Zvýšení požární odolnosti stropů a střech zavěšenými podhledy podle ČSN P CEN/TS 13381-1

• průhyb uprostřed rozpětí zkušebního vzorku
• teploty zkušebního vzorku:

  T₁ - horní povrch podhledu
  T₂ - polovina výšky dutiny
  T₃ - vrchní plocha spodní pásnice
  T₄ - spodní povrch železobetonové desky
  T₅ - horní povrch železobetonové desky (neohřívaná strana zkušebního vzorku).
  

Omezení použití výsledků:

• shodná konstrukce podhledu
• materiálově shodné prvky nosné konstrukce
• shodné tepelně technické parametry (poměr tloušťky desky a teplotní vodivosti desky)
• výška dutiny stejná nebo větší jako u zkoušeného vzorku

Kritika ze strany CEN:

Hlavní výtka směřovala k tomu, že při sčítání hodnot požární odolnosti nechráněné vodorovné konstrukce (Rk) a zavěšeného podhledu (Rp) se nebere v úvahu postupné předehřívání stropní konstrukce nad podhledem.

3. Stanovení příspěvku podhledu k požární odolnosti nosných stropních a střešních konstrukcí podle ČSN P CEN/TS 13381-1

Zkušební vzorky - 4 varianty:

• ocelové nosníky zakryté vyztuženými deskami z lehčeného betonu
• ocelové nosníky zakryté vyztuženými deskami z hutného betonu
• ocelové nosníky zakryté (spřaženými) ocelobetonovými deskami
• dřevěné nosníky zakryté deskami na bázi dřeva

Doporučený (nejčastěji užívaný) zkušební vzorek: Ocelové nosníky zakryté vyztuženými deskami z lehčeného betonu.

Minimální rozměry: 3000 x 4000 mm

Průběh zkoušky:
Zkouška probíhá podle ČSN EN 1363-1 pod statickým zatížením vyvozeným tak, aby ohybový moment při zkoušce byl roven 60% maximálního ohybového momentu vypočteného za běžné teploty (podle příslušného Eurokódu).

Hlavní měření při zkoušce:

• průhyb uprostřed rozpětí zkušebního vzorku
• teploty zkušebního vzorku:

  a) v dutině (uprostřed výšky)
  b) na povrchu ocelových nosníků
  c) na ocelových přídavných deskách o rozměru 1000x300x10 mm
  d) na spodním povrchu stropních desek
  e) na horním povrchu stropních desek
  f) na neohřívaném povrchu ochranné membrány (podhledu)
  

Aplikovatelnost výsledků:

4. Prezentace výsledků zkoušky podle ČSN P CEN/TS 13381-1

Výsledkem zkoušky jsou pouze podklady pro prezentaci kriteria požární odolnosti R - nosnost. Prezentovány jsou časy dosažení limitní teploty v dutině podhledu a časy dosažení limitní teploty na povrchu ocelových nosníků - viz následující tabulky A a B.

Z uvedené tabulky lze přímo použít čas dosažení teploty 510 ⁰C na ocelových nosnících doporučeného součinitele A_m/V = (275 ± 25) .m^-1, z čehož lze stanovit kriterium R - nosnosti pro návrhovou teplotu. Rovněž lze použít čas dosažení teploty 300 ⁰C v dutině, což charakterizuje čas vznícení dřevěných nosníků. Ostatní změřené hodnoty jsou pro možnost přímého stanovení požární odolnosti stropní konstrukce chráněné podhledem prakticky nepoužitelné.

[tab.A]

[ tab. B]

5. Rozšířená aplikace výsledku zkoušky podle Eurokódů:

Tato zkušební norma umožňuje rozšířené aplikace výsledku na základě výpočtů podle Eurokódů pro klasické konstrukce (beton, ocel, ocelobeton, dřevo).

Vstupní základní okrajovou podmínkou pro výpočty je časový průběh referenční teplotní křivky, dosažené a vyhodnocené v dutině mezi podhledem a standardní stropní konstrukcí (ocelové nosníky zakryté vyztuženými deskami z lehkého betonu).

Referenční teplotní křivka je získána algebraickým průměrem vyhodnocené průměrné a maximální teploty v dutině v čase. Za tím účelem byl vytvořen výpočetní program nestacionárního vedení tepla, který může simulovat libovolný časový průběh tepelného působení na nosnou konstrukci. Tento výpočetní program vychází z běžně používaného programu TEPLO - Nestacionární vedení tepla.

Polynom proložený referenční teplotní křivkou je označen červeně na dvou příkladech podhledů RIGIPS:

6. Železobetonové stropní desky chráněné podhledem (příklad)

Výchozí podklady:
1. Eurokód 2 ČSN EN 1993-1-2 - Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-2: Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účinky požáru.
2. Zkouška podhledu podle ČSN P CEN/TS 13381-1
3. Eurokód 1 ČSN EN 1991-1-2 - Zatížení konstrukcí - Část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru.

U betonových konstrukcí se pro zjednodušení dovoluje použít redukčního součinitele účinku zatížení pro požární situaci:

kde
E_d - návrhová hodnota příslušných účinků zatížení ze základní kombinace podle ČSN EN 1990
E_fi,d - odpovídající konstantní návrhová hodnota pro požární situaci
η_fi - redukční součinitel definovaný v dílčích Eurokodech pro navrhování konstrukcí na účinky požáru

U ohýbaných železobetonových konstrukcí jsou tabelární hodnoty kriteria R - nosnosti v ČSN EN 1992-1-2 založeny na kritické teplotě oceli hlavní tahové výztuže

Na stejném principu jsou založeny výpočty požární odolnosti stropních železobetonových desek chráněných podhledy.

Výsledky hodnot požární odolnosti stropních železobetonových desek chráněných podhledem RIGIPS:

Klasifikace podle ČSN EN 13501-2:

7. Ocelové nosníky, chráněné podhledem (příklad)

Výchozí podklady
1. Eurokód 3 ČSN EN 1993-1-2 - Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-2, Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účinky požáru.
2. Zkouška podhledu podle ČSN P CEN/TS 13381-1
3. Eurokód 1 ČSN EN 1991-1-2 - Zatížení konstrukcí - Část 1-2, Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru.

U ocelových konstrukcí se pro zjednodušení dovoluje použít redukčního součinitele účinku zatížení pro požární situaci:

Podle ČSN EN 1993-1-2 lze mezní stav únosnosti ocelové konstrukce stanovit časem dosažení kritické teploty oceli, jejíž velikost je zavislá na stupni statického využití prvku za požáru µ0 podle vzorce:

Stupeň využití μ₀ pro prvky s průřezy 1.,2., nebo 3. třídy a pro všechny tažené prvky lze stanovit ze vztahu:

kde
E_fi,d je návrhový účinek zatížení pro požární situaci a
R_fi,d je návrhová únosnost pro požární situaci.

Zjednodušení podle ČSN 73 0810
Bez výpočtu napěťového stavu při úrovni zatížení za situace požáru lze uvažovat kriterium R - nosnosti pomocí času dosažení kritické teploty oceli:

Tato hodnota je v souladu jak s ČSN 73 0810, tak s NA ČSN EN 1993-1-2 pro ohýbané prvky průřezů 4. třídy

Výsledky hodnot požární odolnosti stropních ocelových nosníků, chráněných podhledem RIGIPS PK 21 - 1x12,5 mm DF (RF)

Výsledky hodnot požární odolnosti stropních ocelových nosníků, chráněných podhledem RIGIPS PK 22 - 2x12,5 mm DF (RF)

8. Dřevěné nosníky chráněné podhledem (příklad)

Výchozí podklady:
1. Eurokód 5 ČSN EN 1995-1-2 - Navrhování dřevěných konstrukcí - Část 1-< 2 „Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účinky požáru“.
2. Zkouška podhledu podle ČSN P CEN/TS 13381-1
3. Eurokód 1 ČSN 1991-1-2 - Zatížení konstrukcí - Část 1-2 „Obecná zatížení Zatížení konstrukcí, vystavených účinkům požáru“.

U dřevěných konstrukcí se pro zjednodušení dovoluje použít redukčního součinitele účinků zatížení pro požární situaci:

Podle ČSN EN 1995-1-2 se uvažuje návrhová hloubka zuhelnatění:

kde
β_n je nominální návrhová rychlost zuhelnatění [mm/min]
t - doba zuhelnatění

Pro obdélníkový trám vystavený účinkům požáru ze 3 stran platí:
b_r = b - 2.d_char,n
h_r = h - d_char,n
w_r = b_r.. h_r² / 6

Pro běžné případy rostlého dřeva (smrk, borovice) se bere nominální návrhová rychlost zuhelnatění hodnotou

Příklad trámů z rostlého dřeva, chráněných podhledem RIGIPS PK 21 a PK 22:

Klasifikace podle ČSN EN 13501-2

9. Ocelobetonové stropní desky chráněné podhledem(příklad)

Výchozí podklady
1. Eurokódů 4 ČSN EN 1994-1-2 Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí - část 1-2: Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účinky požáru.
2. Zkouška podhledu podle ČSN EN P CEN/TS 13381-1
3. Eurokód 1 ČSN EN 1991-1-2 Zatížení konstrukcí - část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru.

U ocelobetonových konstrukcí se pro zjednodušení dovoluje použít redukčního součinitele účinku zatížení pro požární situaci

Níže uvedený příklad s tabulkami je zvolen pro ocelobetonové desky - nespřažené - tj.

• nosný ocelový trapézový plech
• nenosná výplň z hutného betonu tloušťky > 40 mm

Zjednodušení podle ČSN 73 0810

Bez výpočtu napěťového stavu při úrovni zatížení za situace požáru lze uvažovat kriterium R - nosnosti pomocí času dosažení kritické teploty oceli:

Tato hodnota je v souladu jak s ČSN 73 0810, tak s NA ČSN EN 1993-1-2 pro ohýbané prvky průřezů 4. třídy

Příklad ocelobetonových desek z trapézového plechu vyplněného normálním betonem o tl. > 40 mm, chráněných podhledem RIGIPS - sádrokartonové desky DF (RF)

Příklad ocelobetonových desek z trapézového plechu vyplněného normálním betonem o tl. > 40 mm, chráněných podhledem RIGIPS - GRG RIDURIT 1 x 15 mm

10. Závěr:

Rozšířená aplikace výsledků zkoušek požární odolnosti byla ukázána na příkladu dvou běžných sádrokartonových podhledů RIGIPS PK 21 a PK 22, provedených podle ČSN P CEN/TS 13381-1 v akreditované požární zkušebně PAVUS a. s. Veselí n. Lužnicí.

Základem pro výpočty provedené podle Eurokódů na upraveném programu TEPLO/EURO je vstupní referenční teplotní křivka, získaná ze zkoušek podhledů.

Výsledky zkoušek podhledů byly rozšířeny pro čtyři druhy nosných vodorovných konstrukcí, chráněných ze spodní strany podhledy:

• železobetonová deska
• ocelové nosníky
• dřevěné trámy
• ocelobetonové desky

Uvažuje se i o dalších možnostech rozšířených aplikací výsledků zkoušek podhledů s jinými konstrukcemi, které nejsou předmětem výpočtových metod podle Eurokódů.

Závěrem je třeba uvést, že tento příspěvek je výsledkem týmové práce na nových teoreticko-experimentálních postupech, realizovaných společně na pracovišti PAVUS a. s. a Expertizního střediska požární bezpečnosti staveb.