Unikátní požární zkouška ocelobetonové budovy v Mokrsku

Zkoušku připravilo pražské České vysoké učení technické, její výsledky mají pomoci při navrhování staveb, které budou odolávat podobným požárům, kterému bylo vystaveno světové obchodní centrum v New Yorku v 2001. Testovanou budovu 18 x 12 metrů, simulující okrajovou část administrativní budovy postavilo sdružení firem a zkoušena byla pasivní ochrana stavebních konstrukcí bez použití hasebních prostředků. Na objektu bylo použito několik typů konstrukcí, jak v současnosti používaných, tak i konstrukcí, jejichž použití se teprve plánuje. Stropy byly např. z prolamovaných nosníků, z nosníků s vlnitou stojnou nebo předepnuté panely. Nejsledovanější byla ocelobetonová stropní deska s tažnou výztuží, která by se neměla během požáru i při extrémním průhybu a ztráty únosnosti ocelových částí stropu porušit. Obvodový plášť tvořilo 6 různých konstrukcí, např. ocelový sendvičový panel, betonový nebo sádrový plášť. Podrobné informace o konstrukci a předpokládaném chování jsou v Programu zkoušky ze stránek http://fire.fsv.cvut.cz/firetest_Mokrsko/index.htm.

Průběh zkoušky

Na střechu testovaného objektu byly rozloženy 900kg pytle s kamenivem, které simulovaly 1,4 násobek zatížení uvažované v administrativních budovách. Do konstrukce se rozmístily měřící senzory pro měření teploty, průhybů, tlaku, vlhkosti, transportu vlhkosti a teploty v betonu, propustnosti pláště a pro měření sálání. Pro vizuální sledování průběhu požáru v budově sloužila dvě okna.

Uvnitř budovy bylo rovnoměrně rozmístěno 15 m³ dřeva simulující 1,4 násobek požárního zatížení v administrativních budovách. Stropní nosníky a trapézové plechy nebyly před požárem nijak chráněny, bylo očekáváno, že při požáru, kdy teplota bude dosahovat až 1100°C dojde k jejich průhybu až 500 mm a ztrátě únosnosti.

Hlavní organizátor akce profesor František Wald nechal zapálit dřevo, poté asi 5 minut trvalo, než se teplota v interiéru zvýšila na 50°C a od tohoto okamžiku byl měřen čas. Předpokládal se růst teploty na maximální hodnotu okolo 1100°C do hodiny, potom pozvolný pokles a kritickou dobou mělo být přibližně 10-15 minut po dosažení teplotního maxima. Zpočátku teplota rostla pomalu, protože dřevo mělo 12% vlhkost, takže se nejdříve muselo odpařit téměř 1000 kg vody.

Přibližně po 25 minutách byly plameny po celém objektu a teplota dosahovala okolo 650 °C. Došlo k viditelnému průhybu prolamovaných nosníků. Z obvodových sendvičových panelů se začaly uvolňovat plyny.

Při rostoucí fázi požáru okolo 40-té minuty byla teplota okolo 850°C, 70% paliva bylo vyhořelého, ocelové stropní nosníky se silně prohnuly a jejich únosnost poklesla na 10%. Trapézový plech ocelobetonové stropní desky se odděloval od betonu za praskavých zvuků. Nosnost ve stropní desce tlusté pouhých 60 mm převzala membránovým působením požárně odolná výztuž. Vlivem větru se dosáhlo maximální teploty jen 1000°C, jak bylo znázorněno na grafickém výstupu teplotního čidla. Po necelé hodině došlo ke zničení termočlánku a teplota přestala být správně měřena (viz druhý graf)

Po 61 minutách došlo pravděpodobně k porušení některého z typů spoje mezi stropní deskou a jejím uložením po obvodě. Důsledkem byl kolaps jinak celistvé stropní konstrukce.

Ke kolapsu stropu následně došlo i u dvou sousedních stropních desek, třetí odolala. V zadní části u prvně zkolabované desky došlo k destrukci i obvodových konstrukcí, možná zde byla příčina kolapsu konstrukce stropu.

První výsledky měření

První výsledky měření z unikátní požární zkoušky v Mokrsku zveřejnilo ČVUT v tiskové zprávě:

Nejvyšší naměřená teplota při simulovaném požáru administrativní budovy dosáhla 935 °C. K porušení stropní ocelobetonové desky nad prolamovanými ocelovými nosníky a k jejímu následnému zřícení došlo v 62. minutě požáru při jejím přetížení na 167 % její návrhové únosnosti. Stropní deska nad nosníky s vlnitou stojnou porušena nebyla. Teplota vnějšího pláště s izolací z kamenné vlny splnila kritéria odolnosti podle evropské zkušební metodiky a k jeho porušení nedošlo. Šlo o první akci takového rozsahu v České republice i ve střední Evropě.

"I přes kolaps desky, který jsme dosud znali jen z laboratoře, odolávala experimentální budova dost dlouho na to, aby v reálném případě mohly hasičské jednotky efektivně zasáhnout," říká profesor František Wald, vedoucí Katedry ocelových a dřevěných konstrukcí Stavební fakulty ČVUT v Praze. "Problematikou požární odolnosti se v současné době zabývá i několik evropských výzkumných projektů. Jeden z nich je i součástí zkoušky v Mokrsku. Výsledky našeho experimentu zvýší spolehlivost návrhů konstrukcí vystavených zvýšeným teplotám a promítnou se do národních a evropských norem," dodává František Wald.

Zkouška ověřila chování konstrukce administrativní budovy vystavené požáru velkého rozsahu a umožní zpřesnění teoretických modelů chování jednotlivých stavebních prvků při požáru. Kromě teploty měřené asi v 200 bodech se během zkoušky měřily ještě celkové i poměrné deformace konstrukčních prvků, tlaky par, vlhkost a sálání z konstrukce. Požární zkouška v Mokrsku tematicky navázala na sedm velkých požárních zkoušek, které byly uskutečněny na skutečných budovách z oceli, betonu a dřeva v Cardingtonu ve Velké Británii.

Na zkoušce se pod vedením ČVUT účastnily i Ústav teoretické a aplikované mechaniky Akademie věd ČR, společnost PAVUS, The University of Sheffield, Slovenská technická univerzita v Bratislavě, Generální ředitelství hasičského záchranného sboru MV ČR, Profesní komora požární ochrany a řada dalších společností podílejících se na vlastní stavbě pokusné konstrukce. Stavbu experimentální budovy v hodnotě tří milionů korun financovali sponzoři projektu, kterými jsou ArcelorMittal Long Carbon R&D Centre, DYWIDAG PREFA, EXCON, HAIRONVILLE VIKAM, Kingspan, Kovové profily, Metrostav, Promat, ROCKWOOL, SGB Hünnebeck CZ, TBG Metrostav, Skála a Vít a další. Mediálním partnerem akce je časopis Konstrukce.