Výbuch plynu v panelovom bytovom dome v Prešove

V decembri 2019 sa v Prešove stala tragická udalosť, ktorá dodnes rezonuje v spoločnosti. Došlo k masívnemu výbuchu plynu hromadiaceho sa v hornej časti domu 13-podlažného bodového panelového domu a následnému požiari. Tento príspevok opisuje stav jeho nosných konštrukcií po výbuchu. Cieľom príspevku je odovzdať odbornej verejnosti technické informácie, z ktorých sa treba poučiť pri navrhovaní a realizovaní stavieb, ako aj údržby a starostlivosti o existujúce budovy.

Mimoriadne zaťaženia

Výbuch plynu je možné zatriediť medzi mimoriadne zaťaženia, ktoré je potrebné uvážiť pri návrhu nosných konštrukcií. Všeobecne sa zohľadnenie účinkov mimoriadnych udalostí uvádza v Eurokóde 0 [1] v kapitole Základné požiadavky. Ide o tzv. požiadavku na robustnosť. Robustnosť sa chápe ako schopnosť konštrukcie alebo jej časti odolávať nepriaznivým javom, napr. výbuchu, bez toho, aby došlo k jej poškodeniu v miere neprimeranej pôvodnej príčine. Ide hlavne o zabezpečenie celistvosti budovy a zabránenie jej reťazovému zrúteniu.

Pri návrhu nosných konštrukcií na mimoriadnu udalosť spôsobenú explóziou plynu 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].

Vplyvom porúch budov v zahraničí s tragickými dopadmi spôsobených výbuchom plynu sa aj u nás v 70. 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 zo 6. decembra 2019 a osud bytového domu v Prešove, ktorý bol po explózii a následnom požiari asanovaný. Vzniknutá explózia mala obrovský rozsah a jej následkom došlo k zrúteniu aj celého schodiskového priestoru bytového domu.

Nosný systém panelového bytového domu

Bytový dom na Mukačevskej ulici č. 7 v Prešove bol postavený približne v rokoch 1973 a 1974, kolaudácia prebehla v roku 1974. Bodový panelový bytový dom má 13 podlaží. Je nepodpivničený, s plochou strechou, na ktorej sa nachádza strojovňa výťahu. Z typového hľadiska ide o panelovú sústavu T06B, ktorá bola vyvíjaná a spracovaná ako celoštátny typový nosný systém. Typový podklad konštrukčnej sústavy T06B bol spracovaný Štátnym typizačným ústavom v Prahe v roku 1965 [8]. Konštrukčné riešenie zodpovedá technológii montovaných panelových stavieb. V období výstavby bolo v Československej republike vytvorených niekoľko oblastných (krajských) variantov, v danom prípade sa jedná o prešovský variant tohto nosného systému. Základné pravidlá riešenia nosnej konštrukcie pre danú panelovú sústavu ale boli vždy rovnaké.

Schéma pôdorysu typického podlažia je na obrázku.

Pôdorysná schéma typického poschodia bytového domu

Na prízemí sú pivnice a spoločné úžitkové priestory vlastníkov bytov. Na každom typickom podlaží sú štyri byty: jeden trojizbový a tri dvojizbové byty. Komunikačný priestor domu je tvorený schodiskom a dvoma výťahmi. Bytový dom má priestorový nosný systém zložený z križujúcich sa priečnych a pozdĺžnych betónových nosných stien hrúbky 140 mm a plných stropných doskových panelov o hrúbke 120 mm. V štítoch domu sú nosné betónové steny doplnené o predsadený keramzitbetónový obvodový panel o hrúbke 280 mm.

Vzájomné spojenie hlavných nosných prvkov je zabezpečené stykmi z ôk betonárskej výstuže presahujúcich vybratia v čelách betónových stenových a stropných panelov, ktoré boli po skompletizovaní doplnené zvislou, resp. vodorovnou zálievkovou výstužou v tvare závlačky a následne boli celé škáry zabetónovane. Takto spojené stenové a stropné panely vytvárajú tuhý nosný krabicový systém.

Konštrukčná výška podlaží je 2 800 mm. Zvislé nosné steny sú zo železobetónových panelov hrúbky 140 mm a výrobné výšky 2 640 mm, pri schodiskách o výške 1 380 mm.

Plné stenové panely sú dlhé: 1 200, 1 800, 2 400, 3 450, a 3 600 mm. Stenové panely s dvernými otvormi majú rôzne veľkosti dverných otvorov, tiež rôzne polohy dverných otvorov a dĺžku 2 400 a 3 600 mm. Stenové panely boli navrhované v troch stupňoch kvality betónu: z betónu B170 (horné podlažia), z betónu B250 (stredné podlažia 13-podlažného objektu) a z betónu B250 so zosilnenou výstužou (päť spodných podlaží). Stropné panely sú plné železobetónové doskové panely o hrúbke 120 mm, dĺžke 3 580 mm a šírkach 2 390, 1 190 a 590 mm. Sú z betónu B250 a betonárska výstuž je z ocele 10 210 (alebo 10 300) a 10 400B (príp. A). Doskové stropné panely sú po statickej stránke ako prosté nosníky a vo vežových domoch tohto typu sú stropné panely v oblasti zvislých rozvodov podopreté na troch stranách (dvojsmerne vystužené dosky).

Schodištia sú dvojramenné so šírkou schodiskového priestoru 3 600 mm, schodiskové ramená a podesty sú železobetónové. Medzipodesty sú ukladané na schodiskové stenové panely o výške 1 380 mm na ozub o šírke 100 mm [8], [10].

Výstuž stenového schodiskového panelu (zdroj: [8], [10])

Celkové pôdorysné rozmery panelového bytového domu sústavy T06B na Mukačevskej ulici č. 7 v Prešove sú 18 960 × 16 310 mm. V jednom smere je to päť polí po 3 600 mm + 2× obvodový plášť so zateplením. V druhom smere sú to štyria polia po 3 600 mm + 2× šírka lodžií.

Špecifikom použitého variantu nosnej konštrukcie panelového bytového domu sústavy T06B v Prešove bolo použitie železobetónových kruhových stĺpov o Ø 400 mm na podopretie vyloženia objektu zo štyroch polí po 3 600 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 3 600 mm.

Stav nosných konštrukcií po explózii a následnom požiari

Explózia plynu 6. decembra 2019 v bytovom dome v Prešove nastala trinásť minút po 12. hodine. Tlakovou vlnou a následným požiarom boli významne poškodené konštrukcie hornej časti panelového domu v 9. až 12. NP. Z priebehu explózie a poškodení je zrejmé, že explózia nastala koncentrovaním plynu v spoločných priestoroch v strednej časti pôdorysu prevažne vo výťahových šachtách a v schodiskovom priestore. Došlo ku kolapsu nenosných obvodových panelov bytov susediacich so schodiskovým priestorom troch najvyšších podlaží. Explózia plynu najviac poškodila strešnú konštrukciu, ktorá nad spoločnými priestormi, podobne ako obvodové panely zo západnej strany horných troch podlaží, neplánovane fungovala ako výfuková stena“ pri návrhu plynových kotolní. Strešná nosná konštrukcia nad spoločnými priestormi bola výbuchom vytrhnutá nahor a dopadla späť na panelový dom. Murovaná strojovňa výťahu z pórobetónových tvárnic na strešnej konštrukcii bola explóziou rozmetaná niekoľko desiatok metrov od panelového domu. Obvodové panely zo západnej strany boli tlakovou vlnou vytrhnuté a dopadli na zem do vzdialenosti niekoľkých metrov od panelového domu. Zložené panely schodiskového priestoru podopierajúce medzipodesty schodnicových ramien boli v horných troch podlažiach deformované horizontálne tlakovou vlnou až do vzdialenosti približne 1 m.

Panelový bodový dom mal samonosný obvodový plášť. Celková stabilita budovy bola zachovaná aj po páde viacerých panelov obvodového plášťa.

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, resp. zrúteniu. Z vnútorných stien boli v horných troch podlažiach najviac poškodené stenové delené panely podopierajúce medzipodestu a panely výťahových šácht.

Poruchy následkom výbuchu, steny za výťahovými šachtami v horných poškodených podlažiach

Na obrázku 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.

Vybočenie delených panelov pri medzipodeste v horných troch podlažiach

Na tomto obrázku 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 zachoval 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 v horizontálnom smere. Toto bolo hlavná príčina zrútenia celého schodiska po výbuchu plynu v Prešove.

Následkom výbuchu v priestore schodiska došlo k výraznému vybočeniu delených panelov pri medzipodeste v mieste ich vodorovného styku. Úložná dĺžka medzipodestového panelu 100 mm bola pri takomto výraznom vybočení zvislých panelov nedostatočná, čo spôsobilo pád medzipodesty a následne aj schodiskových ramien.

Delený panel podopierajúci medzipodestu a jej uloženie

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. Celkový pohľad na schodiskový priestor je na obrázku.

Kolaps schodišťa, pohľad do schodiskového priestoru z dolného poschodia

Pomocou hasičskej plošiny a v sprievode príslušníkov hasičského a záchranného zboru bolo umožnené dostať sa do objektu panelového domu a urobiť osobnú prehliadku nosných konštrukcií jednotlivých podlaží. V spodných podlažiach, ktoré zvonku vyzerali, že ich explózia a následný požiar významne nepoškodili, sa po obhliadke 2., 4., 5. a 6. NP dalo skonštatovať, že vplyvom explózie došlo k otrasom budovy, ktoré sa prejavili trhlinami povrchových úprav na zvislých stykoch stenových panelov a tiež na vodorovných stykoch stenových a stropných panelov. V dôsledku rozsiahleho hasenia objektu bola väčšina stykov poznačená presakujúcou vodou. Typické poruchy sú ukázané na obrázkoch.

Významnejšie poškodenia nosných konštrukcií týchto podlaží, až na vytrhané zárubne a dvere do všetkých bytov, zdemolované rámy výťahových šácht a poškodeného napojenia stropných dosiek na schodiskové ramená, sa osobnou obhliadkou nepotvrdili.

Záver

Panelové bytové domy po zhotovení tvoria tuhý krabicový nosný systém a sú navrhnuté tak, že dokážu odolávať aj mimoriadnym návrhovým situáciám ako je aj výbuch plynu. Poruchy a poškodenia lokálneho charakteru, napr. po úniku plynu z nízkotlakového spotrebiča v byte a následnom výbuchu, je poväčšine možné sanovať, príp. nahradiť novými prvkami [12].

Prípad explózie plynu v Prešove mal však oveľa väčší rozsah ako sú bežné lokálne výbuchy plynu v bytoch. 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. Nedalo sa predpokladať, že k nahromadeniu plynu v schodiskovom priestore môže dôjsť v tak krátkej dobe a v takej extrémnej koncentrácii. Následná explózia bola tak mohutná, aké sa v bytových domoch neočakávajú. Tlaková vlna v horných troch podlažiach nielenže vytrhla obvodové panely v schodiskovom priestore a nadvihla strešnú konštrukciu, ale bola tak silná, že deformovala nosné panely v oblasti ukladania medzipodest prefabrikovaných schodišťových ramien, čím došlo k ich zrúteniu a následne aj k zrúteniu celého schodišťa, jedinej možnej evakuačnej cesty v prípade požiaru. Práve táto okolnosť spôsobila extrémne sťaženú situáciu HaZZ nielen pri hasení požiaru bytového domu, ale hlavne pri záchrane osôb nachádzajúcich sa v dome. Nosné konštrukcie horných troch podlaží, kde bol extrémny výbuch, boli významne poškodené a pre prípadnú sanáciu sú nepoužiteľné. O nosných konštrukciách spodných podlaží 1. až 8. NP by sa podobné vyhlásenie dalo urobiť až po dôkladnej diagnostike.

V prípade bytového domu v Prešove sa krízový štáb rozhodol asanovať celú budovu. Inžinieri nedostali priestor podrobnejšie zmapovať rozsah a diagnostikovať poškodenia nosných konštrukcií spodných podlaží, ako tiež prípadne navrhnúť aj možno ekonomicky výhodnejšie možnosti rekonštrukcie takto poškodeného bytového domu alebo jeho časti.

Fotografie: archív autorov, Ing. Viliam Hrubovčák, HaZZ SR

Táto práca vznikla s podporou Agentúry na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-17 – 0204 a s podporou výskumného projektu VEGA č. 1÷0645÷20 Navrhovanie a zosilňovanie betónových konštrukcií na trvanlivosť.

 

Literatúra

[1]          STN EN 1990. Eurokód 0: Zásady navrhovania 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. Účinnosť od 1. 10. 1988.

[6]          HÁJEK, F., GRAMBLIČKA, Š. Statické posúdenie porúch nosných konštrukcií objektu Kozmonautická 5 a 7 v Bratislave. Záverečná správa IV. 1994.

[7]          BENKO, V., BORZOVIČ, V., GRAMBLIČKA, Š., BARTÓK, A. 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 Stavebnej fakulty STU v Bratislave. 2019.

[8]          MINISTERSTVO STAVEBNICTVÍ. Typový podklad konstrukční soustavy T06 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. Katedra betónových konštrukcií a mostov Stavebnej fakulty STU v Bratislave. Bratislava. VTP 6400/1999, 12/1999. 165 s.

[10]        Archív panelových sústav SKSI. Slovenská komora stavebných inžinierov, 2012.

[11]        WITZANY, J., VRBA, J., HONZÍK, V. Otvory v panelových domech. Praha: Informační centrum ČKAIT, 2014.

[12]        BENKO, V., BORZOVIČ, V., GRAMBLIČKA, Š., BARTÓK, A. Explózia plynu v panelových bytových domoch. Stavebnictví. 2020, roč. 14, č. 3, s. 40 – 45. ISSN 1802 – 2030.

Autoři

Gas Explosion in a Panel Block of Flats in Prešov

A tragic event, which still resonates within the society, took place in Prešov in December 2019. It was a massive explosion of gas which accumulated in the upper part of a 13-storey panel structure of a block of apartments and the subsequent fire. The paper describes the state of the load-bearing structure of the apartment block after the fire. The aim of the paper is to provide technical information, from which lessons need to be learned and used in the design and construction of new buildings as well as in the maintenance and care of existing buildings.

3/2020 Sanace a rekonstrukce | 15. 6. 2020 | Úvodník

Sanácie stavieb…

Milé kolegyne a kolegovia, vážení čitatelia časopisu Beton, dnes sa nedá začať  inou témou ako Covid 19. V každej dobe, keď sa v spoločnostiach akéhokoľvek zriadenia vyskytli krízy, či už z pohľadu zdravotného, ekonomického, povojnového..., stavebníctvo bolo jedno z prvých odv...
112 Mosty | 15.8.2019 | Sanace a rekonstrukce

Havarijný stav a rekonštrukcia segmentového mosta ponad vodnú nádrž Ružín

V poslednej dobe sa na Slovensku čoraz väčšia pozornosť venuje starnúcej infraštruktúre pri zvýšenej premávke na cestných mostoch. Niektoré predpäté mosty postavené v 60. rokoch sú v súčasnosti v prevádzke už vyše 50 rokov, čo sa podpisuje na ich zlom technickom stave. Na viac...
3/2020 Sanace a rekonstrukce | 15. 6. 2020 | Sanace a rekonstrukce

Sanácia havarijného stavu polyfunkčného objektu centroom v Piešťanoch

Prvé problémy objektu Centroom v Piešťanoch sa objavili skorým vznikom trhlín na nenosných murovaných konštrukciách ešte počas zhotovovania v roku 2010. Po pasportizácii trhlín a jej vyhodnotení odborný posudok [5] jednoznačne poukazoval na významné nerovnomerné sadanie v stre...