Explózia plynu v panelových bytových domoch
Článok sa zaoberá následkami explózie plynu v panelových domoch. Spomenuté sú dva prípady explózie zo Slovenska – v roku 1994 v Bratislave a tragická udalosť z decembra 2019 v Prešove, ktorá je v povedomí širokej verejnosti. V článku sú opísané nosné konštrukcie bytových panelových domov a vzniknuté poruchy po výbuchu.
Profesor na katedre betónových konštrukcií a mostov Stavebnej fakulty STU v Bratislave. V rokoch 2011–2019 bol jej prodekanom. Od roku 1997 vedie prednášky na TU Wien. V rokoch 2003–2007 poradca BMVIT pre implementáciu európskych noriem v Rakúsku. Autorizovaný inžinier SKSI, od roku 2012 jej predseda, zástupca SKSI v ECCE a ECEC, vedie pracovnú skupinu ECEC WG BIM. Člen technických komisií pre tvorbu noriem na Slovensku, v Rakúsku a európskych pracovných skupín pre tvorbu Eurokódov.
Úvod
Explózia plynu v budovách je mimoriadne zaťaženie konštrukcie. V návrhu nosných konštrukcií sa pripúšťa porušenie prvkov, okrem hlavných nosných prvkov, od ktorých je závislá celková stabilita objektu [2]. Pri posudzovaní existujúcich panelových budov sa zaťaženie explóziou plynu neuvažuje. Predpokladá sa, že toto mimoriadne zaťaženie sa v dostačujúcej miere zohľadnilo pri pôvodnom návrhu [4].
Všeobecne sa zohľadnenie účinkov mimoriadnych udalostí uvádza v Eurokóde 0 [1], v kapitole Základné požiadavky. Ide o tzv. požiadavku na robustnosť. Tá sa chápe ako schopnosť konštrukcie alebo jej časti odolávať nepriaznivým javom, napríklad výbuchu, bez toho, aby došlo k jej poškodeniu v miere neprimeranej pôvodnej príčine. Ide hlavne o zabezpečenie celistvosti budovy a zabráneniu jej reťazovému zrúteniu. Vplyvom porúch budov v zahraničí s tragickými dopadmi, spôsobených výbuchom plynu, sa aj u nás v sedemdesiatych rokoch začali vytvárať predpisy pre projektovanie panelových budov, ktorých cieľom bolo zabrániť reťazovému zrúteniu budov následkom výbuchu [11]. Spočiatku išlo o rôzne smernice, neskôr boli požiadavky zohľadňujúce možné dopady výbuchu plynu na celistvosť budovy zahrnuté do normy ČSN 73 1211 z roku 1988 [5]. Stenový nosný systém panelových budov môžeme všeobecne považovať za veľmi tuhý krabicový systém. Koncepčný návrh týchto objektov by mal pri zlyhaní jedného panelu zabezpečiť stabilitu objektu ako celku. To znamená, že poškodenia po explózii by mali mať lokálny charakter a nespôsobiť celkový kolaps budovy. Impulzom pre vznik článku je tragická udalosť z decembra 2019 a osud bytového domu v Prešove, ktorý bol po explózii a následnom požiari asanovaný. Vzniknutá explózia mala obrovský rozsah, následkom ktorej došlo k zrúteniu aj celého schodiskového priestoru bytového domu.
Explózia plynu v panelovom dome v Bratislave
Opis nosnej konštrukcie objektu panelového bytového domu
V roku 1994 nastal výbuch plynu na 6. poschodí panelového radového domu v Bratislave. Bol vytvorený z veľkopanelového systému BA, išlo o takzvaný variant s jednovrstvovým obvodovým plášťom. Objekt je sedempodlažný (prízemie a šesť poschodí). Panelový dom bol postavený približne v roku 1965. Celý radový dom je rozdelený na štyri dilatačné sekcie. Každá sekcia má dva vchody. Na každom podlaží sú štyri byty.
Nosný konštrukčný systém je vytvorený priečnymi a pozdĺžnymi nosnými stenami v module 3,905 × 3,905 m. Počet priečnych modulov je tri. Vnútorné nosné steny majú hrúbku 125 mm a sú vytvorené z plných železobetónových panelov o šírke 3905 mm a výške 3000 mm, ktoré boli vyrobené z betónu B250. Zmonolitnenie stien je urobené zváranými spojmi v úrovni stropných panelov a slučkovými spojmi po výške stenových panelov a zaliatím jadier.
Vonkajšie nosné steny sú vytvorené ako jednovrstvový panel o celkovej hrúbke 245 mm s predpätým rámčekom. Tepelnoizolačná vrstva panelu je vytvorená hrubým hutným keramzitbetónom. Povrch panelu vystavený poveternostným podmienkam je chránený ochrannou železobetónovou vrstvou.
Nenosné steny (priečky) sú urobené ako 60 mm hrubé železobetónové priečkové panely z betónu B250. Nenosné steny medzi bytmi sú z dvoch 60 mm hrubých železobetónových panelov, medzi ktorými je vložená izolačná vrstva o hrúbke 30 mm.
Stropy sú vytvorené zo železobetónových 170 mm hrubých panelov z betónu B250 o rozmeroch svetlosti stien, t.j. stenové panely neležia na stropných paneloch. Stropné panely sú uložené na konzolách nosných stien, prípadne na konzolách prievlaku. Stropné panely zabezpečujú priestorovú tuhosť krabicového nosného systému. V miestach pozdĺžnych vnútorných stien sú v rámci stropnej konštrukcie vytvorené pozdĺžne nosné stužidlá. Strešné panely sú vytvorené ako trojvrstvové 170 mm hrubé železobetónové panely z betónu B250 a keramzitbetónu.
Poškodenie panelového domu a rekonštrukcia
Výbuch plynu bol na 6. poschodí v byte medzi radou 18–20, kde na- stalo aj najväčšie poškodenie nosných konštrukcií domu (obr. 1 a 2). V mieste výbuchu plynu boli úplne deštruované dva obvodové stenové panely, stenový priečny rám, dva stropné panely priľahlé k obvodovej stene a priečny stenový nosný panel oddeľujúci tento byt od susedného bytu.
Ďalšie poruchy ako roztvorenie spojov na stykoch priečnych a obvodových paneloch, nadvihnutie stropných panelov, prasknutie obvodových stenových panelov a poškodenie priečneho nosného rámu boli v susedných bytoch. Došlo tiež k porušeniu a preťaženiu spojov zvislých panelov lodžii.
V danom prípade sa mohlo konštatovať, že tlaková vlna spôsobená výbuchom plynu sa prejavila hlavne v smere priečnom na objekt, respektíve v byte, kde nastal výbuch aj smerom nahor a nadol. Ďalšie poškodenia nosnej konštrukcie vznikli pádom stropných a stenových panelov, respektíve vymrštením stenových panelov von z budovy. Následkom oboch účinkov bola deštruovaná alebo poškodená prevažná časť nosných a nenosných konštrukcií na 5. a 6. poschodí. Po vykonaní prác statického posúdenia sa ako prvé práce zrealizovali provizórné prikotvenia nosných a nenosných konštrukcií (obr. 3), aby sa čo najskôr mohla obnoviť obývateľnosť ostaných bytov. Tiež sa zrealizovalo provizórne demontovateľné oceľové zastrešenie. Panelový dom poškodený výbuchom plynu sa podarilo v tomto prípade nakoniec úspešne zrekonštruovať a z časti doplniť novými konštrukciami. V súčasnosti je stále plne obývaný.
Explózia plynu v panelovom dome v Prešove
Opis nosnej konštrukcie objektu panelového bytového domu
Bytový dom na Mukačevskej ulici č. 7 v Prešove bol skolaudovaný v roku 1974, a teda zhotovovaný približne v rokoch 1973 a 1974. V danom prípade sa jedná o trinásťpodlažný, tzv. bodový dom (prízemie a dvanásť podlaží), nepodpivničený, s plochou strechou a so strojovňou výťahu.
Jedná sa o bytový dom panelového typu, panelová sústava T 06 B, ktorá bola vyvíjaná a spracovaná ako celoštátny typový nosný systém. Typový podklad konštrukčnej sústavy T 06 B bol spracovaný Štátnym typizačným ústavom v Prahe v roku 1965 [8]. Konštrukčné riešenie zodpovedá technológii celomontovaných panelových sta- vieb. V danom prípade sa jedná o určitú modifikáciu tohto nosného systému. V období výstavby bolo vytvorených v Československej republike niekoľko oblastných (krajských) variantov. Základné pravidlá riešenia nosnej konštrukcie pre danú panelovú sústavu však boli vždy rovnaké.
Schéma pôdorysu typického podlažia je na obr. 4. Na prízemí sú pivnice a spoločné úžitkové priestory vlastníkov bytov. Na každom typickom podlaží sú štyri byty: jeden trojizbový a tri dvojizbové. Komunikačný priestor domu je tvorený schodiskom a dvomi výťahmi (osobný a nákladný). Bytový dom má priestorový nosný systém zložený z križujúcich sa priečnych a pozdĺžnych betónových nosných stien hrubých 140 mm a plných stropných doskových panelov o hrúbke 120 mm. V štítoch domu sa nosné betónové steny dopĺňajú o predsadený keramzitbetónový obvodový panel o hrúbke 280 mm.
Vzájomné spojenie hlavných nosných prvkov je zabezpečené miestnymi stykmi z ôk betonárskej výstuže presahujúcich vybratia v čelách betónových stenových a stropných panelov, ktoré sú doplnené po skompletizovaní zvislou, respektíve vodorovnou zálievkovou výstužou v tvare závlačky a zabetónovaním celých škár betónom. Takto spojené stenové a stropné panely vytvárajú tuhý nosný krabicový systém.
Konštrukčná výška podlaží je 2800 mm. Zvislé nosné steny sú zo železobetónových panelov o hrúbke 140 mm, výrobných výšok panelov 2640 mm a pri schodiskách o výške 1380 mm (obr. 5). Stenové panely boli plné o rôznych dĺžkach: 1200, 1800, 2400, 3450, a 3600 mm. Stenové panely s dvernými otvormi mali rôzne veľkosti dverných otvorov, tiež rôzne polohy dverných otvorov a boli o dĺžkach 2400 a 3600 mm.
Stenové panely boli navrhované v troch stupňoch kvality betónu – z betónu B170 (horné podlažia), B250 (stredné podlažia trinásťpod- lažnej zástavby) a z betónu B250 so zosilnenou výstužou (spodné podlažia – päť podlaží trinásťpodlažnej zástavby). Stropné panely sú plné železobetónové doskové panely o hrúbke 120 mm, dĺžke 3580 mm a o šírkach 2390, 1190 a 590 mm. Sú z betónu B250 a betonárska výstuž je z ocele 10 210 (alebo 10 300) a 10 400B (prípadne A). Doskové stropné panely sú po statickej stránke ako prosté nosníky a vo vežových domoch sú stropné panely v oblasti zvislých rozvodov podopreté na troch stranách (dvojsmerne vystužené dosky). Schodištia sú dvojramenné so šírkou schodiskového priestoru 3600 mm. Schodiskové ramená a podesty sú železobetónové. Medzipodesty sú ukladané na schodiskové stenové panely o výške 1380 mm na ozub o šírke 100 mm (obr. 5), [8, 10].
Celkové pôdorysné rozmery panelového bytového domu sústavy T 06 B na Mukačevskej ulici č. 7 v Prešove sú 18 960 × 16 310 mm. V jednom smere je to päť polí po 3600 mm + 2× obvodový plášť so zateplením. V druhom smere sú to štyri polia po 3600 mm + 2× šírka lodžií.
Špecifikom použitého variantu nosnej konštrukcie panelového bytového domu sústavy T 06 B v Prešove bolo použitie železobetónových kruhových stĺpov o priemere 400 mm na podopretie vyloženia objektu zo štyroch polí po 3600 mm na celkový rozmer 16 310 mm. Stĺpy sú cez prvé nadzemné podlažie, po úroveň stropu nad prízemím. Vyloženie je rovnaké na obidvoch stranách, a to na západnej a východnej strane domu. Spolu je to päť stĺpov z obidvoch strán objektu, ktoré sú v osovej vzdialenosti po 3600 mm.
Poškodenia nosných konštrukcií
Výbuch plynu v bytovom dome v Prešove nastal 6. decembra 2019. Následným požiarom boli významne poškodené konštrukcie hornej časti panelového domu 9.NP až 12.NP. Z poškodení je možné predpokladať, že explózia nastala koncentrovaním plynu v spoločných priestoroch, v strednej časti pôdorysu, prevažne vo výťahových šachtách a v schodiskovom priestore. Rozsah poškodení po požiari je možné pozorovať na obr. 6 a 7. Explózia plynu najviac poškodila prvky obvodového plášťa zo západnej strany. Došlo ku kolapsu nenosných obvodových panelov bytov susediacich so schodiskovým priestorom približne troch najvyšších podlaží (obr. 8). Obvodové panely zo západnej strany (obr. 4, 7 a 8) boli zrútené na zemi, panely z ľavej strany schodiskového priestoru boli z časti odtrhnuté a nebezpečne vychýlené od vnútorných nosných stien a stropov až do vzdialenosti približne 1 m. V oboch prípadoch výbuchu v Prešove aj v prípade popísaného výbuchu v roku 1994 panelového radového domu v Bratislave išlo o budovy so samonosným obvodovým plášťom. Preto bola zachovaná celková stabilita budov aj po páde viacerých panelov obvodového plášťa.
Technická miestnosť na streche panelového domu, ktorá obsahovala výstup na strechu zo schodiska a strojovňu výťahu, mala obvodové nosné steny vymurované z pórobetónových tvárnic. Tie boli po výbuchu rozmetané do okolia bytového domu a stropná konštrukcia spadla na úroveň strechy bytového domu (obr. 9).
Aj keď sú stenové panely navrhované na namáhania pôsobiace v ich rovine, málokedy dochádza pri výbuchu plynu k ich deštrukcii. Častejšie dôjde k poruche stykov panelov a ich posunu, respektíve zrúteniu. Z vnútorných stien boli v horných troch podlažiach najviac poškodené stenové delené panely podopierajúce medzipodestu a panely výťahových šácht.
Na obr. 10 vidieť panely výťahovej šachty po výbuchu v horných podlažiach panelového domu. Vo výťahovej šachte mal výbuch veľkú intenzitu. Panely sú posunuté, vybočili zo zvislej roviny, ale zachovali si celistvosť.
Na obr. 11 vidieť výrazné vybočenie delených panelov pri medzipodeste, ktoré malo za následok pád schodiska. Naproti tomu susedný nedelený panel na celú výšku podlažia vybočil v mieste styku s delenými panelmi medzipodesty, ale napriek tomu si za- choval celistvosť.
Zvislá stena podopierajúca medzipodestu, ktorá je vytvorená z dvoch panelov v rámci podlažia, má v strede výšky v mieste uloženia medzipodesty, vodorovný styk s veľmi malou odolnosťou voči zaťaženiu, pôsobiacemu kolmo na stenu. Toto bolo aj príčinou zrútenia schodiska po výbuchu plynu v Prešove. Následkom výbuchu v priestore schodiska došlo v výraznému vybočeniu delených panelov pri medzipodeste v mieste ich vodorovného styku (obr. 11, 13). Úložná dĺžka medzipodestového panelu 100 mm bola pri takomto výraznom vybočení zvislých panelov nedostatočná, čo spôsobilo pád medzipodesty a následne aj schodiskových ramien (obr. 12, 14). V nižších podlažiach, kde bola intenzita výbuchu menšia, k vybočeniu delených panelov nedošlo. Konštrukcia schodiska v tejto časti sa zrútila následkom pádu častí schodiska z vyšších podlaží (obr. 14). Celkový pohľad na schodiskový priestor je na obr. 15.
Pomocou hasičskej plošiny bolo umožnené prezrieť si nasledovné podlažia: 2., 4., 5. a 6.NP. Je možné konštatovať, že vplyvom explózie nastali pohyby nosnej konštrukcie budovy, ktoré sa prejavili trhlinami povrchových úprav na zvislých stykoch stenových panelov a tiež vodorovných stykoch stenových aj stropných panelov. V dôsledku rozsiahleho hasenia objektu bola väčšina stykov poznačená presakujúcou vodou. Typické poruchy sú na obr. 16.
Záver
Panelové domy sú navrhované tak, aby odolávali aj mimoriadnym návrhovým situáciám, ako je aj výbuch plynu. Ako ukázal prvý prípad explózie z Bratislavy, vzniknuté poruchy a poškodenia lokálneho charakteru sa dajú sanovať, prípadne nahradiť novými prvkami. Prípad explózie plynu v Prešove mal oveľa väčší rozsah v porovnaní s prípadom z Bratislavy. K časovo veľmi rýchlemu koncentrovaniu plynu v schodiskovom priestore a výťahovej šachte dochádzalo kvôli prenikaniu plynu z poškodeného stredotlakového uličného plynového potrubia cez prívodný kanál inžinierskych sietí do bytového domu. Následná explózia bola extrémna, aké sa v bytových domoch neočakávajú. Tlaková vlna v horných troch podlažiach nielenže vytrhla obvodové panely v schodiskovom priestore, nadvihla strešnú konštrukciu, ale bola tak silná, že deformovala nosné panely v oblasti ukladania medzipodest prefabrikovaných schodišťových ramien (obr. 11), čím došlo k ich zrúteniu a následne aj zrúteniu celého schodišťa, jedinej možnej evakuačnej ceste v prípade požiaru. Práve táto okolnosť spôsobila extrémne sťaženú situáciu HAZZ pri záchrane osôb nachádzajúcich sa v panelovom dome. Nosné konštrukcie horných troch podlaží, kde bol extrémny výbuch, boli významne poškodené a pre prípadnú sanáciu nepoužiteľné. O nosných konštrukciách spodných podlaží 1.NP až 8.NP by sa podobné vyhlásenie dalo urobiť až po dôkladnej diagnostike (obr. 16). V tomto prípade sa krízový štáb rozhodol asanovať celú budovu. Inžinieri nedostali priestor podrobnejšie zmapovať rozsah a diagnostikovať poškodenia nosných konštrukcií spodných podlaží, ako tiež prípadne aj navrhnúť možnosti rekonštrukcie takto poškodeného bytového domu, alebo jeho časti.
Poďakovanie:
Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-15-0658. Táto práca vznikla s podporou výskumného projektu VEGA č. 1/0645/20 Navrhovanie a zosilňovanie betónových konštrukcií na trvanlivosť. ■
Zdroje:
[1] STN EN 1990 Eurokód 0. Zásadynavrhovania konštrukcií, SÚTN, 2009.
[2] STN EN 1991-1-7: Eurokód 1. Zaťaženie konštrukcií. Časť 1-7: Všeobecné zaťaženia. Mimoriadne zaťaženia, SÚTN, 2008.
[3] STN ISO 13 822: Zásady navrhovania konštrukcií. Hodnotenie existujúcich konštrukcií, SÚTN, 2012.
[4] STN 73 1211: Posudzovanie betónových konštrukcií existujúcich panelových budov, SÚTN, 2011.
[5] ČSN 73 1211 Navrhování betonových konstrukcí panelových budov, účinnost od 1. října 1988.
[6] HÁJEK, F. a Š. GRAMBLIČKA. Statické posúdenie porúch nosných konštrukcií objektu Kozmonautická 5 a 7 v Bratislave, Záverečná správa, IV 1994.
[7] BENKO, V., V. BORZOVIČ, Š. GRAMBLIČKA a A. BARTÓK. Expertízny posudok: Posúdenie poškodenia nosných konštrukcií po výbuchu a následnom požiari objektu BD Mukačevská č. 7 – Prešov. Slovenská komora stavebných inžinierov a katedra betónových konštrukcií a mostov, Stavebná fakulta, STU v Bratislave, 2019.
[8] Ministerstvo stavebnictví. Typový podklad konstrukční soustavy T 06 B, svazek E. Statický výpočet, 2. část, studijní a typizačný ústav v Praze. 1965. 439 s.
[9] GRAMBLIČKA, Š. a kol. Obnova budov pozemných stavieb s dôrazom na bytový fond, statická únosnosť panelových stavebných sústav. Zmena štandardu bytov zmenou dispozičného riešenia. Nové technické riešenie vybraných stavebných konštrukcií. Stavebná fakulta, STU v Bratislave, KBKM, Bratislava, VTP 6-400/1999, 12/1999. 165 s.
[10] Archív panelových sústav SKSI. Slovenská komora stavebných inžinierov, 2012.
[11] WITZANY, J., J. VRBA a V. HONZÍK. Otvory v panelových domech. Praha: Informační centrum ČKAIT s.r.o., 2014.
![Obr. 05 Výstuž stenového schodiskového panelu [8, 10]](https://www.casopisstavebnictvi.cz/files/thumbs/40-45_exploze/obr.-05.1622813446.jpg)
