Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 2/2017 vyšlo tiskem
17. 3. 2017. V elektronické verzi na webu bude ihned.

Veletrhy a výstavy
Inspirativní osvětlení ze zahraničních veletrhů 

Příslušenství osvětlovacích soustav
Na osvětlení provozu lze šetřit s minimem investic
Maxos fusion – nový rychlomontážní systém Philips
Inteligentní řešení DALISYS® pro řízení osvětlení

Aktuality

Vše pro stavbu a interiér najdou návštěvníci na březnovém souboru veletrhů Stovky českých i zahraničních společností se představí na největším jarním souboru…

Startuje 9. ročník největší tuzemské ekologické soutěže Odstartoval již 9. ročník největší tuzemské ekologické soutěže E.ON Energy Globe.…

Festival světla BLIK BLIK opět rozsvítí Plzeň Třetí ročník plzeňského festivalu Blik Blik se chystá na pátek 17. a sobotu 18. března.…

Kurz osvětlovací techniky XXXIII – 1. oznámení Česká společnost pro osvětlování, regionální skupina Ostrava, a VŠB – Technická…

Více aktualit

(Ne)bezpečné stožáry veřejného osvětlení

25.09.2016 | Ing. Zdeněk Kunta | KOOPERATIVA v. o. d. | www.kooperativa-vod.cz

Stožáry veřejného osvětlení jsou každodenní součástí našeho života, lemují silnice, ulice, parkoviště a my je vnímáme jako bezpečné, protože bezpečnost stožárů rovná se bezvětří. Ale vichřice o rychlosti větru 100 km/h donutí člověka uchýlit se do bezpečí domova a ten pak nevnímá chování stožárů, které tuto šanci nemají. Vítr má tu specifickou vlastnost, že jde o nahodilý jev opírající se o pravděpodobnost výskytu během životnosti stožáru a tento stav může nastat za rok nebo za 25 let.

Bezpečnost

Ocelové osvětlovací stožáry jsou stavební výrobky vyráběné podle ČSN EN 40-5, které jsou dodávané na trh na základě nařízení Evropského parlamentu a Rady EU č. 305/2011 (CPR), kterým se stanovují harmonizované podmínky pro uvádění všech stavebních výrobků. Základní požadavky na vlastnosti stavby jsou formulovány tak, aby stavby jako celek, ale i jejich jednotlivé části vyhovovaly zamýšlenému použití, a to jak při běžné údržbě, tak po celou dobu ekonomicky přiměřené životnosti. Nařízení specifikuje sedm základních požadavků, z nichž nejdůležitější pro ocelové osvětlovací stožáry jsou mechanická odolnost a stabilita, bezpečnost při užívání a životnost.

Nebezpečné stožáry veřejného osvětlení Světlo 5/2016Obr. 1. Součinitel Ce(z) závislý na kategorii terénu a na výšce lokality nad terénem

Bezpečnost osvětlovacího stožáru je charakterizována jeho vlastnostmi, které vyplývají z návrhu jeho konstrukce jako kompletního stavebního výrobku, který plní ještě další funkce. Jde o elektrické zařízení, které také funguje jako nosná konstrukce svislého dopravního značení a dalších dodatečných zatížení (signalizace, reklamy, závěsy, výzdoba). Hlavními z požadavků na bezpečnost konstrukce je mechanická odolnost a stabilita, které jsou spolu s dalšími základními požadavky na stavební výrobek deklarovány v prohlášení o vlastnostech (PoV) – specifikováno v příslušné předmětové normě (Příloha ZA.1 Předmět a příslušné charakteristiky). Prohlášení o vlastnostech, které zavádí nařízení (CPR) jako nezbytný předpoklad pro označení výrobku CE, uvádí vlastnosti stavebního výrobku ve vztahu k základním charakteristikám daného výrobku, a to v souladu s příslušnou harmonizovanou technickou specifikací. Nařízení tímto respektuje zvláštní povahu stavebních výrobků, které jsou v podstatě meziprodukty určené k zabudování do staveb.

Nesplnění základního požadavku č. 4 – bezpečnost při užívání mohou způsobit vady na různém stupni procesu: návrh, zadání, projekt, realizace, užívání, údržba.


Obr. 2. Osvětlovací stožár s výložníkem a svítidlem: a) foto instalace,
b) výsledky výpočtu pro instalaci

Návrh osvětlovacího stožáru

Návrh konstrukce v podstatě spojujedva stavy, a to zatížení a únosnost, jejichž výsledkem je bezpečnost. Charakteristická zatížení osvětlovacích stožárů stanovuje ČSN EN 40-3-1, která definuje zatížení větrem pro návrh osvětlovacího stožáru nepřesahujíciho výšku 20 m. Základní publikací je ČSN EN 1991-1-4 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Zatížení větrem a splnit její hlavní požadavky je nezbytné pro vypracování návrhu konstrukce. Tyto požadavky úzce souvisejí s použitím stožáru. Optimalizace návrhu vychází ze zadání větrné oblasti, kategorizace terénu (zastavěnosti) a topografie terénu (členitosti). Zatížení osvětlovacího stožáru je dáno silami od tlaku větru a stálého zatížení, což představuje tíhu výložníku a svítidel, popř. další přídavná zatížení.

Vodorovná síla od tlaku větru (N)

Fc = Accq(z)                                              (1)
kde
Ac je plocha průmětu úseku stožáru do svislé roviny kolmé ke směru větru (m2),
c tvarový součinitel úseku
q(z) charakteristická hodnota tlaku větru ve výšce těžiště úseku stožáru.

Charakteristická hodnota tlaku větru (N/m2)

q(z) = δβfCe(z)q(10)                             (2)
kde
q(10) je referenční tlak větru,
δ součinitel závislý na velikosti stožáru,
β součinitel závislý na dynamickém chování stožáru,
f součinitel topografie,
Ce(z) součinitel závislý na kategorii terénu a na výšce lokality nad terénem.

Referenční tlak větru q(10) vyjadřuje vliv zeměpisné polohy osvětlovacího stožáru.

q(10) =0,5ρCS2Vref                                  (3)
kde
Vref je desetiminutová střední rychlost větru ve výšce 10 m nad terénem kategorie terénu II s pravděpodobností ročního překročení 0,02 (tj. se střední dobou návratu 50 let),
Cs součinitel, který transformuje Vref pro jiné roční pravděpodobnosti překročení než 0,02; pro osvětlovací stožáry se uvažuje střední doba návratu 25 let (Cs = 0,96), 
ρ hustota vzduchu 1,25 kg/m3.

Norma ČSN EN 40-3-3 stanovuje požadavky na ověření návrhu osvětlovacího stožáru výpočtem pro stožáry o výšce nepřesahující 20 m. Používané výpočty jsou založeny na zásadách mezních stavů, kde je účinek zatížení násobený součinitelem srovnání s příslušnou odolností konstrukce. Uvažují se dva mezní stavy: 
– mezní stav únosnosti, který odpovídá únosnosti osvětlovacího stožáru, 
– mezní stav použitelnosti, který se vztahuje na průhyby osvětlovacího stožáru v provozním stavu.
Základní publikací je ČSN EN 1993-1-1 eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby.

Vypočtené ohybové momenty se zkombinují v jeden ohybový moment Mp, který vyjadřuje nejnepříznivější účinek zatížení v uvažovaném průřezu stožáru
                                      (4)
a) únosnost v ohybu (Nm)

             (5)

b) únosnost v kroucení (Nm)
                                    (6)

Osvětlovací stožáry jsou navrhovány pro II. větrnou oblast (rychlost větru 25 m/s), která v České republice procentně zaujímá největší plochu, a pro kategorii terénu II. Za návrh konstrukce osvětlovacího stožáru zodpovídá výrobce, a to po dobu jeho návrhové životnosti. Z uvedeného návrhu vyplývají dvě možnosti, jak zajistit bezpečnou instalaci osvětlovacího stožáru:
– výrobce deklaruje v prohlášení o vlastnostech základní charakteristiky (tab. 1), které vycházejí z návrhu konstrukce a obsahují dovolené zatížení (náporovou plochu větru a tíhu na vrcholu) a dále lokalitu použití podle mapy větrných oblastí (referenční rychlost větru odpovídající konkrétní oblasti a kategorii terénu),
– projektant nebo investor definuje všechny nezbytné parametry pro kontrolní návrh konstrukce, která opět vychází ze základních charakteristik, tj. skutečné zatížení konstrukce a lokalitu použití podle mapy větrných oblastí.

Role projektanta je v procesu zajištění bezpečného návrhu konstrukce významná, neboť v prvním případě zodpovídá svým projektem za správné použití osvětlovacích stožárů navržených výrobcem a ve druhém případě zodpovídá za správné a úplné zadání požadavků vyplývajících z projektu výrobci.

Bezpečnost a vady

a) Vada zadání
Zadavatel výslovně neuvede požadavek instalace stožáru na mostech. Projektant správně specifikuje větrovou oblast, kategorii terénu, ale přesto vznikne nebezpečná instalace stožáru. V případě instalace stožáru na mostech se výška stožáru měří od vodní hladiny nebo úrovně pod mostem, což výrazně mění součinitel Ce(z) (obr. 1), který je závislý na výšce mostu + stožáru. Při překročení této výšky 20 m nelze použít návrh konstrukce podle ČSN EN 40-3-1 Osvětlovací stožáry, ale je třeba postupovat podle ČSN EN 1090-1+A1 Provádění ocelových konstrukcí a návrh vypracovávat podle ČSN EN 1993-3-2 Eurokód – stožáry, komíny.

b) Vada projektu
Projektant zvolí nevhodnou kombinaci stožáru, výložníku a svítidla, v podstatě nerespektuje hodnoty doporučené výrobcem. Výpočet byl proveden pro stožár výšky 6 m, vyložení 1 m a pro svítidlo s plochou 0,15 m2 a o hmotnosti 15 kg. Výsledná nebezpečná instalace vykazuje překročení návrhové únosnosti stožáru pro všechny čtyři kategorie terénu, nedovolený průhyb stožáru a v důsledku stálého zatížení od hmotnosti výložníku včetně svítidla i naklopení v základu (obr. 2a, 2b).

Nebezpečné stožáry veřejného osvětlení Světlo 5/2016
Obr. 3. Vady realizace: a) nedostatečné zapuštění do základu, b) chybějící základ

c) Vada realizace
Jestliže realizátor stavby poruší doporučení výrobce pro instalaci stožáru nebo změní projekt zakládání stavby, jde v konečném důsledku o nebezpečnou stavbu. V důsledku nedodržení instalační hloubky, což lze charakterizovat jako viditelnou vadu, je přetěžována konstrukce stožáru v místě vetknutí, které je po instalačním otvoru druhé nejvíce namáhané místo (obr. 3a). Každý otvor v průřezu způsobuje jeho zeslabení a zvyšuje vrubové napětí. Absence betonového základu, což lze charakterizovat jako skrytou vadu, způsobí, že nelze přenést klopný moment v patě stožáru do zeminy (obr. 3b). Vlivem dynamického zatížení od větru se stožár začne časem naklánět. V těchto případech selhal dozor stavby investora, který neplnil požadavky stavebního zákona.

d) Vada užívání
Vlastník stavby připustil změnu užívání osvětlovacího stožáru, který podle ČSN EN 40-1 slouží jako podpora, jejímž hlavním účelem je nést jedno nebo několik svítidel, a k tomuto účelu je navrhován. Hlavním zatížením stožáru je vítr, proto je rozhodujícím faktorem plocha všech instalovaných prvků. V případě reklamních cedulí dochází k výraznému překročení návrhové únosnosti jeho konstrukce. Výpočet byl proveden pro stožár výšky 8 m, vyložení 1,5 m, pro svítidlo s plochou 0,1 m2 a o hmotnosti 9 kg a reklamní cedule o celkové ploše 1,6 m2. Výsledná nebezpečná instalace vykazuje překročení návrhové únosnosti stožáru pro všechny čtyři kategorie terénu, a to jak v místě instalačního otvoru, tak v místě vetknutí do základu (obr. 4a, 4b). 

Nebezpečné stožáry veřejného osvětlení Světlo 5/2016
Obr. 4. Vady užívání stožárů: a) stožár zatížený reklamní cedulí,
b) výsledky výpočtu pro instalaci stožáru

e) Vada údržby
Vlastník stavby je povinen provádět údržbu na základě stavebního zákona č. 183/2006 Sb. a vyhlášky č. 499/2006 Sb., o dokumentaci staveb, a plnit požadavky ČSN 73 2604 Kontrola a údržba ocelových konstrukcí pozemních a inženýrských staveb a dále ČSN EN ISO 13822 Hodnocení konstrukcí. Tato posledně jmenovaná norma obsahuje požadavky a postupy hodnocení existujících konstrukcí, které vycházejí ze zásad jejich spolehlivosti a z následků jejich případné poruchy. K hodnocení mohou vést tyto okolnosti: 
– prodloužení návrhové životnosti (očekávaná změna v používání),
– ověření spolehlivosti (např. s ohledem na zvýšená zatížení, která požadují úřady, pojišťovny, vlastníci apod.), – degradace konstrukce vlivem časově závislých zatížení (např. koroze, únava materiálu),
– poškození konstrukce od mimořádných zatížení (viz ISO 2394). 
Vada údržby nebo její absence vede ve většině případů k havarijnímu stavu, neboť úkolem údržby je také odhalovat vady již zmíněných procesů (návrh, zadání, projekt, realizace, užívání) a popř. tak předcházet jejich kombinaci. Plnění základního požadavku č. 4 – bezpečnost při užívání je prevence.

Nebezpečné stožáry veřejného osvětlení Světlo 5/2016
Obr. 5. Vady údržby: a) pád stožáru při nedostatečné kontrole, b) stav koroze stožáru

Závěr

Bezpečnost lze také chápat jako subjektivní pocit člověka důvěry v projektanta, výrobce, realizátora a vlastníka stavby. Ocelové osvětlovací stožáry z 95 % využívá veřejná správa, která na základě zákona č. 137/2006 Sb., o veřejných zakázkách, vypisuje veřejné zakázky, jejichž hlavním a jediným hodnoticím kritériem je cena. Při porovnání původní předpokládané (rozpočtové) ceny zakázky s vítěznou v průměru vyhrává firma, která nabídne 50 až 60 % z původní ceny. Trh je tak veřejnými zakázkami naprosto cenově deformovaný. Výrazný tlak na cenu se projevuje nejen v kvalitě projektové a inženýrské práce, ale následně i v kvalitě výroby a montáže. Proto Česká komora architektů (ČKA) a Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků (ČKAIT) navrhují již na úrovni projektu používat termín „bezpečná cena“, nikoliv „cena obvyklá“. Bezpečnou cenu definují jako cenu, za kterou lze se zárukou vyprojektovat, popř. i realizovat kvalitní, bezpečnou stavbu. Objekty projektované (popř. realizované) za bezpečnou cenu mají zaručenou užitnou hodnotu v čase: u takových staveb nejsou následně navyšovány náklady na stavbu a její provoz.


 Článek v elektronické listovací verzi časopisu Světlo č. 5/2016 naleznete zde.