Ochrana střešní konstrukce proti požáru

25. 4. 2013

Stavební materiály jsou z požárního hlediska charakterizovány reakcí na oheň éa rychlostí šíření plamene po povrchu. Reakce na oheň, charakterizující vliv výrobku na rozvoj požáru, je dle platných standardů klasifikována třídami Al, A2, B, C až F, přičemž nehořlavé materiály jsou ve třídách Al a A2. Konstrukční dřevo a výrobky na bázi dřeva jsou zpravidla řazeny do třídy D.

Při požáru prvků ze dřeva nebo z materiálů na bázi dřeva dojde k odhoření povrchových částí a zbytek průřezu, který zůstane pod zuhelnatělou vrstvou dřeva, si ve většině případů ponechá i v tomto stavu určitou míru únosnosti, a tedy i schopnosti nadále přenášet působící zatížení. Požární odolnost dřevěných konstrukcí i jejích jednotlivých prvku je podstatně vyšší, než se obecně předpokládá.

Odezva dřeva na zvýšenou teplotu

Chemicky neošetřené konstrukční dřevo a výrobky z něj jsou hořlavé, přičemž průběh zapálení a hoření lze podle teploty rozdělit do několika fází.

Samovznícení rostlého dřeva je poměrně obtížné a může k němu dojít v důsledku přímého zasažení ohněm, při krátkodobém dosažení vysoké povrchové teploty, nebo pokud je dřevěný prvek vystaven delší dobu ohřívání, může být zápalná teplota i výrazně nižší. Chování dřevěných prvků při požáru je negativně ovlivněno tvarem (velkým poměrem povrchu a objemu konstrukčního prvku), trhlinami a prasklinami ve dřevě, drsným povrchem prvků nebo nízkou hustotou dřeva.

Odezva dřeva na teplotu

Při hoření dřeva nebo při nadměrném zahřívání probíhá jeho chemický rozklad (tzv. pyrolýza), z povrchových vrstev dřeva se uvoluje směs snadno zápalných a hořlavých plynů, a dřevo tak rychle hoří až do doby, než se na povrchu vytvoří dostatečně silná vrstva zuhelnatělé dřevní hmoty (dřevěné uhlí). Tato vrstva má velmi dobré tepelněizolační vlastnosti a zamezuje přístupu vzduchu i vysoké teploty do vnitřních oblastí průřezu k zatím nerozloženým vrstvám dřeva (teplota uprostřed průřezu je mnohem nižší než na povrchu), snižuje se tak tvorba hořlavých směsí plynů a je znemožněn jejich prostup na povrch. Proces hoření se postupně zpomaluje a utlumuje a u rozměrnějších průřezů prvků, pokud nedojde k popraskání a odprýskání této vrstvy, může oheň ustat.

Hořlavost dřeva i materiálu na bázi dřeva lze ovšem do jisté míry omezit úpravou povrchu nebo jeho impregnací. Snížení negativního účinku požáru lze vhodně dosáhnout i obklady z nehořlavých materiálů, které zabrání přímému kontaktu zajišťovaného prvku s ohněm a sníží jeho povrchovou teplotu pod kritickou mez. Úplné nehořlavosti však dosáhnout nelze.

Zbytkový průřez

Při zuhelnatění se v dřevěném uhlí vytváří mikroskopické dutiny a vrstva nabývá na objemu. Jelikož dřevěné uhlí je velmi dobrý tepelný izolant a brání prostupu tepla směrem do průřezu, již několik milimetrů pod zuhelnatělou vrstvou se nachází zbytkový průřez, ve kterém je dřevo tepelným rozkladem téměř nenarušeno.

Odhoříváním dřevěného uhlí po okraji prvku se postupně zmenšuje i zbytkový průřez nedegradovaného dřeva. Zkouškami bylo prokázáno, že rychlost zuhelnatění βn je přibližně konstantní.

Uhelnatění dřeva

Tab. Rychlost zuhelnatění dřevěných prvků se zohledněním zaoblení rohů (viz ČSN EN 1995-1-1 Tabulka 3.1)

Materiál	βn [mm/min]
dřevo jehličnatých dřevin a buk
lepené lamelové dřevo ρk ≥ 290 kg/m3	0,70
rostlé dřevo ρk ≥ 290 kg/m3	0,80
dřevo listnatých dřevin
rostlé nebo lepené lamelové dřevo ρk ≥ 290 kg/m3	0,70
rostlé nebo lepené lamelové dřevo ρk ≥ 450 kg/m3	0,55

Normativní dokument ČSN EN 1995-1-2 (Euro kód 5: Navrhování dřevěných konstrukci Část 1-2 Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účiinky požáru) předkládá pravidla pro navrhování a posuzování dřevěných konstrukcí na účinky požáru, podle nichž je možno výpočtem zjistit požární odolnost. Jsou zde uvedeny postupy, kterými lze navrhnout jak chráněné (zapouzdřené), tak i nechráněné dřevěné prvky a spoje. Je možné ověřit požární odolnost při použití různých druhů i tlouštěk ochranných desek a také zohlednit vliv odpadnutí obkladu při selhání spojovacích prvků. Prutové prvkv můžeme navrhnout pomocí zjednodušených metod (redukovaný průřez, redukované vlastnosti), příloha B pak uvádí výpočetní charakteristiky při použití metod zpřesnéných. Stěnové a stropní sestavy jsou pojednány v přílohách C (dutiny zcela vyplněné izolací) a D (prázdné dutiny). Výše uvedené postupy lze aplikovat pro požární odolnos- ti nepřekračující 60 minut.

Snížení materiálových charakteristik v závislosti na teplotě

Postup pro návrh a posouzení spojů se omezuje pouze na kolíkové spojovací prostředky (hřebíky, svorníky, kolíky, vruty, prstencové, talířové a ozubené hmoždíky) v nechráněné expozici do 30 minut a v chráněné do 60 minut.

Při požadavku na delší dobu požární odolnosti, při použití nestandardních materiálů nebo pro dosažení ekonomičtějšího návrhu, než umožňuje výpočet, je nutné provést požární
zkoušky. Konstrukce mohou být zkoušeny buď nezatížené, nebo v zatíženém stavu, kde zatížení při požární situaci je obvykle na úrovni 60% zatížení při běžné teplotě.

V souladu s ustanoveními této normy lze stanovit požární odolnost nosných prvků dřevěných konstrukcí, a to na základě zatížení při požáru, a parametrů dřevěných prvků, které jsou požárem porušeny podle zjištěné tloušťky povrchové zuhelnatělé vrstvy.

Při stanovení požární odolnosti prvku se v principu postupuje obdobně jako při navrhování za běžné teploty. Platí obecná podmínka posouzení: ,,návrhová hodnota napětí od účlnku zatížení při požáru ≤ návrhová pevnost materiálu při požáru" (pro příslušný způsob namáhání). Ověření odolnosti lze provést taktéž na úrovni vnitřních sil pro zatíženi při požáru.

Návrhovou hodnotu napětí od účinku zatížení lze stanovit z návrhových hodnot zatrženi při požáru a redukovaných průřezových charakteristik, tzn. účinného nebo zbytkového průřezu.

Ochrana konstrukcí proti požáru

Zvýšení požární odolnosti prvků nosných konstrukcí lze obecně docílit zvětšením dimenze jeho profilu, změnou navrženého materiálu nebo může být posílena ochrana konstrukce proti účinkům požáru účinnými konstrukčními opatřeními:

u železobetonových konstrukcí - provedením omítky se zaručenou přídržností (při tloušťce omítky vyšší než 15mm se doplňuje pletivem), obložením nehořlavým materiálem, například sádrokartonovými deskami, nebo aplikací nátěru či nástřiku;
u nosné konstrukce z ocelových nosníků - aplikací nátěru nebo nástřiku (zvýšení požární odolnosti jen do určité míry) nebo uzavřením nosné ocelové konstrukce vhodným obkladem, případně jejím zabudování do nehořlavého materiálu (například obetonování) nebo jiným způsobem ochrany před přímým vlivem vysokých teplot;
u dřevěné nosné konstrukce - aplikací nátěru, impregnace nebo provedením obkladu nejlépe z nehořlavého materiálu, například sádrokartonových desek.

Zvýšení požární odolnosti dřevěných prvků

Chování materiálů na bázi dřeva lze do značné míry moderovat povrchovým nebo hloubkovým ošetřením různými chemickými látkami. Ty vhodně ovlivňují rychlost šíření plamene po povrchu, avšak změna třídy reakce dřeva na oheň tímto způsobem možná není. Pro dosažení požadované požární odolnosti je tedy nutné buď ověřit velikost zbytkového průřezu, nebo upravit podmínky expozice prvku a hoření, například rozvojem endotermní chemické reakce s produkcí velkého množství nehořlavých plynů nebo aplikací souvislé tepelněizolačnl vrstvy. Oba přístupy lze i kombinovat.

Požadovaná požární odolnost konstrukcí musí být zajištěna po celou dobu předpokládané životnosti stavby, což s sebou přináší jistá omezení. Například je-Ii funkce ochrany podmíněna chemickou reakcí při požáru a průkaznou zkouškou, není ověřena dostatečná životnost nebo se ochrana musí obnovovat, lze ji použít jen na nezabudované části konstrukce a zároveň do požární odolnosti nejvýše 30 minut. Takto ošetřené části konstrukce navíc musejí být přístupné ke kontrole stavu a k obnovení ochrany. Použité ochranné materiály také musejí mít zaručenu dobu životnosti ochrany konstrukce v daných podmínkách nejméně 10 let do první obnovy.

ilustrační foto

Chemické ošetření dřeva

Aplikací nátěru, nástřiku či impregnace je možné výrazně snížit rychlost šíření plamene po povrchu, některé retardéry hoření umožní oddálit okamžik vzplanutí při vystavení pilotnímu plameni i za hranici sta minut.

Receptury jsou navrženy tak, aby zachovaly protipožární účinky a přitom respektovaly různorodé požadavky kladené na dřevěný materiál. Příkladem je zajištění přijatelné hygroskopicity dřeva, zachování mechanických vlastností, minimalizace korozivního působení na dřevo a spojovací prostředky, umožnění dalšího strojního opracování a lepení, zachování přirozeného vzhledu povrchu a umožnění aplikace uzavírací vrstvy nátěru nebo nástřiku.

Z uvedeného výčtu je zřejmé, že dochází ke kompromisům a některé požadavky se nepodaří zohlednit vůbec. Typicky se jedná o korozní efekt směsí na kovové spojovací prostředky.

Přípravky mohou být čiré nebo pigmentované a výsledný povrch lesklý, matný či saténový. Tónování do různých barev je často výrobci a prodejci využíváno z marketingových důvodů, v praxi je vhodné ke kontrole kvality práce. Nátěry a nástřiky se dodávají jako běžné nebo zpevňující (intumescentní), které jsou dostupné i v takzvané tvrdé variantě, odolné proti abrazi.

U ošetřených prvku obvykle nedochází k výrazné změně pevnostních a tuhostních charakteristik, ale zhoršuje se následná opracovatelnost, způsobující předčasné opotřebení řezných částí obráběcích nástrojů.

Nátěry a nástřiky vyžadující obnovení lze užít jen na konstrukce, jejichž požadovaná požární odolnost je nejvýše 30 minut u objektů do požární výšky 9 m (měřeno k podlaze posledního užitného podlaží) a nejvýše o čtyřech nadzemních podlažích. Dále lze tyto změny použít pro požadovanou požární odolnost 30 minut u konstrukcí nezajišťujících stabilitu objektu - například konstrukce krovu, které jsou umístěny v nástavbách v posledních dvou nadzemních podlažích objektu, přičemž výška objektu v tomto případě muže dosáhnou až 22,5 m. U požadované požární odolnosti 45 minut lze nátěr či nástřik použít poze u jednopodlažních objektů určených pro výrobu či skladování. Bez omezení lze aplikovat ty nátěry a nástřiky, jejichž doba životnosti ochrany konstrukce pro daný provoz je do první rekonstrukce minimálně 10 let.

Opláštění (zapouzdření) konstrukce

Jedná se o nejrozšířenější způsob zabezpečení požární odolnosti nejen dřevěných, ale i ocelových prvků a spojů. Obkladové desky jsou vyráběny ze široké škály materiálů a kromě ochrany prvku před účinky požáru mohou plnit i funkci statickou (zajištění prostorové tuhosti konstrukce) a tepelnětechnickou (parobrzda). Tradičním zastupitelem obkladových desek jsou desky sádrokartonové, konstrukční uplatnění pak mají vyztužené obkladové materiály, mezi které se řadí desky sádrovláknité, desky na bázi cementu, magnézia (MgO) a další. U desek nově uvedených na trh, které mají dobu požární odolnosti deklarovánu jen při aplikaci na ocelové prvky, lze při použití se dřevem uvažovat asi s 80 % této hodnoty.

Nezastupitelnou roli u lehkých skeletů hraje izolace z nehořlavého materiálu, vkládaná mezi dřevěné prvky. Při její instalaci je třeba dbát na úplné vyplnění dutiny a zajistit, aby nevznikaly mezery mezi konstrukčními prvky a izolací.

Úbytek dřevní hmoty v závislosti na vyplnění dutiny

Nedílnou součástí zapouzdření jsou prvky zamezující šíření ohně konstrukcí. Jedná se zejména o bariéry v durinách vícevrstvých konstrukcí, v instalačních šachtách (ucpávky, zpěňující pásky) a utěsnění prostupů instalací, rozvodných růžic, vypínačů, zásuvek, bodových svítidel atd.

Zdroj článku: Konstrukce šikmých střech

autor: Straka Bohumil, Novotný Miloslav/krytiny-strechy.cz

Štítky: Záruka stavební práce, Protipožární nátěr, Krovy konstrukce

Rozdělili jsme více než 45 článků nabitých informacemi o střechách do přehledných témat, která vám
rychle pomohou se v problematice vyznat. Nestrácejte čas hledáním a mějte vše na jednom místě.