Documents
Resources
Learning Center
Upload
Plans & pricing Sign in
Sign Out

Eurocode Fire Engineering Design

VIEWS: 4 PAGES: 43

									                                 1




      Bevezetés
  a tűzteherre való
      tervezésre
az Eurocode 3 szerint   SSEDTA




                        NFATEC
Szerkezeti Eurocode-ok
                                                  2
  Eurocode:
  0. Tervezés alapjai
  1. Szerkezeteket érő hatások
  2. Beton- vasbeton szerkezetek   Tervezés
  3. Acélszerkezetek               tűzhatásra:
  4. Együttdolgozó szerkezetek     1.2 fejezet
  5.   Faszerkezetek               mindegyikban
  6.   Falazott szerkezetek
  7.   Geotechnikai tervezés
  8.   Földrengés
  9.   Aluminium szerkezetek
Tűzhatásra való tervezés–
követelmények tűz esetén
                                                   3



  Az építmény meghatározott ideig őrizze meg
   teherbíró képességét,
  Az ott tartózkodó emberek az épületet eközben
   sértetlenül elhagyhassák,
  A tűzoltók biztonsága mindeddig szavatolt
   legyen.
  A tűz és füst keletkezése és tovaterjedése az
   építményben és a szomszédos építményekre
   korlátozott legyen.
Minimális tűzállósági idő:
brit nemzeti szabvány szerint
                                                                       4


                      Földfelszín alatt        Földfelszín felett
                      > 10 m < 10 m       < 5 m < 20 m < 30 m > 30 m
   Iroda:
   Nincs                90       60        30     60     90   TILOS
   sprinkler
   Van sprinkler        60       60        30     30     60    120
   Üzlet,
   kereskedelem:
   Nincs                90       60        60     60     90   TILOS
   sprinkler
   Van sprinkler        60       60        30     60     60    120
   Gk. parkoló:
   Oldalról nyitott                        15     15     15    60
   Egyébként            90       60        30     60     90    120
A tűzháromszög
                                                                    5




                                            Hő

Éghető anyag + Oxigén = Égéstermékek
        CH4 + O2 = CO2 + 2H20

                                           A reakció
                                        akkor indul be,
                                           amikor az
                                         oxigén és az
                                         éghető anyag
                                       keveréke már elég
                                             meleg

                          Éghető anyag                     Oxigén
A természetes tűz fázisai
és a szabványos tűzgörbe
                                                              6

    Hőmérséklet                Belobbanás utáni
                                   szakasz
        Belobbanás               1000-1200°C
       előtti szakasz

                        Belobbanás



                                     természetes tűzgörbe


                                     az ISO834 szerinti
                                     szabványos tűzgörbe

                                                       Time
        Izzás, parázslás       Melegedés    Hűlés ….
             Az EC1 (ISO834) szerinti
             szabványos tűzgörbe
                                                               7
Gázhőmérséklet (°C)
1000
                                                         945
 900
                                                         842
 800                                                     781
                                                         739
 700                                                     675
 600                                                     576
 500
 400          20  345 log(8t  1) {t percben}
300
 200
 100
   0
       0    600       1200    1800    2400     3000   3600
                             Idő (másodperc)
             AZ EC1 különböző
             hőmérséklet–idő görbéi
                                                                         8
                             Gázhőmérséklet (°C)
   A tűzállósági idő a      1200                     Szénhidrogéntűz
    szabványos melegítési
    vizsgálatra vonatkozik – 1000
    nem a tényleges
    élettartamra!                                     Szabványos tűz
                              800
   Az EC1 szerinti paramet-                          Külső tűz
    rikus tűzgörbék a tűzteher 600
    és a tűzszakasz jellemzőin
    alapulnak. Csak számítási 400                     Jellegzetes EC1
    modellel használhatók.                            szerinti paramé-
                               200                    teres tűzgörbe


                                     0     1200       2400        3600
                                             Idő (másodperc)
Szerkezeti elemek melegítési vizsgálata
                                                                     9




Tűzre vonatkozó vizsgálatok       Problémák
 Teher állandó, a hőmérséklet     Támaszköz korlátozott; csak
  a szabványos tűzgörbe szerint     kéttámaszú tartókra végezhető
  emelkedik
                                     A folytonosság nem modellez-
   Gerenda esetén lehajlási          hető. A gerenda „elszalad”
    követelmény
                                     A szomszédos szerkezetek
   Oszlop esetén teherbírás-         hőtágulása nem modellezhető
    csökkenési követelmény
Szabványos melegítési vizsgálatok a
tűzállóság meghatározására
                                              10




                       Lehajlás (mm)
                       300



                       200



                       100




                          0      1200 2400 3600
                                Idő (másodperc)
Szabványos melegítési vizsgálatok a
tűzállóság meghatározására
                                                   11




                        Lehajlás (mm)
                        300
                                        L2/400d
                                  Ha a
                        200    sebesség <
                                L2/9000d
                                            L/30

                        100

       Szabványos tűz


                           0      1200 2400 3600
                                 Idő (másodperc)
Acélok viselkedése magas hőmérsékleten
                                                                       12


                               Feszültség (N/mm2)
                               300
   100-200 °C felett az              20°C
    acélanyag lágyulni kezd    250    200°C
   700 °C-on már csak a               300°C
    rendes hőmérséklethez      200        400°C
    tartozó szilárdság 23%-a                500°C
    áll rendelkezésre          150
   800 °C-ig a szilárdság                     600°C
                               100
    11%-ra, 900 °C-ig 6%-ra
    csökken.                   50                   700°C
   Az olvadás kb. 1500°C-on                           800°C
    következik be.
                                0        0.5    1.0       1.5    2.0
                                                Alakváltozás (%)
Az acél feszültség–alakváltozás diagramja
magas hőmérsékletekre
                                                                         13


                                 Feszültség (N/mm2)
                                 300
    Feszültség- és alakvál-            20°C
     tozás-csökkentő tényezők    250    200°C
     a rugalmassági modulus-             300°C
     hoz és a folyáshatárhoz                400°C
                                 200
     (2%-os egyezményes                       500°C
     folyáshatár)
                                 150
    600 °C-ra a rugalmassági                    600°C
                                 100
     modulus kb.70%-kal
     csökken                                          700°C
                                 50
    600 °C-ra a folyáshatár                             800°C
     több mint 50%-kal csökken    0        0.5    1.0       1.5    2.0
                                                  Alakváltozás (%)
Az acél szilárdságának és merevségének
leépülése
                                                                            14

                              az eredeti értéke %-ában
• A szilárdság és a
  merevség csökkenése         100                 Egyezményes folyáshatár
  az S235, S275 és S355                    Rft       (2% alakváltozásnál)
  anyagokra, ill. hengerelt   80
  acélbetétekre hasonló-                              SS
  an történik (SS)
                              60
• A hidegen húzott S500                          SS
                                           Rft
  minőségű acélbetétek        40
  jellemzői gyorsabban
  épülnek le (Rft)                  Rugalmassági
                              20
                                      modulus

                                0        300          600       900      1200
                                                      Hőmérséklet (°C)
Beton feszültség-alakváltozás görbéi
magas hőmérsékleten
                                                                     15


                               Normalizált feszültség

   A beton is fokozatosan     1.0     20°C
    elveszti szilárdságát      0.9
    100°C-nál melegebben.                 200°C
                               0.8
   A lehűlés során nem        0.7
    nyeri vissza               0.6
                                       400°C
    rugalmasságát !!!          0.5
   A magas hőmérsékleten      0.4
    való viselkedés            0.3        600°C
    elsősorban a felhasznált   0.2         800°C
    adalékanyagoktól függ.     0.1         1000°C
                                0
                                              1         2   3    4
                                                    Nyúlás (%)
 Az acél és a beton hőtágulása
                                                                    16

                               Hőtágulási együttható
                               1 /°C (x 10-6)
• Az acél hőtágulása a         4,5
  kristályszerkezet átalaku-   4,0
  lásakor (700–800 °C-on)                  Normál térfogat-
                               3,5          súlyú beton
  lelassul
                               3,0
• Épületekben a beton álta-    2,5
  lában nem éri el a 700°C-    2,0                     Acél
  ot
                               1,5
• Könnyűbeton esetén           1,0
  állandó hőtágulási                     Könnyűbeton
                               0,5
  együtthatót tételezünk fel
                                0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
                                                 Hőmérséklet (°C)
         Az acél további anyagjellemzői
                                                                           17

Hővezetési képesség               Fajhő
(W/m°K)                           (J/kg°K)

60    la=45W/m°K (EC3 szerinti    5000
             egyszerű számítási                           ca=600J/kg°K
50                      modell)                            (EC3 szerinti
                                  4000
                                                              egyszerű
40                                                            számítási
                      Acél        3000
30                                                              modell)
                                  2000
20                                                 Acél
10                                1000


0    200 400 600 800 1000 1200      0        200 400 600 800 1000 1200
              Hőmérséklet (°C)                       Hőmérséklet (°C)
Szerkezetek védelme tűzzel szemben
                                                                      18

  Passzív védelem
     Táblás/lemezes hőszigetelés
        Gipszkarton, ásványgyapot, vermikulit.
        Könnyen alkalmazható, esztétikailag elfogadható.
        Bonyolultabb kialakítás esetén nem jól alkalmazható

     Fúvatással felvitt védőréteg
        Ásványgyapot vagy vermikulit cement kötőanyagban.
        Felvitele olcsó, de költséges takarítást igényel.
        Esztétikailag kedvezőtlen; általában csak álmennyezet mögé
       rejtve alkalmazzák.
     Duzzadó festékek
        Rendes üzem közben dekoratív felület.
        Hő hatására kitágul és hőszigetelő réteget képez
        Ma már a szerelőüzemben felvihető.
Acélgerendák természetes tűzvédelme
                                                             19




      Alátámasztó                           „Polctartós”
       gerenda                                gerenda
                     Karcsúfödém gerendája
A tűzállóság megállapítása: stratégiák
                                                              20


 Az EC szerint a tűzállóság
  három „viszonylatban”                • Általában csak közvet-
       definiálható:                     lenül hajtható végre,
                                         részletes számítási
                                         modellel
 Idő:              tfi.d > tfi.requ
                                       • Kézi számításra is
 Teherbírás:       Rfi.d.t > Efi.d.t     alkalmas. A magas
                                         hőmérséklethez tartozó
 Hőmérséklet:      cr.d > d            lecsökkent ellenállás
                                         meghatározását jelenti

                                       • Leggyakrabban használt
                                         eljárás. Az adott teher-
                                         hez tartozó kritikus hő-
                                         mérséklet meghatározá-
                                         sát jelenti
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                              21

  TŰZÁLLÓSÁG       AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE




                                   Építési
                                  szabvány
                                   tfi.requ
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                                         22

   TŰZÁLLÓSÁG                  AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
 Hatás a tűz esetén: Efi.d.t




                                              Építési
                                             szabvány
                                              tfi.requ
 A terhek csökkentő tényezője tűz esetén
                                                                     23



Egyik                 E fi .d .t
lehetőség:    fi                 Az üzemi körülményekhez tartozó
                                   tervezési ellenálláshoz képest
                        Rd

De gyak-              E fi .d .t   Az üzemi körülményezhez tartozó
rabban:       fi                 tervezési teherhez képest
                        Ed         (nagyobb biztonság és
                                   egyszerűbb eljárás)



        GAGk   1.1Qk .1
 fi 
        G Gk   Q .1Qk .1
 Az EC3 parciális biztonsági tényezői
                                                                         24



Tervezés üzemi hőmérsékletre
G     = 1,35 Állandó terhekre;
Q.1   = 1,5     Kombinációs tényező; esetleges terhekre

Tervezés tűzre
GA    = 1,0     Állandó terhekre; rendkívüli tervezési állapot
1.1   = 0,5     Kombinációs tényező; esetleges terhekre, iroda




        Qk.1/Gk            1              2              3         4

        fi              0,53           0,46           0,43       0,41
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                                          25

    TŰZÁLLÓSÁG                  AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
  Hatás a tűz esetén: Efi.d.t


Szerkezeti elem km. osztálya




                                               Építési
                                              szabvány
                                               tfi.requ
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                                            26

    TŰZÁLLÓSÁG                    AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
  Hatás a tűz esetén: Efi.d.t


Szerkezeti elem km. osztálya


Ellenállás 20°C-on, tűz szerint
          Rfi.d.20

       Kihasználtság
           m0                                    Építési
                                                szabvány
                                                 tfi.requ
                A „kihasználtság”
                                                                         27




… a szerkezeti elemre a tűzben működő teher                  E fi .d
  osztva az üzemi hőmérséklethez tartozó
                                                    m0 
  ellenállással (t=0), amelyet a tűzhöz tartozó             R fi .d .0
  biztonsági tényezőkkel számítunk

     A kihasználtság egy-  akkor használható, ha nem
      szerűsített képlete:  várható kihajlás és kifordulás


                 M . fi          biztonságos, ha az fi az
     m0   fi 
                            
                              
                                     üzemi hőmérsékleten

                M1           
                                     érvényes tervezési
                                     terhekhez tartozik

      Acélra az ellenállás biztonsági tényezői:   M1=1,0 M.fi=1,0
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                                            28

    TŰZÁLLÓSÁG                    AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
  Hatás a tűz esetén: Efi.d.t


Szerkezeti elem km. osztálya


Ellenállás 20°C-on, tűz szerint
          Rfi.d.20

       Kihasználtság
           m0                                    Építési
                                                szabvány
    Kritikus hőmérséklet                         tfi.requ
           cr.d
Acél szerkezeti elemek
kritikus hőmérséklete
                                                                                             29
• A szabványos
                           Kritikus hőmérséklet (°C)
  melegítési vizsgálat
                           800
  alapján, csak                                                       1           
                                                  cr  39,19 ln                1  482
  egyszerű szerkezeti      700                                  0 ,9674m0
                                                                         3 ,833
                                                                                   
  elemekre
                           600                                        1., 2., 3. oszt.
• Az 1., 2., 3. osztályú                                                     kereszt-
  keresztmetszetek         500                                            metszetek
  kezelése egységes
                           400
• A 4. osztályú
  keresztmetszetekre       300                4. o. keresztmetszetek
  biztonságos közelítés    200
  (350 °C)
                          100
• Kritikus hőmérséklet =
  adott kihasználtságnál a
  tönkremenetel             0          0.2       0.4         0.6          0.8           1
  bekövetkezik                                    Kihasználtság m0
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                                                   30

    TŰZÁLLÓSÁG                    AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
  Hatás a tűz esetén: Efi.d.t
                                    Keresztmetszeti tényező
                                            Am/V
Szerkezeti elem km. osztálya


Ellenállás 20°C-on, tűz szerint
          Rfi.d.20

       Kihasználtság
           m0                                           Építési
                                                       szabvány
    Kritikus hőmérséklet                                tfi.requ
           cr.d
   Am/V keresztmetszeti tényező:
   védelem nélküli acél szerkezeti elemek
                                                        31

                                           b




                                                    h




 kerület      tűznek kitett kerület    2(b+h)
km. terület       km. terület         km. terület
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                                                   32

    TŰZÁLLÓSÁG                    AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
  Hatás a tűz esetén: Efi.d.t
                                    Keresztmetszeti tényező
                                            Am/V
Szerkezeti elem km. osztálya

                                      Iteráció, amíg
Ellenállás 20°C-on, tűz szerint
          Rfi.d.20                     d > cr.d
                                          tfi.d
       Kihasználtság
           m0                                           Építési
                                                       szabvány
    Kritikus hőmérséklet                                tfi.requ
           cr.d
A hőmérséklet növekedése a védelem
nélküli acélban
                                                                  33



A hőmérséklet nővekménye t idő alatt:
                                         Hőmérséklet
                                                       Acél hő-
              1    Am                    a tűzben
 a .t              hnet.d t                        mérséklete
            ca  a V
                                                         Acél
A hnet.d hőáram 2 részből áll:

Sugárzás:
                       8
                                  
hnet.r  5,67 x10  res  r  273   m  273
                                              4           4
                                                              
Konvekció:

hnet ,c   c  g   m 
A tűzállóság megállapítása:
a legegyszerűbb módszer lépései
                                                                     34

    TŰZÁLLÓSÁG                    AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
 Hatás a tűz esetén: Efi.d.t
                                     Keresztmetszeti tényező
                                               Am/V
Szerkezeti elem km.osztálya

                                        Iteráció, amíg
Ellenállás 20°C-on, tűz szerint
          Rfi.d.20                       d > cr.d
                                            tfi.d
       Kihasználtság
           m0                                             Építési
                                    tfi.d > tfi.requ     szabvány
    Kritikus hőmérséklet             fennáll ??           tfi.requ
          cr.d
                    Am/V keresztmetszeti tényező:
                    védelemmel ellátott acélelemek
                                                         35

                                                b




                                                         h




                         tábla belső
 Acél kerülete             kerülete         2(b+h)
acél km. területe      acél km. területe   km. terület
       A tűzállóság megállapítása: a
       legegyszerűbb módszer (védett acél)
                                                                   36

    TŰZÁLLÓSÁG                    AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
  Hatás a tűz esetén: Efi.d.t
                                    Keresztmetszeti tényező
                                            Am/V
Szerkezeti elem km. osztálya

                                      Iteráció, amíg
Ellenállás 20°C-on, tűz szerint
          Rfi.d.20                     d > cr.d
                                          tfi.d
       Kihasználtság
           m0                                           Építési
                                                       szabvány
    Kritikus hőmérséklet                                tfi.requ
           cr.d
A hőmérséklet növekedése a passzív
védelemmel ellátott acélban
                                                                                  37


• Bizonyos mennyiségű hő                   Tűz
  elraktározódik a védőrétegben.           hőmérséklete
                                                                     Acél hő-
                                                                     mérséklete
• Az acélban és a védőrétegben
  elraktározódott hő aránya:

        cp  p        Ap                                                 Acél
               dp
        ca  a        V                                                 Védelem

                                                      dp
• A hőmérséklet növekménye
  t idő alatt:
            l p / d p Ap  1 
   a .t                         g .t   a .t t  e / 10  1 g .t
              ca  a V  1   / 3 
                                  
      A tűzállóság megállapítása: a
      legegyszerűbb módszer (védett acél)
                                                                     38

    TŰZÁLLÓSÁG                    AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE
 Hatás a tűz esetén: Efi.d.t
                                     Keresztmetszeti tényező
                                               Am/V
 Szerkezeti elem osztálya

                                        Iteráció, amíg
Ellenállás 20°C-on, tűz szerint
          Rfi.d.20                       d > cr.d
                                            tfi.d
       Kihasználtság
           m0                                             Építési
                                    tfi.d > tfi.requ     szabvány
    Kritikus hőmérséklet             fennáll ??           tfi.requ
          cr.d
                    Mintapélda

                                                                                      39


Anyagok:                                      Gk+Q   Elsődleges gerenda (acél)
                                                   K.1
Acélminőség              S275
Könnyűbeton (födém)      C40              D              E
                                                                 Felkötőrúd
                                                                           F

Keretállások             6,0 m                 G +Q
                                                k K.1
                                                                  G +Q
                                                                   k K.1
                                                                               3,5m

Karakterisztikus terhek (kN/m2):          A                  B             C
                                          Fiókgerenda (acél)                   3,5m
Állandó                Gk = 1,9                G +Q
                                                k K.1
                                                                  G +Q
                                                                   k K.1
Kiemelt esetleges      Qk,1= 3,8

Gerendák tervezési terhei (kN/m):              G +Q               G +Q         3,5m
                                                k K.1              k K.1

G = [1,35] ésQ.1 = [1,50] értékekkel:                                    G
                                              Oszlop (acél
Állandó                  Gd= 15,39                                             3,5m
                                              vagy együtt-
Esetleges                Qd= 34,2             dolgozó)                     H


                                                5m                 5m
  Húzott elem tervezése
  üzemi körülményekre
                                                                            40



Tervezési teher:        NSd= 247,95 kN


Alkalmazott: IPE 100


Tervezési ellenállás:   Npl.Rd   = Anetfy / M0
                                                          IPE 100    3,5m
EC3 1.1. rész (5.4.3. szakasz)   = 10,30 x 27,5 / [1,0]
                                 = 283,25 kN

                                 > 247,95

                                 ... tehát megfelel


                                                              247,95 kN
Húzott elem kritikus hőmérséklete
                                                                              41

Tervezési teher tűz esetén:      Nfi.d = fi NSd
(2.4.3. szakasz)       Kombinációs tényező: 1.1 = 0,5
                       Gk.1 / Qk = 2,0
(2.1. ábra)            Tehercsökkentő tényező: fi = 0,46
                       Nfi.d = 0,46 x 247,95 = 114 kN

Tervezési ellenállás 20°C-on, tűzhöz tartozó bizt.tényezőkkel:
(4.2.3.1. szakasz)     Nfi.20.Rd = ky.20 NRd (M.1 / M.fi)
(3.1. táblázat)        Ellenállás-csökkentő tényező ky.20 = 1,0
                       Nfi.20.Rd =1,0 x 283,25 x ( [1,0] / [1,0] )
                       = 283,25 kN
Kritikus hőmérséklet: Kihasználtság: m0 = Nfi.d / Nfi.20.Rd
(4.2.4. szakasz)                      = 114/283,25 = 0,40
(4.1. táblázat)        Kritikus hőmérséklet: c = 619°C              114 kN
  Húzott elem tűzállósági ideje
                                                                             42
Az acél hőmérsékletének növekménye t
idő alatt :
                                                       Hőm. (°C)
(EC1 2.2. rész)                                        800       ISO834
(2.5.1.) a.t = 1 / (ca a ) Am/V hnet.d t           700
     Keresztmetszeti tényező:                          600
                 Am/V = 388,1 m-1                                 Acélelem
                                                       500
     Acél fajhője:      ca    = 600 J/kg°K
                                                       400
     Acél sűrűsége:       a       = 7850      kg/m3
                                                       300
Teljes hőáram/felület hnet.d az ISO834                 200
szerinti szabványos túzre:
     Legyen f = 0,8 és m = 0,625.
                                                       100

                                                         0      500    1000 1500
     Táblázatkezelővel számolva:t = 5 sec                     Idő (másodperc)
A védelem nélküli acélelem 9 perc 40 mp. alatt éri el kritikus hőmérsékletét.
    Húzott elem tűzvédelme
                                                                                43
                                           Temp (°C)
Előírt tűzállóság: 60 perc                 1000
                                                            ISO834
Vegyük körbe 20 mm gipszkarton              900
lemezzel:                                   800
                                                            Csak acél
    Sűrűség           p = 800   kg/m3      700
    Fajhő:            cp = 1700 J/kg°K      600
    Hőv. képesség: lp = 0,2 W/m°K
                                            500
                                            400
    Km. tényező: Ap/V = 300,97 m-1
                                            300
Hőmérséklet-növekmény az acélban            200              20 mm lemezzel
t idő alatt szabványos tűzre:              100
     = (cppdp/caa) Ap/V =1,738               0      1000 2000 3000 4000
    a.t = lp/(dpcaa) Ap/V [1/(1+/3)] (g.t-a.t)t - (e/10-1) g.t Idő (mp.)
60 perc után az acél hőmérséklete: a=613°C (< 619°C krit. hőmérséklet).
       … Tehát a 20 mm gipszkarton burkolat 60 perc tűzállóságot nyújt.

								
To top