Spolehlivost konstrukce komínů

Ing Jan Mareček

Úvod

• Život stavby začíná zpracováním záměru, technickou přípravou, pokračuje záborem půdy, projektem, realizací, užíváním, udržováním , rekonstrukcí a končí sanací, recyklací, uvedením nemovitosti do původního stavu.

• Na začátku je myšlenka, záměr, pokračuje zhmotnění záměru, vyplnění myšlenky a ukončení záměru.

• Celou činnost člověka můžeme nejlépe chápat jako postupné shromažďování a plnění databáze o předloženém záměru . Během života stavby se databáze doplňuje údaji o skutečné spotřebě energií, skutečném zatížení, o kapacitě a dalších vstupech a výstupech stavby. Na konci života stavby je pak předložen společnosti účet za zábor, devastaci okolí a “uvedení nemovitosti do původního stavu“.

Navrhování stavebních konstrukcí.

• Navrhování stavebních konstrukcí až dosud vycházelo při návrhu a posudku konstrukcí z klasických metod, nebo dovolených namáhání, a dále metod mezních vztahů. Vždy na začátku byla teorie, která byla vylepšována, zjednodušována a přizpůsobována podle toho jaká byla míra poznání o materiálu, chování zatížení nebo konstrukce. Pro potřeby návrhu konstrukcí brzy vznikla potřeba odzkoušet, zaznamenat a určit všeobecně uznávané údaje o materiálu o síle větru atd. Tak vznikly předpisy a normy, které byly nezpochybnitelné a použití jejich údajů bylo zárukou spolehlivosti navržených konstrukcí. Zkušebnictví se brzy stalo specializovanou činností při které se výsledky zkoušek a zkušenosti připravovaly pro celou technickou veřejnost. Základní normové či výpočtové hodnoty materiálů a zatížení dostávali konkrétní podobu .Z množství naměřených a zjištěných dat se vybíraly extrémy nebo průměry o kterých se vědělo, že větší část údajů bývá proměnlivá. Pro zjednodušení byly nové metody upravovány různými stupni bezpečnosti, dílčími součiniteli, hranicemi použití. Vše bylo podnikáno ve smyslu zjednodušení práce konstruktéra a pro přesnější vystižení zaváděných teorií širokou technickou veřejností. Po nějaké době se každá soustava dostává do stádia, kdy zjednodušující předpoklady a součinitele se stanou určitou brzdou dalšího rozvoje. Pravděpodobně jsme dospěli do stádia, kdy nebude nutné zjednodušovat soubor dat a používat množství součinitelů původu, významu či strachu, ale můžeme používat celý soubor k výpočtu a rozhodování řídit podle skutečné pravděpodobnosti dosažení mezního stavu konstrukce .

Návrh stavby

• Stavba musí být navržena tak aby nároky pravděpodobně na ni kladené (zatížení) v průběhu stavění a užívání neměly za následek – a)      zřícení

– b)      nepřípustné přetvoření

– c)      poškození jiných částí a instalovaného zařízení

– d)      nedodržení dohodnutých předpokladů (charakteristik konstrukcí a staveb)

Spolehlivost konstrukce• Spolehlivost stavby je vlastnost plnit požadované funkce v daném časovém

úseku. Základní podmínkou je její umístění v daném prostředí, při zachování daných provozních podmínek .

• Spolehlivost je zajišťována návrhem, prováděním a užíváním podle ENV 1991-1999.

• Konstrukce je spolehlivá, jestliže je splněna podmínka spolehlivosti. Účinek zatížení na konstrukci E nebude větší jako její odolnost R G = R-E 0

• Spolehlivost je pak vyjádřena indexem spolehlivosti beta stanoveným podílem střední hodnoty spolehlivosti mG a směrodatné odchylky SG

• Konstrukce musí být navržena tak aby po dobu předpokládané životnosti s příslušným stupněm spolehlivosti vyhověla požadovanému účelu a odolala zatížení při stavbě i provozu

Index spolehlivostisměrné hodnoty beta

Mezní stav index spolehlivosti Směrná hodnota

index spolehlivostiPro jeden rok

únosnosti 3,8 4,7

únavy 1,5-3,8

použitelnosti 1,5 3

Úroveň spolehlivosti

• Úroveň spolehlivost konstrukce je dána srovnáním výsledné hodnoty parametrů konstrukce a návrhové pravděpodobnosti dané normou nebo užitnými vlastnostmi zařízení.

• Spolehlivost stavby vždy znamená určitou úroveň rizika, které můžeme upřesnit vztahem k

– Významu stavby

– Životnosti stavby

– Hodnotě stavby

Spolehlivost musí mít vypovídací schopnost, která může být ovlivněna

– Kvalitou a dostupnosti předpokladů

– Výpočtovými metodami

– Dostupností kontrolních systémů

Životnost staveb

Životnost staveb

• Jedním z důležitých hledisek je předpokládaná životnost stavby, konstrukce, nebo části stavby. To znamená předpokládaná doba, kdy bude konstrukce používána k předpokládanému účelu bez nutnosti podstatných oprav.

• Životnost celé stavby může záviset na jednotlivých částech celé stavby a podle skladby a nároků na opravy a výměny jejich článků s odlišnou životností může celková cena stavby doznat podstatných změn..

• .

Životnost podle ČSN 730031

Č. Stavby objekty Životnost v rocích

1 Pozemní Bytové a občanské 100

2 Služby 60

3 Těžba paliv 50

4 Energetika 30

5 Zemědělství 50

6 Vodní hospodářství 80

7 Dočasné budovy 15

Třídění návrhové doby životnosti podle ENV 1991-1

Třída Návrhová životnost

Příklad Poznámka

odpisy

1 5 roků Dočasné konstrukce 50roků

2 25 roků Vyměnitelné části 50roků

3 50roků budovy 50roků

4 100roků Monumenty a inženýrské konstrukce

50roků

Význam staveb podle ČSN 730031Třída významu

objektuVýznam objektu Součinitel

účelu

U Mimořádný významMonumenty,mosty,hráze,

Více jako 1

I Velký významDivadla, kina sportovní sály,komíny, zásobníky,sítě VVN,elektrárny

1

II Střední významObytné a občanské stavby, průmyslové objekty, sklady,sítě VN

0,95

III Omezený významSklady, pomocné obj.skleníkysítě nn

0,90

Dočasné obj. Pokud životnost objektu je kratší než 5 let.

0,8

ČSN 730031

Návrhové pravděpodobnosti poruchy pd

podle ČSN 731401

Č. Úroveň spolehlivosti Mezní stav únosnosti

Mezní stav použitelnosti

1 Snížená 0,0005 0,16

2 Obvyklá 0,00007 0,07

3 Zvětšená 0,000008 0,023

4

Komíny a jejich spolehlivost

• Komínové konstrukce jsou zajímavé svou univerzálností a spojitostí s technickým zařízení staveb. Je to způsobeno tím, že vytápění a spalinová cesta, je základním článkem topného systému. Obě části musí být navrženy tak aby jejich funkce byly navzájem v souladu. Funkce spotřebiče paliva úzce závisí na funkci spalinové cesty.

Komíny a jejich spolehlivost 2

• V rámci teorie spolehlivosti celých objektů se vyšetřuje jejich bezpečnost, použitelnost, životnost a hospodárnost. Konstrukce komínů je pouze spolehlivostním elementem celé stavby a protože základním modelem jeho charakteru (vlastnosti) je mnohorozměrná s vazbami na mateřskou stavbu, je nutné vyšetřit její jednotlivé složky.

Rozdělení spolehlivosti komínů

• Dílčí složky spolehlivosti komínů.– Bezpečnost = skutečná pravděpodobnost selhání KCE

• Spolehlivost konstrukce v extrémních situacích zatížení• Spolehlivost v extremních situacích provozu

– Použitelnost = volená pravděpodobnost selhání

• Spolehlivost k stanovené mezi deformace předepsané předpisem, nebo dohodou.

– Životnost = volená pravděpodobnost selhání

• Spolehlivost po celou dobu životnosti

Zajištění spolehlivosti

• Proces zajišťování spolehlivosti konstrukcí můžeme rozdělit podle způsobu zajišťování technické přípravy a provozování stavby, které jsou vázány na předpisy a technické normy příslušné pro spec. funkce stavby:– Předprojektovou přípravu

– Technickou přípravu stavby

– Provádění stavby

– Sledování konstrukce a provozu po celou dobu jejího života

– Údržba, stavební úpravy stavby

Hodnoty pravděpodobnosti

• Bližší stanovení je ve stádií studií. Jedinný pokus je obsažen v ČSN 731401, ve které byly hodnoty stanoveny podle důležitosti OK.

• Systémově správnější by byla úvaha o třídění podle podle pravděpodobnosti

a) Porušení prvku 10-7

b) Dosažení jednotlivé mezní hodnoty únosnosti 10-5

c) Dosažení jednotlivé mezní hodnoty použitelnosti 10 -2

d) Současný výskyt nepříznivých hodnot 10-5

Komíny jako spalinová cesta

• Komíny musí být navrženy tak aby byl zabezpečen bezpečný odvod spalin do volného prostoru a nebyla snížena účinnost spotřebičů paliva. Dále musí být zajištěna požární bezpečnost prostoru, kterým prochází. Spolehlivost návrhu není prokazována.

• Při teplotním výpočtu komína se zjišťují :– a) Ochlazovací účinky celého komínového průduchu.– b) Teploty stěny ústí komína ve vztahu k teplotě rosného bodu

nebo k hranici stanovené normou.– c) Komínový tah, ve vztahu k tlakovým ztrátám v průduchu. – d) Povrchová teplota pláště komína.

Komíny a spolehlivost

• Základní norma o komínech EN1443 zná pouze provozní spolehlivost v bodu 6.5– Tam kde může dojít k samovolnému dotyku s

lidskou pokožkou musí být nejvyšší teplota vnějšího povrchu komína i v případě jeho vyhoření podle prEN 563

• Vyhoření není provozní stav, spolehlivost je spíš bezpečnost ale v tomto duchu se pohybují všechny normy uvedené části.

Komíny a spolehlivost

• Ve všech dalších normách se jedná o zásady konstrukčního řešení, než snaha o hledání míry spolehlivosti . Jedinou výjimkou je norma ČSNPENV1993-3-2 pro ocelové komíny, které pracují v duchu dřívější úpravy ČSN 731401 a zařazují stavby podle známého dílčího součinitele zatížení vztaženého na stavby o spolehlivosti zvýšené, obvyklé a snížené.

Třídy spolehlivosti podle P ENV 1993-3-2 komíny

třídy spolehlivost určení

Tř.1 snížená Komíny v otevřené krajině

Tř.2 obvyklá Běžné komíny v průmyslu

Tř.3 zvýšená Města,elektrárny

Komíny a spolehlivost P ENV 1993-3-2

• V Tab. 9.1 uvádí dílčí součinitele bezpečnosti na únavu 1,1-1,4

• Korozivní úbytek s časem expozice 10 let a dalších 10 let

Komíny a spolehlivost ČSN EN 1457

Tato norma se zabývá množstvím vzorků a měřením navíc uvádí minimální zatížení vzorků s bezpečnostním faktorem 5

Index spolehlivosti

Mezní stav index spolehlivosti Směrná

hodnota

index spolehlivostiPro jeden rok

únosnosti 3,8 4,7

únavy 1,5-3,8

použitelnosti 1,5 3

pf

beta

Spolehlivost a pravděpodobnost chyby

pf0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 0,000001 0,0000001

beta 1,3 2,3 3,1 3,7 4,2 4,7 5,2

Spolehlivost a pravděpodobnost chyby

Hodnota rizika

• Podle teorie spolehlivosti vždy bude zde hlavním zájmem stanovení hodnoty rizika

• R= pf*Cf

• stanovení celkových nákladů• C= Co+Cp+Cpr+Cd+R¨¨• Co= cena technické přípravy stavby• Cp= cena provedení stavby• Cpr=náklady na provoz a údržbu • Cd= cena za odstranění stavby

Zatížení

• Zatížením se rozumí síly, které působí na konstrukci jako vnější síly (venkovní prostředí, zatížení materiálem a konstrukcemi) a fyzikální vlivy (klimatické vlivy –teplo,vlhko a následné dotvarování a změny tvaru)

• Podle působení na konstrukce lze rozdělit zatížení na stálé, které se po dobu života stavby nemění a nahodilé, které se mění podle fyzikálních zákonů nebo působením vnějších sil .

• Pro popis zatížení je nutné znát jeho charakter, intenzitu, trvání, četnost výskytu a další závislostí ve vztahu ke konstrukci.