Přednášky
03. 09. 2018

Problematika požární odolnosti a tuhosti konstrukčních systémů dřevostaveb

Petr Kuklík, Lukáš Velebil, Anna Gregorová / Fakulta stavební Českého vysokého učení technického v Praze

Dřevostavby v praxi 11 - 2017

19. - 20. říjen 2017 Hotel Skalský Dvůr, Lísek u Bystřice

Organizátor: DřevoPortál, divize RIGIPS

V České republice roste významně počet realizací staveb na bázi dřeva. Jejich podíl na výstavbě rodinných domů se blíží k 15 % a meziroční dynamika nárůstu je cca 12 %, což je trojnásobek v porovnání s ostatními stavebními technologiemi. V souladu s evropskou směrnicí 31/2010/EU, která stanovuje společný cíl snížit do roku 2020 spotřebu energie v budovách o 20 % je tato oblast stavebnictví vysoce perspektivním oborem.

1 ÚVOD

V dubnu 2011 vešlo v platnost nové Nařízení evropského parlamentu a rady 305/2011, které nahradilo Směrnici 89/106.
Novinkou tohoto Nařízení je požadavek č. 7 na stavby z oblasti udržitelné výstavby.
Stavba musí být navržena, provedena a zbourána takovým způsobem, aby bylo zajištěno udržitelné využití přírodních zdrojů a zejména:

a) opětovné využití nebo recyklovatelnost staveb, použitých materiálů a částí po zbourání;

b) životnost staveb;

c) použití surovin a druhotných materiálů šetrných k životnímu prostředí při stavbě.

Z tohoto pohledu je využití dřeva a materiálů na bázi dřeva velmi žádoucí, protože jen dostupné a snadno recyklovatelné materiály mají budoucnost v rámci trvale udržitelné výstavby.

2 POŽADAVKY NA POŽÁRNÍ BEZPEČNOST DŘEVOSTAVEB V ČR

Dřevostavby jsou v současnosti v ČR nejčastěji využívány pro stavbu rodinných domů, méně často obytných a administrativních budov. Tyto stavby patří do skupiny nevýrobních budov se specifickým postupem posuzování požární bezpečnosti stavby podle ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní budovy [1]. Výhodou těchto druhů staveb je poměrně spolehlivé stanovení požárního zatížení, a tím i celého požárního rizika požárního úseku, které je jedním z rozhodujících faktorů pro požadavky na požární odolnost stavebních konstrukcí.

3 AKTUÁLNÍ PROBLEMATIKA SOUVISEJÍCÍ S POUŽÍVÁNÍM DŘEVOSTAVEB V PRAXI

Zcela nové možnosti při řešení problematiky požární bezpečnosti a odolnosti dřevostaveb nám dává požární inženýrství. V kontextu s českým prostředím je požární inženýrství vnímáno jako disciplína, která přistupuje k otázkám požární bezpečnosti komplexním způsobem a využívá postupy, které jsou odlišné od tradičních způsobů zajištění požární bezpečnosti. Tyto postupy, nazývané také inženýrské metody (zde nacházíme paralelu s anglickým termínem Performance-Based Approach), se využívají jako alternativní přístup k tradičním normovým postupům zejména v případech, kdy aplikace standardních normativních přístupů vede k neefektivním, nepřiměřeným či dokonce neproveditelným opatřením. Metody požárního inženýrství jsou i v našem domácím prostředí vnímány jako neoddělitelná součást vývoje. V období let 2009 a 2010 došlo k úpravě tzv. kmenových norem požární bezpečnosti staveb, ve kterých byl postup při požárně inženýrském řešení vymezen informativními přílohami, např. I podle ČSN 73 0802 [1]. Zavedení systému pro posuzování projektů zpracovaných požárním inženýrstvím je prezentováno jako jeden z cílů Koncepce požární prevence v České republice, vypracované MV GŘ HZS.
Evropa má sice společný soubor technických norem pro stanovení požární odolnosti konstrukcí, ale každý stát si sám reguluje požadavky na tyto konstrukce, které jsou zakotveny v národních normách požární bezpečnosti. V případě zemí Evropy se stejnou stavební kulturou jako v ČR se dá říci, že tyto požadavky jsou velmi podobné. Pro současnost je ale charakteristické, že se národní normy požární bezpečnosti ve většině zemí revidují, aby lépe vyhovovaly současným požadavkům na nízkoenergetickou výstavbu.
Jak je všeobecně známo, že požární odolnost, tuhost a akustika jsou klíčové nejen pro vícepodlažní dřevostavby. V ČR jsme proto v poslední době provedli mnoho různých zkoušek za účelem hlubšího poznání problematiky chování dřevostaveb za požáru, včetně zkoušek „velkých“ rozměrů, tzv. „full scale“ zkoušek. Zkoušky byly zaměřeny zejména na stěnové a stropní dílce lehkých dřevěných skeletů, které jsou za požáru nejzranitelnější. Pokud jde o vícepodlažní dřevostavby na bázi lehkého dřevěného skeletu, ukazuje se, že s ohledem na jejich požární odolnost a tuhost jsou vhodné do maximálně pěti podlaží.
Musíme si totiž uvědomit, že s ohledem na to, že dřevo je vláknitý materiál, výrazně se od sebe liší vlastnosti rovnoběžně a kolmo k vláknům. U dřevostaveb, především vícepodlažních, s lehkým dřevěným skeletem je problémem deformace dřeva kolmo k vláknům pod jeho sloupky, která se projevuje zatlačováním těchto sloupků do horizontálních prahů, viz obr. 1.

Obr. 1 Zatlačování sloupku do úložného prahu rámu lehkého dřevěného skeletu

Velmi perspektivním materiálem pro dřevostavby je křížem vrstvené dřevo (CLT). Pro výrobu křížem vrstveného dřeva (CLT) sice již existuje evropská výrobková norma ČSN EN 16351[2], ale nikoliv technická norma, která by dávala uživatelům podklady pro navrhování konstrukcí z tohoto materiálu/výrobku za běžné teploty a za požáru. Přitom tento materiál je velice vhodný pro vícepodlažní budovy a splňuje i požadavky z hlediska hodnocení životního cyklu (LCA) budov.
Českou specifičností je mechanicky spojované CLT, jehož výrobě i výzkumu se na ČVUT velmi věnujeme, viz obr. 2 a 3.

Obr. 2 Schéma uspořádání zkoušky stěnového dílce (vlevo), průběh zkoušky (vpravo)

Poznatky získané z provedených experimentálních měření ukazují, že stěnové panely vyrobené z mechanicky spojovaného křížem vrstveného dřeva vykazují velmi dobré nejen mechanické, ale i požární vlastnosti. Požární zkouška mechanicky spojovaného panelu pod zatížením bezpečně prokázala požadovanou požární odolnost. Na požární odolnost panelu měly pozitivní vliv mechanické spojovací prostředky zabraňující odpadávání svislých i příčných lamel dřeva. Zuhelnatělé dřevo, které má prakticky nulovou hustotu, tak působilo jako ochranný tepelný štít.
Mechanicky spojované křížem vrstvené dřevo je materiálem, který nevyžaduje tak náročnou výrobní technologii jako lepené CLT. Jeho navrhování je však třeba věnovat příslušnou pozornost s ohledem na to, že na jeho výrobu jsou použity mechanické spoje, které mají větší poddajnost než lepení, viz obr. 3.

Obr. 3 Smyková deformace stěnového panelu (vlevo) a torzní smyk ve spoji lamel (vpravo)

Spotřeba energie je dominantně dána již existujícími budovami. Předpokládá se, že v roce 2050 budou ve většině vyspělých zemí nové budovy představovat pouze 10-20 % celkové spotřeby energií a zbylých 80 % bude spotřebováno existujícími budovami.
V současné době prováděné rekonstrukce stávajících obytných budov řeší obvykle pouze jejich určité části, například střechu nebo fasádu. Předmětem zájmu je proto vytvořit inovativní koncept renovace celé typické obytné budovy. Koncept je založen na standardizovaných fasádních a střešních systémech, které jsou vhodné k prefabrikaci s tím, rámová konstrukce jednotlivých dílců může být ze dřeva, obdobně jako u lehkých dřevěných skeletů, viz obr. 4.

Obr. 4 Prefabrikovaný systém na bázi lehkého dřevěného skeletu pro zateplování existujících budov

Mezi hlavní výhody systému na bázi lehkého dřevěného skeletu pro zateplení existujících budov patří:
a) dosažení energetické účinnosti a komfortu pro existující obytné budovy, který je porovnatelný s novými budovami;
b) vytvoření pokročilé nízkoenergetické budovy včetně různých nových rozvodů;
c) optimalizovaná výstavba, kvalita provedení a úspora času i ceny díky prefabrikaci;
d) rychlá rekonstrukce s minimálním narušením života obyvatel budov.

4 ZÁVĚR

Za velký úspěch můžeme v současnosti považovat, že se v ČR, v souladu s evropskými trendy, podařilo nastartovat tzv. „Řetězec dřeva” - tj. úzkou spolupráci lesnictví, dřevozpracujícího průmyslu a stavebnictví. Dřevostavby přitom nemusí být celodřevěné. Současný výzkum si klade za cíl nejen vyvíjet pokročilé materiály a výrobky na bázi dřeva, jako je CLT, ale také optimálně kombinovat ve stavbách dřevo s betonem, zdivem, ocelí a sklem s cílem co nejlépe využít vlastnosti každého z těchto materiálů. Železobetonové skelety s lehkými dřevěnými obvodovými plášti či kompozitní dřevobetonové stropy jsou v současnosti předmětem velké pozornosti. České vysoké učení technické v Praze se proto snaží maximálně přispět k procesu vytváření podmínek pro větší využití dřeva v českém stavebnictví.

Využívání dřeva ve stavebnictví samozřejmě nejvíce brání jeho negativní vnímání, že hnije a hoří. Nikdo se už ale neptá, kdy a proč!
Odstraňování zmíněných „handicapů“ dřeva je však různě jak úspěšně řešitelné.

Co však bychom měli v dohledné době vyřešit je:

1. Přehodnocení kategorizace druhů konstrukčních částí DP1, DP2 a DP3. Tato kategorizace platí jen u nás 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.
Je to něco obdobného jako když jsme opustili naši kategorizaci tříd stupně hořlavosti a nahradili jí evropskou kategorizací tříd reakce na oheň.

2. Přehodnotit kategorizaci požárně otevřených a uzavřených vnějších povrchů obvodových stěn dřevostaveb s ohledem na odstupové vzdálenosti.
Tato kategorizace vznikla v době, kdy se u nás stavělo především z betonu. Pro dřevostavby je tato kategorizace neobjektivní a v zásadě i likvidační.
V řadě případů totiž použití dřevostavby neumožňuje. V současnosti je stále více markantní také s ohledem na to, že se rozměry pozemků pro výstavbu z cenových důvodů stále zmenšují.

3. Podpořit uplatnění tzv. požárně inženýrského přístupu při realizaci dřevostaveb.


Poděkování
Tento článek byl zpracován za podpory projektu COST CZ LD15077 „Mechanicky spojované křížem vrstvené dřevo (CLT)“.


Literatura
[1] ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty, ÚNMZ, Praha, 2009.
[2] ČSN EN 16351 Dřevěné konstrukce - Křížem vrstvené dřevo - Požadavky, ÚNMZ, Praha, 2016