Požární zkouška v Mokrsku

• Foto

Při požáru byly měřeny teploty, celkové i poměrné deformace, tlaky par, vlhkost, sálání z konstrukce na konstrukci uvnitř požárního úseku i na ocelovou konstrukci vně před okenním otvorem, prostup teploty a plynů pláštěm a klimatické podmínky při zkoušce, viz [1]. Chování bylo zdokumentováno fotografiemi, videozáznamy a záznamy z termokamer. Pro zkoušku byl v areálu výukového střediska ČVUT Štola Josef postaven nový objekt, který zohledňoval předpokládaný vývoj stavebních technologií. Zkouška tematicky navázala na deset velkých požárních experimentů, které se uskutečnily na skutečných budovách s ocelovou, betonovou a dřevěnou nosnou konstrukcí v Cardingtonu ve Velké Británii v letech 1998 až 2003, viz [2].

Zkušební objekt představoval část jednoho podlaží administrativní budovy o rozměrech 18 × 12 m, obr. 1. Ocelobetonová deska nad prolamovanými nosníky byla navržena na rozpětí 9 × 12 m a nad nosníky s vlnitou stojinou na rozpětí 9 × 6 m, viz obr. 2. Dvě obvodové stěny byly tvořeny skládanými plášti s nosnými kazetami, minerální vlnou a vnějšími trapézovými plechy. Ve dvou 6 m polích bylo porovnáno chování dvou systémů skládaného pláště s nosným meziroštem a vodorovným plechem a svislým vnějším plechem bez roštu. Na dvě stěny byly navrženy sendvičové panely tloušťky 150 mm vyplněné minerální vlnou. Na jedné stěně byly panely uloženy ve vodorovném a na druhé ve svislém směru. Na části betonové stěny byla zevnitř přizděna stěna ze sádrových tvárnic.

MECHANICKÉ ZATÍŽENÍ
Mechanické zatížení bylo navrženo pro běžnou administrativní budovu, ve které se proměnné zatížení pohybuje v rozmezí 2,5 až 3,5 kN/m². Vlastní tíha zkoušené ocelobetonové konstrukce dosáhla 2,6 kN/m². Při zkoušce bylo proměnné zatížení vyvozeno 78 pytli se štěrkem, každý o průměrné hmotnosti 900 kg, v rozmezí 793 kg až 1.087 kg, viz obr. 3. Pytle byly umístěny na stropní desce na paletách. Hmotnost pytlů byla ověřena vážením kalibrovaným tenzometrickým můstkem při jejich ukládání. Pytle byly ve skupinách rozloženy tak, aby se dosáhlo rovnoměrného zatížení. Při mezním stavu na mezi únosnosti za běžné teploty by zatížení odpovídalo proměnnému zatížení 3,0 kN/m² a zatížení podlahami a příčkami 1,0 kN/m² v charakteristických hodnotách, viz [3].

POŽÁRNÍ ZATÍŽENÍ
Požární zatížení administrativní budovy se pro požární zkoušky konstrukcí simuluje nehoblovanými latěmi rozměrů 50 × 50 × 1 000 mm z měkkého dřeva. Na půdorysné ploše požárního úseku bylo rovnoměrně rozmístěno 50 hranic o objemu dřevní hmoty 15 m³. Každá hranice obsahovala 12 řad po 10 latích, celkem 120 latí, tj. asi 35,5 kg/m² dřeva, viz obr. 4. Při návrhu administrativní budovy se uvažuje s charakteristickou hodnotou požárního zatížení 420 MJ/m². Navržené množství paliva tak přesáhlo o asi 50 % charakteristické požární zatížení. Ve třetí vrstvě latí byly dřevěné hranice vzájemně provázány tenkostěnným profilem tvaru U, který byl pro rychlé rozhoření paliva při zapálení vyplněn minerální vlnou a napuštěn petrolejem. Při dosažení teploty plynu 50 °C označil velitel zkoušky akusticky její počátek. Okenní otvory bez skleněné výplně velikosti, která odpovídá moderní podlažní budově, zajistily ventilaci požárního úseku. Parapet byl navržen výšky 1 m a okna výšky 2,54 m s celkovou délkou 8,00 m s koeficientem plochy otvorů O = 0,064 m^1/2.

MĚŘENÍ TEPLOT
Teplota plynu byla měřena plášťovými termočlánky o průměru 3 mm a teplota nosných konstrukcí termočlánky o průměru 2 mm. Bylo instalováno 14 termočlánků v úrovni dolních pásnic nosníků, tj. 500 mm pod stropní deskou. Mezi okny a vzadu pod středem posledního prolamovaného nosníku byla měřena teplota po výšce požárního úseku. V ocelobetonové desce bylo umístěno 12 termočlánků, na nosnících 11, ve šroubových přípojích 37, viz obr. 5, v dutých panelech 6, v betonové stěně 16, v obvodových pláštích 24, na vnitřním sloupu 7 a u venkovního sloupu 24 termočlánků. Na západní straně lešení byla umístěna meteorologická stanice pro měření venkovní teploty a rychlosti a směru větru.

VLIV VĚTRU
Rychlost větru byla měřena meteorologickou stanicí FBI VŠB – TU Ostrava západním řadovém lešení ve výšce 4 m nad úrovní terénu, viz obr. 6. Objekt byl stěnou s okny situován pod 21° na SV. Na obr. 7 a 8 jsou zobrazeny složky rychlosti větru, které byly promítnuty podle záznamu větrné růžice do směrů sever – jih a východ - západ. Je vidět, že při zkoušce převažovala severní složka směru větru. Obr. 8 ukazuje, jak se během zkoušky severozápadní směr větru měnil na severovýchodní.

Obecně je na začátku požáru vyšší teplota vepředu požárního úseku a při plném rozhoření vzadu, což kromě numerických simulací potvrdily i experimenty s různě hlubokými požárními úseky, viz [4]. Po snížení povrchu odhořívaného paliva v přední části požárního úseku se při plném rozvinutí požáru dosahuje nejvyšší teploty v zadní části požárního úseku. Vlivem větru byla při rozvoji požáru změřena vyšší teplota plynu v přední části požárního úseku v úrovni nosníků s vlnitou stojitou, viz obr. 9. Nejvyšší teplota plynu byla naopak změřena v zadní části požárního úseku pod prolamovanými nosníky. Rozvoj teplot potvrzuje i teplota plynů zaznamenaná termočlánky v okenních otvorech, viz obr. 10. Přesun odhořívání hranic dřeva byl během zkoušky vidět i opticky, viz obr. 11.

SHRNUTÍ
Požární zkouška prokázala, že chování konstrukce vystavené požáru jako celku lze využít a zvýšit požární spolehlivost i ekonomii řešení. Podařilo se dosáhnout kolapsu ocelobetonové desky a prokázat požární odolnost R60 použitých konstrukčních prvků a pláště objektu. Numerická simulace problematiky větru při požáru probíhá na Universitě v Coimbře a její výsledky byly prezentovány na konferenci Application of Fire Engineering 19. a 20. února 2009 v Praze, viz www.fsv.cvut.cz/eurofiredesign.

Tato práce byla vypracována s podporou výzkumného centra MŠMT CIDEAS č. 1M0579 a grantem Metoda komponent pro navrhování styčníků za zvýšené teploty GAČR103-07-1142.

LITERATURA:
[1] Kallerová P. a Wald F.: Požární zkouška na experimentálním objektu v Mokrsku, ČVUT v Praze, srpen 2008, ISBN 978-80-01-04146-8
[2] Wald, F., Simões da Silva, L., Moore, D. B., Lennon, T., Chladná, M., Santiago, A., Beneš, M. and Borges, L.: Experimental behaviour of a steel structure under natural fire”, Fire Safety Journal 2006, Volume 41, Issue 7, s. 509–522
[3] Wald F. a kol.: Výpočet požární odolnosti stavebních konstrukcí, ČVUT, Praha 2005, 336 s., ISBN 80-01-03157-8
[4] Kirby, B. R. et al.: Natural fires in large scale fire compartments, BST, FRS, 1994

Fire test in Mokrsko
In the first part the article is dedicated to a fire test, which took place in Mokrsko in Příbram district on September 18th, 2008 under the supervision of the employees of the Department of Steel and Timber Structures of the Faculty of Civil Engineering of CTU in Prague. It was focused on specifying a description of elements and joints behaviour within a construction during fire. The article summarizes the aims of the fire test on a real building. A selected construction solution, mechanical and fire loading are shown in this article. Infl ence of wind on gas temperature development inside a fire area is discussed in detail.

Autoři

• Doc. Dr. Ing. Dudáček Aleš
• Ing. Zíma Pavel
• Prof. Ing. Wald František CSc.