Ocelové konstrukce jsou významnou součástí moderního stavitelství a lze je nalézt v mnoha druzích budov a konstrukcí. Z hlediska požární bezpečnosti staveb je požární odolnost ocelových konstrukcí charakterizována mezním stavem nosnosti - R a časem (t), po který si musí tuto vlastnost zachovat. Ocel je známa jako nehořlavý materiál, ale charakteristickou vlastností ocelových konstrukcí je jejich nízká požární odolnost. Při působení vysokých teplot, které vznikají při požáru, dochází k deformacím a ztrácí svou únosnost a stabilitu. Takovou rozsáhlou deformací může dojít i k zhroucení celé budovy.
Z reálných příkladů je zřejmé, že požárem deformovaná ocelová konstrukce se může zřítit i během 15 minut. Teplota zhruba kolem 470°C se považuje za kritickou teplotu oceli. Vlastní požární odolnost ovlivňuje také návrhová - kritická teplota, která vychází ze stupně využití oceli μo. Při požáru u ocelové konstrukce a jejích prvků klesá tzv. mez kluzu. V 15. minutě požáru při teplotě 783°C se mez kluzu oceli sníží na 14% původní pevnosti. Ovšem snížení pevnosti oceli není závislé na rychlosti zahřívání, ale na teplotě samotné. Proto v jiných podmínkách by stejná ocelová konstrukce mohla vykazovat mnohem vyšší požární odolnost.
Součástí bezpečnosti každého objektu je mít takovou stavební konstrukci, která by určitou dobu zabránila šíření požáru, a byla schopna odolávat tak vysokým teplotám, které při požáru vznikají a nedošlo k porušení funkce stavební konstrukce. Požární odolnost stavebních konstrukcí je tedy doba, po kterou jsou konstrukce schopny odolávat účinkům plamene a vysokým teplotám. Při řešení požární bezpečnosti staveb je třeba znát hodnoty požární odolnosti stavebních výrobků a konstrukcí a navrhovat konstrukce, které požadované hodnoty požární odolnosti splní.
Normativní požadavky a metody posouzení
Norma EN 1993-1-2 popisuje způsob posouzení ocelové konstrukce na účinky požáru. Hlavním výsledkem posudku je doba požární odolnosti konstrukce, která se porovnává s požadovanou dobou požární odolnosti. Požadovanou dobu požární odolnosti stanovují požární předpisy pro různé typy stavebních konstrukcí. Výpočet vychází ze specifického zatížení konstrukce. Únosnost konstrukce při požáru se stanovuje podobně jako při klasickém posudku, ovšem je ovlivněna teplotou konstrukce. S narůstající teplotou únosnost konstrukce klesá. Pro dané zatížení konstrukce se určí kritická teplota a podle typu požárního detailu a požární ochrany prvku je pak stanovena doba požární odolnosti, jako doba vystavení požáru, po níž je v prvku dosaženo kritické teploty. Vývoj teploty je popsán teplotními křivkami podle normy ČSN EN 1991-1-2.
Požárně bezpečnostní řešení (PBŘ) musí být součástí každé dokumentace pro územní či stavební povolení, a to i v případě změny užívání stavby. Tento dokument může zpracovat na základě stavební dokumentace pouze fyzická osoba, která k tomu získala odborné oprávnění podle zákona č. 360/1992 Sb., o výkonu povolání autorizovaných architektů a o výkonu povolání autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě. U konstrukce je zpravidla vyžadována požární odolnost 15 minut označovaná jako R15, 30 minut (R30) a 45 minut (R45).
Dimenzace profilů ocelové konstrukce je zpravidla používána u návrhu ocelových konstrukcí, které mají požární odolnost R15 a R30. Výhodou tohoto návrhu je, že se konstrukce během své životnosti chrání jen standardním nátěrem dle korozního prostředí umístění ocelové konstrukce. Podle čl. 4.2.4 ČSN EN 1993-1-2 může být kritérium R - nosnost ověřeno prostřednictvím času dosažení kritické teploty oceli. V kap. 3.2 jsou uvedeny hodnoty nejvyššího přípustného stupně využití průřezu μ0 pro požární odolnost nechráněných ocelových nosníků vystavených nominální normové teplotní křivce po doby 15 min a 30 min pro součinitele nerovnoměrného ohřátí prvků κ1 a κ2. Hodnota součinitele podmínek působení κ1 se pro nerovnoměrné rozdělení teploty po průřezu uvažuje pro nosník, který je vystaven požáru ze všech čtyř stran κ1 = 1,0. Pro nechráněný nosník, který je vystaven požáru ze tří stran, se uvažuje κ1 = 0,70.
Ocelové konstrukce bez dodatečných protipožárních opatření často nesplňují požadovanou třídu požární odolnosti R30 (dříve F30), která vyžaduje dostatečnou nosnost po dobu nejméně 30 minut v případě požáru. To vyžaduje dodatečná pasivní protipožární opatření pro ocelové konstrukce, jako jsou obklady, stříkané omítky nebo protipožární nátěry, s nimiž jsou spojeny další náklady.
Metody pasivní požární ochrany ocelových konstrukcí
Pasivní požární ochrana je základem požární bezpečnosti ocelových konstrukcí, které jsou subtilní a vedou dobře teplo. Využívá se řady metod a typů ochrany. Obvykle se chrání jednotlivé prvky konstrukce ochrannými nátěry, nástřiky nebo obklady. Dříve se tepelně izolovalo na danou teplotu. Nyní na požadovanou požární odolnost daného prvku. Často stačí pouze hlavní prvky konstrukce, a posoudit celkové působení celé konstrukce, nejčastěji ocelobetonového stropu, pláže nebo jiné nosné konstrukce.
Protipožární nátěry
Protipožární nátěry jsou další možností ochrany před účinky požáru konstrukcí. Nátěry snižují tepelnou odezvu oceli a brání jejímu přehřátí. Nátěry jsou vodou ředitelné nebo na syntetické bázi. Každý výrobce barev má specifický druh požárních nátěrů a výrobce určuje tloušťku nátěru dle typu ocelového profilu. Intumescentní nátěry patří mezi nejužívanější. Při teplotách cca 150 až 200°C chemicky reagují a díky přítomnosti nadouvadel vytvoří v nátěru tepelně izolační vrstvu. Protipožární zpěňující nátěr PROMAPAINT® 15 - R 30 zajišťuje požární odolnost R. Systém se skládá ze základního nátěru, požárně aktivního zpěňujícího nátěru a vrchního krycího nátěru. Je určen výhradně do interiéru.
Nátěr NO-BURN zajišťuje vysokou ochranu proti požáru a vysokým teplotám jak už pro ocelové konstrukce, tak i pro jiné materiály jako je dřevo, zdivo, plasty, beton, sádra, lepenka a další, které se mohou na montované hale vyskytnout. Nátěr je naprosto bezpečný, netoxický a šetrný k životnímu prostředí. Je možné nátěr na ocelové konstrukci montované haly barevně tónovat do všech odstínů RAL. Nátěr NO-BURN na ocelové konstrukce rovněž šetří další náklady spojené s nátěrem konstrukce. Malé množství přípravku stačí na zajištění dostatečné ochrany.
Protipožární nástřiky
Protipožární nástřiky mají proti obezdívkám relativně malou hmotnost. Protipožární nástřik PROMASPRAY® F250 je speciální omítkovina, směs biorozpustných minerálních vláken a cementu. Nanáší se metodou suchého stříkání. Zajišťuje požární odolnost R 15 až R 240. PROMASPRAY® F250 je klasifikován pro otevřené a uzavřené profily. Protipožární nástřik PROMASPRAY® P300 je speciální omítkovina, směs vermikulitu a sádry. Nanáší se metodou mokrého stříkání. Zajišťuje požární odolnost R 15 až R 240. PROMASPRAY® P300 je klasifikován pro otevřené a uzavřené profily. Protipožární nástřik Cafco FENDOLITE® MII je speciální omítkovina, směs vermikulitu a cementu. Nanáší se metodou mokrého stříkání. Zajišťuje požární odolnost R 15 až R 240. Cafco FENDOLITE® MII je klasifikován pro otevřené a uzavřené profily. Nástřik je určen do interiéru a exteriéru.
Protipožární obklady
Protipožární obklady jsou poslední možností ochrany ocelových konstrukcí. Zpravidla se dělají obkladem ze sádrokartonu (SDK) či z jiných materiálů jako je minerální vata. Protipožární SDK se používají v prostorách, kde je kladen důraz na estetiku, příkladně v kancelářích. Obklady speciálními kalciumsilikátovými deskami PROMATECT® - H a PROMATECT® - L zajišťují požární odolnost v rozsahu R 15 - R 180. Obklad je klasifikován pro otevřené i uzavřené profily. Speciální obklad kruhových ocelových sloupů PROMATUBEX® a PROMATECT® FSS zajišťuje požární odolnost v rozsahu R 15 - R 180.
Podle materiálu a způsobu použití lze požární obklady rozdělit na deskové, nátěry a nástřiky. Deskové obklady se umísťují přímo na chráněný prvek nebo na pomocnou konstrukci, jako je například ocelový rošt. Funkce opláštění je omezena nejmenšími detaily, například kvůli špatné pomocné konstrukci nebo spojům mezi deskami. Z těchto důvodů je při aplikaci požární ochrany nezbytné přesně dodržovat pokyny výrobce systému. Základním parametrem při výběru materiálu desek pro požární opláštění je relativní vlhkost v požárním úseku, kde má být opláštění aplikováno. Vysoké hodnoty vlhkosti mohou způsobit, že deska při požáru popraská. Mezi obklady, které jsou náchylné k prasknutí při dlouhodobém vystavení vysokým hodnotám vlhkosti, lze uvést desky na bázi vermikulitu, které v takovém prostředí degradují a ztrácejí pevnost.
Vliv žárového zinkování na požární odolnost
Požadované třídy požární odolnosti R30 lze často dosáhnout žárovým zinkováním ocelových prvků. Studie prokázaly, že žárové zinkování ocelí kategorie A a B může mít pozitivní vliv na teplotu součásti v případě požáru. Je proto vhodné pro dosažení požární odolnosti R30. Zlepšení požární odolnosti je založeno na nižší emisivitě povrchu žárově zinkovaných ocelí. Při teplotách nižších než 500 °C absorbují žárově pozinkované konstrukční oceli pouze 35 % sálavé energie, zatímco neošetřená konstrukční ocel absorbuje 70 % sálavé energie, a proto se v případě požáru rychleji zahřívá.
Při teplotách nad 500 °C je absorpce tepla žárově pozinkovaných konstrukčních ocelí podobná jako u nepozinkovaných ocelí, ale zejména v počáteční fázi požáru vykazují pozinkované oceli kategorií A a B výrazně opožděné zahřívání. Základním předpokladem pro použití žárově pozinkované oceli pro požární odolnost R30 je prokázání vhodnosti měřením žárového zinkování podle Eurokódu 3 ve spojení s pokynem DASt 027. Rádi vám vystavíme potvrzení, že ocel byla pozinkována v souladu s normou DIN EN ISO 1461 a pokynem DASt 022. V případě, že se jedná o žárově pozinkovanou ocel, bude vám vystaveno potvrzení o vhodnosti žárového zinkování.
Požární odolnost jiných konstrukčních materiálů
Železobetonové konstrukce mají zpravidla samy o sobě minimálně požární odolnost R30, ale většinou bez velkých opatření dosáhnou až R45. Beton je materiál nehořlavý, ale v případě vystavení vysokých teplot dochází ke zmenšení jeho pevnosti i betonářské výztuže, která se do betonu vkládá v místech tahového napětí. Při požáru dochází v betonu k fyzikálním i chemickým změnám. Při teplotách okolo 100°C se odpařuje fyzikálně vázaná voda a vlhkost v pórech. Tento děj dočasně zvyšuje pevnost betonu a rychlost odpařování vody ovlivňuje druh a technologické provedení betonu. Při teplotách nad 300°C bývá porušen mikrotrhlinami na ohřívaném povrchu. Prudká expanze páry způsobuje i odprýsknutí horní vrstvy betonu. Teploty 400 - 600°C uvolňují z betonu chemicky vázanou vodu a dochází k přeměně hydroxidu vápenatého na oxid vápenatý + voda.
Dřevo je stále více využívaným materiálem pro realizaci nosných konstrukcí hospodářských a průmyslových objektů, ale i v bytové výstavbě. Panuje zde ale určitá skepse z nedůvěry k jeho požární odolnosti. Přestože je dřevo hořlavým materiálem, vykazuje při požáru lepší vlastnosti než ocel. Ocelová konstrukce ztrácí únosnost při dosažení kritické teploty oceli a tento proces je nevratný. Hořlavost dřeva závisí na poměru povrch / objem. Čím větší je tento poměr, tím rychleji se šíří plameny při požáru. Ostré hrany, drsný povrch, praskliny, trhliny tento poměr zvětšují. Nárůst teploty způsobuje snížení pevnosti dřeva a naopak narůstá pokud je ochlazováno. Při teplotách pod 100°C je bezprostřední je dřevo schopné se vrátit po rychlém ochlazení k původním vlastnostem. Požární odolnost dřevěných konstrukčních prvků lze stanovit výpočtem pomocí normy ČSN EN 1995-1-2, podle které byly stanoveny požární odolnosti nosníků a sloupů v tabulkách této kapitoly. Hloubka zuhelnatění dřeva je vzdálenost mezi vnějším povrchem původního prvku a polohou čáry zuhelnatění.
Pálené cihly se vyrábějí při teplotách několika tisíc stupňů, takže se při požáru se chovají lépe než zdící přírodní materiály. Zděné konstrukce se navrhují podle ČSN EN 1996-1-1. Navrhování zděných konstrukcí na účinky požáru stanoví ČSN EN 1996-1-2. Pro potřeby této normy se zavádí ještě pátá skupina zdicích prvků, označená 1S, do které jsou zařazeny zdicí prvky obsahující méně než 5 % objemu dutin. Hodnoty požární odolnosti zděných stěn a příček jsou v normě uvedeny v Příloze B.
| Materiál/Konstrukce | Typická požární odolnost | Poznámka |
|---|---|---|
| Ocelové konstrukce (bez ochrany) | Nízká (může být R15 nebo méně) | Rychlá ztráta únosnosti při vysokých teplotách |
| Ocelové konstrukce (s protipožárním nátěrem/obkladem) | R15 - R240 | Závisí na typu a tloušťce ochrany |
| Železobetonové konstrukce | R30 - R45 (často vyšší) | Beton zpomaluje ohřev oceli |
| Dřevěné konstrukce | Variabilní | Závisí na druhu dřeva, rozměrech a ochraně |
| Zděné konstrukce (pálené cihly) | Dobrá | Lepší chování při požáru než některé přírodní materiály |
Pro každý projekt montované haly musí být speciálně vypracováno požárně bezpečnostní řešení autorizovaným odborníkem, který na základě všech zjištění a podmínek užívání haly určí potřebnou míru požární ochrany pro konkrétní montovanou halu. Stanovení skutečné hodnoty požární odolnosti ocelové konstrukce haly přísluší investorovi ve spolupráci s projektantem po zjištění a určení všech potřebných aspektů (co se bude v montované hale skladovat, vyrábět, vyskytovat; vzdálenost od sousedních budov a hal; množství oken, dveří, světlíků; atd.).