Současný stav navrhování dřevostaveb na účinky požáru

Větší využití dřeva ve stavebnictví v České republice je žádoucí mimo jiné z toho důvodu, že více než 50 % kulatiny vyvážíme bez dalšího zpracování, což začínáme chápat jako velký problém, kterým je nutno se zabývat. Obavy o naše lesy přitom určitě mít nemusíme.Lesy v České republice pokrývají 34 % plochy celého území a zásoba dřeva v těchto lesích se dlouhodobě zvětšuje. Podle oficiálních údajů se celková zásoba dřeva za posledních 85 let více než zdvojnásobila! Celková zásoba dřeva v českých lesích se zvětšila z 307 mil. m³ v roce 1930 na téměř 693 mil. m³ v roce 2015. Celkem se tedy zvýšila o 386 mil. m³, což představuje téměř 25násobek současných ročních těžeb či celkovou zásobu dřeva ve Velké Británii. Celková zásoba dřeva v českých lesích v současnosti potom přibližně odpovídá roční spotřebě dřeva v celé Evropě.

Úvod

Tento článek je zaměřen především na problematiku požární odolnosti dřevostaveb, zejména vícepodlažních. Při řešení problematiky požární odolnosti dřevostaveb v současnosti kromě požárních zkoušek jednotlivých stěnových a stropních dílců provádíme i zkoušky celých objektů. Dosud prováděné zkoušky byly zaměřeny zejména na lehké dřevěné skelety, které se v ČR nejvíce používají a současně jsou za požáru nejzranitelnější. Při těchto zkouškách se ukázalo, že při skutečném požáru mohou teploty při nepříznivých okrajových podmínkách (horké léto) dosáhnout vyšších hodnot než podle nominální teplotní křivky (viz obr. 1), která je předepsána normou ISO 834 [1]. Tato křivka však nezohledňuje intenzitu požáru v závislosti na okenních a dveřních otvorech požárního úseku. Jinými slovy nezohledňuje přísun kyslíku do požárního úseku, což má na intenzitu požáru významný vliv. Z tohoto důvodu vychází i doporučení, aby lidé v případě požáru nenechávali otevřená okna a dveře, pokud je to možné. Vliv požáru s uvážením otvorů modelujeme pomocí parametrické křivky, která je též znázorněna na obr. 1. Nominální křivka též neřeší náběh/rozvoj požáru. Toto řeší například zónový model. Na obr. 1 jsou pro srovnání s různými modelacemi požáru uvedeny i skutečně naměřené teploty za požáru. Podstatné však je, že zuhelnatění dřeva je především ovlivněno délkou požáru a zuhelnatění dřeva se neřeší v doméně teploty.

Cílem požárních zkoušek je kromě prokázání požární odolnosti určité skladby stěn či stropů dřevostavby i přispět k prohloubení poznání problematiky jejich požární odolnosti v souvislosti s přípravou nových výpočetních postupů pro druhou generaci Eurokódu 5 [2]. Poznatky získané porovnáním výpočtů s experimenty totiž ukazují, že stávající výpočetní postupy jsou z mnoha důvodů konzervativní. Příkladem toho, co není dořešeno, je především stanovení příspěvku plášťů dřevostaveb (desek na bázi sádry a dřeva) k jejich požární odolnosti.

Dosavadní předpoklad, že při dosažení teploty 300 °C za pláštěm dřevostavby dojde k jeho odpadnutí, není ve všech případech správný, což potvrzuje řada provedených zkoušek. V Eurokódu 5 [2] se s touto skutečností již počítá. Zatím však chybí výpočetní vztah, podle kterého by se dal určit čas odpadnutí pláště t_f na základě ztráty jeho celistvosti. Zatím čas t_f můžeme stanovit pouze s ohledem na selhání spojů pláště a dřevěného rámu dřevostavby. Věcí k řešení je však samozřejmě více a pracovní skupina WG4 komise CEN TC 250/SC 5 (Konstrukční Eurokódy/Dřevěné konstrukce) se jimi snaží maximálně zabývat. Například v případě času odpadnutí pláště t_f na základě ztráty jeho celistvosti výzkum ukazuje, že tato hodnota je závislá nejen na druhu desky, ale též jejím použití. Dále na tom, zda se jedná o aplikaci do stěnové, či stropní konstrukce.

Co bychom však v oblasti požární bezpečnosti/odolnosti dřevostaveb měli přednostně řešit na národní úrovni, je:
■přehodnotit kategorizaci druhů konstrukčních částí DP1, DP2 a DP3. Tato kategorizace platí jen v ČR a na Slovensku. Ostatní země EU tuto kategorizaci nemají a v komunikaci s nimi to způsobuje různé komplikace včetně obchodních. Vhodné by bylo přejít na evropský model s kategorizací K1 a K2. Jde o něco obdobného, jako když jsme opustili naši kategorizaci tříd stupně hořlavosti a nahradili ji evropskou kategorizací tříd reakce na oheň.
■přehodnotit kategorizaci požárně otevřených a uzavřených vnějších povrchů obvodových stěn dřevostaveb s ohledem na odstupové vzdálenosti. Tato kategorizace vznikla v době, kdy se v tuzemsku stavělo především z betonu. Pro dřevostavby je tato kategorizace neobjektivní a v zásadě i likvidační. V řadě případů totiž použití dřevostaveb neumožňuje. V současnosti je tato skutečnost stále více markantní také s ohledem na to, že se rozměry pozemků pro výstavbu domů z cenových důvodů stále zmenšují.

Na obr. 2 jsou znázorněny odstupové vzdálenosti v případě, že za požárně otevřený povrch dřevostavby bereme celou plochu její stěny, nebo jen plochu okenního či dveřního otvoru. Dosud provedená měření v souladu s platnými technickými normami ukázala, že hodnoty radiace/sálání tepla jsou v porovnání s platnými postupy výpočtu [3] menší, viz obr. 3.

Vícepodlažní dřevostavby

Klíčovými problémy vícepodlažních dřevostaveb je jejich požární odolnost, tuhost a akustika. U vícepodlažních dřevostaveb v závislosti na počtu podlaží a účelu využití budovy hraje velkou roli konstrukční systém, závislý především na tom, zda se jedná o budovu pro bydlení či administrativní budovu.

Konstrukční systémy
■ Těžký skelet
Těžký skelet je prostorový nosný konstrukční systém vytvořený ze svislých a vodorovných nosných prvků z hraněného řeziva, lepeného lamelového dřeva, vrstveného dřeva, Parallamu či Intrallamu. Komple tuje se nenosnými obvodovými plášti a dělicími konstrukcemi příček. Pro těžké dřevěné skelety jsou typické především tyto modulové rozměry: 1,20 × 1,20 m; 1,25 × 1,25 m; 3,60 × 3,60 m a 4,80 × 4,80 m. Novodobé konstrukce těžkých dřevěných skeletů mohou mít několik variant, které se liší provedením styků vodorovných a svislých prvků: skelet s jednodílnými průvlaky a sloupy; skelet s dvojdílnými průvlaky a jednodílnými sloupy; skelet s jednodílnými průvlaky a dvojdílnými sloupy.

Těžké skeletové konstrukční systémy se vyznačuji velkou půdorysnou dispoziční volností a jsou vhodné především pro administrativní budovy. Jejich určitou nevýhodou je to, že se většinou zhotovuji z lepených lamelových prvků a náročnější je i provedení konstrukčních detailů. Požární odolnost těžkých dřevěných skeletů je však velmi dobrá, a protože jsou provedeny z masivních tyčových prvků ze dřeva, je u nich též jednoduché stanovit požární odolnost metodou účinného průřezu, která je zpracována v Eurokódu 5 [2].

■ Lehké skelety
Lehké skelety tvoří rám převážně z dřevěných fošen a prken, mezi které je vložena tepelná izolace, přičemž rám je oplášťován deskami na bázi dřeva a sádry. Sloupky a stropní nosníky tohoto systému jsou poměrně hustě vedle sebe, na vzdálenost většinou 625 mm. Rozlišujeme tři základní typy lehkých skeletů: Balloon frame, modi-fikovaný Balloon frame a Platform frame. Platform frame má podlaží z dílů posazených vzájemně na sebe a je v současnosti nejpoužívanějším typem lehkého dřevěného skeletu při stavbě jednopodlažních a vícepodlažních budov. Pokud jde o vícepodlažní dřevostavby na bázi lehkého dřevěného skeletu, ukazuje se, že s ohledem na jejich požární odolnost a tuhost jsou vhodné maximálně do pěti podlaží. Na omezení počtu podlaží má totiž vedle požáru vliv i ta skutečnost, že velkým problémem dřeva je jeho deformovatelnost v tlaku kolmo k vláknům, která se projevuje zatlačováním sloupků lehkého skeletu do horizontálních prahů a následně trhlinami na fasádě.

■ Masivní deskové systémy
Masivní deskové systémy se vyznačují různými způsoby provedení stěn a stropů, především z křížem vrstveného dřeva (CLT). Rozdílem mezi masivními dřevěnými (MTC) a lehkými dřevěnými (LTC) konstrukčními systémy je též skutečnost, že u MTC systému z CLT je jasné rozdělení nosné a izolační funkce jednotlivých vrstev. Zatímco u LTC se využívají prutové prvky s opláštěním, u MTC jsou to především velkoplošné deskové prvky.

Další výhodou MTC systému je to, že nepotřebuje žádné parozábrany a v porovnání s LTC systémy vykazuje lepší tepelnou kapacitu. Pro oba systémy existují i různé způsoby provedení fasády. U systému MTC se používají masivní, velké, nosné prvky, čímž lze při dodržení pravidel spojování dosáhnout vysoké tuhosti konstrukce. To je velmi důležité pro využití tohoto systému v budovách s velkým dynamickým zatížením. S ohledem na tyto skutečnosti se používají masivní deskové systémy především z křížem vrstveného dřeva (CLT) nejvíce na vícepodlažní budovy.

Celý článek naleznete v archivu čísel 01-02/2018.