Oceľové prvky v podmienkach požiaru
Vysoké teploty pri požiaroch majú významný vplyv na mechanické a fyzikálne vlastnosti stavebných materiálov, ktoré sú týmto teplotám vystavené v dôsledku pôsobenia plameňa, sálavého tepla alebo horúcich splodín horenia. Oceľ je nehorľavým materiálom, ktorý sa pri požiari nezapáli a neprispieva k zvyšovaniu intenzity horenia svojim rozkladom. Napriek tomu môžeme jej správanie v podmienkach požiaru považovať za nebezpečné pre život a zdravie osôb ako aj samotnú budovu (majetok).
Pôsobením vysokých teplôt dochádza k negatívnym zmenám mechanických vlastností ocele. Pri namáhaní oceľových konštrukcií požiarom približne do teploty 350 °C sa zhoršujú ich mechanické vlastnosti len do takej miery, že neohrozujú bezpečnosť objektu. S postupným zahrievaním na vyššie teploty narastajú ich deformácie a pri dosiahnutí teploty okolo 500 °C (tzv. kritická teplota) strácajú svoju pevnosť. Uvedená teplota je dosahovaná približne už v piatej minúte požiaru (podľa normovej teplotnej krivky). To vedie k zrúteniu týchto konštrukčných prvkov, pričom spravidla so sebou strhávajú aj ostatné konštrukcie, s ktorými sú spojené, ku ktorým sú uchytené alebo do ktorých sú kotvené. Pri teplote okolo 650 °C dosahuje pevnosť oceľových prvkov len približne 20 % pôvodnej hodnoty.
Nebezpečenstvo deformácií a zrútenia je najväčšie u oceľových nosných prvkov stropných konštrukcií v uzatvorených priestoroch, pretože pri požiari je najvyššia teplota práve pod stropom, rozpätia týchto prvkov sú vzhľadom na ich dostatočnú únosnosť zvyčajne veľké a sú zaťažené ďalšími konštrukciami ale aj úžitkovým zaťažením.
Oceľové konštrukcie majú navyše vysokú teplotnú rozťažnosť, čo môže viesť k narušeniu bezpečnosti objektu, ak nemajú tieto prvky pri požiari zabezpečenú dostatočnú dilatáciu od iných konštrukcií stavby, napr. nosných stien. Napríklad oceľový nosník dĺžky 10 metrov, ktorý sa zahreje na teplotu 400 °C, sa predĺži o približne 50 milimetrov.
Po uhasení požiaru môžu byť opätovne používané len tie oceľové prvky, u ktorých nedošlo pri dočasnom vystavení vyšším teplotám k strate mechanických vlastností a nevratným deformáciám. Takéto konštrukcie musia byť najskôr posúdené statikom, ktorý zhodnotí ich stav a rozhodne o možnostiach ďalšieho využitia alebo ich ďalšie využitie zakáže.
Nechránené oceľové konštrukcie
Oceľové prvky rôznych profilov a prierezov sa spravidla navrhujú ako súčasť nosnej konštrukcie objektov. Jedná sa hlavne o oceľové stĺpy, stropné nosníky či strešné väzníky, ktoré zabezpečujú stabilitu stavby alebo jej časti. Tieto prvky sú teda požiarnymi konštrukciami, ktoré musia spĺňať požadovanú požiarnu odolnosť podľa navrhovaného riešenia protipožiarnej bezpečnosti stavby v projektovej dokumentácii spracovaného špecialistom požiarnej ochrany. V niektorých špecifických prípadoch môžu byť kladené požiadavky na požiarnu odolnosť aj pre nenosné oceľové prvky. Požiarna odolnosť oceľovej konštrukcie môže byť dosiahnutá:
- statickým nadimenzovaním samotných oceľových prvkov podľa technických noriem (eurokódov) na také parametre, ktoré vyhovujú požadovanej požiarnej odolnosti (nechránená oceľová konštrukcia s požiarnou odolnosťou),
- protipožiarnou ochranou samotných oceľových prvkov podľa konkrétnych technologických postupov a pokynov jednotlivých výrobcov týchto ochrán na také parametre, ktoré vyhovujú požadovanej požiarnej odolnosti (chránená oceľová konštrukcia s požiarnou odolnosťou).
Nechránené oceľové prvky dosahujú skutočnú požiarnu odolnosť spravidla 15 až 30 minút (ojedinele 45 až 60 minút), počas ktorých si pri požiari (podľa normovej teplotnej krivky) zachovajú svoju únosnosť a stabilitu (kritérium R). Požiarna odolnosť týchto konštrukcií je ovplyvnená viacerými faktormi:
- prierez oceľového prvku – rozhodujúci je pomer obvodu prierezu Ap k jeho ploche V (Ap/V), pričom s narastajúcim pomerom požiarna odolnosť klesá (nevýhodný pomer majú najmä otvorené profily, uzatvorené profily dosahujú vyššiu požiarnu odolnosť),
- druh ocele – chemické zloženie ocele ovplyvňuje jej správanie pri vysokých teplotách (žiaruvzdorné ocele a ocele vyšších akostí dosahujú vyššiu požiarnu odolnosť),
- veľkosť vnútorného napätia oceľového prvku pri požiari,
- statická funkcia oceľovej konštrukcie – staticky neurčité prvky dosahujú vyššiu požiarnu odolnosť ako staticky určité prvky,
- tepelné namáhanie a vplyv požiarnotechnických zariadení – pôsobenie stabilného hasiaceho zariadenia alebo zariadenia na odvod tepla a splodín horenia, prípadne ich kombinácia znižuje tepelné namáhanie oceľovej konštrukcie (kritickú teplotu pri požiari dosiahne neskôr alebo ju nedosiahne vôbec).
Dosiahnutú požiarnu odolnosť nechránenej oceľovej konštrukcie je povinný jej zhotoviteľ preukázať osvedčením požiarnej konštrukcie v písomnej forme.
Chránené oceľové konštrukcie
Pokiaľ samotné oceľové prvky nie sú staticky nadimenzované na požadovanú požiarnu odolnosť, je potrebné ich chrániť vhodným spôsobom s použitím dostupných systémov pasívnej požiarnej ochrany od konkrétnych výrobcov. Oceľová konštrukcia môže byť chránená niektorým z nasledovných spôsobov:
- protipožiarne doskové obklady – krabicové obklady otvorených (I, H, L, T, C, U) alebo uzatvorených profilov (SHS, RHS, CHS) bez pomocnej nosnej konštrukcie zhotovené podľa potreby z jednej, dvoch, troch alebo až štyroch strán oceľového profilu. Vyhotovujú sa v rôznych hrúbkach ako jednovrstvové alebo viacvrstvové podľa pokynov konkrétneho výrobcu na základe požadovanej požiarnej odolnosti a parametrov oceľového prvku. Spoje dosiek nie je potrebné vždy tmeliť. Obklad môže byť povrchovo upravený omietkou alebo náterom, prípadne bez povrchovej úpravy. Na trhu sú dostupné obklady vhodné do vnútorného prostredia ale aj do vonkajšieho prostredia, ktoré sú schopné odolávať poveternostným vplyvom. Používajú sa napríklad dosky na báze cementu, sadrokartónu, kalciumsilikátu a pod.,
- protipožiarne omietky – aplikujú sa vo forme nástrekov, ktoré môžu spĺňať aj ďalšie vlastnosti (tepelnoizolačné, akustické). Povrch je štruktúrovaný, zrnitý a preto sa používajú skôr v priestoroch s nižšími estetickými nárokmi. Vyhotovujú sa v rôznych hrúbkach ako jednovrstvové alebo viacvrstvové podľa dimenzačnej tabuľky konkrétneho výrobcu na základe požadovanej požiarnej odolnosti a parametrov oceľového prvku. Na trhu sú dostupné omietky vhodné do vnútorného prostredia ale aj do vonkajšieho prostredia, ktoré sú schopné odolávať poveternostným vplyvom. Používajú sa napríklad omietky na báze sadry, vermikulitu, cementu, prípadne aj minerálnych vlákien (tunely, petrochemický priemysel),
- protipožiarne nátery – umožňujú dodržať pôvodný vzhľad oceľových prvkov. Sú vhodné pre otvorené aj uzatvorené profily a spravidla dosahujú životnosť okolo 10 rokov. Po uplynutí tejto doby je potrebné ich obnovovať. Preto nie sú veľmi vhodné do priestorov s obmedzeným prístupom pre vykonanie obnovy náteru. Aplikujú sa v potrebnej hrúbke podľa dimenzačnej tabuľky konkrétneho výrobcu na základe požadovanej požiarnej odolnosti a parametrov oceľového prvku. Na oceľový prvok sa spravidla nanášajú v troch hlavných vrstvách (základný náter, reagujúci náter, ochranný vrchný náter). Na trhu sú dostupné nátery vhodné do vnútorného prostredia ale aj do vonkajšieho prostredia, ktoré sú schopné odolávať poveternostným vplyvom. Nátery sú spravidla riediteľné vodou (vodné emulzie) a pri pôsobení zvýšenej teploty počas požiaru napeňujú, čím vytvárajú na chránenej konštrukcii izolačnú bariéru. Najčastejšie sa používajú nátery bielej alebo šedej farby, ale je možné ich aj zafarbovať pigmentami rôznych farebných odtieňov,
- ochranné vodorovné membrány – závislé podhľady pod oceľové stropné konštrukcie. Požiarna odolnosť je stanovená pre celú konštrukciu spolu s membránou. Vyhotovujú sa v rôznych hrúbkach ako jednovrstvové alebo viacvrstvové podľa pokynov konkrétneho výrobcu na základe požadovanej požiarnej odolnosti a parametrov oceľovej stropnej konštrukcie. Podporná konštrukcia membrány a jej jednotlivé prvky musia byť tiež zhotovené podľa pokynov konkrétneho výrobcu. Súčasťou konštrukcie je aj predpísaná vzduchová medzera, ktorú je potrebné dodržať. Používajú sa napríklad dosky na báze cementu, sadrokartónu, kalciumsilikátu a pod.
V rámci jednej stavby je možné kombinovať viaceré systémy pasívnej požiarnej ochrany oceľových konštrukcií, napríklad stĺpy chránené obkladom so strešnými väzníkmi ošetrenými protipožiarnym náterom.
Dosiahnutú požiarnu odolnosť chránenej oceľovej konštrukcie je povinný jej zhotoviteľ preukázať osvedčením požiarnej konštrukcie v písomnej forme. Konkrétnu ochranu môže aplikovať len zhotoviteľ, ktorý je zaškolený výrobcom na jej zabudovanie do stavieb v súlade s technologickými postupmi a pokynmi tohto výrobcu.
Potrebujete riešiť požiarnu ochranu oceľových prvkov aj vo vašej stavbe? Hľadáte projektanta a zhotoviteľa, ktorý vám navrhne optimálne riešenie a následne ho dokáže aj zrealizovať? V Totuuse máme odborníkov na protipožiarnu bezpečnosť stavieb, ktorí sú pripravení vám ochotne a odborne pomôcť.
