VI. Zatížení mimořádná

VI. Zatížení mimořádná

VI. Zatížení mimořádná 1 VŠEOBECNĚ ČSN EN 1991-1-7 uvádí strategie pro zabezpečení staveb proti identifikovaným i neidentifikovaným mimořádným zatížením. Jsou zde pravidla a hodnoty zatížení pro nárazy silničními vozidly, vysokozdvižnými vozíky, vrtulníky, vykolejenými vlaky, plavidly a tlaky od vnitřních výbuchů plynu a směsí prachu se vzduchem. Norma se nezabývá zatíženími od vnějších výbuchů nebo teroristických činů. Některé typy mimořádných zatížení jsou mimo rozsah ČSN EN 1991-1-7; patří sem výbuchy prachu od skladovaných pevných látek v zásobnících, které jsou uvedeny v ČSN EN 1991-4, a nárazy silničních a železničních vozidel jedoucích po mostech, které se nachází v ČSN EN 1991-2. Očekává se, že také tato mimořádná zatížení se přesunou během příští revize Eurokódů do EN 1991-1-7.

ČSN EN 1991-1-7 se dělí na pět základních kapitol, kde jsou uvedeny základní pravidla pro navrhování konstrukcí na mimořádná zatížení, a čtyři informativní přílohy s doplňujícími údaji. V příloze A jsou pokyny pro navrhování pozemních staveb na následky lokální poruchy vzniklé z předem nespecifikované příčiny, v příloze B obecné postupy pro hodnocení rizik konstrukcí, v příloze C dynamická analýza nárazu a v příloze D pokyny pro vnitřní výbuchy. Národní volba je umožněna prostřednictvím 42 národně stanovených parametrů, ke kterým jsou doplňující informace uvedeny v národní příloze. Další informace k ČSN EN 1991-1-7 lze nalézt v podkladovém dokumentu [BD ENV 19911-7 1999], v dokumentech ISO/DP 10252 a ISO 6184-a a také v předpisech UIC 777-1 a UIC 777-2 Mezinárodní železniční unie. Postupy zpřesněného navrhování na dynamická zatížení jsou také uvedeny v dokumentu [CIB 1992].

2 KLASIFIKACE ZATÍŽENÍ Zatížení, která jsou uvedena v rozsahu platnosti ČSN EN 1991-1-7, se klasifikují jako mimořádná zatížení. V obvyklých případech se považují za zatížení volná.

3 NÁVRHOVÉ SITUACE 3.1 Všeobecně Pokud se předpokládá, že by mohlo dojít ke vzniku nehodové situace a případné zřícení konstrukce by mohlo mít za následek zranění a ztráty lidských životů, velké ekologické nebo ekonomické ztráty, pak se konstrukce musí navrhnout na mimořádné zatížení. Rozlišují se zde mimořádná zatížení, která lze předem identifikovat, a zatížení, která předem známa nejsou, avšak měly by se přijmout vhodné strategie pro omezení jejich následků.

82

VI. Zatížení mimořádná Strategie pro mimořádné návrhové situace se dělí na

       

strategie založené na identifikovaných mimořádných zatíženích: návrh konstrukce pro dostatečnou minimální robustnost, prevence vzniku zatížení nebo jeho redukce, návrh konstrukce na mimořádné zatížení; strategie založené na omezení rozsahu lokální poruchy: zvýšení tvarové přeurčitosti umožňující alternativní přenos zatížení, návrh klíčových prvků pro přenesení předpokládaného mimořádného zatížení, aplikace normativních pravidel pro celistvost a duktilitu.

Podle 3.1(2), poznámka 5, lze u některých konstrukcí vystavených extrémnímu zatížení, u kterých je zanedbatelné riziko ztráty lidských životů, připustit zřícení těchto konstrukcí. Tyto okolnosti by však měly být smluvně dohodnuty a odsouhlaseny příslušným zodpovědným úřadem. Lze stanovit míru přijatelného rizika, kterou by riziko určené pro konkrétní konstrukci nemělo překročit.

3.2 STRATEGIE PRO IDENTIFIKOVANÁ MIMOŘÁDNÁ ZATÍŽENÍ Pro snížení rizika mimořádných zatížení je třeba přijmout opatření, která zahrnují alespoň jednu z těchto strategií:

     

vyloučení vzniku zatížení (např. účinná kontrola vzniku extrémního zatížení) nebo zmenšení pravděpodobnosti výskytu zatížení nebo jeho hodnot na přijatelnou úroveň v návrhu, ochrana konstrukce proti účinkům mimořádného zatížení zmenšením jejich vlivu na konstrukci (např. silničními svodidly), zajištění dostatečné robustnosti konstrukce přijetím alespoň jednoho z těchto opatření: návrh významných nosných prvků, na kterých závisí stabilita konstrukce, jako prvků klíčových, návrh nosných prvků a výběr materiálů o duktilitě dostatečné pro pohlcení významného množství energie, aniž by došlo k jejich porušení (viz přílohy A a C), návrh konstrukce s dostatečnou tvarovou přeurčitostí, aby se v případě mimořádné události umožnil alternativní způsob přenosu zatížení.

Pro ověření konstrukce na mimořádná zatížení se použije vztah (6.11) podle ČSN EN 1990, ve kterém se mimořádné zatížení kombinuje se stálými zatíženími a dalšími proměnnými zatíženími. Dílčí součinitele všech zatížení (stálá, proměnná a mimořádná) jsou rovny jedné. Pro nejúčinnější proměnné zatížení se v případech nárazu dopravního prostředku nebo výbuchu plynu použije častá hodnota tohoto zatížení. V 3.2(5)P se požaduje, aby se bezprostředně po mimořádné události bezpečnost konstrukce ověřila. Je to důležitý pokyn, který platí pro stadia provozu stavby i pro její dočasné návrhové situace. Například po nárazu nákladního vozidla do pomocného podpěrného systému mostu během jeho výstavby se musí ověřit stav všech konstrukcí, možná porušení nebo posuny (včetně provedení geodetických měření).

83

VI. Zatížení mimořádná 3.3 STRATEGIE PRO OMEZENÍ ROZSAHU LOKÁLNÍ PORUCHY Pro zmenšení možnosti porušení konstrukce nebo omezení rozsahu porušení se v 3.3(2) doporučuje:

  

navrhnout klíčové prvky konstrukce, které jsou zásadní pro její únosnost, aby vydržely účinek mimořádného zatížení, navrhnout konstrukci tak, aby se jejím lokálním porušením neohrozila stabilita celé konstrukce nebo její podstatné části, použít konstrukční pravidla pro zajištění robustnosti konstrukcí (např. svislými a vodorovnými vazbami, které poskytnou přijatelnou míru celistvosti nebo minimální úroveň duktility nosných prvků).

Pro návrh klíčových prvků se doporučuje použít rovnoměrné zatížení o návrhové hodnotě 34 kN/m2, které působí na prvky nebo jejich přípoje z libovolného směru. Pro budovy se má uvažovat mezní lokální porucha na ploše 100 m2 nebo 15 % půdorysné plochy dvou následujících podlaží (uvažuje se menší z hodnot), porušené odstraněním libovolného podpěrného sloupu nebo stěny. Rozhodnutí přijmout dílčí porušení za předpokladu, že nepovede k poruše celého systému, je možné zdůvodnit tím, že neurčitost spolu s nelineárními účinky vlastností materiálu a s geometrií mají mnohem významnější roli při zmírnění mimořádných zatížení než u zatížení proměnných. Stejnou platnost to má v případě návrhu, který umožní velké pohlcení energie.

3.4 KATEGORIZACE KONSTRUKCÍ DO TŘÍD NÁSLEDKŮ Konstrukce se pro mimořádné návrhové situace kategorizují podle předpokládaných následků do tříd

  

CC1: malé následky poruchy – stačí ověřit, že jsou splněna pravidla pro zajištění robustnosti a stability podle EN 1990 až EN 1999; CC2: střední následky poruchy – obvykle se použije zjednodušený výpočet pomocí staticky ekvivalentních modelů zatížení nebo se aplikují normativní konstrukční pravidla; CC3: velké následky poruchy – provede se analýza specifického případu pro stanovení požadované úrovně spolehlivosti a hloubky analýzy konstrukce. V některých případech je potřebné provést dynamickou analýzu, použít nelineární modely a uvážit interakci mezi zatíženími a konstrukcí.

V informativní příloze A se uvádějí příklady konstrukcí, které lze v těchto třídách uvažovat. Třída CC2 se v příloze A podrobněji člení na dvě podtřídy CC2a a CC2b. Pokud by se pro mimořádné návrhové situace přijaly doporučené hodnoty indexu spolehlivosti podle ČSN EN 1990, příloha B, pak by bylo vhodné pro tyto dvě podtřídy stanovit směrné hodnoty indexů spolehlivosti (například pro CC2a by se mohla uvažovala hodnota 3,5, pro CC2b hodnota 3,8 pro referenční dobu padesáti let).

84

VI. Zatížení mimořádná

4 ZATÍŽENÍ OD NÁRAZŮ VOZIDLY 4.1 Oblast použití V kapitole 4 se uvádějí pravidla pro mimořádná zatížení od nárazu

    

silničních vozidel, vysokozdvižných vozíků, vlaků do konstrukcí tříd A a B, říčních a námořních plavidel, přistání vrtulníků na střechách kategorie I.

Zatížení nárazem silničních vozidel je třeba uvažovat u podpěrných konstrukcí umístěných v blízkosti různých typů pozemních komunikací, v budovách sloužících jako hromadné garáže, nebo ve kterých je povolen provoz vozidel. Zatížení nárazem železničních vozidel je třeba uvažovat v blízkosti železničních tratí. Poznámka: Mimo rozsah normy jsou nárazy do lehkých konstrukcí, včetně stožárů veřejného osvětlení, signalizačních zařízení a také lávek pro chodce. U lávek jsou pokyny pro mimořádná zatížení na spodní stavbu uvedeny v ČSN EN 1992-1.

4.2 Popis zatížení Zatížení od nárazů mohou být reprezentována ekvivalentní statickou silou, která vyvolá v konstrukci ekvivalentní účinky zatížení. V některých případech je však nezbytné provést dynamickou analýzu a podrobně uvážit rozložení hmot a další charakteristiky konstrukce a narážejícího tělesa. Rozlišují se zde tzv. tvrdé a měkké nárazy. Při tvrdém nárazu naráží těleso do pevné tuhé konstrukce a předpokládá se, že většinu energie nárazu pohltí. Příkladem je náraz vozidla do pilíře, kdy obvykle nastane značná deformace vozidla. Při měkkém nárazu naráží vozidlo do konstrukce (např. u silničních svodidel), kde dochází k pružnoplastické deformaci jejích prvků a k pohlcení energie nárazu. Základními veličinami při analýze nárazu jsou rychlost tělesa v okamžiku nárazu, úhel nárazu, rozložení hmot, deformační vlastnosti a charakteristiky útlumu narážejícího tělesa a konstrukce. Podrobnější pokyny pro stanovení modelů nárazových sil jsou uvedeny v příloze C.

4.3 Mimořádná zatížení způsobená silničními vozidly Informativní návrhové hodnoty ekvivalentních statických sil od nárazů silničních vozidel podle národní přílohy jsou uvedeny v tab. 4.1. Tyto hodnoty představují určitý minimální požadavek; v pracovních návrzích EN 1991-1-7 se doporučovaly až 2,5 násobné nárazové síly, než jsou nyní uvedeny v tab. 4.1. Skutečné síly od nárazů těžkých vozidel se mohou značně odlišovat od hodnot v tab. 4.1, a proto je potřebné uvážit možné následky nárazu do konstrukce, očekávanou intenzitu a skladbu dopravy a také opatření přijatá pro zmírnění následků (např. silniční svodidla).

85

VI. Zatížení mimořádná Ve směru jízdy se uvažuje nárazová síla Fdx a kolmo na směr jízdy síla Fdy, nemusí se uvažovat společně.

Tab. 4.1 Informativní návrhové hodnoty ekvivalentních statických sil od nárazu Síla Fdx a) Síla Fdy a) Kategorie pozemní komunikace [kN] [kN] Dálnice, silnice I. třídy a rychlostní místní komunikace

1 000

500

Silnice II. a III. třídy a místní komunikace s dov. rychlostí nad 60 km/h

750

375

Místní komunikace s dov. rychlostí do 60 km/h a účelové komunikace

500

250

50 150

25 75

Uzavřené plochy (např. podnikové plochy, dvory, areály zdravotnických zařízení) a budovy s hromadnými garážemi (např. sklady, parkovací plochy) s přístupem: – osobních vozidel – těžkých vozidel b) a) b)

x = směr jízdy, y = kolmo na směr jízdy Termín „těžké vozidlo“ se vztahuje k vozidlům o celkové maximální hmotnosti větší než 3,5 tun.

Nárazová síla jako funkce vzdálenosti d od osy nejbližšího jízdního pruhu k nosnému prvku nebyla pro ČR doporučena, 4.3.1(1), poznámka 2. V příloze C se uvádí možný postup pro stanovení nárazové síly podle sklonu terénu a vzdálenosti d, v úvahu by se musely vzít i další charakteristiky, včetně konfigurace konkrétního terénu. Nárazové síly od těžkých vozidel mohou působit v libovolné výšce h mezi 0,5 m až 1,5 m (u osobních vozidel ve výšce 0,5 m) nad úrovní vozovky. Síly působí na ploše o výšce 0,5 m (u osobních vozidel 0,25 m) a šířce 1,5 m, popř. na stejné šířce jako je prvek, a to podle toho, který rozměr je menší. Pokyny pro nárazové síly na podpěry lávek pro chodce uvádí ČSN EN 1991-2, kapitola 5. Pokud nejsou zajištěny minimální hodnoty světlé výšky mezi povrchem vozovky a spodní stranou nosné konstrukce mostu nebo se neprovedou opatření pro zabránění nárazu, pak je potřebné navrhnout vodorovné nosné prvky nad jízdními pruhy na náraz těžkého vozidla nebo jeho nákladu. Když je světlá výška menší než 6 m, mají se nosné prvky navrhnout na poloviční hodnoty nárazových sil Fdx uvedených v tab. 4.1 (pro světlou výšku od 5 do 6 m je možné provést lineární redukci síly Fdx součinitelem rF). Nárazovou sílu Fdx může být také potřebné předpokládat na spodním líci nosné konstrukce mostu s úhlem odklonu 10°.

4.4 Mimořádná zatížení způsobená vysokozdvižnými vozíky Návrhové hodnoty mimořádných zatížení od nárazu vysokozdvižných vozíků se mají stanovit s ohledem na dynamické vlastnosti vysokozdvižného vozíku a konstrukce.

86

VI. Zatížení mimořádná V ČSN EN 1991-1-7 se doporučuje použít pro mimořádný náraz vysokozdvižného vozíku ekvivalentní statickou sílu F = 5 W, kde W je součet vlastní tíhy vozíku a zdvihaného nákladu. Tato síla se má umístit ve výšce 0,75 m nad úrovní podlahy. Hodnota nárazové síly se však zdá být značně vysoká, také výška působiště nárazové síly závisí na typu vysokozdvižného vozíku. Proto se v národní příloze doporučuje, aby se získaly přesnější údaje od výrobce vozíků.

4.5 Mimořádná zatížení železniční dopravou Doporučení pro mimořádná zatížení vlaky uvedená v ČSN EN 1991-1-7 vycházejí z předpisů UIC 777-1 a UIC 777-2 Mezinárodní železniční unie. Konstrukce podél trati se třídí do dvou základních kategorií: Třída A: Konstrukce napříč nebo v blízkosti železniční tratě trvale obývané, nebo sloužící pro veřejnost nebo více než jednopodlažní. Třída B: Masivní konstrukce napříč nebo v blízkosti provozované železniční tratě, jako jsou mosty převádějící silniční dopravu, nebo trvale neobývané jednopodlažní budovy. Pro konstrukce třídy A (např. sloupy, stěny) jsou informativní hodnoty ekvivalentních statických sil od nárazů vlaků jedoucích rychlostí nanejvýš 120 km/hod. uvedeny v tab. 4.2.

Tab. 4.2 Informativní návrhové hodnoty ekvivalentních statických nárazových sil ve vodorovném směru pro konstrukce třídy A nad železničními tratěmi nebo podél tratí. Vzdálenost d od nosných prvků do osy Síla Fdx Síla Fdy nejbližší koleje [m] [kN] [kN] stanoví se pro stanoví se pro Nosné prvky: d < 3 m konkrétní projekt * konkrétní projekt * Pro spojité stěny a konstrukce typu stěn 4000 1500 3md5m 0 0 d5m *

zásady hodnocení rizik jsou uvedeny v příloze B

Nárazové síly uvedené v tab. 4.2 lze snížit na polovinu, jestliže je dovolená rychlost železniční dopravy v určitém místě nanejvýš 50 km/h, nebo se podpěrné nosné prvky zabezpečí např. zvýšeným železobetonovým základem (konstrukční zásady jsou uvedeny v UIC 777-2). Jestliže je dovolená rychlost na trati nad 120 km/h, konstrukci je potřebné uvažovat v nejvyšší třídě následků CC3. Hodnoty nárazových sil Fdx a Fdy určí individuálně podle použitých ochranných opatření. Pro konstrukce třídy B, kam patří také mosty, se v ČSN EN 1991-1-7 žádná doporučení neuvádějí a je proveden odkaz na národní přílohu nebo na konkrétní projekt. V národní příloze ČR bylo doporučeno, že pro konstrukce třídy B lze použít stejné zásady jako pro konstrukce třídy A.

87

VI. Zatížení mimořádná 4.6 Mimořádná zatížení vodní dopravou Mimořádná zatížení od nárazu plavidel se stanovují s ohledem na typ vodní cesty, podmínky při povodních, typ a ponor plavidel a jejich chování při nárazu. Nárazová síla se vyjadřuje na základě dvou vzájemně oddělených sil:



čelní síla Fdx,



příčná síla se složkou Fdy působící kolmo k čelní nárazové síle a se složkou tření FR rovnoběžnou s Fdx.

Nárazová síla od tření FR působící současně s příčnou nárazovou silou Fdy se stanoví podle vztahu:

FR =  Fdy

(4.1)

kde  je součinitel tření (doporučuje se hodnota 0,4). Nárazové síly působí v určené výšce nad maximální plavební hladinou, která závisí na ponoru lodi (s nákladem nebo se zátěží). Jestliže chybí podrobná informace, může se síla umístit ve výšce 1,5 m nad příslušnou plavební hladinou. Kontaktní plochu b × h lze uvažovat hodnotami b = bpier (šířka překážky, např. mostního pilíře) a h = 0,5 m pro čelní náraz a hodnotami h = 1,0 m a b = 0,5 m pro příčný náraz. V případě potřeby se nosná konstrukce mostu navrhuje na ekvivalentní statickou sílu o hodnotě 1000 kN od nárazu plavidla, která působí příčně ke směru podélné osy mostu (rozpětí).

Příloha B pak uvádí zásady pravděpodobnostního rozboru spolehlivosti mimořádných zatížení od plavidel, příloha C poskytuje pokyny pro nárazové síly od plavidel na vnitrozemských a námořních vodních cestách. Informativní hodnoty dynamických sil od nárazů plavidel klasifikovaných do tříd I až VII na vnitrozemských vodních cestách jsou uvedeny v tab. 4.3. Hmotnost m v tunách zahrnuje celkovou hmotnost plavidla, včetně konstrukce lodi, nákladu a pohonných hmot. Síly Fdx a Fdy zahrnují hydrodynamické účinky.

Tab. 4.3 Informativní hodnoty sil od nárazů plavidel na vnitrozemských vodních cestách Délka ℓ [m]

Hmotnost m [t]

Síla Fdx [kN]

Síla Fdy [kN]

I

30 - 50

200 - 400

2 000

1 000

II

50 - 60

400 - 650

3 000

1 500

Třída plavidla

88

Referenční typ plavidla

III

„Gustav König“

60 - 80

650 - 1000

4 000

2 000

IV

třída „Evropa“

80 - 90

1 000 - 1 500

5 000

2 500

Va

velké plavidlo

90-110

1 500 - 3 000

8 000

3 500

Vb

remorkér + 2 nákl. čluny

110-180

3 000 - 6 000

10 000

4 000

VI. Zatížení mimořádná

Třída plavidla

Referenční typ plavidla remorkér + 2 nákl. čluny

VIa

Délka ℓ [m]

Hmotnost m [t]

Síla Fdx [kN]

Síla Fdy [kN]

110-180

3 000 - 6 000

10 000

4 000

VIb

remorkér + 4 nákl. čluny

110-190

6 000 -12 000

14 000

5 000

VIc

remorkér + 6 nákl. člunů

190-280

10 000 -18 000

17 000

8 000

VII

remorkér + 9 nákl. člunů

300

14 000 -27 000

20 000

10 000

4.7 Mimořádná zatížení vrtulníky Pro budovy se střechami navrženými jako přistávací plocha pro vrtulníky (kategorie I podle ČSN EN 1991-1-1) je potřebné počítat s mimořádnou přistávací silou od nárazu. Návrhová hodnota svislé ekvivalentní statické síly Fd se stanoví podle vztahu:

Fd = C√m

(4.2)

kde m je hmotnost vrtulníku v kg a součinitel C je 3 kN kg-0,5. Předpokládá se, že nárazová síla může působit na libovolnou část přistávací plochy a také na střešní konstrukci v maximální vzdálenosti 7 m od okraje přistávací plochy. Velikost kontaktní plochy je možné uvažovat 2 m × 2 m.

5 VNITŘNÍ VÝBUCHY 5.1 Oblast použití Zatížení výbuchem je potřebné uvažovat při návrhu pozemních a inženýrských staveb, ve kterých se používá plyn nebo se plyn skladuje či přepravuje (např. chemická zařízení, kontejnery, zásobníky, obytné budovy s instalacemi plynu, tunely), a také tam, kde se nacházejí výbušné látky. Uvažují se zde pouze vnitřní výbuchy v uzavřených prostorech.

5.2 Popis zatížení Výbuch je definován jako rychlá chemická reakce prachu, plynu nebo par se vzduchem, která vyvolává vysoké teploty a přetlaky. Vlivem výbuchu se šíří tlakové vlny. Velikost tlaku od výbuchu na konstrukci závisí nejen na jeho zdroji, avšak také na přítomnosti překážek v uzavřeném prostoru, na velikosti a tvaru uzavřeného prostoru, ve kterém k výbuchu dochází, a na charakteru výfukových prvků (nenosné části prostoru s omezenou odolností jako okna, dveře a příčky uvolní tlaky a sníží se tak účinky na nosné části budovy).

89

VI. Zatížení mimořádná U staveb ve třídě následků CC1 se nemusí účinky výbuchu uvažovat, jestliže se splní pravidla pro styky a spolupůsobení prvků. U konstrukcí ve třídách následků CC2 a CC3 se na příslušná zatížení musí navrhnout klíčové prvky. U třídy CC2 se mohou použít ekvivalentní statické modely zatížení a normativní konstrukční pravidla. U konstrukcí ve třídě CC3 je potřebné provést dynamickou analýzu. Doporučuje se zde také analýza rizik (zásady jsou uvedeny v příloze B). Musí se zjistit, zda má navržená konstrukce dostatečnou odolnost proti vnitřnímu výbuchu a nedojde k jejímu progresivnímu zřícení.

5.3 Zásady navrhování Konstrukce se musí navrhnout v souladu s EN 1990, 2.1(4)P tak, aby byly odolné proti progresivnímu zřícení následkem vnitřního výbuchu. V příloze D jsou uvedeny pokyny pro tyto specifické typy výbuchů:

  

výbuchy prachu v prostorech, nádobách a zásobnících, výbuchy zemních plynů v místnostech, výbuchy plynů nebo pár se vzduchem (definovaných v 5.1(1)P) v tunelech pozemních a drážních komunikací.

Doplňující pokyny pro výbuchy prachových disperzí, zemního plynu a plynných směsí jsou uvedeny v příloze D. Klíčové prvky konstrukce se navrhnou na účinky vnitřního výbuchu od zemního plynu na základě rozhodujícího z následujících dvou vztahů pro návrhovou hodnotu ekvivalentního statického tlaku

pd = 3 + pstat pd = 3 + 0,5 pstat + 0,04 / (Av/V)2

nebo

(5.1) (5.2)

kde pstat je rovnoměrně rozložený statický tlak v kN/m2, při kterém nastane porušení výfukových prvků, Av je plocha výfukových prvků v m2 a V je objem prostoru v m3. Vztahy platí pro prostory do objemu 1000 m3 a poměry plochy výfukových prvků a celkového objemu prostoru mezi 0,05  Av/V  0,15. Předpokládá se, že tlaky výbuchu působí současně na všechny plochy ohraničující uzavřený prostor, ve kterém k výbuchu dochází. V 5.3(5) jsou uvedeny pokyny pro výfukové prvky, které musí mít omezenou odolnost a jejichž porušení umožní snížení tlaků výbuchu. Při aktivaci výfukových prvků nesmí dojít k ohrožení osob nebo ke vzplanutí jiného materiálu. Výfukové prvky se mají umisťovat v blízkosti možného zdroje vzplanutí, jestliže je tento zdroj znám, nebo v místech vysokých tlaků. Při stanovení odolnosti výfukového prvku se musí brát v úvahu rozměry a stavba nosné konstrukce výfukového prvku.

90

VI. Zatížení mimořádná

PŘÍLOHA A NAVRHOVÁNÍ POZEMNÍCH STAVEB S OHLEDEM NA NÁSLEDKY LOKÁLNÍ PORUCHY Z NESPECIFIKOVANÉ PŘÍČINY A.1 ROZSAH Příloha A poskytuje pokyny pro návrh konstrukcí, aby měly přiměřenou nosnou způsobilost, pokud u nich dojde k lokálnímu porušení z nespecifikované příčiny.

A.2 Úvod Možnou strategií pro zvýšení bezpečnosti nosného systému pozemní stavby vůči mimořádným událostem z předem nespecifikované příčiny je zvýšení její celkové robustnosti proti přiměřenému rozsahu neidentifikovaných mimořádných zatížení. Konstrukce by měla po nehodové situaci vydržet alespoň po dobu potřebnou k bezpečné evakuaci osob. V některých případech se může požadovat delší doba u specifických staveb, které jsou například klíčové z hlediska zajištění základních služeb, nebo z důvodů národní bezpečnosti.

A.3 Třídy následků pro pozemní stavby Podle zatřídění konstrukce do příslušné třídy následků CC1 až CC3 jsou doporučena v příloze A opatření uvedená v tab. A.1. Pro konstrukce ve třídě následků CC1 nejsou potřebná žádná doplňující pravidla, ve třídě CC3 se již doporučuje analýza rizik. Rozlišují se opatření pro konstrukce rámové a stěnové.

Tab. A.1 Kategorizace staveb podle tříd následků a doporučená opatření. Třída Příklady typů pozemních staveb a následků jejich použití samostatné obytné budovy do čtyř CC1 podlaží, zemědělské stavby, stavby s občasným výskytem osob, kde v blízmalá kosti nejsou další obytné budovy – hotely, obytné, rezidenční a administrativní budovy do 4 podlaží – průmyslové stavby do 3 podlaží CC2a střední, – obchodní plochy do 3 podlaží, s plochou každého max. 1000 m2 s menším – školní zařízení o 1 podlaží rizikem – budovy do 2 podlaží s přístupem veřejnosti a plochou jednotlivých podlaží do 2000 m2

Opatření pro mimořádné situace z neidentifikovaných příčin návrh konstrukce pro běžný způsob používání podle Eurokódů, zvláštní opatření nejsou potřebná – provedení strategií doporučených pro třídu CC1 a také – účinných vodorovných vazeb nebo kotvení zavěšených stropů ke stěnám, jak je uvedeno pro rámové konstrukce a nosné stěny

91

VI. Zatížení mimořádná Třída Příklady typů pozemních staveb a následků jejich použití – hotely, budovy s byty, apartmány a další obytné budovy přes 4 podlaží, ale nanejvýš 15podlažní – školní zařízení přes 1 podlaží a nanejvýš 15podlažní CC2b – obchodní plochy přes 3 podlaží a střední, nanejvýš 15podlažní s větším – nemocnice do 3 podlaží rizikem – administrativní budovy přes 4 podlaží a nanejvýš 15podlažní, všechny budovy s přístupem veřejnosti a plochou podlaží přes 2000 m2 a na každém podlaží nejvýš 5000 m2 – stavby přesahující omezení ploch jednotlivých podlaží a jejich počtu ve třídách následků CC2a a CC2b CC3 – stavby pro shromažďování značného počtu osob velká – stadiony s více než 5000 diváky – stavby s nebezpečnými látkami nebo technologickými procesy

Opatření pro mimořádné situace z neidentifikovaných příčin – provedení strategií doporučených pro třídu CC1 a zároveň – pro zvýšení robustnosti konstrukce návrh systému vodorovných vazeb pro rámové konstrukce a nosné stěny a návrh svislých vazeb v podpěrných sloupech a stěnách, popř. alternativně – ověření, zda stavba zůstane stabilní a libovolné lokální poškození nepřesáhne určitou mez, když se teoreticky odstraní každý jednotlivý sloup nebo nosník podpírající sloup nebo libovolná část nosné zdi (předpokládá se jeden na podlaží) – u staveb se má provést podrobné hodnocení rizik a uvážit předvídatelná i nepředvídatelná nebezpečí

Mez přijatelné lokalizované poruchy může být pro každý typ pozemní stavby rozdílná. Doporučená hodnota lokálního porušení je 15 % plochy podlaží nebo 100 m2 podle toho, která z hodnot je menší, a to na každém ze dvou přilehlých podlaží, jak ukazuje obr. A.1.

a) půdorys

b) pohled

(A) lokální porušení, (B) předpokládá se odstranění sloupu Obr. A.1 Doporučená mez přípustného porušení 92

VI. Zatížení mimořádná A.4 Vodorovné vazby Rámové konstrukce Vodorovné vazby se provedou po obvodě jednotlivých podlaží a střešní konstrukce, ve vnitřních částech konstrukce také kolmo na sebe, aby se zajistilo bezpečné provázání celého nosného systému. Vodorovné spojité vazby včetně spojů musí přenést tyto tahové síly: ... Ti = 0,8 (gk + qk) sL (avšak  75 kN),

– vnitřní vazby

– obvodové vazby ... Tp = 0,4 (gk + qk) sL (avšak  75 kN), kde

gk a qk jsou charakteristické hodnoty stálého a proměnného zatížení, s vzdálenost vazeb L rozpětí vazby  kombinační součinitel 1 nebo 2 podle ČSN EN 1990, 6.4.3.3, výraz (6.11)

Nosné stěny U staveb ve třídě následků CC2a lze přiměřenou robustnost zajistit uspořádáním konstrukce do jednotlivých úseků tak, aby se zjednodušila interakce všech součástí a vhodným způsobem ukotvily stropy ke stěnám (provedení vodorovných vazeb). U pozemních staveb ve třídě následků CC2b je potřebné ve stropních konstrukcích provést spojité vodorovné vazby. Vnitřní vazby se umístí ve stropech kolmo na sebe a obvodová táhla po obvodě stropních konstrukcí po vzdálenostech 1,2 m ve směru šířky desek. Návrhové tahové síly se stanoví: – pro vnitřní vazby: Ti = větší z hodnot Ft nebo

Ft ( g k  qk ) z v kN/m 7,5 5

– pro obvodové vazby: Tp = Ft kde

Ft ns z

je

20 + 4ns kN/m (avšak < 60 kN/m), počet podlaží, menší z pětinásobku světlé výšky patra H nebo největší vzdálenosti ve směru vazby mezi osami sloupů nebo svislými nosnými prvky tvořenými prostou deskou, nebo systémem nosníků a desek.

A.5 Svislé vazby Všechny sloupy a stěny je potřeba spojitě provázat od základů až po úroveň střechy. Sloupy a stěny rámových konstrukcí musí odolat mimořádné návrhové tahové síle rovné největší reakci od návrhové hodnoty svislého stálého a proměnného zatížení, která na sloup působí z kteréhokoliv podlaží. Svislé vazby se pokládají za účinné, jestliže



tloušťka zděných stěn je alespoň 150 mm a jejich minimální pevnost v tlaku je alespoň 5 kN/mm2, 93

VI. Zatížení mimořádná 

světlá výška stěny H mezi podlahou a stropem nebo stropem a střechou nepřekročí 20 t, kde t je tloušťka stěny v metrech,



vazby se navrhnou na svislou tahovou sílu T, kde 2

T= 

34 A  H  2   (avšak < 100 kN/bm stěny), kde A je průřezová plocha stěny v m , 8000  t 

svislé vazby jsou rozmístěny v maximální osové vzdálenosti do 5 m a nejméně 2,5 m od volných okrajů stěn.

A.6 Nominální průřez nosné stěny Nominální délka železobetonových stěn a vnitřních zděných, dřevěných nebo ocelových stěn s výztuhami má být < 2,25 H, kde H je výška podlaží. U vnějších zděných, dřevěných nebo ocelových stěn s výztuhami je to délka měřená mezi příčnými podpěrami, tvořená jinými svislými stavebními prvky (např. sloupy nebo příčně umístěnými příčkami).

A.7 Klíčové prvky Klíčový prvek má mít schopnost přenést mimořádné zatížení Ad působící na prvek a k němu připojené části ve svislém a vodorovném směru (vždy v jediném směru) s ohledem na mezní pevnost těchto částí a jejich spojů. Návrhová hodnota mimořádného zatížení se uvažuje jako soustředěné nebo rovnoměrně rozdělené zatížení; pro pozemní stavby se doporučuje 34 kN/m2. Příklad: Úkolem je stanovit zatížení oddělené sekce několikapodlažní administrativní budovy. Prostor má půdorysné rozměry 8  14 m, výšku H = 3 m, viz obr. A.2. Plocha výfukových prvků je tvořena okny o celkové ploše AV = 40 m2.

H=3m

a=8m

Obr. A.2 Tlak od výbuchu působící na stěny uzavřeného prostoru

94

VI. Zatížení mimořádná Objem prostoru je V = 3  8  14 = 336 m3, poměr plochy výfukových prvků a celkového objemu prostoru Av/V = 40/336 = 0,12 m-1. Objem prostoru je menší než mezní hodnota 1000 m3, poměr Av/V splňuje podmínku doporučeného rozmezí od 0,05 do 0,15 m. Předpokládá se, že se výfukové prvky poruší tlakem 3 kN/m2. Návrhová hodnota ekvivalentního statického tlaku od výbuchu plynu se určí podle vztahů (5.1) a (5.2) jako pd = 3 + pv = 3 + 3 = 6 kN/m2 nebo pd = 3 + pv/2 + 0,04 (Av/V)2 = 3 + 1,5+0,04/0,122 = 7,28 kN/m2 Rozhodujícím je zde tlak pd = 7,28 kN/m2. Předpokládá se, že stropní konstrukce z prostě uložených jednosměrně působících železobetonových desek o rozpětí a = 8 m je zatížena vlastní tíhou 3 kN/m2 a užitným zatížením pro kancelářské prostory 2,5 kN/m2. Dolní stropní železobetonová deska je v trvalé návrhové situaci namáhána stálým a užitným zatížením směrem dolů, v mimořádné návrhové situaci působí na desku kromě těchto zatížení také zatížení výbuchem. Pro trvalou návrhovou situaci se určí návrhová hodnota ohybového momentu železobetonové desky na základě dvojice vztahů (6.10a, 6.10b) podle ČSN EN 1990 jako Md = 1/8 (Ggk + Q0qk) L2 = 1/8 (1,353 + 1,50,72,5)82 = 53,4 kN/m2 Md = 1/8 (Ggk + Qqk) L2 = 1/8 (0,851,353 + 1,52,5)82 = 57,54 kN/m2 kde rozhodujícím je druhý z obou momentů, tedy Md =57,54 kN/m2. Pro mimořádnou návrhovou situaci se použije vztah (6.11) z ČSN EN 1990 a vypočítá návrhová hodnota ohybového momentu Md podle vztahu Md = 1/8 (gk + 1qk + pd) L2 = 1/8 (3 + 0,52,5 + 7,28) 82 = 92,24 kN/m2 Výztuž dolní desky musí splňovat požadavky na návrhové hodnoty účinků zatížení pro trvalou i mimořádnou návrhovou situaci. Poznamenáme, že v mimořádné návrhové situaci se uplatňují obvykle jednotkové, popř. nižší dílčí součinitele materiálových vlastností než v trvalé návrhové situaci (pro beton 1,2, pro betonářskou výztuž 1, viz ČSN EN 1992-1-1). Horní stropní deska je namáhána z horní části stálým a užitným zatížením pro trvalou návrhovou situaci, pro mimořádnou návrhovou situaci shora stálým zatížením (užitné zatížení se jako příznivě působící neuvažuje), zdola mimořádným zatížením od výbuchu. Návrhová hodnota ohybového momentu se stanoví Md = 1/8 (gk – pd) L2 = 1/8 (3 – 7,28) 82 = –34,24 kN/m2 Pro mimořádnou návrhovou situaci způsobenou výbuchem je tedy potřebné výztuž horní stropní desky navrhnout na účinky výbuchu působícího v opačném směru, než jsou účinky zatížení v trvalé návrhové situaci. Poznamenává se, že na mimořádné zatížení výbuchem je také potřebné navrhnout svislé stěny a styky stropů a stěn.

95

VI. Zatížení mimořádná

PŘÍLOHA B INFORMACE PRO HODNOCENÍ RIZIK B.1 ÚVOD Příloha B poskytuje obecné zásady, jak provádět analýzu a hodnocení rizik konstrukcí pozemních a inženýrských staveb. Vybrané pojmy důležité pro hodnocení rizik jsou definovány v B.2. V článcích B.3 až B.8 jsou uvedena doporučení (na základě obr. B.1), jak postupovat při hodnocení rizik a jak přijmout opatření pro jejich zmírnění.

Definice rozsahu a omezení

Kvalitativní analýza rizik  Identifikace zdroje  Scénáře nebezpečí  Popis následků  Stanovení opatření

Nová analýza  Rozsah a předpoklady  Opatření pro zmírnění následků

Kvantitativní analýza rizik  Přehled nejistot  Modelování nejistot  Pravděpodobnostní výpočty  Kvantifikace následků  Odhad rizik

Hodnocení rizik Úprava rizik

Přijetí rizik Přenos informací o rizikách

Obr. B.1 Schéma analýzy rizik

B.2 Metody analýz rizik Analýza rizik má popisnou (kvalitativní) část a obvykle také numerickou (kvantitativní) část. B.2.1 Kvalitativní analýza rizik

V oddíle B.4.1 jsou uvedeny zásady kvalitativní analýzy, kdy je potřebné identifikovat všechna nebezpečí a k nim příslušné scénáře nebezpečí.

96

VI. Zatížení mimořádná V analýze rizik mohou pro konstrukci znamenat nebezpečí například vysoké hodnoty běžných typů zatížení, malé hodnoty únosností (vliv degradace, lidských chyb) a mimořádná zatížení. Kvalitativní analýza rizik je znázorněna na obr. B2a. Poznamenáme, že nedopatřením tento obrázek není v EN 1991-1-7 uveden a bude vydán CEN/TC 250 v rámci oprav. Pro každý scénář nebezpečí se stanoví závažnost případných poruch, která se klasifikuje jako kritická, velká, střední, malá nebo velmi malá. Závažnosti lze definovat následujícím způsobem:    

Kritická: Nastane náhlé zřícení konstrukce s vysokou pravděpodobností ztrát na lidských životech a zranění. Velká: Porušení části (částí) konstrukce s vysokou pravděpodobností částečného zřícení a s určitou možností zranění nebo omezení uživatelů a veřejnosti. Střední: Porušení části konstrukce, kdy úplné nebo částečné zřícení konstrukce je málo pravděpodobné; možnost zranění nebo omezení uživatelů a veřejnosti je malá. Malá: Lokální poškození.

Příklady použití mohou být např. mosty pro a) dálnice, b) komunikace nižších tříd přes dálnice, c) portály nad dálnicemi, d) komunikace nižších tříd přes menší vodní toky. kritický velký střední malý následek typ použití

d

Obr. B2a Matice rizik pro kvalitativní analýzu B.2.2 Kvantitativní analýza rizik

V článku B.4.2 jsou uvedeny zásady kvantitativní analýzy. V této analýze se odhadnou numerické hodnoty pravděpodobností a velikosti následků poruchy (vyjádřené ve ztrátách lidských životů, ekonomických nebo ekologických ztrátách). Příklad kvantitativního popisu rizik je naznačen na obr. B.2b (v ČSN EN 1991-1-7 označeném jako B.2), kde diagonála matice představuje maximálně přijatelnou úroveň rizika. Pro zjištění přijatelnosti rizika se obvykle používá zásada ALARP (as low as reasonably practicable – úroveň rizika tak nízká, jak je to rozumně možné). Podle této zásady se stanovují dvě úrovně rizika. Riziko se považuje za přijatelné, jestliže se nachází pod dolní mezí všeobecně tolerované oblasti, a tedy žádná opatření nejsou nezbytná. Pokud se riziko vyskytuje nad horní mezí všeobecně tolerované oblasti, riziko se považuje za nepřijatelné. Pokud 97

VI. Zatížení mimořádná je riziko v oblasti mezi horní a dolní mezí, hledá se ekonomicky nejvýhodnější řešení. Postupy provádění analýz jsou podrobně vysvětleny např. v [Jensen 1996].

Kritický

X

X

Velký

X

Střední

X

Malý

X

Velmi malý následek pravděpodobnost

0,00001

0,0001

0,001

0,01

> 0,1

X představují příklady maximálně přijatelných úrovní rizik Obr. B.2b Ukázka grafu pro výsledky kvantitativní analýzy rizik

B.3 Použití pro pozemní a inženýrské stavby B.3.1 Všeobecně

Pro zmírnění předvídatelných rizik lze přijmout opatření konstrukčního charakteru, aby měla konstrukce zachovanou přiměřenou odolnost proti mimořádným zatížením. Konstrukci je možné uspořádat tak, aby se umožnil alternativní přenos zatížení. Nekonstrukční opatření zahrnují snížení pravděpodobnosti, že nepříznivý jev nastane, snížení intenzity zatížení nebo následků poruchy. Pro nepředvídatelná nebezpečí, mezi která patří například hrubé lidské chyby nebo neočekávaná rychlá degradace materiálů, lze použít strategii, kdy se zvýší robustnost konstrukce, a tedy sníží její zranitelnost. Patří sem zvětšení duktility a provázanosti konstrukce. Možným přístupem pro zmírnění následků předem nepředvídatelných nebezpečí je zavedení předpokladu, že jeden nosný prvek je při jakékoli nepříznivé události porušen a nastává ztráta jeho nosné kapacity. Požaduje se pak, aby si po relativně krátkou dobu (definovanou jako doba opravy T) zbývající část konstrukce se specifikovanou pravděpodobností zachovala nosnou kapacitu pro přenos běžných typů zatížení. Řešení se považuje za přijatelné, pokud pravděpodobnost porušení celé konstrukce za předpokladu, že je některý z jejích nosných prvků porušen, je menší než směrná pravděpodobnost Ptarget.

98

VI. Zatížení mimořádná P(R < E v T | jeden prvek je odstraněn) < Ptarget

(B.1)

Směrnou pravděpodobnost poruchy lze přijmout pro jednotlivé kategorie staveb a uvažovanou referenční dobu podle ČSN EN 1990, příloha B. B.3.2 Analýza konstrukce

V B.9.2(2) se uvádí obecný vztah pro stanovení celkového rizika NH

ND NS

i 1

j 1 k 1

k

j

i

j

R   P(H i ) P(D H )P(Sk D )C(S )

(B.2)

kde se předpokládá, že konstrukce je vystavena NH různým nebezpečným jevům a může jimi být porušena ND různými způsoby; chování porušené konstrukce se může rozložit do NS nepříznivých stavů Sk s odpovídajícími následky C(Sk). P(Hi) je pravděpodobnost výskytu (v referenčním časovém intervalu) i-tého nebezpečí, P(Dj|Hi) je podmíněná pravděpodobnost jtého stadia porušení konstrukce za daného i-tého nebezpečí a P(Sk|Dj) je podmíněná pravděpodobnost k-tého celkového nepříznivého chování konstrukce S za daného j-tého stadia porušení. Podle B.9.2(3) je potřebné pro snížení rizik analyzovat strategie kontroly rizik a uvážit jejich ekonomickou účelnost. Riziko je možné snížit, když se sníží 

pravděpodobnost P(H) vzniku a výskytu nebezpečného jevu H. Například možnosti nárazu vozidel do mostního pilíře lze zabránit návrhem pilíře ve větší vzdálenosti od okraje komunikace,



pravděpodobnost P(D|H) výskytu významných škod, například návrhem účinných zabezpečovacích zařízení,



pravděpodobnost nepříznivého chování konstrukce, jestliže dojde k porušení této konstrukce, tj. P(S|D), např. návrhem přiměřeně prostorově provázané konstrukce, nebo umožněním náhradního způsobu přenosu zatížení.

B.3.3 Aplikace pro náraz vozidla

V B.9.3.2(2) se uvádí obecný vztah (B.4), který je užitečný pro stanovení dolní a horní meze nárazových sil pro různé typy komunikací a kategorie spolehlivosti konstrukcí (třídy RC1 až RC 3 podle ČSN EN 1990, příloha B). Podrobnější informace jsou uvedeny například v [Holický 2003]. Uživatel ČSN EN 1991-1-7 bude obvykle používat kapitolu 4, kde jsou doporučené minimální hodnoty nárazových sil uvedeny, a v případě potřeby pak použije spíše přílohu C a provede dynamickou analýzu konstrukce. Poznamenává se, že použití metod uvedených v B.4.2 pro určení nárazových sil vede obvykle k horním hodnotám těchto sil, které jsou cca 2,5 násobné proti hodnotám doporučeným v kapitole 4. Tato horní mez hodnot však dobře souhlasí s horní mezí těchto sil, stanovených postupy v příloze C.

99

VI. Zatížení mimořádná B.4 Návod pro použití analýzy rizik pro náraz od železniční dopravy Postupy hodnocení rizik nárazu železničních vozidel do konstrukcí třídy A na trati s dovolenou rychlostí větší než 120 km/h a také do konstrukcí třídy B jsou uvedeny v ČSN EN 1991-1-7 pouze obecně, podrobnější informace se nacházejí v dokumentu UIC 777-2R a podkladním dokumentu [Report 2000]. V těchto dokumentech jsou podrobnější návody, jak provádět analýzu a hodnocení rizik a jsou zde také doporučena různá konstrukční opatření.

C Dynamický návrh v případě nárazu Příloha C uvádí zásady zdokonaleného navrhování konstrukcí na zatížení nárazem a také přibližné postupy, které vycházejí ze zjednodušených nebo empirických modelů. Uvádí se zde vztah (C.1) pro stanovení maximální dynamické nárazové síly, který lze použít pro určení ekvivalentních nárazových sil. Umožňuje se zde zohlednit při nárazu vozidla různý sklon terénu. Obr. C.1 uvádí výsledné ekvivalentní statické síly, jestliže by se použila doporučení přílohy C. F [kN] F0 2500

F1 F3

2000

1500

s [m] 1000 5

7

9

11

13

15

17

19

Obr. C.1 Nárazová síla F klesá se vzrůstající vzdáleností s (pro předpoklad F0 rovný terén, F1 terén klesá, F2 terén stoupá), uvažuje se zde rychlost 90 km/hod.

D Vnitřní výbuchy Příloha D uvádí postupy výpočtu výbuchu prachu v uzavřených prostorech, v kontejnerech a zásobnících, zemního plynu v budovách a výbuchů v tunelech. Další informace o výbuchu v zásobnících nebo obdobných výrobních zařízeních jsou uvedeny v EN 1991-4, příloha H. Předpokládá se, že se tato příloha při příští revizi Eurokódů přesune do ČSN EN 1991-1-7.

100