Křest ohněm v Mokrsku

Požární zkouška na experimentální administrativní budově v Mokrsku

Úvod

Kolaps budov světového obchodního centra v New Yorku 11. září 2001, zvláště objektu WTC7, obrátil pozornost inženýrů k chování styčníků za požáru. Podle většiny odborníků zapříčinil progresivní kolaps porušení styčníků.

Analýza chování konstrukce za požáru se stává běžnou praxí při jejím návrhu. Předpověď chování jednotlivých prvků za zvýšených teplot je v evropských normách na velmi vysoké úrovni. Pro přechod od navrhování jednotlivých prvků k ekonomičtějšímu a spolehlivějšímu řešení konstrukce jako celku jsou zkoušky na celých konstrukcích zcela zásadní. Základem takovýchto zkoušek bylo sedm velkých požárních zkoušek na ocelové, jedna na betonové a dvě na dřevěné konstrukci v laboratoři v Cardingtonu ve Velké Británii v letech 1998 až 2003. Od té doby bylo provedeno pět požárních zkoušek na celých budovách. Zkouška v Mokrsku 18. 9. 2009 rozvijí zde získané poznatky.

 

Cíle projektu

Požární zkouška ověří celkové chování konstrukce vystavené požáru, což nelze uskutečnit pouze na jednotlivých prvcích. Předpokládá se, že zkouška potvrdí správnost pokročilého integrovaného návrhu, který zahrnuje i fázi chladnutí, a změny materiálu během chladnutí a po požáru. Kromě tří typů stopní konstrukce se ověřuje průběh teplot ve styčnících se zvýšenou požární odolností. Přípoje s čelní deskou, které byly optimalizovány metodou komponent, jsou částečně požárně chráněny betonovou deskou. Ocelobetonová deska, která během požáru přenáší zatížení membránovým působením, je spřažena se dvěma typy nosníků, které výraznou úsporou hmotnosti šetří životní prostředí, s prolamovanými stropními nosníky a se stropními nosníky s vlnitou stojinou. Požárně nechráněné prolamované nosníky s variabilním tvarem otvorů ve stojině Angelina se navrhují pomocí pokročilých výpočetních modelů a vynikají moderním estetickým působením. Požárně nechráněné nosníky s vlnitou stojinou umožňují její tloušťku pouze 4 mm. Průvlaky a okrajové nosníky jsou řešeny s deskovou požární ochranou. Na jedné čtvrtině stropní konstrukce o rozměrech 6×9 metrů bude zkoumána únosnost stropu s předepnutými dutými betonovými panely. Podrobně bude vyšetřován rozvoj teploty v požárně chráněných sloupech, které jsou v konstrukci kombinovány s požárně nechráněnými stropy. Na stěnách budovy, které jsou tvořeny z nosných kazet a trapézových plechů a sendvičových panelů a bude zkoumán přestup tepla a chování za vysokých teplot. Bude měřena teplota, vlhkost a napětí betonových a sádrových stěn vystavených přirozenému požáru.

 

Konstrukce

Objekt představuje část jednoho podlaží administrativní budovy o rozměrech 18×12 m. Ocelobetonová deska je navržena na rozpětí 9 x 6 m. Sloupy z profilu HEB 180 jsou požárně chráněny. Prolamované nosníky mají výšku 395 mm a jsou vyrobeny z IPE 270. Nosníky s vlnitou stojinou mají pásnice šířky 220 mm, tloušťky 15 mm. Stojina je z plechu tloušťky 2,5 mm o výšce 470 mm. Okrajové nosníky jsou z profilu IPE 400. Vodorovná tuhost rámu je zajištěna betonovou stěnou tloušťky 250 mm a dvěma ztužidly z úhelníků L 100 x 10. Přípoj čelní deskou se zvýšenou požární odolností je navržen z plechu 10 mm a se čtyřmi šrouby M16. Horní dva jsou zabetonovány v desce. Prostě podepřená železobetonová deska je betonována do trapézových plechů CF46 (Cofraplus 0,75 mm) o celkové tloušťce 120 mm (60 + 60 mm). Krychelná pevnost použitého betonu je 30 N/mm3 a pevnost výztužné sítě ø 5 mm 100/100mm je 500 MPa. Předepnuté duté panely Spiroll výšky 320 mm jsou navrženy na rozpětí 9 m. Dvě obvodové stěny jsou tvořeny nosnými kazetami, minerální vlnou a vnějšími trapézovými plechy a další dvě stěny tvoří sendvičové panely tloušťky 150 mm vyplněné minerální vlnou. Protipožární ochrana sloupů, průvlaků, okrajových nosníků a ztužidel je řešena pro požární odolnost R60.

 

Zatížení

Mechanické zatížení je navrženo tak, aby odpovídalo běžné administrativní budově, kde se proměnné zatížení pohybuje v rozpětí 2,5 až 3,5 kN/m². Za požární situace je statisticky ověřeno, že mechanické zatížení nedosahuje největších hodnot. Skutečná vlastní tíha zkoušené konstrukce představuje 2,6 kN/m2. Při zkoušce je proměnné zatížení 3,0 kN/m² vytvořeno pytli s pískem (86 pytlů, každý po 900 kg). Toto zatížení odpovídá při návrhu na mezním stavu únosnosti za běžné teploty proměnnému zatížení 3,0 kN/m² a zatížení podlahami a příčkami 1,0 kN/m², v charakteristických hodnotách. Použité zatížení překročí předpokládanou únosnost, která je pro zjednodušený model stropní konstrukce vypočítána na 3,49 kN/m², asi o 60 %.

Požární zatížení je tvořeno dřevěnými hranoly 50x50x1000 mm. V požárním úseku je rozmístěno 50 hranic po 12 patrech, tj. asi 35,5 kg/m² dřeva což je asi 620 MJ/m². Požární zatížení běžné administrativní budovy při jejím návrhu je stanoveno na 420 MJ/m². Navržené množství paliva přesahuje o asi 50 % množství, které se nachází v budově tohoto určení. Ventilace je zajištěna okenními otvory, které odpovídají moderní podlažní budově. Parapet dosahuje do výšky 1 m a okna mají rozměry výšku 2,54 m a celkovou délku 8,00 m. V oknech není skleněná výplň. Maximální teplota plynu, která byla předpovězena parametrickou požární křivkou, 1057 °C bude dosažena po 60 min požáru. Fáze chladnutí je spočítána na přibližně 90 min.

 

Měření

Pro měření teplot se plánuje 136 termočlánků, z toho pro měření teploty plynu 12 kusů, styčníků 31 kusů, stropnic 13 kusů, stěn 9 kusů, sloupů 9 kusů, betonové desky 14 kusů a ohraničujících konstrukcí 56 kusů. Deformace budou měřeny na deseti místech konstrukce z lešení, které je umístěno 1,5 m nad stropem zkušební budovy. Geodeticky budou deformace měřeny trigonometricky pomocí osmi tyčí na stropě. Sedm tenzometrů, které mohou měřit poměrné deformace při teplotách do 1200 °C je připevněno na stojiny nosníků pro stanovení rozvoje vnitřních sil v konstrukci při požáru. Pět videokamer a tři termokamery umožní záznam chování konstrukce a rozvoje teplot v konstrukci a ve stěnách.

 

Obr. 2 Předpokládané teploty plynu pro požární zatížení odpovídající administrativní budově