Systém včasného varování proti přetížení střešní konstrukce hal klimatickým zatížením

• Foto

Pokud je zaslechnut zvuk deformování či praskání prvků střechy, nemusí být již dostatek času k tomu, aby v některých případech až několik tisíc diváků během velice krátké doby bylo schopno bez zmatků prostory haly opustit. Na halách, u kterých by mohlo dojít nejen k velkým materiálním ztrátám, ale hlavně ke zraněním, či dokonce ke ztrátě lidských životů, je účelné osadit na střešní konstrukci Systém včasného varování proti přetížení střechy klimatickým zatížením. Provozovatel hal, stadionů a nákupních středisek může namítnout, že kritické klimatické zatížení se vyskytuje jednou za mnoho let a že má provoz objektu pojištěn. Pokud ale v objektu bude umístěn systém indikující přetížení střechy, je otázkou jednání s pojišťovnou, zda nejde cenu pojistky vzhledem k této okolnosti upravit. Otázkou také je, kdo by provozovateli finančně vypomohl, pokud by k tragické události došlo u nepojištěné, nebo nedostatečně pojištěné střechy.

V následujícím textu se pokusíme objasnit podstatu Systému včasného varování proti přetížení střechy klimatickým zatížením.

Při budování systémů včasného varování proti přetížení střešních konstrukcí (SK) klimatickým zatížením musí být vzaty v úvahu možné způsoby dosažení mezních stavů únosnosti a použitelnosti SK, zejména:

a) dosažení mezní únosnosti nejvíce namáhaného prvku při monotónně rostoucím zatížení v pružně plastickém stavu namáhání;
b) v případě ocelových SK vznik únavové makrotrhliny o smluvní velikosti cca 0,5 mm s uvážením jejího postupného růstu do kritické velikosti v závislosti na teplotě prvku a rychlosti zatížení;
c) ztráta stability při monotónně rostoucím zatížení v pružně plastickém stavu namáhání;
d) dosažení frekvencí a amplitud kmitání nosné konstrukce haly včetně SK, nepřijatelných jak pro lidský organizmus, tak pro přístroje a zařízení nacházející se v prostorách haly;
e) dosažení stavu, kdy se vynucená frekvence blíží vlastní frekvenci kmitání SK;
f) dosažení podmínek, za kterých by došlo k porušení prvku SK náhlým (křehkým, houževnatým) lomem.

Před instalací měřicího systému proti přetížení SK klimatickým zatížením musí být proveden diagnostický průzkum aktuálního stavu konkrétní SK, zpracován výstižný matematický model nosné konstrukce a následně pak vypracován jeho projekt, který je schválen majitelem (investorem). Mohou nastat dva případy: a) jedná se o provozovanou halu, navrženou podle již neplatných norem; b) jedná se o nově navrhovanou halu podle stávajících norem.

PŘÍČINY VZNIKU NEBEZPEČNÝCH SITUACÍ SK A PŘÍSTUPY K JEJICH OMEZENÍ

Ocelové střešní konstrukce budované převážně v druhé polovině minulého století byly již při návrhu maximálně optimalizovány z hlediska ekonomického využití použitého materiálu. Vznikaly tak různé, v některých případech velmi složité, dvoudimenzionální či prostorové konstrukční celky. Nosné prvky byly často navrhovány i realizovány na hranici maximální využitelnosti průřezů pro zatížení definované v tehdy platné normě [1]. Proto mnohé ze starších a dosud užívaných SK z těchto důvodů nemusí vyhovovat požadavkům na zvýšená klimatická zatížení dle nyní platných norem [2] až [4] s novou metodikou stanovení výpočtových (návrhových) kombinací zatížení ze zatížení charakteristických (normových). Je tedy nutno buď přikročit k zesílení konstrukce, nebo stávající konstrukci nahrazovat konstrukcí novou. Kromě zatížení sněhem, ledem a vodou, jsou značně nebezpečné extrémní projevy větru, které se vzrůstajícími extrémními teplotními rozdíly se stávají stále častěji, orkán, downburst, dokonce i tornáda se v našich zeměpisných šířkách začínají objevovat.

Rozdíl v přístupu návrhu ocelových konstrukcí mezi novou [5] a dříve platnou normou [6] je téměř zanedbatelný. V případě stanovení účinku zatížení je však v některých případech postup těchto norem oproti původní ČSN normě [1] zcela odlišný. Především je prodloužena očekávaná doba návratu z 10 let na 50 let. Změna intenzity zatížení, ať už se jedná o zatížení stálá či klimatická, s sebou v některých případech nese nutnost statického přepočtu existující konstrukce, a to plně v souladu s platnou normou pro hodnocení stávajících konstrukcí ČSN ISO 13822 [8]. Jedná se zejména o případy, kdy dochází ke statickým zásahům do konstrukce, změně užívání apod. Přepočet a posouzení konstrukce pak musí být provedeny podle aktuálně platných norem a předpisů.

Při plánování rekonstrukce (opravy, modernizace, dostavby apod.) objektu se vždy musí provádět analýza konstrukce, pokud se:

1. mění velikost nebo uspořádání zatížení nebo uspořádání konstrukce;
2. zjistí poruchy nebo vady nosné konstrukce, které mohou ovlivnit její spolehlivost;
3. mění způsob využití stavby a v důsledku této změny se mění charakteristické hodnoty zatížení podle platných norem.

To s sebou přináší nutnost použít odlišné zatížení a jejich kombinace apod. Vstupní údaje pro statický výpočet se tak podle současně platných norem odlišuji od těch, které byly platné v období vzniku konstrukce. Z těchto důvodů je více než pravděpodobné dosažení odlišných závěrů vyplývajících ze statického výpočtu; bohužel ale obvykle zjišťujeme, že nosná konstrukce nevyhoví.

Analýza se nemusí provádět pro ty části konstrukce, které nejsou zásahem ovlivněny, tj. nejsou staticky ovlivněny plánovanými konstrukčními činnostmi v jiných částech objektu, jsou například odděleny dilatací apod. za podmínky, že se na nich nevyskytují poruchy a že dosud spolehlivě slouží svému účelu, který se nemění.

VLIV ZMĚNY NOREM NA VELIKOST ZATÍŽENÍ

Zatížení stálé

Rozdíl v přístupu nových norem [2] a [5] oproti původní [1] k výpočtu účinku stálého zatížení se projevuje v určení jeho návrhové (výpočtové) hodnoty. Toto je způsobeno zvýšením parciálního součinitele zatížení při použití nyní platné normy. Ten v sobě navíc zahrnuje tzv. součinitel modelové nejistoty, což vede ke zvýšení celkové hodnoty součinitele pro určení návrhové (výpočtové) hodnoty zatížení, viz tabulka 1.

Zatížení větrem

Způsob stanovení zatížení větrem je značně odlišný, přechod na novou normu je většinou charakterizován zvýšením hodnot zatížení větrem, především zvýšení hodnoty dynamického tlaku větru díky zvýšení očekávané doby návratu z 10 let na 50 let. V nové normě [4] je podstatně zvýšen parciální součinitel zatížení větrem, viz tab. 2.

Zatížení sněhem

Původní norma [1] a nová [3] pro výpočet zatížení sněhem jsou svojí filozofií (teoretickým přístupem) podobné. Je však mezi nimi výrazná odlišnost samotných map sněhových oblastí, zatěžovacích schémat a součinitelů zatížení, viz tab. 3. V případě sněhových map došlo k přesunu mnoha lokalit do vyšších sněhových oblastí, kterých je současně osm, oproti původním pěti. Z pohledu návrhu a posouzení SK z hlediska mezních stavů únosnosti je v platné normě [3] zarážející absence součinitele χ [11], který zohledňuje vliv vlastní váhy střešního pláště. Ten byl v normě [1] stanoven v závislosti na tíze střešního pláště hodnotou v intervalu 1,2 pro lehké střešní pláště, až 1,0 pro hmotné střešní pláště.

[S absencí součinitele χ souvisí rozbor provedený v článku (HOLICKÝ, M.; MARKOVÁ, J.; SÝKORA, M.: Spolehlivost lehkých střech zatížených sněhem; Stavební obzor, ročník 16, číslo 3/2007; ISSN 1210-4027) kde autoři poukazují na skutečnost, že v současnosti požadovaný index spolehlivosti (určený dle EN 1990) není pro velmi lehké střešní konstrukce (tj. konstrukce s poměrem veškerého stálého zatížení k zatížení sněhem cca 1:1 a méně a konstrukce s plošnou hmotností nižší než cca 100 kg/m²) často splněn.] pozn.

Součinitel zatížení je v nových normách [3] a [5] oproti původní normě [1] vyšší, viz tab. 3. Ke zvýšení zatížení sněhem nedojde v případech zachování sněhové oblasti pro určení základní tíhy sněhu, v níž se posuzovaný objekt nachází, jedná se o plochou střechu s lehkým střešním pláštěm, a pokud byl dle původní normy [1] vzat součinitel χ = 1,2. Další zpřesnění může přinést využití moderních podkladů pro určení základní tíhy sněhu, viz webové aplikace na stránkách www.snehovamapa.cz. Její využití umožňuje změna Z4 ČSN EN 1991-1-1 platná od 1. 5. 2012.

Kombinace zatížení

Kombinace zatížení dle původní normy [1] má být sestavena jako:

    (1)

kde:

γ je dílčí součinitel spolehlivosti pro neproměnné (stálé) zatížení (γ_G = 1,1 až 1,3), respektive pro v čase proměnné zatížení (sníh γ = 1,4; vítr γ = 1,2 nebo 1,3)
G_n je normová hodnota stálého zatížení;
D_n je normová hodnota nahodilého dlouhodobého zatížení;
K_n je normová hodnota nahodilého krátkodobého zatížení;
c je součinitel kombinace, který se uvažuje hodnotou: c = 1,0 (1 nahodilé krátkodobé zatížení);
c = 0,9 (2 nebo 3 krátkodobá nahodilá zatížení); c = 0,8 (4 nebo více krátkodobých nahodilých zatížení).

Lze-li krátkodobá zatížení seřadit podle účinku, které na konstrukci mají, uvažují se součinitele c následujícím způsobem: c = 1,0 (absolutně nejvyšší zatížení), c = 0,8 (druhé nejvyšší zatížení), c = 0,6 (ostatní zatížení).

Kombinace dle platné normy ČSN EN 1990 [5] jsou stanoveny v návrhové kombinaci, která je definována vztahem (2) (respektive 2a, b). Do výpočtu má být bráno v úvahu buď zatížení získané ze vztahu (2), nebo maximální hodnota ze vztahů (2a) a (2b). Pro velmi lehké SK nemusí být dosaženo požadované spolehlivosti ani použitím vztahu (2), který poskytuje o cca 10 až 15 % vyšší kombinace zatížení.

    (2)

    (2a)

    (2b)

kde:

γ je dílčí součinitel spolehlivosti pro neproměnné (stálé) zatížení (γ_G = 1,35), respektive pro v čase proměnné (užitné, klimatické, apod.) zatížení (γ_Q = 1,5);
G_k,j je charakteristická hodnota j-tého neproměnného zatížení;
Q_k,1 je charakteristická hodnota hlavního proměnného zatížení;
Qk,i je charakteristická hodnota vedlejšího i-tého proměnného zatížen;
ψ_o je součinitel pro kombinační hodnotu proměnného zatížení (ψ_o = 0,5 sníh; ψ_o = 0,6 vítr, další v ČSN EN 1990);
ξ je redukční součinitel pro nepříznivá stálá zatížení G (ξ = 0,85).

Závěry a doporučení související se změnou norem

S ohledem na nově platné evropské normy a v nich uvedené zvýšené hodnoty klimatických zatížení (sníh, námraza, voda, vítr) oproti normám platným v období návrhu konstrukce je vysoce pravděpodobné, že tyto dle dřívějších předpisů navrhované konstrukce již nebudou v případě provedení statického přepočtu splňovat v současnosti definované nároky na spolehlivost. Základní problémy spojené s přepočtem střešních konstrukcí jsou popsány výše.

Je nutno si uvědomit, jak individuálně se může změna norem na dané konstrukci projevit, a že především nelze obdržené závěry jednoduše zobecňovat a naopak vždy ke každé konstrukci přistupovat s přihlédnutím k danému konstrukčnímu typu, lokalitě stavby, její historii (tj. období vzniku, použité normy apod.), působícím specifickým zatížením atd.

Aplikací vhodného sytému včasného varování proti přetížení SK klimatickým zatížením je možno účinně předcházet havárii konstrukce v případech, kdy je sanace/zesílení nevyhovující střešní konstrukce nerealizovatelná resp. extrémně finančně náročná a konstrukce by jinak musela být bezpodmínečně snesena a nahrazena novou konstrukcí. Díky tomuto systému by také bylo možné snížit finanční náklady na rekonstrukci hal a SK, včas by byl např. odklízen sníh a nedosáhl by tak hmotnosti, kterou je třeba uvažovat podle nové normy [3]. Bez použití tohoto systému by navíc mohlo dojít ke ztrátě na lidských životech.

ZÁSADY NÁVRHU SYSTÉMU VČASNÉHO VAROVÁNÍ

Vybudování spolehlivého systému včasného varování proti přetížení SK klimatickým zatížením vyžaduje dostupnost: 

• dokumentace původního projektu haly včetně SK, výkresové dokumentace, statického výpočtu, mechanických a fyzikálních vlastností materiálů, použité technologie výroby, montáže a použitých postupů kontroly jakosti;
• změn od původního projektu;
• popisů vad nalezených při výrobě a montáží haly včetně SK a návrh na jejich odstranění, doložení jakosti jejich odstranění;
• výsledků nedestruktivních kontrol během provozu haly, nalezené vady, návrh na jejich odstranění, výsledků následujících nedestruktivních kontrol;
• informace o způsobu využívání haly.

V případě, že některé z výše uvedených podkladů nejsou k dispozici, je nutno je nahradit podrobnějším průzkumem.

Návrh systému včasného varování proti přetížení SK klimatickým zatížením vyžaduje:

• provést analýzu získaných podkladů o hale včetně SK;
• ověřit průzkumem skutečnosti uvedené v podkladech a zjistit aktuální stav konstrukce;
• na základě statického výpočtu identifikovat nejvíce namáhané prvky SK;
• zpracovat statický výpočet SK pro samostatně uvažovaná klimatická zatížení, resp. jejich kombinace, ověřit přitom, zda dříve vybraný soubor nejvíce namáhaných prvků SK je správný, nebo je třeba ho pozměnit, či doplnit;
• v případě potřeby experimentálně ověřit únosnost extrémně namáhaných rozhodujících prvků SK při respektování jejich uložení a zatížení;
• změřit nedostupné mechanické a fyzikální vlastnosti materiálů použitých na výrobu prvků SK, které budou osazeny čidly;
• projekt měřícího systému a v něm navrhnout vhodná čidla a jejich umístění na vybraných prvcích pro měření poměrných deformací (napětí), průhybů, posunutí, teploty, kmitání, tlaku (či rychlosti) větru, směru větru, navrhnout vhodný kamerový systém, apod;
• navrhnout postup zpracování dat změřených čidly, způsob archivace změřených dat na serveru provozovatele;
• nalézt nejvhodnější postup odklízení sněhu ze SK tak, aby při jeho odklízení ze střechy nedošlo k jejímu lokálnímu přetížení a zabránilo se tak jejímu kolapsu; přitom je třeba zjistit, jaká zařízení pro odklízení sněhu, ledu a vody má provozovatel haly k dispozici a v případě nutnosti je doplnil vhodnějšími;
• předběžně stanovit úrovně varování, při kterých musí být zahájeno jak odklízení sněhu či ledu ze SK a evakuace osob z haly. Stanovení limitních hodnot by mělo zohlednit očekávanou rychlost přírůstku srážek za dobu nutnou k zahájení odklízení a to v souladu s údaji ČHMÚ platných pro danou lokalitu;
• navrhnout způsob ověřování správné funkce systému včetně přesnosti měření čidel;
• navrhnout grafické znázornění na PC, které umožní vizuálně pozorovat časový průběh změřených dat vůči stanoveným úrovním varování a to alespoň za dobu posledních 15 minut a to pro každé čidlo samostatně;
• po instalaci měřícího systému experimentálně prověřit shodu mezi výpočtem a hodnotami měřených veličin zatěžovací zkouškou;
• po upřesnění výpočtu konstrukce a měřením na reálné SK zpřesnit úrovně varování.

Výpočet mezního zatížení, při kterém by došlo k poruše (havárii) SK, musí být vypracován nezávisle na původním statickém výpočtu. Statickým výpočtem, prováděným v době zpracování projektu stavby se SK, se totiž nestanovuje mezní zatížení, při kterém by došlo k jejímu porušení, resp. narušení její spolehlivosti z hlediska mezního stavu použitelnosti. Výpočtem mezního zatížení se naopak hledá nejnižší limitní hodnota zatížení sněhem (včetně jeho nasycení vodou, zatížení námrazou) v kombinaci např. se zatížením větrem a teplotou, při kterém již SK přestane vyhovovat. Přitom musí být vzato v úvahu zatížení vlastní hmotností SK a lokálními účinky strojního zařízení pro odklízení sněhu, které může trvale, anebo dočasně působit na SK. Ve výpočtu mezního stavu zřícení SK by měly být vzaty v úvahu inperfekce tvaru SK, které jsou známy a samozřejmě i další odchylky aktuálního stavu SK od projektového stavu. Doporučuje se vzít do výpočtu aktuální vlastnosti materiálu dílů SK. Většinou se ale projektant musí spokojit s jejich výpočtovými hodnotami, určenými pomocí součinitelů spolehlivosti.

Mezním stavem konstrukce může být rovněž kmitání SK (výchylky a frekvence kmitání) nežádoucí pro lidský organizmus. Nežádoucí je také přiblížení se frekvencí vynuceného kmitání frekvenci vlastních kmitů včetně harmonických kmitů. Jako čidla pro měření zrychlení a frekvencí kmitání mohou být použity akcelerometry. Projektant ocelové konstrukce s těmito možnými stavy počítá a navrhuje vhodné tlumiče, které mohou případně zareagovat na údaj čidla. U vysokých TV stožárů s vyhlídkovými halami a restauracemi mohou vhodná čidla, např. akcelerometry, na blížící se nebezpečné stavy upozornit, aby včas došlo k evakuaci návštěvníků, pokud jsou ještě funkční rychlovýtahy.

Ve všech případech musí být přesně definovány jak limitní hodnoty, jejichž dosažení je už nežádoucí pro lidský organizmus, tak limitní hodnoty, které jsou hodnotou spodní obálky dosažení mezního stavu konstrukce s přípustnou úrovní spolehlivosti. Tato spodní obálka mezního stavu má být stanovena pravděpodobnostním přístupem.

Jednou z funkcí vyhodnocovacího SW umístěného na serveru provozovatele haly se sledovanou SK je průběžná kontrola funkce systému a přesnosti měření jednotlivých čidel. Pro každé čidlo musí být nastaven rozsah, ve kterém se mají nalézat číselné hodnoty veličiny měřené daným čidlem, které lze považovat za hodnoty charakterizující spolehlivé chování konstrukce. Pokud se naměřená hodnota nalézá mimo nastavený interval, je třeba v poznámce ke grafickému znázornění měřených dat tuto skutečnost uvést a správci konstrukce tuto skutečnost signalizovat. Pokud se naměřená hodnota nalézá výrazněji mimo rozsah „bezpečného“ intervalu, je nutno neprodleně signalizovat tuto skutečnost obsluze a zahájit kroky pro ověření funkčnosti systému a vyhodnocení vážnosti vzniklé situace. Algoritmus vyhodnocení musí také kontrolovat návrat měřené hodnoty na její výchozí stav, kdy SK není namáhána klimatickým zatížením. Výchozí stav měření je označován jako „nulové čtení“ a má být nastaven v době, kdy SK není namáhána klimatickým zatížením.

ÚROVNĚ VAROVÁNÍ, JEJICH VIZUALIZACE A EVAKUACE OSOB

Správné nastavení úrovní varování vyžaduje znalost limitních hodnot, se kterými budou vyhodnocená změřená data srovnávána, nemusí být konstantami, obvykle jsou závislá na kombinaci zatížení sněhem a větrem, teplotě, rychlosti zatěžování a přítomnosti osob.

Pro jednotlivé typy nosných konstrukcí, anebo pro různě využívané nosné konstrukce téhož typu, musí být vytvořeny scénáře dosažení limitních hodnot mezních stavů i včetně scénářů souvisejících např. s odklízením sněhu ze SK. Z důvodu požadované úrovně spolehlivosti totiž neznamená, že limitní hodnotou je např. zatížení, při kterém dojde k totálnímu kolapsu ocelové konstrukce. Scénář dosažení limitní hodnoty bude nejprve definován technicky, následně pak vyjádřen analyticky a bude zpracován do algoritmu založeného do vyhodnocovacího počítače.

Systém včasného varování při dosažení limitní hodnoty mezního stavu nosné konstrukce musí být pojat do systému jakosti provozovatele zařízení. Řízeným způsobem musí být delegována práva a zodpovědnosti na osoby odpovídající za spolehlivost funkce systému včasného varování. Dodavatel tohoto systému musí definovat způsob kontroly spolehlivé funkce systému včasného varování včetně kritérií, podle kterých lze systém zařadit do stavů: dobrý, uspokojivý, vyhovující a nevyhovující. Při stavu „vyhovujícím“ bude systém připuštěn do provozu, ale musí být přijata opatření pro nápravu, která budou provedena v co možná nejbližší době. Při stavu „nevyhovujícím“ musí být systém včasného varování uveden alespoň do „uspokojivého“ stavu.

Při určování mezního stavu únosnosti prvků SK, při kterém dojde ke ztrátě spolehlivosti SK, musí být uvažována veškerá zatížení působící na SK, včetně statických a dynamických účinků a vlastní hmotnosti prvků SK. Přitom je nutno pro různé kombinace klimatických zatížení stanovit maximální přípustné hodnoty každého z nich. Těmito výpočty jsou dány nejnižší velikosti Xm,min měřených veličin, při kterých by bylo dosaženo mezního stavu únosnosti a došlo ke zřícení SK. Na základě těchto výpočtů je zpřesňován výběr kritických prvků SK a místa na nich, do kterých je nutné umístit čidla.

Mezního stavu únosnosti SK bývá dosaženo při podstatně vyšších klimatických zatíženích, než jsou normová. Na základě běžného statického výpočtu je možné určit odpovídající nejvyšší hodnotu měřenou čidlem Xn,max, která souvisí s kombinacemi všech normových zatížení.

Po zjištění přijatelné shody mezi výpočty MKP a hodnotami měřenými čidly na reálné SK, lze stanovit v závislosti na sledovaném scénáři porušení konstrukce úrovně varování. Např.

a) pro případ přetížení SK zatížením od sněhu:

• 1. úroveň upozornění (varování): signalizace operátorovi, resp. údržbě, že je potřeba zahájit nějakou akci za předpokladu, že sníh nepřestane padat. Přitom je nutné vzít v úvahu např. rychlost padání sněhu (rychlost zvyšování zatížení sněhem na SK), dobu, za kterou může být zahájeno odklízení sněhu
• 2. úroveň: indikace stavu, ve kterém by měl být prostor pod SK vyklizen, případně kdy budou provedena další opatření pro zamezení případné havárie.

b) pro případ náhlého selhání konstrukce:

• 1. úroveň varování (upozornění), při které musí prostor haly opustit diváci, hráči, cestující a nakupující a mělo být zahájeno odklízení sněhu ze SK, je pro každé čidlo dána 80 % z hodnoty X_n,max;
• 2. úroveň varování, při které musí prostor haly opustit obsluha cestujících a nakupujících, je pro každé čidlo dána hodnotou: min{1,2. X_n,max; 0,6. X_m,min};
• 3. úroveň varování, při které musí prostor haly opustit činovníci, řídící evakuaci haly, je pro každé čidlo dána hodnotou: min{1,4. X_n,max; 0,75. X^m,min}.

SW systému včasného varování proti přetížení SK klimatickým zatížením musí umožnit vizuálně na obrazovce vybraného PC pozorovat hodnoty veličin změřených čidly za posledních 15 až 30 minut. Potřebná doba závisí na tom, jak velké množství osob se v hale nachází, aby ji měly čas opustit. Operátor bude moci na obrazovce PC pozorovat vývoj nastalé situace. Pokud se přibližování měřených veličin k 1. úrovni varování bude zrychlovat, předá informaci správci haly, aby neprodleně zahájil statikem definované kroky pro zamezení havárie.

INFORMACE O INSTALOVANÝCH SYSTÉMECH VČASNÉHO VAROVÁNÍ

Vstupní hala letiště Ostrava-Mošnov

V zimě 2005/2006 byly neočekávaně velké návaly sněhu na střešních konstrukcích hal, které po přechodném zvýšení teploty a dešti byly značně nasyceny vodou, což vedlo k zřícení střech hal a ke ztrátě lidských životů. Vstupní hala letiště Ostrava-Mošnov byla dokončena v roce 2005, ale v době sněhového přívalu ještě nebyl dokončen podhled. Na střešní hale byly zřetelné vyšší deformace vaznic. Průhyby vaznic byly sice menší než normou přípustné průhyby, ale ne o mnoho. Po dohodě generálního ředitele společnosti VÍTKOVICE a ředitele letiště Ostrava‑Mošnov byl systém včasného varování na provozované vstupní hale letiště Ostrava‑Mošnov v roce 2008 nainstalován a je doposud funkční. Na obr. 1 až 3 je dokumentováno jeho budování, jsou zobrazena některá čidla a změřená napětí uprostřed rozpětí vaznice.

Objekt bývalého pavilonu D v areálu Brněnských veletrhů a výstav

V průběhu průzkumných a projekčních prací bylo zjištěno, že konstrukce zastřešení pavilonu realizovaného v 70. letech díky zvýšeným požadavkům na množství sněhu nevyhovuje požadavkům normy [5] a bylo tedy nutno navrhnout adekvátní opatření. S ohledem na nereálné náklady spojené s konvenčním zesílením bylo rozhodnuto o využití monitorovacího systému, tj. provozu konstrukce v režimu tzv. aktivního řízení rizik.

Na základě provedeného statického přepočtu byly označeny jednotlivé kritické prvky příhradové konstrukce zastřešení, které je třeba z hlediska monitoringu střechy sledovat. Limitní hodnota zatížení sněhem (stanovená na základě posudku nejslabších částí konstrukce) byla určena jako 55% z celkové normou požadované hodnoty. Vybrané prvky v kritických místech byly následně osazeny čidly systému, který je v plném provozu od roku 2014. Podrobnosti lze nalézt v [9], [10].

ZÁVĚRY

V článku jsme upozornili na možnost, jak zabránit haváriím i poruchám střešních konstrukcí. Díky systému včasného varování proti přetížení střechy klimatickým zatížením, např. sněhem, lze včas zahájit organizovanou evakuaci osob z hal a včas zahájit odklízení sněhu ze střechy. Lze také díky němu podstatně snížit finanční náklady na požadovanou rekonstrukci haly, nebo pouze její střešní konstrukce.

Vybudování systému včasného varování proti přetížení střech hal, stadionů, nákupních středisek není finančně nákladné ve srovnání s tím, že by bylo nutno SK zesilovat a samozřejmě i v porovnání s případnými ztrátami lidských životů, resp. s náklady na odstranění (byť jen dílčí) havárie SK. K úvaze je i možnost, aby SK s instalovanými systémy měly případně i zvýhodněny pojištění konstrukce.

Příspěvek vznikl za podpory projektu No. LO1408 „AdMaS UP – Advanced Materials, Structures and Technologies“ podporovaného Ministerstvem školství mládeže a tělovýchovy ČR.

LITERATURA:
[1] ČSN 73 0035 (1986) Zatížení stavebních konstrukcí;
[2] ČSN EN 1991-1-1 (73 0035) Zatížení konstrukci – Část 1-1: Obecná zatížení;
[3] ČSN EN 1991-1-3 (73 0035) Zatížení konstrukci – Část 1-3: Obecná zatížení – zatížení sněhem;
[4] ČSN EN 1991-1-4 (73 0035) Zatížení konstrukci – Část 1-4: Obecná zatížení – zatížení větrem;
[5] ČSN EN 1990 (73 0002) Zásady navrhování konstrukcí;
[6] ČSN 73 1401 (1998) Navrhování ocelových konstrukcí;
[7] ČSN EN 1993-1-1 (73 1401) Navrhování ocelových konstrukcí: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby;
[8] ČSN ISO 13822 (ČSN 73 0038) Hodnocení existujících konstrukcí.
[9] GIRGLE, F.; ŠTĚPÁNEK, P.; DANĚK, P.; RŮŽIČKOVÁ, J. Zatěžovací zkouška střešní konstrukce – kalibrace monitorovacího systému. Stavebnictví, 2015, roč. 9, č. 03, s. 48–52. ISSN: 1802-2030;
[10] GIRGLE, F.; ŠTĚPÁNEK, P.; DANĚK, P.; RŮŽIČKOVÁ, J. Provoz staticky nevyhovující lehké střešní konstrukce v režimu aktivního řízení rizik. Stavebnictví, 2015, roč. 9, č. 01–02, s. 44–49. ISSN: 1802-2030;
[11] MARKOVÁ, J.; SÝKORA, M.: Spolehlivost lehkých střech zatížených sněhem; Stavební obzor, ročník 16, číslo 3/2007; ISSN 1210-4027).

The Early Warning System Preventing against Overloading of Roof Structures of Halls by Climatic Stresses
Not every winter such a huge amount of snow falls; like it fell in the winter of 2005/2006 or, in some areas of the Czech Republic, in the winter of 2016/2017. It is a well-known fact that several roofs collapsed and, in some cases, these accidents resulted in casualties. If the snow is not timely removed from a roof and, moreover, is saturated by water, the load may exceed the originally designed load-bearing capacity of the roof and a collapse may occur. The buildings in question include mostly halls, stadiums and shopping centres where there is a heavy pedestrian traffic. The operators or owners of the facilities often have no clue about a critical level of a snow layer, mainly the snow saturated with water, and alternating layers of frozen and freshly fallen snow. Hence, they might be ignorant of the extent of endangering the people in the halls, stadiums and shopping centres.

Autoři

• prof. Ing. Vejvoda Stanislav CSc.
• prof. RNDr. Ing. Štěpánek Petr CSc.
• Ing. Girgle František Ph.D.
• Ing. Růžičková Jana