočtů pro různé požární úseky. Velká pozornost byla věnována předpovědi okamžiku, kdy dojde k rozbití skleněných výplní v oknech. Nejvyšší teplota v nosnících průřezu IPE 600 dosáhla 850 °C. Numerická analýza metodou konečných prvků byla použita pro určení průběhu vnitřních sil při požáru. Pro nejvíce namáhaný rám byl vytvořen dvourozměrný model v programu Ceficoss [5]. Mechanické zatížení při požáru odpovídá normě prEN1990 [6].
Původně byly stropní nosníky navrženy s kloubovými přípoji, ale na základě doporučení výzkumného střediska společnosti PROFILARBED byly použity přípoje s čelní deskou, kde řada šroubů nad horní pásnicí nosníku je zabetonována ve stropní desce. Toto opatření zajistí, že v případě požáru zůstane alespoň jedna řada šroubů chráněna před účinkem vysoké teploty a bude schopna přenášet posouvající sílu. Tuhost přípoje byla ještě zvýšena přidáním výztuže do betonové desky a takto upravený styčník umožnil vznik podporových momentů nad vnitřními sloupy. Tato úprava současně zvýšila požární odolnost ocelové konstrukce bez nutnosti protipožární ochrany.

Pro podzemní garáže byla požadována požární odolnost R90, které bylo dosaženo obetonováním sloupů i nosníků a přidáním betonářské výztuže.

Obr. 1 – Hlavní průčelí budovy

Obr. 2 – Pohled na konstrukci při montáži

Obr. 3 – Detail přípoje

Původní text napsal: M. Haller / ARCELOR Long Carbon Steel, Research Department

Literatura

• [1] EN 1991-1-2, Eurocode 1- Actions on structures, Part 1.2-Actions on structures exposed to fire. CEN Central Secretariat, Brussels, November 2002
• [2] Competitive steel buildings through natural fire safety concept. ECSC Research 7210-SA/125; 1994-98
• [3] Natural fire safety concept –Full scale tests, implementation in the Eurocodes and development of a user-friendly design tool.“ ECSC Research 7210-060, 1997-2000;
• [4] Valorisation project - Natural Fire Safety Concept.“ ECSC Research 7215-PA/PB/PC –042-057, D-E-F-INL- UK & ECCS, 1999-2001.
• [5] CEFICOSS , A Computer Program for Analysis of Structures Submitted to the Fire, University of Liège, Department Structures du génie Civil, Service Ponts et Charpentes
• [6] CEN; prEN1990, Eurocode – Basis of structural design, 2001.

Další souhrnné informace o problematice návrhu požárních konstrukcí naleznete na www.pozarni-inzenyrstvi.cz.

Autor

• Ing. Olšanský Petr