Požadavky na požární bezpečnost dřevostaveb
Rozvoj dřevostaveb v České republice vychází mimo jiné z požadavku realizovat co nejvíce nízkoenergetické stavby. Stále ale existuje široká veřejnost, která se dřevostaveb obává hlavně ve vztahu k požáru. Při požáru, na rozdíl od oceli, dřevo neztrácí svou pevnost a tuhost. Zbytkový profil si ve většině případů zachovává své vlastnosti a je dále schopen přenášet zatížení.
1 Úvod
Rozvoj dřevostaveb v České republice vychází mimo jiné z požadavku realizovat co nejvíce nízkoenergetické stavby. Stále ale existuje široká veřejnost, která se dřevostaveb obává hlavně ve vztahu k požáru. Člověk si často neuvědomuje, že dřevo je vůči požáru dobře odolné, hlavně co se týče jeho pevnosti a tuhosti. Při požáru, na rozdíl od oceli, neztrácí svou pevnost a tuhost. Zbytkový profil si ve většině případů zachovává své vlastnosti a je dále schopen přenášet zatížení. Naproti tomu ocel vlivem vysokých teplot velmi rychle ztrácí svou pevnost, až dojde k celkovému kolapsu konstrukce.
2 Požární bezpečnost dřevěných konstrukcí
Požární bezpečnost stavebních objektů je schopnost stavebních objektů bránit v případě požáru ztrátám na životech a zdraví osob, popř. zvířat a ztrátám majetku; dosahuje se jí vhodným urbanistickým začleněním objektu, jeho dispozičním, konstrukčním a materiálovým řešením nebo požárně bezpečnostními zařízeními a opatřeními. Požární bezpečnost staveb je tedy dána souhrnem předpisů, podle kterých se musíme řídit při návrhu a stavbě objektů.
K tomu, aby se zabránilo ztrátám na životech a zdraví osob, zvířat a ztrátám na majetku, musí stavební objekty:
- při požáru umožnit bezpečnou evakuaci osob, zvířat a věcí na volné prostranství nebo do jiných požárem neohrožených prostorů;
- bránit šíření požáru mezi jednotlivými požárními úseky v objektu;
- bránit šíření požáru mimo objekt;
- umožnit účinný zásah požárních jednotek při hašení a záchranných pracích.
Dřevo a dřevěné konstrukce bez dodatečných úprav lze zatřídit podle klasifikační normy ČSN EN 13501 z hlediska reakce na oheň do třídy D, E a F, tedy mezi materiály středně až lehce hořlavé, podle toho, o jaké dřevo se jedná. Dále na základě této klasifikace dřevěné konstrukční části obvykle řadíme do skupiny DP2 a DP3.
DP2 (obrázek č. 1) - konstrukce tohoto druhu nezvyšují v požadované době požární odolnosti intenzitu požáru, složky konstrukcí sestávají z:
- povrchové vrstvy konstrukčních částí: výrobky třídy reakce na oheň A1 nebo A2, u nichž nebude narušena jejich stabilita po dobu požární odolnosti a jejichž tloušťka je ověřena zkouškou prokazující nejméně odolnost E15 nebo je alespoň 12 mm (např. omítky na pletivu, desky na bázi sádry atd.);
- uvnitř konstrukční části mezi výrobky podle bodu a):
- výrobky třídy reakce na oheň B až D, na nichž je závislá stabilita konstrukční části (např. dřevěné sloupky, dřevěné nosníky; nevylučují se ale ani části těchto konstrukcí z výrobků třídy reakce na oheň A1 nebo A2);
- výrobky kterékoliv třídy reakce na oheň, aniž by na nich byla závislá stabilita konstrukční části (např. tepelné či zvukové izolace mezi dřevěnými sloupky).
Za konstrukce tohoto typu jsou dále považovány např.:
- bez ohledu na podlahovou část také dřevěné trámové stropy se záklopem a podhledem s omítkou na pletivu tloušťky alespoň 12 mm, nebo na rákosu tloušťky alespoň 15 mm, nebo s podhledem z desek třídy reakce na oheň A1 či A2 tloušťky, která je ověřena zkouškou (nejméně E15), nebo alespoň 12 mm;
- stěny s dřevěnou nosnou konstrukcí opláštěné výrobky třídy reakce na oheň A1 či A2 (např. deskovými materiály, jejichž tloušťka byla ověřena zkouškou /E15, nebo je alespoň 12 mm/ bez ohledu na tepelnou či zvukovou izolaci /třídy A1 až E/ uvnitř stěny).
Požární odolnost konstrukcí druhu DP2 nepřesahuje většinou 45 min. Uvedené tloušťky vrstev u příkladů je třeba považovat za minimální pro požární odolnost zpravidla do 30 minut.
Obrázek č. 1 - Třídění konstrukčních prvků - konstrukce DP2
DP3 (obrázek č. 2) - konstrukce tohoto druhu zvyšují v požadované době požární odolnosti intenzitu požáru; zahrnují podstatné složky konstrukcí, které nesplňují požadavky na konstrukce druhu DP1 a DP2.
Obrázek č. 2 - Třídění konstrukčních prvků - konstrukce DP3
A dále, na základě klasifikace těchto konstrukčních částí, se dřevěné konstrukce řadí do konstrukčního systému hořlavého. Tento konstrukční systém (obrázek č. 3) je omezen požární výškou, která se v květnu r. 2009 zvýšila z 9 m na 12m. Pro dřevěné konstrukce toto zvýšení požární výšky znamená velký přínos a nové možnosti. Jedná se o konstrukční systémy, které se skládají z konstrukčních prvků typu DP2 nebo DP3, případně kombinace, která neodpovídá konstrukčnímu systému nehořlavému ani smíšenému.
Obrázek č. 3 - Hořlavý konstrukční systém objektů z požárního hlediska
Splnění požadavků na požární bezpečnost staveb se prokazuje projektovým řešením, které zahrnuje zejména:
- rozdělení objektu do požárního úseku (požární úsek je prostor stavebního objektu, který je od ostatních částí tohoto objektu, popř. od sousedních objektů ohraničený dělicími konstrukcemi, popř. požárně bezpečnostním zařízením a jejich účelem je bránit šíření požáru);
- stanovení požárního rizika (požární riziko je definované jako míra rozsahu případného požáru v posuzovaném stavebním objektu nebo jeho části, je určeno výpočtovým požárním zatížením);
- stanovení stupně požární bezpečnosti (stupněm požární bezpečnosti rozumíme klasifikační zatřídění, které vyjadřuje schopnost stavebních konstrukcí požárního úseku jako celku čelit požáru z hlediska rozšíření požáru a stability konstrukcí objektu; značí se římskými číslicemi I (požární úsek bez požárního rizika) až VII (požární úsek s vysokým požárním rizikem);
- posouzení požární odolnosti konstrukcí a reakce stavebních výrobků na oheň podle stanoveného požárního rizika;
- stanovení počtu evakuovaných osob jim odpovídající typ, počet a vybavení únikových cest (únikové cesty musí umožnit včasnou evakuaci z požárem ohroženého objektu nebo jeho části na volné prostranství a přístup požární jednotce do požárem napadených prostorů, podle stupně ochrany tyto cesty dělíme na nechráněné a chráněné);
- vymezení požárně nebezpečných prostorů (obrázek č. 4) (požárně nebezpečný prostor je prostor kolem hořícího objektu, ve kterém je nebezpečí požáru sálavým teplem nebo padajícími částmi konstrukcí) a stanovení odstupových vzdáleností (obrázek č. 4) (odstupové vzdálenosti slouží k zamezení přenosu požáru vně objektu jeho požárně otevřenými plochami v obvodovém plášti na jiný objekt sálavým teplem nebo odpadávajícími hořlavými částmi konstrukcí DP3, od posuzovaného objektu se měří jako kolmá vzdálenost od požárně otevřené plochy tohoto objektu k hranici požárně nebezpečného prostoru, kde končí nebezpečí požáru);
- zařízení pro protipožární zásah (přístupové komunikace, zásahové cesty, přenosné hasicí přístroje, zařízení autonomní detekce a signalizace požáru (tzn. kouřový hlásič s vlastním napájením - baterie, musí být v rodinném / bytovém domě v každém bytě, toto zařízení musí být instalováno v místě vedoucím směrem do únikové cesty (např. v zádveří bytu); pokud má byt větší podlahovou plochu než 150 m2, případně se jedná o mezonetový byt, musí být instalováno ještě jedno zařízení v jiné části bytu; tímto zařízením musí být vybaveny také rodinné domy));
- určení aplikace aktivních protipožárně bezpečnostních zařízení a stanovení jejich parametrů;
- vymezení zásahových cest a zařízení pro hašení požáru, případně upozornění na riziko při hašení.
Obrázek č. 4 - Určení požárně nebezpečného prostoru; d, d1, d2, d3 - odstupy určené na základě intenzity sálání z požárně otevřených ploch požárního úseku, l - délka požárního úseku (obvodového pláště)
3 Chování dřeva za požáru
Při vystavení požáru konstrukčních prvků ze dřeva, případně materiálů na bázi dřeva, jejich povrch rychle vzplane a poměrně silně hoří, ale jen do té doby, než se vytvoří zuhelnatělá vrstva dřevní hmoty. Tato vrstva zabraňuje přístupu vzduchu do vnitřních částí průřezů prvků, tlumí hoření a má též dobré tepelněizolační vlastnosti. Jak již bylo zmíněno, dřevo a materiály na bázi dřeva jsou hořlavé, i když jejich hořlavost lze modifikovat povrchovou úpravou nebo impregnací, nelze tím dosáhnout jejich nehořlavosti.
Rostlé dřevo je obtížně zápalné. Pro samovznícení, tzn. pro zapálení bez přítomnosti zdroje zapálení, vyžaduje povrchovou teplotu více než 400 °C, působící v krátkém až středně dlouhém časovém úseku. I v případě přítomnosti zdroje zapálení musí být povrchová teplota po určitou dobu větší než 300 °C. Dřevo může být zapáleno i při nižší teplotě (150 °C), pokud je dřevěný prvek delší dobu zahříván. Protože dřevo vykazuje ve většině případů přijatelné riziko zapálení, je obvykle používáno jako srovnávací materiál pro požární zatřídění jiných materiálů.
Když je dřevo vystaveno plně rozvinutému požáru a pokud je tepelný tok dostatečně velký, jeho povrch se zapálí. Nejprve poměrně silně hoří, zakrátko se však vytvoří tepelně izolační vrstva zuhelnatělého dřeva, pod kterou je při požáru trvajícím více než 20 minut vrstva dřeva v rozmezí přibližně 30 mm zasažena vysokou teplotou. Část této vrstvy s teplotou nad 200 °C je vrstva pyrolýzy.
Jestliže se teplota zvýší na pokojovou teplotu, dochází k vysoušení dřeva. Po dosažení teploty 100 °C se voda ve dřevě začíná odpařovat a pára ze dřeva uniká v rozích, spoji, trhlinami, hranami, tedy místy, kde je kladen nejmenší odpor. Dokud se voda neodpaří, zůstává teplota konstantní, poté dochází k nárůstu teploty. Vrstva pyrolýzy, ve které již probíhají chemické změny, ale dřevo ještě není zcela rozloženo, má tloušťku asi 5 mm. Nachází se mezi zuhelnatělým dřevem a dřevem, které nebylo zasaženo změnou teploty. Při teplotě 150 °C - 200 °C dochází k tvorbě povrchových plynů, které jsou tvořeny 70 % CO2 a 30 % CO. Pyrolýza dřeva probíhá do 275 °C poměrně pomalu, po zvýšení teploty nad 275 °C nastávají silně exotermické reakce (reakce, při nichž se uvolňuje teplo) a teplota rychle stoupá, kvůli tvorbě lehce zápalné směsi uhlovodíků. Největší množství hořlavé směsi vzniká při teplotách mezi 400 °C - 420 °C. Při teplotě nad 500 °C se tvorba plynů snižuje. Hoření je podporováno vyvíjejícím se teplem, které prostupuje dřevem a tepelně rozkládá další vrstvy dřeva. Ale na povrchu dřeva se vytváří vrstva nespáleného uhlíku, který je špatným vodičem tepla a zamezuje přístupu tepla k vnitřním nerozloženým vrstvám. To omezuje přívod spalitelných plynů na povrch. U větších průřezů dřeva to může vést až k uhasnutí ohně, nesmí ale dojít k poškození této vrstvy, např. popraskáním nebo odpadnutím některé části.
Chování prvků ze dřeva a materiálů na bázi dřeva při požáru je výrazně ovlivněno jejich tvarem, povrchem, obvodem a rozměrem průřezu. Hořlavost závisí na poměru povrchu k objemu prvků, plamen se šíří rychleji, čím větší je tento poměr, který roste, pokud existuje drsný povrch a mnoho ostrých hran. Z tohoto důvodu se dřevěné prvky hoblují a zaoblují se jejich hrany. Trhliny a praskliny taktéž zvyšují možnost napadení ohněm. Kvůli tomu vykazuje lepené lamelové dřevo, které je převážně bez trhlin, menší zuhelnatění než rostlé dřevo.
Tepelná vodivost zuhelnatělé vrstvy (dřevěného uhlí) se rovná pouze asi jedné šestině tepelné vodivosti rostlého dřeva. Vrstva dřevěného uhlí tedy působí jako izolační vrstva a rozklad dřeva pod ní probíhá zpomaleně. Z tohoto důvodu a vzhledem k nízké tepelné vodivosti dřeva, teplota uprostřed průřezu zůstává mnohem nižší než na povrchu. Proto zůstává teplota ve zbytkovém průřezu prvků již v malé vzdálenosti od povrchu nezměněna. Kromě toho téměř nedochází ke změně fyzikálních a mechanických vlastností a úbytek únosnosti těchto prvků je dán pouze redukcí jejich průřezu účinkem požáru.
Zápalnost dřeva ovlivňuje i jeho hustota. Čím je hustota větší, tím dojde k zapálení dřeva později. Další vlastností, která podstatně ovlivňuje hořlavost dřeva, je jeho vlhkost.
Obrázek č. 10 - Změna dřeva v průřezu konstrukčního prvku při požáru
4 Požární odolnost dřevěných konstrukcí
Požární odolnost je doba, po kterou jsou stavební konstrukce nebo požární uzávěry schopny odolávat teplotám vznikajícím při požáru, aniž by došlo k porušení jejich funkce.
Určení požární odolnosti dřevěných konstrukcí:
- klasifikací podle výsledků zkoušek podle příslušných norem specifikovaných pro konkrétní druh konstrukční části v ČSN EN 13501-2 a ČSN EN 13501-3;
- pomocí normové hodnoty (podle ČSN 73 0821, nebo Eurokódů), nebo výpočtem;
- zkouškou a výpočtem v těch případech, že zkouškou nelze postihnout všechny činitele ovlivňující požární odolnost anebo pokud výsledky zkoušek vyžadují pro konkrétní aplikaci další posouzení.
4. 1 Tabulkové hodnoty požární odolnosti:
- ČSN 73 0821 - Požární bezpečnost staveb - Požární odolnost stavebních konstrukcí; 28. 2. 1973 (platná do 1. 3. 2010); a zároveň
- ČSN 73 0821 ed.2 - Požární bezpečnost staveb - Požární odolnost stavebních konstrukcí; květen 2007.
Tyto dvě normy současně platily do 1. 3. 2010, v této době je platná už pouze edice 2. Největší novinkou je nově vydaná publikace: Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů. Tato publikace byla vytvořena pro projektanty a pracovníky správy na úseku požární bezpečnosti staveb z důvodu zavádění Eurokódů do systémů našich norem. Uvádí tabelární hodnoty požární odolnosti betonových, ocelových, ocelobetonových spřažených, dřevěných a zděných konstrukcí stanovených na základě výpočetních postupů příslušných Eurokódů.
4.2 Výpočet požární odolnosti podle Eurokódů
Navrhování konstrukcí na účinky požáru je stanoveno v ČSN EN 1991-1-2 (Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru), která se zabývá konstrukcí jako celku. Pro stanovení požární odolnosti dřevěných konstrukcí slouží ČSN EN 1995-1-2, která stanovuje pro posouzení prvků metodu redukovaného průřezu a metodu redukovaných vlastností, a dále stanovuje postupy pro posouzení spojů. U dřevěných konstrukcí je požární odolnost doba, při níž hloubka zuhelnatění dosáhne hodnoty, při které se zbytkový, respektive účinný průřez zmenší natolik, že prvek přestane splňovat kritérium únosnosti. ČSN EN 1995-1-2 poskytuje pravidla pro navrhování dřevěných konstrukcí na účinky požáru, podle kterých je možné jednoduchým statickým výpočtem prokázat jejich požární odolnost. Výpočet vychází z redukování plochy průřezu a parametrů pevnosti a tuhosti dřeva a materiálů na bázi dřeva v důsledku požáru. Redukovaný průřez se posuzuje obvyklým způsobem na silové účinky při mimořádné kombinaci zatížení. V této normě jsou též uvedena podrobná pravidla pro řešení požární odolnosti spojů různého provedení, stropů a stěn, jejichž konstrukce je tvořena dřevem a materiály na bázi dřeva v kombinaci s různými tepelněizolačními a obkladovými materiály.
4.3 Požární zkoušky
Požární odolnost lze získat v neposlední řadě také pomocí zkoušek. Tento postup je sice poměrně nákladný, ale zato má nejpřesnější a nejméně konzervativní výsledky. Platnost výsledku je omezena pouze pro zkoušené prvky, nemůže tedy zajistit spolehlivost celé konstrukce, tu lze zajistit pouze výpočtem a správným návrhem.
Poděkování
Tento příspěvek byl zpracován za podpory výzkumného centra ČVUT v Praze 1M6840770001 "Centrum integrovaného navrhování progresivních stavebních konstrukcí".
Literatura
[1] ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb - Společná ustanovení. ÚNMZ Praha, 2009
[2] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty. ÚNMZ Praha, 2009
[3] ČSN 73 0833 Požární bezpečnost staveb - Budovy pro bydlení a ubytování. ČNI Praha 1996
[4] ČSN 73 0833 Změna Z1; Požární bezpečnost staveb - Budovy pro bydlení a ubytování. ČNI Praha, 2000
[5] ČSN 73 0833 Změna Z2; Požární bezpečnost staveb - Budovy pro bydlení a ubytování. ČNI Praha, 2010
[6] ČSN 73 0821 Požární bezpečnost staveb, Požární odolnost stavebních konstrukcí. ÚNM Praha, 1984
[7] ČSN 73 0821 Požární bezpečnost staveb - Požární odolnost stavebních konstrukcí, ed.2. ČNI Praha, 2007
[8] Zoufal R. a kolektiv. Hodnoty požární odolnosti stavebních konstrukcí podle Eurokódů. PAVUS, a.s., Centrum technické normalizace pro požární ochranu, Praha 2009, ISBN 978-80-904481-0-0.
[9] Kuklík, P. Dřevěné konstrukce. ČVUT, Praha 2005, ISBN 80-01-03310-4
Development of buildings with wooden structures in the Czech Republic relates to development of low-energy buildings. But there is still general public that is affraid of these constructions because of the fire danger. It is seldom known that wood is fire resistant very well, especially in the point of wiev the static resistance and solidity. In case of fire, in contrast to steel, wood does not lose its static resistance and solidity. The rest of a profile is usualy still able to care the waighting.
