Požární odolnost dutých profilů ocelových konstrukcí

• Foto

Halových objektů z hal HARD bylo vyrobeno více než 7 000. Jejich nosnou vazbu tvoří vetknuté sloupy různé výšky, na které byly uloženy tříkloubové trámové vazníky s táhlem rozpětí 12 až 30 m. Sloupy i trámy vazníků jsou provedeny z tenkostěnných obdélníkových profilů výšky 240 a 320 mm, tloušťky 4 mm, a výšky 400 a 480 mm tloušťky 5 mm. Všechny profily mají jednotnou šířku 160 mm. V zemědělském sektoru byla postavena řada seníků pro dosoušení a skladování sena, byly to haly rozponu 18 nebo 24 m, skladovací objem byl 8.000 m³.

PROKAZATELNÁ DOKUMENTACE
Teprve požár a totální vyhoření velkého skladového objektu ve Valašském Meziříčí dne 9. ledna 1999 byl autorem systému HARD kvalifikovaně dokumentován a analyzován. Poznatky z analýzy průběhu požáru a z pořízené fotodokumentace byly tak přesvědčivé, že byla zpracována studie „Analýza účinků požáru velké skladové haly ze soustavy HARD – Experimentální průkaz vysoké požární odolnosti dutých prutů halové ocelové konstrukce jako podklad pro certifikaci požární odolnosti hal systému VEDE na hodnotu R30.

Ani analýza z „experimentu“, jehož cena přesáhla 200 mil. Kč přesto, že podle platných norem je možno určit požární odolnost stavební konstrukce na základě poznatků ze skutečných požárů, nebyla shledána na nejvyšších místech HZS za dostatečný podklad pro certifikaci OK, provedených z dutých profilů, na vyšší hodnotu požární odolnosti.

Experimentální výzkum v rámci zavedeného způsobu certifikace ale není schopen financovat výrobce OK, který ve svých konstrukcích duté profily používá. Je zřejmé, že na chování dutých profilů v požáru má vliv fakt, že duté profily neztrácejí stabilitu klopením, což je výrazný rozdíl proti profilům s jednou stojinou, vzduch v dutině působí jako izolant, přičemž jeho vliv může být jiný v dutině uzavřené nebo neuzavřené; podíl těchto vlivů na chování konkrétního profilu v požáru je zatím neznámý.

Uvedená Analýza účinků požáru leží od roku 2005 ladem, a proto má tento článek upozornit na to, že existuje materiál, který definuje jev, jež v oboru ocelových konstrukcí není registrován a jehož využití by přineslo značné finanční efekty. Na jeho základě lze rozhodnout, zda je účelné tento jev zkoumat a zda se má o prostředky na takový výzkum usilovat. Vzhledem k možným ekonomickým přínosům by měl být stanoven postup, který by urychleně umožnil certifikaci OK z dutých profilů na vyšší požární odolnost.

ZÁKLADNÍ FAKTA STUDIE
Popis objektu
OK tvoří typizovaná konstrukce HARD, šířka 6 lodí rozponu 24 m a přístavek 9 m – celkem 148 m, délka 24 × 6 m = 144 m. Mezi skladovou halou a výrobním objektem je odstup 15 m, spojení pouze krčkem šířky 9 m. Výrobní objekt nebyl požárem poškozen. Střešní plášť skládaný, horní plech Al KOB, vlna 40 mm, spodní plech pozink. VSŽ, vlna 30 mm, tepelná izolace min. plst 80 mm, na vaznicích z TU 210 × 4 mm v rozteči 1.500 mm.

Stěnový plášť z panelů 1.000 × 1.500 mm, interiér pozink. plech 0,8 mm, exteriér Al plech 0,8 mm, izolace min. plst 80 mm, nesený svislým roštem z profilů omega 60 × 30 × 3 mm v rozteči 1.000 mm, na paždících z TU 162 × 4 mm.

Požár a hasební činnost
Požár vypukl 9. 1. 1999 ve 22:15 hodin současně na několika místech, pravděpodobná příčina záměrné zapálení. V objektu byly skladovány skleněné výrobky, balené do papíru a PE folie, chráněné proti poškození polystyrenem, uložené na dřevěných paletách. Skladováno bylo do výšky 5–6 m. Ve 22:36 hodin hořelo na 40 % plochy, ve 22:50 hodin bylo zasaženo 90 % plochy a ve 23:30 hodin bylo rozhodnuto ukončit hasební práce a nechat sklad kontrolovaně dohořet. Při zásahu se dalo bez problémů projít kolem celého objektu, působení sálavého tepla účinně bránily panely s výplní z minerální plsti.

Účinky požáru na OK byly dlouhodobé, přičemž bylo dosaženo neobvykle vysokých teplot 1.480 až 1.520 °C.

Účinky požáru na konstrukci
Celkové účinky požáru ukazuje snímek z archivu HZS. Kompaktnost objektu je narušena zejména ve styku jednotlivých lodí, kde došlo k pádu vazníku z ložiska na hlavě sloupu po prodloužení táhla vazníku (obr. 1).

Unikátní snímek ukazuje, že kolaps střechy nastal po protažení táhla ze dvou L profilů, kdy se vazník stal mechanismem a ztratil nosnost. Ložisko vazníku spadlo z hlavy sloupu. Přitom trámy vazníku nevykazují deformace, jež by ohrožovaly jejich únosnost. S vazníky se hroutí střecha, ale její celistvost není porušena. Sloupy štítové stěny nejsou deformovány účinkem požáru, ale vodorovným tahem od zhroucené střešní konstrukce – je to důkaz vysoké požární odolnosti dutých profilů štítové stěny (obr. 2).

Snímky obvodových stěn dokumentují, že i po dlouhodobém působení požáru zůstaly všechny stěnové sloupy stát, jejich deformaci způsobil vodorovný tah zhroucené střešní konstrukce. Přitom je vidět, že i při vysokém stupni nahřátí, mají duté profily značnou ohybovou únosnost, která brání jejich úplnému kolapsu (obr. 3, 4). Vysokou požární odolnost vnitřních sloupů haly z tenkostěnného dutého průřezu potvrzují pohledy na řady sloupů, stojících bez zvláštní deformace podélné osy i bez lokální deformace tenkých stěn profilu.

K deformaci hlav sloupů došlo vodorovným tahem při kolapsu připojeného vazníku po protažení táhla a je udivující, že síla, která ustřihla šrouby ložiska, nevyvrátila celý sloup, ale vyvolala jeho ohyb pod hlavou – to znamená, že sloup měl i v těchto podmínkách velkou ohybovou tuhost (obr. 6, 7). Pohled na světlíky ukazuje, že vaznice z TU 210 × 4 mm v místech, kde nejsou stabilizovány krytinou, ztratily únosnost ohybem i klopením, přitom obrubníky světlíku z dutého profilu TP 320 × 160 × 4 mm jsou bez viditelných deformací. Udivující je stav světlíkových příčlí z profilu omega 60 × 30 × 3, které jsou přímé bez zjevných deformací, i když s nich visí zbytky odtaveného drátoskla.

Při srovnání požární odolnosti stejných profilů použitých na příčle stěn lze vzít v úvahu, že stěnové příčle stěn byly při požáru v proudu nasávaného, tedy chladnějšího vzduchu, příčle světlíků byly ale na konci komínového tahu, tedy v nejvyšších teplotách tohoto požáru (obr. 8, 9). Obnova objektu byla provedena s využitím hal systému VEDE, jež má sloupy shodné s původním provedením, ale vazníky jsou příhradové z dutých profilů. Těmto vazníkům nehrozí ztráta únosnosti  po nahřátí spodního pásu jako trámovým vazníkům po nahřátí táhla z L-profilů (obr. 10, 11).

ZÁVĚR
Zkušenosti z reálných požárů vedou k poznatku, že duté profily mají i při tenkých stěnách vysokou požární odolnost, násobně vyšší, než profily s jednou stojinou. Jedná se o vlastnost unikátní, která není v oboru ocelových známa a jejíž poznání a uznání by výrazně přispělo při uplatnění ocelových konstrukcí ve výstavbě. Na poznání tohoto jevu by se měli zaměřit odborníci z oboru OK i z oboru požární prevence formou grantu. Po odborném zhodnocení analýzy požáru skladu ve Valašském Meziříčí by mohly být OK z dutých profilů certifikovány alespoň na odolnost R15.

Okamžitě vyloučit z Požárně bezpečnostních řešení hodnocení požární odolnosti dutých profilů metodikou podle parametru O/F či A/V, tj. poměru obvodu a plochy profilu, tato metodika je zejména u dutých profilů zcela zavádějící, je nutno ji nahradit posouzením OK na účinky skutečného požáru v požárním úseku.

Studie „Analýza účinků požáru…“ je pro zájemce k dispozici na vyžádání na danko@danko.cz.

Fire endurance of steel structure hollow sections
Fire and total burn-up of a huge warehouse building in Valašské Meziříčí on January 9, 1999 was professionally documented and analyzed by the author of the HARD system. The results from the analysis of the course of fire and taken photographic documentation were so convicting that a study was prepared called „Analysis of the fire impact of the huge warehouse from the HARD system – Experimental document of high fire endurance of hollow bars of hall steel structure as the base for certification of fire endurance of halls using the system VEDE to the level of R30. Experience from real-life fires lead to a conclusion that hollow sections have high fire endurance even in parts of thin walls and the endurance is much higher than profiles with one stalk. After professional assessment of warehouse fire analysis in Valašské Meziříčí, the steel structures made of hollow sections could be certified to the level of endurance of at least R15.

Autor

• Ing. Danko Vladimír