POŽÁRNÍ INŽENÝRSTVÍ V SOUVISLOSTECH III

SDRUŽENÍ POŽÁRNÍHO A BEZPEČNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ FAKULTA BEZPEČNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ ČESKÁ ASOCIACE HASIČSKÝCH DŮSTOJNÍKŮ

KOLEKTIV AUTORŮ

POŽÁRNÍ INŽENÝRSTVÍ V SOUVISLOSTECH III.

Ostrava 2015

SDRUŽENÍ POŽÁRNÍHO A BEZPEČNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ FAKULTA BEZPEČNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ ČESKÁ ASOCIACE HASIČSKÝCH DŮSTOJNÍKŮ

KOLEKTIV AUTORŮ

POŽÁRNÍ INŽENÝRSTVÍ V SOUVISLOSTECH III.

SDRUŽENÍ POŽÁRNÍHO A BEZPEČNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ FAKULTA BEZPEČNOSTNÍHO INŽENÝRSTVÍ ČESKÁ ASOCIACE HASIČSKÝCH DŮSTOJNÍKŮ

© Kolektiv autorů, 2015 ISBN 978-80-7385-164-4 Tato kniha, ani žádná její část nesmí být kopírována, rozmnožována, ani jinak šířena bez předchozího písemného souhlasu vydavatele. Veškerá práva autorů a Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství jsou vyhrazena.

Kolektiv autorů: Ing. Isabela Bradáčová, CSc. Ing. Tereza Česelská, Ph.D. prof. Dr. Ing. Aleš Dudáček Ing. Pavlína Matečková, Ph.D. Ing. Petr Mynarčík Ing. Miroslav Mynarz Ing. Martin Nanek doc. Ing. Miroslava Netopilová, CSc. Ing. Zdeněk Nytra Ing. Tomáš Pavlík Ing. Martin Pliska prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD. doc. Dr. Ing. Michail Šenovský doc. Ing. Pavel Šenovský, Ph.D. Ing. Zdeněk Šlachta Ing. Kristýna Vavrušová, Ph.D Ing. Vladimír Vlček, Ph.D.

Editoři publikace: doc. Ing. Petr Kučera, Ph.D. VŠB – TU Ostrava Ing. Jiří Pokorný, Ph.D., MPA Česká asociace hasičských důstojníků

Obsah Předmluva ............................................................................................................ 1  1  Struktura metodiky ....................................................................................... 2  2  Aplikační příklady......................................................................................... 3  2.1  Dynamika požáru (příloha 8.1 Metodiky) .............................................. 3  Příklad 1 Stanovení hodnoty konvektivní rychlosti uvolňování tepla požáru řízeného odvětráním ...................................................................... 3  Příklad 2 Výpočet parametrické teplotní křivky ........................................... 4  Seznam použitých symbolů........................................................................... 9  Literatura ..................................................................................................... 10  2.2  Účinky výbuchu (příloha 8.3 Metodiky) .............................................. 11  Příklad 1 Stanovení účinků vnitřního výbuchu zemního plynu .................. 11  Seznam použitých symbolů......................................................................... 15  Literatura ..................................................................................................... 15  2.3  Požární odolnost stavebních konstrukcí (příloha 8.6 Metodiky) .......... 16  Část A Betonové konstrukce ..................................................................... 16  Příklad 1 Stanovení tabulkové požární odolnosti železobetonové vaznice 16  Příklad 2 Výpočetní ověření požární odolnosti železobetonové desky pro REI 120 ................................................................................................... 18  Příklad 3 Interakční diagram pro stanovení únosnosti sloupu v čase 60 minut metodou izotermy 500 ............................................................. 21  Seznam použitých symbolů v části A ......................................................... 27  Část B Ocelové konstrukce ...................................................................... 28  Příklad 1 Posouzení nechráněného nosníku z hlediska času a teploty ....... 28  Příklad 2 Posouzení nechráněného nosníku z hlediska únosnosti teploty .. 30  Seznam použitých symbolů v části B ......................................................... 32  2.4  Zásady evakuačních procesů a evakuační modely (příloha 8.7 Metodiky) .............................................................................................. 33  Příklad 1 Stanovení doby do zahájení evakuace ......................................... 33  Příklad 2 Stanovení doby pohybu osob objektem....................................... 36  Příklad 3 Stanovení doby potřebné pro evakuaci osob ............................... 38  Seznam použitých symbolů......................................................................... 40  Literatura ..................................................................................................... 40  2.5  Požárně nebezpečný prostor, odstupové vzdálenosti (příloha 8.8 Metodiky) .............................................................................................. 41 

Příklad 1 Stanovení odstupové vzdálenosti od hořáku ............................... 41  Příklad 2 Stanovení odstupové vzdálenosti od okna umístěného v kolmé dispozici vůči střešnímu plášti ................................................................ 41  Seznam použitých symbolů......................................................................... 44  Literatura ..................................................................................................... 44  2.6  Statistická data o požárech (příloha 8.9 Metodiky) .............................. 45  Příklad 1 Volba požárních scénářů ............................................................. 45  Literatura ..................................................................................................... 49  3  Závěr ............................................................................................................. 50 

Předmluva Předložený třetí díl kolektivní monografie obsahuje příklady požárně inženýrských aplikací, které byly zpracovány v návaznosti na Metodiku pro specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Metodika byla zpracována v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky v letech 2010 - 2015 (BV II/2 – VS) a je výstupem projektu výzkumu, vývoje a inovací s názvem Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství, s identifikačním kódem VG20122014074. Metodika byla certifikována Ministerstvem vnitra-generálním ředitelstvím Hasičského záchranného sboru České republiky dne 15. dubna 2015. Monografie volně navazuje na předchozí kolektivní monografie Požární inženýrství v souvislostech I a Požární inženýrství v souvislostech II, zpracované v rámci projektu.

1

1 Struktura metodiky Metodika pro specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství (dále také jen „metodika“) sestává ze šesti základních oblastí řešení, které jsou doplněny souvisejícími kapitolami dotvářejícími její rámec. Podrobnosti k jednotlivým oblastem řešení metodiky jsou rozvedeny v přílohách (viz Obr. 1).

Obr. 1 – Struktura metodiky 2

2 Aplikační příklady Zpracované příklady navazují na kap. 8 metodiky (přílohy), kde jsou podrobně rozvedeny výpočtové postupy. Kapitoly v monografii jsou řazeny podle příloh, což je patrné také z jednotlivých titulů. 2.1 Dynamika požáru (příloha 8.1 Metodiky) Příklad 1 Stanovení hodnoty konvektivní rychlosti uvolňování tepla požáru řízeného odvětráním Zadání Rozměry požárem zasaženého kancelářského prostoru mají půdorysné rozměry 7 × 6 m. V obvodové stěně je okno o rozměrech 1,6 × 1,8 m a dveře se zasklením o rozměrech 0,6 × 0,5 m. Rozměr je udán ve formátu šířka × výška. Rychlost uvolňování tepla (HRR) připadající na 1 m2 podlahové plochy kanceláří je 250 kW. Stanovme hodnotu konvektivní rychlosti uvolňování tepla pro návrhový požár řízený odvětráním. Výpočet Místnost má půdorysnou plochu: A = 7 . 6 = 42 m2  Za předpokladu, že požárem bude zasažena celá místnost a požár bude řízen množstvím dostupného paliva: 42. 250

10 500 kW = 10,5 MW

Maximální rychlost uvolňování tepla požáru řízeného odvětráním stanovíme z rovnice [1], [2] a [3]. Nejprve ale vypočteme celkovou plochu otvorů A0 a vážený průměr výšek otvorů H0: 1,6 . 1,8

.

 . ,

0,6 . 0,5

, . , ,

3,18 m2

1,68 m

Hodnoty a nyní dosadíme do rovnice pro výpočet maximální rychlosti uvolňování tepla: 3

0,1 .    .  

 .  

=

0,1 · 0,8 . 17,5 . 3,18 √1,68 = 5,78 MW < Konvektivní podíl rychlosti uvolňování tepla se pro pevné látky a kapaliny pohybuje v rozmezí 0,6 až 0,7, pak lze užít rovnice: 0,7 .   0,7 .  5,78 = 4,05 MW Komentář k výsledku Z výpočtu vyplývá, že požár bude ve fázi plně rozvinutého požáru řízen odvětráním s maximální rychlostí uvolňování tepla 5,78 MW a jeho hledaný konvektivní podíl je 4,05 MW.

Příklad 2 Výpočet parametrické teplotní křivky Zadání Stanovme parametrické teplotní křivky pro požární úsek o rozměrech 10 m × 7 m × 3 m (d × l × h) umístěný v kancelářském objektu. V požárním úseku se nachází 5 okenních otvorů o rozměrech 2,0 m × 1,6 m (š × v). Stěny jsou z lehčených cihel, podlahy a stropy jsou z železobetonu. Výpočet Určení základních parametrů [3], [4]:  plocha požárního úseku  .

10 .  7

70 

 celková plocha svislých otvorů . š .

5 . 2 . 1,6

16 

 celková plocha konstrukcí ohraničující požární úsek včetně otvorů 2

2

 

2. 70

2 10

7 .3

242 

 koeficient povrchů pro konstrukci ohraničující požární úsek (Tab. 10 [1]) - železobetonová podlaha a strop 1742 J.m-2.s-0,5.K-1

2300.840.1,57 - cihlové stěny (lehčené) √1600.840.0,7

970 J.m-2.s-0,5.K-1

4

- celkový součinitel b ∑

.

1742. 2. 70

970  2 10 242 16

7 .3

podmínka: 100 ≤ b ≤ 2200 J.m-2.s-0,5.K-1

16

1448 J. m . s

,

.K

vyhovuje

 koeficient otvorů 16 √1,6 242

0,084 m

podmínka: 0,02 ≤ O ≤ 0,20 m0,5

,

vyhovuje

 pomocný součinitel  0,084⁄1448 0,04⁄1160

⁄ 0,04⁄1160

2,83

 hustota požárního zatížení vztažená k podlahové ploše - charakteristická hustota požárního zatížení vztažená k podlahové ploše -2 f,k   511 MJ.m (Tab. E.4 [3]) - součinitel vyjadřující nebezpečí vzniku požáru v závislosti na velikosti požárního úseku (lineárně se interpolují hodnoty Tab. E.1 [3]) 70 25 1,1 1,5 1,1 . 1,18 250 25 - součinitel zohledňující nebezpečí vzniku požáru vlivem druhu provozu    1,0  Tab. E.1  3   - součinitel, kterým se do výpočtu zavádí aktivní požární ochrana je určen    1,0   návrhová hustota požárního zatížení ,

,

.

.

.

.

511. 1,0. 1,18. 1,0. 1,0

603  MJ.m-2

 hustota požárního zatížení vztažená k ploše povrchu požárního úseku ,

podmínka:

,

.

/

603 . 70/242

50 ≤ qt,d ≤ 1000 MJ.m-2

174,4 MJ.m-2   vyhovuje

5

 

Maximální dosažená teplota: Nejprve je třeba zjistit dobu dosažení nejvyšší teploty při požáru řízeném palivem, která je pro administrativní prostory udávána tlim = 20 min = 0,333 hodin. Poté určíme dobu tmax, ve které je dosaženo maximální teploty: 0,2. 10

⁄         požár řízený odvětráním                                                                                          požár řízený palivem  ,

0,2. 10 . 174,4⁄0,084                                     0,333                            

0,415 hodin 

= 0,415 hodin. Můžeme pak Požár je řízený odvětráním, neboť je hodnota , při kterém je dosaženo nejvyšší teploty: určit náhradní čas .

0,415 . 2,83

1,174  hodin  

Maximální teplota je dána: ,

1325  1 0,324 . , 0,472

,

969 °C

, . ,   

  

0,204

, . ,

  

20 

Fáze rozvoje požáru Teplotní křivka ve fázi rozvoje je dána vztahem: 1325  1

0,324

,

0,204

,

0,472

20

kde náhradní čas t*   t.  = 2,83.t  Pozn.: Výpočet rozvoje teploty v požárním úseku je vhodné provádět v časových krocích náhradního času t*max, při kterém je dosaženo nejvyšší teploty.

Fáze chladnutí O výběru vhodné rovnice rozhoduje vypočtená náhradní doba platí tedy funkce: ,

250  3

969

250  3

969

456,5

. 1,174

1,174.1

1,174

6

= 0,829 h,

Přehled výsledných teplot je uveden v Tab. 1 a průběh teplot je graficky znázorněn na Obr. 2. Tab. 1 – Průběh teplot parametrické teplotní křivky dle Eurokódu 1 t  (min)

t 



t*

(h)

(-)

(h)

teplota g  (°C)

0

0,000

2,83

0,000

20

5

0,083

2,83

0,236

747

10

0,167

2,83

0,472

833

15

0,250

2,83

0,708

891

20

0,333

2,83

0,943

935

24,9

0,415

2,83

1,174 a)

969

25

0,417

2,83

1,179

949

30

0,500

2,83

1,415

841

35

0,583

2,83

1,651

734

40

0,667

2,83

1,887

626

45

0,750

2,83

2,123

518

50

0,833

2,83

2,358

411

55

0,917

2,83

2,594

303

60

1,000

2,83

2,830

195

65

1,083

2,83

3,066

88

70

1,167

2,83

3,302

20

75

1,250

2,83

3,538

20

80

1,333

2,83

3,773

20

a)

t*   t*max, tj. dosažena maximální teplota g,max

7

Obr. 2 – Průběh teplot parametrické teplotní křivky v kancelářském prostoru

8

Seznam použitých symbolů Jednotka

Rozměr 2

A  Af  Aj  Ao  A t  Av  Ho  Hw  O    

b  bj  c  heq  m  qf,d 

m m2 m2 m2 m2 m2 m MJ.kg-2 m0,5 kW kW MW -2 -0,5 -1 J.m .s .K J.m-2.s-0,5.K-1 J.kg-1.K-1 m MJ.m-2

qf,k 

MJ.m-2

qt,d 

MJ.m-2

t  t *  tlim  tmax  t*max  x    g  g,max  q,1 

h, min, s h min; h h h o C o C -

     

q,2 

-

q,n 

-

     χs 

W.m-1.K-1 kg.m-3 -

Popis plocha požáru plocha požárního úseku plocha j-té ohraničující konstrukce plocha otevřených otvorů celková plocha ohraničujících konstrukcí místnosti celková plocha svislých otvorů výška otevřených otvorů normová výhřevnost dřeva koeficient otvorů konvektivní rychlost uvolňování tepla max. rychlost uvolňování tepla požáru řízeného palivem max. rychlost uvolňování tepla požáru řízeného odvětráním koeficient povrchů koeficient povrchu j-té ohraničující konstrukce měrné teplo vážený průměr výšky okenních otvorů součinitel hoření návrhová hustota požárního zatížení vztažená na podlahovou plochu hustota charakteristického požárního zatížení vztažená na podlahovou plochu požárního úseku návrhová hustota požárního zatížení vztažená na plochu konstrukcí ohraničující požární úsek čas náhradní čas čas dosažení nejvyšší teploty při požáru řízeném palivem čas dosažení maximální teploty v požárním úseku náhradní čas při maximální teplotě v požárním úseku součinitel pomocný součinitel teplota plynů v požárním úseku maximální dosažená teplota v požárním úseku součinitel vyjadřující nebezpečí vzniku požáru v závislosti na velikosti požárního úseku součinitel zohledňující nebezpečí vzniku požáru vlivem druhu provozu součinitel, kterým se do výpočtu zavádí aktivní požární ochrana (SHZ, EPS a dojezd jednotek PO) tepelná vodivost hustota součinitel efektivnosti spalování 9

Literatura [1]

[2]

[3]

[4]

[5]

KUČERA, P. a kol. Metodika pro specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti staveb. Praha: MV – generální ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky, 2015, 25 s. KUČERA, P. et al. Metodický postup při odlišném způsobu splnění technických podmínek požární ochrany. Edice SPBI SPEKTRUM, sv. 56. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2008. s. 201. ISBN 978-80-7385-044-9. ČSN EN 1991-1-2: Eurokód 1 Zatížení konstrukcí -Část 1-2: Obecná zatížení Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. Praha : Český normalizační institut, 2004. KUČERA, P. – PAVLÍK, T. – POKORNÝ, J. – KAISER, R. Požární inženýrství – dynamika požáru. Edice SPEKTRUM, sv. 65. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2009. s. 152. ISBN 978-80-7385-074-6. KARLSSON, B. – QUINTIERE, J.G. Enclosure Fire Dynamics. Boca Raton, USA : CRC Press. pp. 336, 1999. ISBN 0-8493-1300-7.

10

2.2 Účinky výbuchu (příloha 8.3 Metodiky) Příklad 1 Stanovení účinků vnitřního výbuchu zemního plynu Zadání V kuchyni panelového domu dojde k uhasnutí plamene hořáku na plynovém sporáku a unikající zemní plyn se začne šířit v místnosti. Po dosažení homogenní koncentrace cCH4 = 9,5 obj. % v celém prostoru místnosti dojde k sepnutí elektrického zařízení, které způsobí iniciaci hořlavé (výbušné) směsi. Budovou je panelový dům typu T 06 B – BTS (vlevo na obr. 3), který má 12 nadzemních podlaží s 60ti bytovými jednotkami. Popisovaná místnost kuchyně se nachází v 1. NP, má obdélníkový půdorys o rozměrech 3,4 x 3,6 m a světlou výšku 2,6 m. Před okenním (a dveřním) otvorem kuchyně se nachází místní komunikace a parkoviště s častým pohybem osob a vozidel (vpravo na obr. 3). Teplota okolního vzduchu T0 = 21 °C. Hustota metanu při dané teplotě ρCH4 = 0,676 kg.m-3. Hmotnost obalových ploch (zasklení) mo = 1,4 kg. Faktor konverze αe je stanoven na 3 %. Výbuchové teplo TNT (trinitrotoluen) QTNT = 4200 kJ.kg-1 a spalné teplo metanu QCH4 = 55560 kJ.kg-1. Stanovte hodnotu dopadajícího výbuchového tlaku ve vzdálenosti 8 m před okenním (a dveřním) otvorem kuchyně.

Obr. 3 – Panelový dům typu T 06 B – BTS a situační nákres (včetně půdorysu dispozice typického podlaží) Výpočet Nejdříve je zapotřebí stanovit objem místnosti: ·

·

3,4 · 3,6 · 2,6

31,8 m

11

Na základě spočteného objemu a předpokládané koncentrace v místnosti lze stanovit množství uniklého hořlavého plynu: 31,8 · 9,5 · 3,0 m 100 100 Pokud je známé množství uniklého plynu lze spočíst jeho hmotnost:  

· 3,0 · 0,676 2,0 kg Balistický poměr hmotnosti obalu k hmotnosti plynu se stanoví: 1,4 0,7 2,0 Koeficient těsnění je pak vypočten: 0,8 0,8 0,2 0,2 1 1 0,7

0,7

Tritolový ekvivalent je stanoven dle vztahu: 55560   · 0,03 · 0,397 4200 Celkovou ekvivalentní hmotnost plynu lze získat ze vztahu:          

 

 

2,0 · 0,397 · 0,7 · 1,0

0,5 kg 

Redukovanou vzdálenost lze spočíst podle vzorce: Výpočet výbuchových parametrů stanovíme dle různých zdrojů: 1. Ruské prameny (Korenev) – přetlak v pozitivní fázi tlakové vlny 0,1 0,43 1,4 0,1 0,43 1,4 9,9 9,9 9,9 – podtlak v negativní fázi tlakové vlny 0,03 0,03 3,0 kPa  9,9 – doba trvání pozitivní fáze tlakové vlny 1,7 · 10

·√

·√

1,7 · 10

·

15,9 kPa

0,5 · 8,0

– doba trvání negativní fáze tlakové vlny 0,016 · √

0,016 ·

0,5

12

0,013 s

0,004 s  

2. M. A. Sadovskij Celkovou ekvivalentní hmotnost plynu spočteme s dvojnásobkem skutečné hmotnosti plynu:  2 ·

2 · 2,0 · 0,397 · 0,7 · 1,0

 

1,1 kg 

Redukovaná vzdálenost se stanoví: – přetlak v pozitivní fázi tlakové vlny 0,076 0,255 0,650 0,076 7,8

0,255 7,8

0,650 7,8

15,3 kPa

3. J. Henrych – přetlak v pozitivní fázi tlakové vlny 0,0662 0,405 0,3288 0,0662 9,9

0,405 9,9

0,3288 9,9

11,2 kPa

4. D. Makovička Za hmotnost nálože se dosazuje dvojnásobek skutečné hmotnosti plynu. – přetlak v pozitivní fázi tlakové vlny 0,0932 0,383 1,275 0,0932 7,8 – podtlak v negativní fázi tlakové vlny 0,035 0,035   4,5 kPa   7,8 – doba trvání pozitivní fáze tlakové vlny 1,6 · 10

·√

·√

 1,6 · 10

0,383 7,8

·

1,275 7,8

1,1 · 8,0

20,9 kPa

0,005 s 

– doba trvání negativní fáze tlakové vlny 0,016 · √

 0,016 · √1,1

0,017 s 

Zhodnocení vypočtených výbuchových parametrů: Z [m]

p+ [kPa]

p- [kPa]

+ [s]

- [s]

Ruské prameny

9,9

15,9

3,0

0,004

0,013

M. A. Sadovskij

7,8

15,3

-

-

-

J. Henrych

9,9

11,2

-

-

-

D. Makovička

7,8

20,9

4,5

0,005

0,017

13

Zjednodušený průběh tlakové vlny:

Obr. 4 – Graf s vykreslenými hodnotami spočtenými dle ruských pramenů Komentář k výsledku Vypočtené tlaky dle jednotlivých autorů se mírně liší. Doporučuje se volit mezilehlé hodnoty výbuchových tlaků, v případě nejistoty, kdy je zapotřebí zaručit zvýšenou bezpečnost návrhu lze volit hodnotu nejvyšší. Výpočtové postupy dle některých autorů poskytují vztahy umožňující určit pouze hodnoty přetlaku, což je obvykle nejžádanější výbuchový parametr. Pro ucelený odhad výbuchového zatížení jsou důležité i další parametry (doby trvání jednotlivých fází výbuchu, hodnoty podtlaku případně specifického výbuchového impulsu).

14

Seznam použitých symbolů Jednotka a  b  c  cCH4  kB  kE  kG  kTNT mo p+ pQTNT Qv R Vm VCH4 W WCH4 Z αe ρCH4 τ+ τ- 

Rozměr m m m % kg MPa MPa kJ.kg-1 kJ.kg-1 m m3 m3 kg kg m.kg-1/3 kg.m-3 s s

Popis šířka místnosti délka místnosti světlá výška místnosti objemová koncentrace metanu balistický poměr koeficient těsnění nálože koeficient geometrie šíření tritolový ekvivalent hmotnost obalu nálože/směsi plynů přetlak na čele vlny podtlak podtlakové fáze vlny výbuchové teplo trinitrotoluenu (TNT) výbuchové teplo dané směsi plynů vzdálenost epicentra výbuchu od překážky objem místnosti množství/objem uniklého metanu ekvivalentní hmotnost nálože hmotnost uniklého metanu redukovaná odstupová vzdálenost faktor konverze směsi hustota metanu (při 21 °C) doba trvání přetlakové fáze doba trvání podtlakové fáze

Literatura [1]

BANGASH, M. Y. H. Shock, Impact and Explosions - Structural Analysis and Design. Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. KG. 2009. pp. 1410.

[2]

HENRYCH, Josef. Dynamika výbuchu a její užití. 1. vyd. Praha: Academia, 1973, pp. 411

[3]

KUČERA, P. a kol. Metodika pro specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti staveb. Praha: MV-generální ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky, 2015, 25 s.

[4]

PARK, D. J., LEE, Y. S. A comparison on predictive models of gas explosions. Korean Journal of Chemical Engineering, Volume 26, Issue 2. 2009. pp. 313-323. ISSN 313-323 0256-1115.

15

2.3 Požární odolnost stavebních konstrukcí (příloha 8.6 Metodiky) Část A Betonové konstrukce Příklad 1 Stanovení tabulkové požární odolnosti železobetonové vaznice Zadání Stanovte tabulkovou požární odolnost vaznice na Obr. 5. Předpokládá se, že požár bude působit z dolní strany a z bočních stran. Vaznice je vyztužena nahoře i dole profily o průměru 16 mm, vzdálenost osy podélné výztuže od exponovaného okraje průřezu je 46 mm.

Obr. 5 – Průřez vaznice Výpočet Pro stanovení tabulkové požární odolnosti jsou rozhodující nejmenší rozměry prvku b nebo h a osová vzdálenost výztuže od exponovaného okraje průřezu a. 0,2 m,

0,4 m,

46 mm

V tabulce 5.5 v Eurokódu 2 pro nejmenší rozměry a osové vzdálenosti prostě podepřených trámů z vyztuženého a předpjatého betonu odečteme jednoduše požární odolnost 90 minut. Ve sloupci 3 odečítáme, že pro šířku trámu 200 mm je nutná osová vzdálenost výztuže od exponovaného okraje 45 mm. Komentář k výsledku V kapitole 5 Eurokódu 2 najdeme několik tabulek pro určení požární odolnosti železobetonových desek, stěn, trámů a sloupů. Rozhodující pro stanovení požární odolnosti jsou vždy rozměry prvku a osová vzdálenost výztuže od exponovaného okraje. 16

V tabulkové požární odolnosti lze také zohlednit míru zatížení konstrukce při běžné návrhové situaci. Pro předpjaté konstrukce se zvyšuje vzdálenost osy výztuže od exponovaného okraje o 5 mm. Tab. 2 – Nejmenší rozměry a osové vzdálenosti prostě podepřených trámů z vyztuženého a předpjatého betonu Normová požární odolnost

Nejmenší rozměry (mm) Možné kombinace a a bmin kde a je Tloušťka stojiny bw průměrná osová vzdálenost výztuže Třída WA Třída WB Třída WC a bmin je šířka trámu

1

2

3

4

5

6

7

8

R 30

bmin= 80 a = 25

120 20

160 15*

200 15*

80

80

80

R 60

bmin= 120 a = 40

160 35

200 30

300 25

100

80

100

R 90

bmin= 150 a = 55

200 45

300 40

400 35

110

100

100

R 120

bmin= 200 a = 65

240 60

300 55

500 50

130

120

120

R 180

bmin= 240 a = 80

300 70

400 65

600 60

150

150

140

R 240

bmin= 280 a = 90

350 80

500 75

700 70

170

170

160

asd = a + 10 mm

(viz poznámka níže)

Pro předpjaté trámy musí být osová vzdálenost výztuže zvětšena podle odstavce 5.2(5). asd je osová vzdálenost výztuže od bočního líce trámu pro rohové výztužné pruty (nebo předpínací výztuž nebo dráty) u trámů jen s jednou vrstvou výztuže. Pro hodnoty bmin větší než hodnoty uvedené ve sloupci 4 se zvětšení asd nepožaduje. * Obvykle rozhoduje krytí předepsané v EN 1992-1-1.

17

Příklad 2 Výpočetní ověření požární odolnosti železobetonové desky pro REI 120 Zadání Ověřme požární odolnost REI 90 železobetonové desky tloušťky 200 mm z betonu třídy C16/20, vyztužené při dolním okraji výztuží B 450B, profilem 10 po 150 mm, krytí výztuže je 25 mm, viz Obr. 6. Deska je vystavená požáru z dolní strany.

Obr. 6 – Průřez běžného metru železobetonové desky Výpočet Výpočet požární odolnosti pro kritérium únosnosti R vždy vychází z výpočtu únosnosti pro trvalou a dočasnou návrhovou situaci, tedy pro situaci bez působení požáru. Pro desky je téměř vždy rozhodující únosnost v ohybu. Stanovme tedy ohybovou únosnost desky pro trvalou a dočasnou návrhovou situaci. Dle zadání byly použity tyto materiály: Beton C16/20, návrhová pevnost betonu v tlaku: ,

10,67 MPa

Výztuž B 450B, návrhová mez kluzu výztuže: f

,

391,3 MPa

Navržená plocha výztuže v jednom běžném metru: . .

. .

Účinná výška průřezu: d

h

524 mm c

200

25

Únosnost v ohybu stanovíme metodou mezní rovnováhy: 524. 10 . 391,3. 10 0,8.

205 0,8.10,67. 10

205 kN

0,024 m

18

170 mm

.

0,4 

205 0,170

0,4.0,024

32,9 kNm/m

Předpokládejme, že pro trvalou a dočasnou návrhovou situaci je konstrukce plně využita, tedy moment od účinků zatížení mE   odpovídá momentu na mezi mR . únosnosti mR , tedy mE Stanovme nyní moment od účinků zatížení pro nehodovou návrhovou situaci při požáru podle Eurokódu 1. Postupujme zjednodušeně pomocí součinitele ηf který na bezpečné straně zvolíme hodnotou 0,7. ,

.

0,7.32,9

23,0 kNm/m

Stanovme vlastnosti materiálů pro nehodovou návrhovou situaci při požáru. Malá pravděpodobnost vzniku požáru se odráží v nižších součinitelích spolehlivosti. Hodnoty pevností jsou stále určeny pro základní teplotu 20°C. Beton C16/20, návrhová pevnost betonu v tlaku: f

,f

,

12,3 MPa

Výztuž B 450B, návrhová mez kluzu výztuže: f

,f

,

450 MPa

Stanovme teplotu ve výztuži pro čas normového požáru 90 minut. Stanovení teplot v průřezu v závislosti na čase, tedy stanovení nestacionárního teplotního pole, je složitá nelineární úloha. Pro stanovení teplot se zpravidla se používá software založený na principu numerického řešení, nejčastěji metodou konečných prvků. Teploty v průřezu je možné stanovit také zjednodušeně pomocí izoterm, uvedených v Příloze A Eurokódu 2, viz. Obr. 7. Pro desku tloušťky 200 mm pak můžeme odečíst teplotu pro daný čas a danou souřadnici. Pro souřadnici a 30 mm a čas 90 minut se odečte teplota výztuže θ 500°C. Podle tvaru izoterm je možné předpokládat, že teplota v tlačené části průřezu nedosahuje 100°C a pevnostní charakteristiky betonu tedy nebudou ovlivněny. Pomocí izoterm je také ověřeno kritérium izolačních schopností I. Opět je zřetelné, že teploty na straně odvrácené od požáru nedosahují 100°C.

19

( C) 1200 1100 1000 900 800 700 600

R240

500

R180

400

R120

300 200

R90

R60

R30

100 0

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x (mm)

Obr. 7 – Izotermy pro stanovení teplot v průřezu železobetonové desky tloušťky 200 mm, převzato z Eurokódu 2 Stanovme pevnost výztuže pro teplotu 500°C. Pevnost výztuže pro teplotu 500°C stanovíme podle Eurokódu 2, Tabulka 3.2a. ,

0,78, tedy

,

°

0,78.450

351 MPa

Metodou mezní rovnováhy pro upravené vlastnosti materiálů pak stanovíme moment na mezi únosnosti pro čas 90 minut. ,

,

°

184 0,8.12,3. 10

,

0,8. ,

, ,

524. 10 . 351. 10

.

184 kN

0,019 m

0,4 

184 0,170

0,4.0,019

29,9 kNm/m

Porovnáním momentu od účinků zatížení pro mimořádnou návrhovou situaci při požáru a momentu na mezi únosnosti pro 120 minut pak ověříme kritérium únosnosti R, tedy: ,

23,0 kNm/m

29,9 kNm/m

,

20

Komentář k výsledku Součinitel ηf pro výpočet účinků zatížení pro návrhovou situaci při požáru lze stanovit podle Eurokódu 1 přesněji se zohledněním kategorie budovy a poměru stálého a nahodilého zatížení. Přesněji lze stanovit také účinky zatížení pro trvalou a dočasnou návrhovou situaci, tedy při běžné teplotě. Je však potřeba stanovit zatížení, statické schéma, reakce a pak vnitřní síly na konstrukci. Izotermy v Eurokódu 2 jsou uvedeny pouze pro určité rozměry průřezu, např. izotermy pro desku jsou uvedeny bohužel pouze pro tloušťku 200 mm. Nejnáročnější ve výpočtu je stanovení nestacionárního teplotního pole, tedy rozložení teplot v průřezu v určitém čase, které vyžaduje použití softwaru.

Příklad 3 Interakční diagram pro stanovení únosnosti sloupu v čase 60 minut metodou izotermy 500 Zadání Metodou Izotermy 500 určete interakční diagram, tj. čáru únosnosti průřezu čtvercového sloupu o rozměrech 300 x 300 mm v čase 60 minut, viz. Obr. 8. Sloup je vystavený normovému požáru po všech čtyřech stranách průřezu. Průřez je vyztužen po dvou protilehlých stranách třemi profily 16 mm, krytí výztuže je 30 mm. Sloup je vyroben z betonu C 20/25 a výztuže B 500B.

Obr. 8 – Průřez a vyztužení sloupu Výpočet Únosnost průřezu pro kombinaci tlaku s ohybem je dána pomocí interakčního diagramu, tj. grafu únosnosti, kde pro danou normálovou sílu odečteme moment na mezi únosnosti nebo pro daný ohybový moment normálovou sílu na mezi únosnosti. Nejprve odvoďme interakční diagram pro trvalou a dočasnou návrhovou situaci a následující použité materiály: 21

Beton C20/25, návrhová pevnost betonu v tlaku: 13,3 MPa

,

Výztuž B 500B, návrhová mez kluzu výztuže:

 

  

434,8 

,

Navržená plocha výztuže, symetricky po obou stranách průřezu: . .

3. .

4 Síla ve výztuži na mezi únosnosti:

16 4

603 mm

603. 10 . 434,8. 10

262 kN

Vzdálenost těžiště výztuže od těžiště průřezu: 2 Účinná výška průřezu:

150

2

16 2

30

112 mm

16 262 mm 2 2 Zjednodušeně a na bezpečné straně se stanoví pouze tři body interakčního diagramu a to únosnost v tlaku (bod 0), únosnost v ohybu (bod 3) a maximální únosnost v tlaku a ohybu (bod 2). Interakční diagram navrženého průřezu je pak schematicky znázorněn na Obr. 9. 300

30

Bod 0: 0,8. .

.

0,8.0,3.0,3.13,33. 10 262

, ,

Bod 2:

.

.

700 700 0,8. .

. .

.0

262.0,112

. 262.0,112

262 .

2 0,3 518  2 22

1484 kN

0 kNm 0,162 m

0,8.0,3.0,162.13,33. 10 262

.

959,8

700 . 0,262 700 434,8

, ,

262

959,8 kN

518,3

518 kN 518 kN

0,4 0,4.0,162

73,5 kNm

Bod 3: 262 0,8.0,3.13.33. 10

0,8. .

0,082 m

0 kN

,

.

,

262. 0,262

0,4

0,4.0,082

60,1 kNm

1600 1400 NRd [kNm]

1200 1000 800 600 400 200 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

MRd [kNm] Únosnost při běžné teplotě

Obr. 9 – Interakční diagram pro železobetonový průřez sloupu Stanovme vlastnosti materiálů pro nehodovou návrhovou situaci při požáru. Malá pravděpodobnost vzniku požáru se odráží v nižších součinitelích spolehlivosti materiálů. Hodnoty pevností jsou zatím určeny pro základní teplotu 20°C. Beton C20/25, návrhová pevnost betonu v tlaku: ,

,

15,4 MPa

Výztuž B 500B, návrhová mez kluzu výztuže: f

,f

,

500 MPa

Princip metody izotermy 500 je založen na vyloučení části betonového průřezu, která má teplotu vyšší než 500°C, ze spolupůsobení. Zbytková část průřezu si zachovává původní vlastnosti. Výztuž ve vyloučené části se započítává s pevností úměrnou teplotě. Stanovme vyloučenou část průřezu a teplotu výztuže pro čas 60 minut. V tomto řešeném příkladu se využívá pro stanovení teplot Příloha A Eurokódu 2 a grafy izoterm, viz. Obr. 10.

23

Obr. 10 – Izotermy pro čtvercový průřez 300 x 300 mm, převzato z Eurokódu 2 Zbytková část průřezu může být stanovena tak, aby tvarem odpovídala původnímu průřezu. V našem případě je zbytková část stanovena jako čtvercová. Podle grafu izoterm je stanovena vyloučená část průřezu na 30 mm. Teplota výztuže je stanovena pro rohovou výztuž hodnotou 600°C. Stanovme pevnost výztuže pro teplotu 600°C. Pevnost výztuže je stanovena podle Eurokódu 2, tabulka 3.2a. ,

0,47, tedy

,

°

0,47.500

24

235 MPa

Síla ve výztuži na mezi únosnosti: ,

,

,

603. 10 . 235. 10

°

142 kN

Vzdálenost těžiště výztuže od těžiště průřezu se nemění: 16 112 mm 2 2 2 Redukované rozměry průřezu je zmenšené o vyloučenou část  : 150

30

2.

300

2.30

240 mm

2.

300

2.30

240 mm

Účinná výška průřezu je zmenšena o vyloučenou část průřezu: 300

2

30

16 2

30

232 mm

Bod 0: ,

0,8.

,

.

, ,

,

, ,

,

,

.

0,8.0,24.0,24.15,4. 10

, ,

142

,

.

,

.

,

142 .0

709,6 kN

709,6

993,4 kN

0 kNm

Bod 2: 700 ,

700

,

0,8.

,

.

, ,

,

, ,

,

° ,

700 . 0,232 700 235

.

.

0,8.0,24.0,174.15,4. 10

, ,

.

142.0,112

0,174 m

142

, ,

142.0,112

.

,

515 

142 .

0,24 2

515 0,4

2

515 kN

0,4.0,174

515 kN ,

57,8 kNm

Bod 3: ,

,

0,8. , ,

.

,

142 0,8.0,24.15,4. 10

0,048 m

0 kN

, ,

,

.

0,4

142. 0,232

,

30,2 kNm

25

0,4.0,048

Interakční diagram pro nehodovou návrhovou situaci při požáru je schematicky znázorněn na obrázku 10, včetně porovnání s původní únosnosti průřezu. 1600 1400 NRd [kNm]

1200 1000 800 600 400 200 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

MRd [kNm] Únosnost při běžné teplotě

Únosnost při požáru

Obr. 11 – Únosnost průřezu namáhaného tlakem a ohybem při běžné teplotě a pro čas 60 minut normového požáru Komentář k výsledku Izotermy v Příloze A Eurokódu 2 jsou uvedeny pouze pro určité rozměry průřezu. Pro sloup jsou uvedeny izotermy pouze pro čtvercový průřez s rozměry 300 x 300 mm a kruhový průřez s průměrem 300 mm. Teplotu výztuže je možné stanovit přesněji pro jednotlivé pruty výztuže a zohlednit tak jejich polohu, např. rohová výztuž, výztuž po straně průřezu apod. Nejnáročnější ve výpočtu je stanovení nestacionárního teplotního pole, tedy rozložení teplot v průřezu v určitém čase, které vyžaduje zpravidla použití softwaru. Redukci průřezu podle Eurokódu 2 je možné provést také tzv. zónovou metodou. Princip výpočtu je podobný metodě Izotermy 500. Redukovaná část průřezu vychází ale mírně odlišně než metodou Izotermy 500. Pokud je velikost průřezu výrazně redukována, je potřeba analyzovat sloup s ohledem na štíhlost konstrukce. Původní průřez za normální teploty může být navržen tak, aby se štíhlost nemusela posuzovat, ale po redukci průřezu štíhlost výrazně narůstá. Posouzení sloupu na štíhlost však přesahuje rámec tohoto dokumentu.

26

Seznam použitých symbolů v části A Jednotka

a  az  b, h  bfi, hfi  c  d 

Rozměr m m m m mm m

dfi 

m

n  ss  x  xfi 

ks m m m

zs  fck  fcd  fcd,fi  fyk  fyd  fyd,fi  ,  

m MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa

Fs  Fs,fi 

kN kN

Fc  Fc,fi 

kN kN

MRd  mRd  MRd,fi 

kNm kNm/m kNm

mRd,fi 

kNm/m

NRd  NRd,fi 

kN kN

 

°C mm -

   

Popis vzdálenost těžiště výztuže od exponovaného okraje průřezu část průřezu vyloučená ze spolupůsobení rozměry průřezu rozměry průřezu po redukci o část vyloučenou ze spolupůsobení krytí výztuže účinná výška průřezu, tj. vzdálenost od těžiště tažené výztuže k tlačenému okraji průřezu účinná výška průřezu po redukci o část vyloučenou ze spolupůsobení počet kusů výztuže osová vzdálenost mezi pruty betonářské výztuže výška tlačené oblasti průřezu výška tlačené oblasti průřezu po redukci o část vyloučenou ze spolupůsobení vzdálenost těžiště výztuže od těžiště průřezu charakteristická pevnost betonu v tlaku návrhová pevnost betonu v tlaku návrhová pevnost v tlaku pro návrhovou situaci při požáru charakteristická mez kluzu výztuže návrhová mez kluzu výztuže návrhová mez kluzu výztuže pro návrhovou situaci při požáru návrhová mez kluzu výztuže pro návrhovou situaci při požáru pro teplotu síla ve výztuži na mezi únosnosti síla ve výztuži na mezi únosnosti pro návrhovou situaci při požáru síla v tlačeném betonu na mezi únosnosti síla v tlačeném betonu na mezi únosnosti pro návrhovou situaci při požáru moment na mezi únosnosti průřezu moment na mezi únosnosti běžného metru konstrukce moment na mezi únosnosti průřezu pro návrhovou situaci při požáru moment na mezi únosnosti běžného metru konstrukce pro návrhovou situaci při požáru normálová síla na mezi únosnosti normálová síla na mezi únosnosti pro návrhovou situaci při požáru teplota výztuže průměr ocelového prutu betonářské výztuže součinitel pro výpočet účinků zatížení při požáru

27

Část B Ocelové konstrukce Příklad 1 Posouzení nechráněného nosníku z hlediska času a teploty Zadání Nechráněný ocelový nosník IPE 240 o rozpětí L = 4,5 m je zatížen rovnoměrným spojitým zatížením stálým gk = 8,8 kN.m-1 a zatížením proměnným qk = 10,8 kN.m-1. Stabilitu tlačené pásnice zajišťuje ocelobetonová deska. Třída oceli nosníku je S275. Posuďte, zda nosník z hlediska času a teploty vyhoví požární odolnosti R15. Výpočet Nejprve stanovíme maximální návrhovou hodnotu ohybového momentu za běžné teploty: 1 1 8 · 1,35 12,8 · 1,5 · 4,5   · · · 8 8 71,08 kNm  Následně stanovíme návrhovou hodnotu ohybového momentu za požáru pomocí podle Eurokódu 1. součinitele

 ·



·

,

 ·

,

,

·

,

8,8 0,5 · 10,8 1,35 · 8,8 1,5 · 10,8

0,51 · 71,08

0,51

36,25 kN. m

Zatřídíme průřez při požáru: Stojina: 190 6,2

30,65

72 · 0,85

235 275

Pásnice:

2 2

9 · 0,85

72

235

56,30                                                                  ří

120

235 275

72 · 0,85

2 · 15 2 9,8

6,2 4,27

9

9 · 0,85

7,03                                                                        ří

28

 1

235

 1

 

Stanoví se návrhová momentová únosnost při požární situaci: Určí se pomocí redukčního součinitele meze kluzu oceli. Při běžné teplotě nosníku θa = 20 °C je redukční součinitel ky,θ = 1,0. 1,0 · · 1,0 · 100,93 · 100,93  . , , , , 1,0 ·

,

,

367 · 10

· 275 · 10 1,0

100,93 

.

Zohledníme vliv nerovnoměrného oteplení nosníku: 100,93 , , 144,18 kN. m , , 0,7 · 1,0   Určíme stupeň využití za požáru μ0: 36,25 , 0,25 144,18 , , Dopočítáme součinitel průřezu pro povrch opsaného obdélníku (Am/V)b /

2

/

2 · 240

120 /3,91 · 10

153 m

Stanovíme kritickou teplotu prvku, kterou určíme z nominální teplotní křivky θ

1

1 482   0,9674 · µ , 1 39,19 · ln 1 482 691,35°C 0,9674 · 0,25 , Pomocí přírůstkové metody stanovíme průběh teploty v prvku. Pro výpočet můžeme využít tabulkový procesor. ,

39,19 · ln

t

g

(min)

(°C)

(W m )

(W m )

(W m )

(J kg K )

(°C)

(°C)

0,000 0,083 0,167 0,250 … 14,917 15,000 15,083 … 17,917 18,000 18,083

20,00 96,54 146,95 184,61 … 737,73 738,56 739,38 … 764,98 765,67 766,36

0,00 447,63 940,07 1442,71 … 15115,60 15018,59 14921,95 … 12088,52 12024,61 11962,14

0,00 1913,45 3162,03 4082,96 … 2711,21 2682,15 2653,47 … 1901,06 1885,38 1870,06

0,00 2361,07 4102,09 5525,68 … 17826,81 17700,75 17575,42 … 13989,58 13909,99 13832,20

439,80 439,80 440,13 440,71 … 785,60 787,83 790,12 … 931,02 938,33 945,96

0,00 0,47 0,82 1,10 … 1,99 1,97 1,95 … 1,32 1,30 1,28

20,00 20,47 21,29 22,39 … 631,27 633,25 635,20 … 690,26 691,56 692,84

hnet,r

-2

hnet,c

-2

hnet,d

-2

29

ca -1

-1

Δθa

θa

Komentář k výsledku Kritická teplota posuzovaného prvku je θa,cr = 691,35°C a bude dosažena v čase t = 18 min. V čase t = 15 min bude teplota posuzovaného prvku θa  = 633,25°C. Posuzovaný nosník IPE 240 z hlediska času a teploty vyhoví pro požadovanou požární odolnost R15.

Příklad 2 Posouzení nechráněného nosníku z hlediska únosnosti teploty Zadání Nechráněný ocelový nosník IPE 180 o rozpětí L = 3,5 m je zatížen rovnoměrným spojitým zatížením stálým gk = 9,8 kN.m-1 a zatížením proměnným qk = 17,6 kN.m-1. Nosník je uprostřed rozpětí zatížen silou gk+ qk. Stabilitu tlačené pásnice zajišťuje ocelobetonová deska. Třída oceli nosníku je S275. Nárůst teploty bude uvažován dle nominální normové teplotní křivky. Posuďte, zda nosník z hlediska únosnosti vyhoví požární odolnosti R15. Výpočet Nejprve stanovíme maximální návrhovou hodnotu ohybového momentu za běžné teploty: 1 1 9,8 · 1,35 17,6 · 1,5 · 3,5 · · · 4 4 34,67 kN. m Následně stanovíme maximální návrhovou hodnotu ohybového momentu za podle Eurokódu 1. požáru pomocí součinitele

 ·



· ,

,

 ·

,

·

,

9,8 0,5 · 17,6 1,35 · 9,8 1,5 · 17,6

0,47 · 34,67

16,27 

0,47

.

Zatřídíme průřez při požáru: Stojina: 146 5,3

27,55

72 · 0,85

235 235

72

72 · 0,85

235

61,5                                                                           ří

30

 1

Pásnice: 2 2

91

9 · 0,85

2·9 2 8

5,3 4,23

9

9 · 0,85

235

235 235 7,65                                                                                 ří

 

 1

Stanovíme součinitel průřezu pro povrch opsaného obdélníku (Am/V)b 2

2 · 180 91 188 2,39 · 10 Pomocí přírůstkové metody stanovíme teplotu v prvku v požadovaném čase t = 15 min. Pro výpočet můžeme využít tabulkový procesor. /

t

g

(min)

(°C)

(W m-2)

(W m-2)

(W m-2)

(J kg-1 K-1)

(°C)

(°C)

0,000 0,083 0,167 0,250 … 14,917 15,000 15,083

20,00 96,54 146,95 184,61 … 737,73 738,56 739,38

0,00 447,63 939,63 1441,52 … 11148,35 11065,59 10983,99

0,00 1913,45 3159,34 4075,62 … 1905,01 1883,64 1862,68

0,00 2361,07 4098,97 5517,14 … 13053,36 12949,23 12846,67

439,80 439,80 440,21 440,92 … 836,03 839,86 843,81

0,00 0,58 1,00 1,35 … 1,68 1,66 1,64

20,00 20,58 21,58 22,93 … 663,22 664,88 666,52

hnet,r

hnet,c

hnet,d

ca

Δθa

θa

Teplota v čase t =15 min je a,t = 664,88 °C. Lineární interpolací zjistíme redukční součinitel ky,θ ,

,

0,314

°

Pozn.: Stanovíme lineární interpolací z hodnot v tab. 3.1. v ČSN EN 1993-1-2

Vypočítáme návrhovou momentovou únosnost při požární situaci: 1,0 · · 0,314 · 39,01 · 12,44 kN. m , , , , 1,0 W ,R

,

γM

·f

166 · 10

· 235 · 10 1,0

Započítáme vliv nerovnoměrného oteplení nosníku: 12,44 , , 17,78 kNm , , 0,7 · 1,0  

31

39,01 kNm

Komentář k výsledku Návrhová momentová únosnost při požární situaci je Mfi,t,Rd = 17,78 kNm. Maximální návrhová hodnota ohybového momentu od účinků zatížení za požáru má hodnotu Mfi,Ed = 16,27 kNm. Podmínka spolehlivosti Mfi,Ed = 16,27 kNm ≤ Mfi,t,Rd = 17,78 kNm je splněna. Posuzovaný nosník IPE 180 z hlediska únosnosti vyhoví pro požadovanou požární odolnost R15.

Seznam použitých symbolů v části B Jednotka θg  hnet,r  hnet,c  hnet,d  ca  θa  θa  t  Φ  εm   εf  σ 

   

     

   

θr  θm 

 

Rozměr °C W/m2 W/m2 W/m2 J/kgK °C °C min W/m2K4

Popis teplota plynu v požárním úseku stanovená dle zvolené křivky čistý sálavý tepelný tok čistý konvekční tepelný tok čistý tepelný tok měrné teplo oceli, hodnota se mění s teplotou nárůst teploty prvku teplota prvku čas polohový faktor, obecně lze uvažovat Φ =1,0 povrchová emisivita prvku (uhlíková ocel 0,7; nerezová ocel 0,4) emisivita požáru, obecně uvažováno s hodnotou 1,0 Stephan-Boltzmannova konstanta (5,67x10-8 W/m2K4)

°C

účinná teplota sálání prostředí požáru

°C

povrchová teplota prvku

αc  

W/m2

1  

-

2  

-

ηfi 

-

součinitel přestupu tepla prouděním dle použitého modelu požáru součinitel podmínek působení pro nerovnoměrné rozdělení teploty po průřezu (hodnoty naleznete v oddíle 4.2.3.3 v EN 1993-1-2) součinitel podmínek působení pro nerovnoměrné rozdělení teploty podél nosníku (hodnoty naleznete v oddíle 4.2.3.3 v EN 1993-1-2) redukční součinitel pro návrhové zatížení při požární situaci

32

2.4 Zásady evakuačních procesů a evakuační modely (příloha 8.7 Metodiky) Příklad 1 Stanovení doby do zahájení evakuace Zadání Jednopodlažní objekt restaurace je tvořen dvěma místnostmi, tj. restaurací a vstupní chodbou. Restaurace má plochu A1 = 150 m2, vstupní chodba má plochu A2 = 50 m2. Z objektu vedou po rovině dva východy na volné prostranství (viz Obr. 12). Rozměry východů z restaurace do chodby mají rozměr 0,8/1,97 m, rozměry východů na volné prostranství mají rozměr 0,9/1,97 m. Objekt není vybaven zařízením elektrické požární signalizace, ani lokální detekcí požáru. Není zde instalováno žádné technické zařízení pro varování osob. Stanovte dobu do zahájení evakuace.

Obr. 12 – Znázornění dispozice řešeného objektu Výpočet Rychlost reakce osob závisí zejména na připravenosti osob k evakuaci (bdělá/spící), jejich znalosti budovy a hustotě (Tab. 3), kvalitě systému varování (Tab. 4), rozsáhlosti (komplexnosti) budovy (Tab. 5) a požárně bezpečnostním managementu (Tab. 6). [1], [2] Kategorii budovy z hlediska připravenosti osob k evakuaci lze stanovit s využitím Tab. 3.

33

Tab. 3 – Kategorie budovy ve vztahu k charakteristice osob [1], [2] Kategorie

Bdělost osob

Znalost prostředí

Hustota osob

Příklady budov

A

bdělý

znalý

nízká

kanceláře, průmyslové objekty

B

bdělý

neznalý

vysoká

obchody, restaurace, shromažďovací prostory

C(a)

spící

znalý

nízká

byty

C(b)

s péčí

s péčí

nízká

internáty, ubytovny

C(c)

spící

neznalý

nízká

hotely, ubytovny

D

v lékařské péči

neznalý

nízká

lékařská zařízení

E

doprava

neznalý

vysoká

dopravní zařízení

V daném případě můžeme předpokládat přítomnost osob v bdělém stavu, které nejsou znalé prostředí (nahodilý výskyt návštěvníků). Hustota osob je vysoká. Objekt bude začleněn do kategorie budovy B. Pro klasifikaci systému varování bude využita Tab. 4. Tab. 4 – Systém varování [1], [2] A1

elektrická požární signalizace s okamžitým alarmem postižených oblastí

A2

elektrická požární signalizace s okamžitým alarmem ústředny a následně zpožděným alarmem postižených oblastí

A3

žádná nebo jen lokální detekce požáru

Hodnocený objekt není vybaven zařízením elektrické požární signalizace. Systém varování bude klasifikován jako A3. Rozsáhlost budovy bude posouzena s využitím Tab. 5. Tab. 5 – Rozsáhlost (komplexnost) budovy [1], [2] B1

přehledná, převážně pravoúhlá struktura, jednopodlažní, málo členěná, jednoduchý půdorys s východy v přímé viditelnosti, krátké délky únikových cest, vhodná opatření pro únik přímo na volné prostranství (např. jednoduše členěný supermarket)

B2

jednoduchý půdorys s více prostory (také vícepodlažní), stavebně odpovídá převážně preskriptivnímu zadání (např. jednoduchá kancelářská budova)

B3

velká rozsáhlá budova

Hodnocený objekt bude klasifikován jako B1.

34

Kvalita managementu bude posouzena s využitím Tab. 6. Tab. 6 – Požárně bezpečnostní management [1], [2]

M1

personál a trvalí uživatele budovy jsou s požárními opatření dobře seznámení. Existuje pomocný personál z hlediska požární ochrany, plánovaná ochranná opatření proti nebezpečí, nouzové plány, pravidelná školení a cvičení. Ve veřejně přístupných oblastech musí být v relativně vysokém počtu zajištěn z hlediska bezpečnosti proškolený personál. Je nezbytné nezávislé přezkoušení a hodnocení bezpečnostního systému a příslušných metodických postupů. Ve veřejně přístupných prostorách je požadován systém rozhlasu.

M2

jako M1, ovšem s nižším podílem proškoleného personálu. Pomocný personál z hlediska požární ochrany a nezávislé přezkoušení a hodnocení bezpečnostního systému není zapotřebí.

M3

požárně bezpečnostní management odpovídající potřebnému minimálnímu standardu s ohledem na bezpečnost osob

Úroveň požárně bezpečnostního managementu bude hodnocena jako M3. Dobu do zahájení evakuace stanovíme podle Tab. 7. Za začátek reakční doby je označován okamžik, kdy se začíná evakuovat 1 % osob (t1). Časový interval od začátku do konce reakční doby označuje stav, kdy dochází k pohybu 99 % osob (t99). Pro individuální reakční dobu se volí hodnota mezi t1 a t1 + t99. Tab. 7 – Reakční doba osob [1], [2] Scénáře (hlavní kategorie a podkategorie)

t1 (min)

t99 (min)

Kategorie A: bdělý a obeznámení M1

B1 – B2

A1 – A2

0,5

1

M2

B1 – B2

A1 – A2

1

2

M3

B1 – B2

A1 – A3

> 15

> 15

B3: přičíst 0,5 min k t1 z důvodu ztížené orientace Kategorie B: bdělý a neobeznámení M1

B1

A1 – A2

0,5

2

M2

B1

A1 – A2

1

3

M3

B1

A1 – A3

> 15

> 15

B2: přičíst 0,5 min k t1 kvůli ztížené orientace B3: přičíst 1 min k t1 z důvodu ztížené orientace Kategorie C(a): spící a obeznámení M2

B1

A1

5

5

M3

B1

A3

10

> 20

35

Kategorie C(b): obytné prostory s péčí M1

B1 – B2

A1 – A2

10

20

M2

B1 – B2

A1 – A2

15

25

M3

B1 – B2

A1 – A3

> 20

> 20

Kategorie C(c): spící a neobeznámení M1

B1 – B2

A1 – A2

15

15

M2

B1 – B2

A1 – A2

20

20

M3

B1 – B2

A1 – A3

> 20

> 20

B3: přičíst 1 min k t1 z důvodu ztížené orientace

Doba do zahájení evakuace osob stanovená podle Tab. 7 přesahuje 15 min. Komentář k výsledkům Hodnoty uvedené v Tab. 7 nelze vnímat dogmaticky. Byly odvozeny na určitém omezeném rozsahu experimentů a představují možné vstupní údaje. Uvedeným postupem byla stanovena doba do zahájení evakuace osob, která je větší než 15 min. Důvodem je zejména nedostatečný systém varování (klasifikace A3) a pouze minimální standard bezpečnostního managementu (klasifikace M3). Pro zkrácení doby do zahájení evakuace osob by bylo nezbytné limitující parametry vylepšit. Za výslednou dobu do zahájení evakuace osob bude v daném případě považována doba 15 min.

Příklad 2 Stanovení doby pohybu osob objektem Zadání Doba pohybu osob bude hodnocena na stavebním objektu popsaném v příkladu 1 této kapitoly. Obsazení restaurace osobami činí 1,4 m2 na osobu. Největší délka únikových cest je shodná pro obě únikové cesty a činí 21 m. Součinitel rychlosti pohybu osob k pro únik osob po rovině činí 84 m.min-1 [2], [3]. Stanovte rychlost pohybu osob, specifický tok osob a dobu pohybu osob objektem.

36

Obr. 13 – Znázornění dispozice řešeného objektu a vybraných hodnocených parametrů Výpočet Stanovme hustotu osob v místnosti restaurace: 150 1,4 150

0,71 os. m  

Stanovme rychlost pohybu osob v místnosti restaurace [2], [3], [4]: 0,266. .

84

0,266.84.0,71

68,1 m. min

Určeme specifický tok osob ve východech z místnosti restaurace [2], [3], [4]: .

68,1 · 0,71

48,4 os. min

·m

Šířka východů z restaurace je menší než šířka východů z chodby na volné prostranství. Za předpokladu přibližně stejné rychlosti pohybu v prostorách restaurace a chodby, bude kapacita únikových cest méně příznivá z prostor restaurace do chodby (tato kapacita bude považována za výslednou). Stanovme dobu pohybu osob objektem [5]: 0,75 · 0,75 · 21 107 68,1 48,4. 2 · 0,8 .

1,6 min

Komentář k výsledkům Rychlost pohybu osob v restauraci činí 68,1 m.min-1, specifický tok osob z prostor restaurace činí 48,4 os.min-1.m-1. Doba pohybu osob objektem činí 1,6 min. Při srovnání s doporučenými hodnotami podle ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty je patrné, že výpočtem byla stanovena

37

podstatně vyšší rychlost pohybu osob, ale opačně, významně nižší specifický tok osob dveřmi. Jednoduchost řešení vyplývá, mimo jiné, z předpokladu shodné rychlosti pohybu osob v restauraci a chodbě (rychlost pohybu osob následně ovlivňuje specifický tok osob ve východech). Příklad byl zvolen tak, že do chodby neústí žádné další prostory a počet osob, který projde chodbou, odpovídá počtu osob v restauraci. Současně je zajištěn plynulý odchod osob z prostor chodby na volné prostranství dveřmi o větší šířce než z prostor restaurace do chodby (kumulace osob se nepředpokládá). V reálných případech dochází v chodbách zpravidla ke kumulaci osob z více prostor, tím ke změně hustoty osob a následně všech hodnocených parametrů. Tyto situace by bylo nutné řešit v časových krocích, které by charakterizovaly obsazení prostor osobami, nebo přijetím dalších zjednodušujících předpokladů.

Příklad 3 Stanovení doby potřebné pro evakuaci osob Zadání Doba potřebná pro evakuaci osob bude hodnocena na stavebním objektu popsaném v příkladu 1 této kapitoly. Stanovte dobu potřebnou pro evakuaci osob. Výpočet Doba potřebná pro evakuaci osob sestává z doby detekce a poplachu zahájení evakuace a doby pohybu osob objektem .

, doby do

Doba detekce a poplachu td se obvykle dělí na dva časové intervaly, tj. na dobu detekce požáru, která závisí na návrhu zařízení pro včasné zjištění požáru (např. elektrická požární signalizace) nebo na zpozorování požáru uživatelem objektu a dobu poplachu (předání informace osobám). Objekt není vybaven zařízením, které je schopno detekovat vznikající požár. Požár bude zpozorován personálem zařízení nebo hosty. Vzhledem k jednoduché dispozici objektu (vysoká přehlednost), bude aproximována doba detekce a poplachu 10 minut. Doby do zahájení evakuace a doba pohybu osob objektem v příkladech 1 a 2 této kapitoly. Stanovme dobu potřebnou pro evakuaci osob [1], [4], [6]: 10

15

1,6

38

26,6 min

byly stanoveny

Komentář k výsledkům Stanovená doba potřebná pro evakuaci osob 26,7 min je v daném případě značná. Největší podíl na dobu potřebnou pro evakuaci mají doba detekce a poplachu a doba do zahájení evakuace . Jak již bylo uvedeno u příkladu 1 této kapitoly, pro zkrácení doby potřebné pro evakuaci by bylo nutné zlepšit systém detekce a varování (např. instalací zařízení elektrické požární signalizace s navazujícím varovným systémem) a bezpečnostní management (např. zabezpečení školení o požární ochraně, cvičných požárních poplachů, zpracování související dokumentace požární ochrany1).

1

Ve srovnání s právními předpisy na úseku požární ochrany v České republice (např. zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů, vyhlášky č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci), ve znění vyhlášky č. 221/2014 Sb.), se jedná o nadstandardní požadavky.

39

Seznam použitých symbolů Jednotka

Rozměr m2 m os.m-2 osob os.min-1.m-1 m.min-1 m min min min min min

Ai  B  D  E  Fs  k   lu        

   

t1  t99 

min m.min-1

vx 

Popis plocha i-tého prostoru šířka únikové cesty hustota osob počet osob specifický tok osob součinitel rychlosti pohybu osob délka únikové cesty doba potřebná pro evakuaci osob doba detekce a poplachu doba pohybu osob objektem doba do zahájení evakuace doba, kdy se začíná evakuovat 1 % osob doba (interval) od začátku do konce reakční doby (dochází k pohybu 99 % osob) rychlost pohybu osob

Literatura [1] [2] [3] [4] [5] [6]

ISO/TR 16738 Fire-safety engineering - Technical information on methods for evaluating behaviour and movement of people. Geneva: ISO International organization for Standardization, 2009, 61 s. HOSSER, D. Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes. Braunschweig: Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB) der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e.V. (vfdb), 2006, 343 s. FOLWARCZNY, L., POKORNÝ, J. Evakuace osob. EDICE SPBI SPEKTRUM 47. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2006, 125 s. ISBN 8086634. KUČERA, P., PAVLÍK, T., POKORNÝ, J., KAISER, R.: Požární inženýrství při plnění úkolů HZS ČR. Praha: MV-generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR, 2012, 66 s. ISBN 978-80-86466-25-5. PREDTEČENSKIJ, M., MILINSKIJ, I. Evakuace osob z budov. Praha: Svaz požární ochrany, Svazek 30, 1972, 272 s. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fourth Edition. Quincy: National Fire Protection Association, 2008.

40

2.5 Požárně nebezpečný prostor, odstupové vzdálenosti (příloha 8.8 Metodiky) Příklad 1 Stanovení odstupové vzdálenosti od hořáku Zadání Stanovte odstupovou vzdálenost od hořáku na bioplyn o výkonu = 5000 kW pomocí metody zjednodušeného modelu bodového zdroje. Kritická hustota = 18,5 kW·m-2, podíl tepla uvolňovaný radiací tepelného toku , = 0,3. předpokládejte Výpočet Hustotu tepelného toku dopadající kolmo na elementární plochu umístěnou ve vzdálenosti R lze vypočítat dle následujícího vztahu (Moldak) [1], [2]:

V daném případě bude rovna požadované kritické hustotě tepelného toku a vzdálenost R zjišťovanou odstupovou vzdáleností. , · ·

,

2,54 m

Komentář k výsledkům Odstupová vzdálenost od hořáku činní 2,54 m. V úvahu je třeba vzít limity použitého modelu bodového zdroje, který předpokládá, že radiační energie je uvolňována z jediného bodu, kterým je pomyslný střed plamene. Proto by měla být ve skutečnosti na stranu bezpečnosti tato odstupová vzdálenost raději určována od okraje plamenů než od středu zařízení a to včetně zohlednění případného odklonu plamene (např. v důsledku povětrnosti).

Příklad 2 Stanovení odstupové vzdálenosti od okna umístěného v kolmé dispozici vůči střešnímu plášti Zadání Pod oknem o výšce 2050 mm a šířce 2000 mm se nachází hořlavý střešní plášť přilehlé nižší části objektu (viz Obr. 14). Platné technické předpisy vyžadují, aby střešní plášť v požárně nebezpečném prostoru splňoval klasifikaci BROOF(t3).

41

Obr. 14 – Znázornění dispozice řešeného objektu a vybraných hodnocených parametrů Stanovte odstupovou vzdálenost od okna vůči střešnímu plášti pro kritickou hustotu tepelného toku , = 18,5 kW·m-2. Výpočtové požární zatížení uvažujte pv = 40 kg/m2, konstrukční systém nehořlavý. Výpočet Pro stanovení hustoty tepelného toku sálavé plochy (okna) je nutné nejprve určit její absolutní teplotu T [3]: 293

345 log 8

1

293

345 log 8 · 40

1

1157,7 K

Při předpokladu emisivity sálavého povrchu  = 1,0 lze vypočítat hustotu tepelného toku sálavé plochy , [3]: ,

  ·

·

1,0 · 5,67 · 10

· 1157,7

101,9 kW·m-2

Pokles hustoty tepelného toku ve vzdálenosti s od sálající plochy je možné stanovit výpočtem polohového součinitele v této vzdálenosti . ,

·

Vzhledem ke skutečnosti, že sálající povrch (okno) je kolmý vůči přijímacímu povrchu (střešnímu plášti), je možné využít zpřesněný výpočet polohového součinitele pro tuto dispozici dle G.3 ČSN EN 1991-1-2 [4]. Schematicky je model sálavé plochy znázorněn na Obr. 15.

42

w

1

2

h

s

Obr. 15 – Znázornění dispozice řešeného objektu a vybraných hodnocených parametrů Výpočet polohového součinitele je prováděn v ose okna pro dvě stejné dílčí sálavé plochy 1 a 2 (v daném případě se jedná o konzervativní řešení) [4]. 2·

2·

tan

,

tan

,

Protože vzorec v ČSN EN 1991-1-2 je sestaven pro odlišnou situaci (např. odstup okna vůči stěně), je v řešeném příkladu nutné vnímat výšku oblasti sálajícího povrchu h jako poloviční fyzickou šířku okna a šířku w jako fyzickou výšku okna. /

1/

/

2,05/

Úlohu je možné řešit v tabulkovém procesoru (Microsoft Excel) pro měnící se vzdálenost s od sálavé plochy, dokud neplatí, že 18,5 kW·m-2: , Tab. 8 – Výpočet hustoty tepelného toku ve vzdálenosti s od sálavé plochy s (m) 0,10 0,50 0,80 1,00 1,06 1,10 1,50

a 10,0 2,0 1,3 1,0 0,9 0,9 0,7

b 20,5 4,1 2,6 2,1 1,9 1,9 1,4

ϕs 0,5 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1

(kW·m-2) 47,0 32,5 24,0 19,6 18,4 17,7 11,9

Komentář k výsledkům Odstupová vzdálenost od daného okenního otvoru vůči kolmo situovanému střešnímu plášti, ve které bude tento muset splňovat klasifikaci BROOF(t3), činní 1,06 m. 43

Seznam použitých symbolů Jednotka    , ,

    

Rozměr kW·m-2

Popis hustota tepelného toku

kW·m-2

hustota tepelného toku sálavé plochy

kW·m-2

kritická hustota tepelného toku

h  pv  R  s 

kW m kg/m2 m m

T  w  ε  ε  σ    

K m kW·m-2·K-4 -

     

rychlost uvolňování tepla podíl tepla uvolňovaný radiací výška sálavé plochy výpočtové požární zatížení vzdálenost od pomyslného středu požáru vzdálenost mezi elementární plochou a rohem dílčí sálavé plochy absolutní teplota sálavé plochy šířka sálavé plochy emisivita sálajícího tělesa emisivita sálajícího tělesa Stefan-Boltzmannova konstanta polohový součinitel (faktor)

Literatura [1] [2] [3] [4]

BALOG, K., KVARČÁK, M. Dynamika požáru. SPBI SPEKTRUM 22. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 1999. ISNB: 80-86111-44-X. KARLSSON, B., QUINTIERE, J. G. Enclosure Fire Dynamics. CRC Press, 1999. ISBN: 978-0-8493-1300-4. ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2009. ČSN EN 1991-1-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-2: Obecná zatížení – Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. Praha: Český normalizační institut Praha, 2004.

44

2.6 Statistická data o požárech (příloha 8.9 Metodiky) Příklad 1 Volba požárních scénářů Zadání Administrativní budova má 30.NP. V 1.NP se nachází restaurace a kuchyň na přípravu jídel. Ve 2.NP – 29.NP se nachází vždy kanceláře a kuchyňka. Ve 30.NP se nachází plynová kotelna. Schematické znázornění je patrné z Obr. 16. Objekt je vybaven zařízením elektrické požární signalizace (dále také „EPS“). Objekt se nachází v Moravskoslezském kraji.

45

Obr. 16 – Schematické znázornění dispozice řešeného objektu V rámci zjednodušené kvalitativní analýzy stanovte požární scénáře vhodné pro kvantitativní analýzu. Výpočet V rámci hodnocení požárních scénářů budou hodnoceny prostory kanceláří, kuchyňky, restaurace a plynové kotelny (prostory hygienických zařízení a chodeb nebudou dále hodnoceny). Vhodné scénáře budou stanoveny posouzením pravděpodobnosti hodnocených jevů (správné činnosti elektrické požární signalizace a prvotního uhašení požáru) a předpokládaných následků (materiálních škod a předpokládaného rozsahu ohrožených osob). Poměr požárů v hodnocených prostorách k celkovému počtu požárů a jejich relativní četnost výskytu byla posouzena podle Tab. 9. Tab. 9 – Požáry podle prostoru vzniku [1] Prostor vzniku

Poměr z celkového počtu požárů v budovách (%)

Kanceláře

Relativní četnost výskytu požárů v budovách

0,78

0,0078

15,68

0,1568

Restaurace

0,84

0,0084

Plynová kotelna

2,75

0,0275

Kuchyňky na podlažích

Na základě tohoto kroku je v praxi možné některé z prostor při hodnocení vyloučit. Obvykle by byly hodnoceny prostory s nejvyšší hodnotou výskytu požárů a prostory s největšími plochami. V tomto příkladu však budeme dále hodnotit všechny uvedené prostory.

46

Při volbě požárního scénáře bude dále zohledněn vliv (správná činnost) elektrické požární signalizace a možnost prvotního uhašení požáru2. Pro hodnocení bude využito metody „stromu událostí“ s aproximovanými pravděpodobnostmi výskytu jednotlivých jevů (viz Tab. 10). [2], [3], [4] Tab. 10 – Volba požárního scénáře s využitím metody „stromu událostí“ Umístění

Vliv EPS

Prvotní uhašení požáru

Požární scénář

Ano (správná činnost)/P 0,8

Ano (efektivní)/P 0,9

S1 = 0,72

Ne (neefektivní)/P 0,1

S2 = 0,08

Ano/P 0,9

S3 = 0,18

Ne/P 0,1

S4 = 0,02

Ano/P 0,7

S5 = 0,56

Ne/P 0,3

S6 = 0,24

Ano/P 0,7

S7 = 0,14

Ne/P 0,3

S8 = 0,06

Ano/P 0,9

S9 = 0,45

Ne/P 0,1

S10 = 0,05

Ano/P 0,9

S11 = 0,45

Ne/P 0,1

S12 = 0,05

Ano/P 0,3

S13 = 0,24

Ne/P 0,7

S14 = 0,56

Ano/P 0,3

S15 = 0,06

Ne/P 0,7

S16 = 0,14

Kanceláře Ne (nesprávná činnost)/P 0,2 Ano/P 0,8 Kuchyňky na podlažích Ne/P 0,2 Ano/P 0,5 Restaurace Ne/P 0,5 Ano/P 0,8 Plynová kotelna Ne/P 0,2

Hodnocení správné nebo nesprávné činnost systému elektrické požární signalizace vychází z charakteru hodnocených prostor (možných negativních vlivů, které mohou na zařízení působit). Předpokládá se, že zařízení je správně navrženo, namontováno a provozováno (zkoušky, kontroly a držba zařízení jsou prováděny). Hodnocení efektivního nebo neefektivního prvotního zásahu zaměstnanci vychází zejména z předpokladu jejich přítomnosti na pracovišti. Pokud se na pracovišti zaměstnanci nachází, pravděpodobnost výskytu jevu se blíží 1. V opačném případě se pravděpodobnost výskytu jevu blíží 0. Předpokládá se, že

2

Zkoumané jevy a jejich rozsah vyplývají z odborného úsudku zpracovatele řešení.

47

zaměstnanci jsou na prvotní hasební zásah připraveni (pravidelná školení o požární ochraně). Nejpravděpodobnějšími požárními scénáři jsou S1, S5 a S14 (viz Tab. 10). Následně bude stanoveno riziko jednotlivých požárních scénářů. Při hodnocení rizika byla zohledněna materiální škoda (hodnoceno jako průměrná přímá škoda na jeden požár v daném prostoru) a počet ohrožených osob (průměrný počet usmrcených, zraněných a zachráněných osob na jeden požár). Klasifikace rizika je provedena v Tab. 11. [1], [2], [3], [4] Tab. 11 – Klasifikace rizika Požární scénář

Pravděpodobnost výskytu

Průměrná škoda na 1 požár (tis. Kč)

Počet Riziko Hodnocení ohrožených osob na 1 požár

S1

0,72

80

0,355

20,44

1

S2

0,08

80

0,355

2,27

6

S3

0,18

80

0,355

5,11

2

S4

0,02

80

0,355

0,56

11

S5

0,56

20

0,228

2,55

3

S6

0,24

20

0,228

1,09

7

S7

0,14

20

0,228

0,63

9

S8

0,06

20

0,228

0,27

13

S9

0,45

50

0,113

2,54

4

S10

0,05

50

0,113

0,28

12

S11

0,45

50

0,113

2,54

4

S12

0,05

50

0,113

0,28

12

S13

0,24

20

0,206

0,98

8

S14

0,56

20

0,206

2,30

5

S15

0,06

20

0,206

0,24

14

S16

0,14

20

0,206

0,57

10

Při zohlednění předpokládaných následků jednotlivých požárních scénářů lze za nejrizikovější považovat požární scénáře S1, S3 a S5. U scénářů S1 a S5 to je způsobeno zejména jejich vysokou pravděpodobností výskytu, u scénáře S3 potom vysokými škodami. Uvedené požární scénáře by byly následně s využitím vhodných nástrojů kvantifikovány.

48

S využitím [1] lze v daném případě získat další podrobnosti související s hodnocenými požárními scénáři:  za nejpravděpodobnější dobu vzniku požáru by byl zřejmě považován časový interval mezi 14 a 15 h (viz tab. 7 [1]), v této době se zde budou vyskytovat zaměstnanci a jedná se o časový interval s vysokou četností požárů,  nejpravděpodobnější příčinou vzniku požáru by byla technická závada nebo nedbalost (viz tab. 9 [1]),  pro scénář S1 činí průměrná plocha požáru 1 m2, maximální plocha požáru 2000 m2 a procento požárů s plochou větší než 1 m2 52,4 % (viz tab. 12 [1]), vzhledem k vysokému počtu požárů s plochou větší než 1 m2, se nedoporučuje pro další hodnocení s průměrnou plochou požáru uvažovat,  v administrativních budovách dochází přibližně v 57 % případů k omezení požáru na prostor jeho vzniku (viz tab. 13 [1]),  průměrná doba hasebního zásahu v administrativních budovách v Moravskoslezském kraji činí 29,5 min (viz tab. 17 [1]). Komentář k výsledkům Kvalitativní analýza pro zvolený objekt má významně zjednodušený charakter, zejm.:  byl zvolen omezený rozsah prostor v budově (reálné budovy mají zpravidla větší rozmanitost prostor a širší rozsah technického vybavení),  byl hodnocen zjednodušený strom událostí (zpravidla by bylo řešeno více závislostí). Z uvedených důvodů je nutné příklad vnímat výhradně jako ilustrativní.

Literatura [1]

[2] [3] [4]

KUČERA, P., POKORNÝ, J. a kol. Metodika pro specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství, Příloha č. 8.9 Statistická data o požárech. Výstup projektu Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Kód projektu VG20122014074. Ostrava: 2014, 64 s. ISO/TR 13387-2:1999 Fire safety engineering Part 2: Design fire scenarios and design fires. Geneva: International Organization for Standardization, 1999. ISO/TS 16733:2006 Fire safety engineering – Selection of design fire scenarios and design fires. Geneva: International Organization for Standardization, 2006. KUČERA, P., KAISER, R., PAVLÍK, T., POKORNÝ, J. Metodický postup při odlišném způsobu splnění technických podmínek požární ochrany. Edice SPBI SPEKTRUM, sv. 56. Ostrava: SPBI, 2008, 201 s. ISBN 978-80-7385-044-9.

49

3 Závěr Publikace „Požární inženýrství v souvislostech III“ je třetím a současně posledním dílem řady kolektivních monografií, které byly vytvořeny v rámci projektu Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství. Monografie úzce navazuje na certifikovanou metodiku, která byla hlavním výsledkem projektu a je sestavena z příkladů, které demonstrují její praktické využití. Vysoká míra teorie, které je spjata s požárním inženýrstvím, bez konkrétních ukázek praktického využití, byla v minulosti předmětem opakované kritiky z řad odborníků v oblasti požární ochrany. Certifikovaná metodika a monografie Požární inženýrství v souvislostech I, Požární inženýrství v souvislostech II a zejména Požární inženýrství v souvislostech III by měly do značené míry předmět výtek odstranit. Jedná se o určité „vodítko“ doplněné příklady, které propojují teoretickou stránku požárně inženýrských řešení s praktickou aplikací.

50

Požární inženýrství v souvislostech III. Kolektiv autorů Vydalo Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství v Ostravě, roku 2015. Vytiskl: Tiskárna Kleinwächter Frýdek - Místek 1. vydání Publikace neprošla jazykovou úpravou ISBN 978-80-7385-164-4

O knize:

Publikace prezentuje některé z dílčích výsledků projektu řešeného v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky v letech 2010 - 2015 s názvem Specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství (VG20122014074), kterých bylo dosaženo v průběhu let 2013 až 2014. Projekt je řešen Fakultou bezpečnostního inženýrství Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava. Dalším účastníkem projektu je Česká asociace hasičských důstojníků. Hlavním cílem projektu je vytvoření certifikované metodiky pro posouzení zvlášť rizikových činností s využitím metod požárního inženýrství, která bude určena pro příslušníky Hasičského záchranného sboru České republiky a pro odborníky v oblasti požární ochrany z řad veřejnosti. Prezentované výsledky obsahují příklady požárně inženýrských aplikací, které byly zpracovány v návaznosti na certifikovanou Metodiku pro specifické posouzení vysoce rizikových podmínek požární bezpečnosti s využitím postupů požárního inženýrství.