Spolehlivost konstrukce komínů

1. Spolehlivost konstrukce komínů Ing Jan Mareček

2. 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“.

3. 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 .

4. 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)

5. 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 podleENV 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

6. Index spolehlivostisměrné hodnoty beta

7. 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

8. Životnost staveb

9. 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.. • .

10. Životnost podle ČSN 730031

11. Třídění návrhové doby životnosti podle ENV 1991-1

12. Význam staveb podle ČSN 730031

13. ČSN 730031

14. Návrhové pravděpodobnosti poruchy pdpodle ČSN 731401

15. 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.

16. 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.

17. 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

18. 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

19. 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 • Porušení prvku 10-7 • Dosažení jednotlivé mezní hodnoty únosnosti 10-5 • Dosažení jednotlivé mezní hodnoty použitelnosti 10 -2 • Současný výskyt nepříznivých hodnot 10-5

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. Třídy spolehlivosti podle P ENV 1993-3-2 komíny

25. 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

26. Komíny a spolehlivost ČSN EN 1457 Tato norma se zabývá množstvím vzorků a měřením navíc uvádí minimální zatížení vzorků s bezpečnostním faktorem 5

27. Index spolehlivosti

28. Spolehlivost a pravděpodobnost chyby

29. Spolehlivost a pravděpodobnost chyby

30. 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

31. 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.