Univerza v Ljubljanij jFakulteta za gradbeništvo in geodezijo

Katedra za metalne konstrukcije

Požarna odpornost jeklenih inPožarna odpornost jeklenih in sovprežnih konstrukcij

Učno gradi o a predmet Jeklene sta be in mosto iUčno gradivo za predmet Jeklene stavbe in mostovi

Darko Begg

Marec 2011

Direktiva o gradbenih proizvodih 89/106

Šest bistvenih zahtev:h k d t i t bil t• mehanska odpornost in stabilnost

• varnost pred požaromšč• higienska in zdravstvena zaščita okolice

• varnost pri uporabi• varnost pred hrupom• varčevanje energije in ohranjanje toplote

Požarni predpisi in t d distandardi

2010

Pravilnik o mehanski odpornosti in stabilnosti

• pokriva prvo bistveno zahtevo CPD• zelo kratek in jedrnat• v “obvezno” uporabo vpeljuje EVROKODv obvezno uporabo vpeljuje EVROKOD

standarde za projektiranje konstrukcij

Pravilnik o požarni varnosti v stavbah

• pokriva drugo bistveno zahtevo CPD• definira štiri osnovne zahteve:

– širjenje požara na sosednje objektej j p j j– nosilnost konstrukcije ter širjenje požara po stavbah– evakuacijske poti in sistemi za javljanje in alarmiranjeevakuacijske poti in sistemi za javljanje in alarmiranje– naprave za gašenje in dostop gasilcev

• uvaja posebno projektno dokumentacijouvaja posebno projektno dokumentacijo• podaja klasifikacijo požarne odpornosti

Nosilnost konstrukcij in širjenje požara

• Stavbe morajo biti projektirane in grajene tako, da njihova nosilna konstrukcija ob požaru določen čas ohrani potrebno nosilnostohrani potrebno nosilnost.

• Stavbe morajo biti razdeljene v požarne sektorje, če je to nujno za omejitev hitrega širjenja požara v njih:to nujno za omejitev hitrega širjenja požara v njih:

– namembnosti stavbe,– velikosti in drugih arhitekturnih lastnosti posamezne stavbe, – proizvodnega procesa, ki poteka v stavbi, ter od vrste in

količine gorljivih snovi, ki se nahajajo v stavbi,vgrajenih oziroma postavljenih sistemov za gašenje in– vgrajenih oziroma postavljenih sistemov za gašenje in

– drugih izvedenih požarnovarnostnih ukrepov.

Razvrstitev stavb glede na požarno odpornost

• nosilnost (R), ki v minutah označuje odpornost nosilnega dela stavbe proti zrušitvi (npr. R30 za

l d t)polurno odpornost)• celovitost (E), ki v minutah označuje odpornost ( ) j p

dela stavbe s funkcijo požarnega ločevanja proti vdoru ognja, dima in vročih plinov (npr. E30 za polurno odpornosti)polurno odpornosti)

• izolativnost (I), ki v minutah označuje odpornost dela stavbe s funkcijo požarnega ločevanja protidela stavbe s funkcijo požarnega ločevanja proti prenosu prekomerne toplote (npr. I30 za polurno odpornost)p )

Projektna dokumentacijaj j• študija požarne varnosti, ki je sestavni del projekta za

pridobitev gradbenega dovoljenja in ki jo lahko izdelapridobitev gradbenega dovoljenja in ki jo lahko izdela pooblaščeni inženir s področja požarne varnosti

• posamezni načrti za požarno manj zahtevne objekte kiposamezni načrti za požarno manj zahtevne objekte, ki jih lahko izdelajo tudi pooblaščeni inženirji za arhitektonsko ali tehnično projektiranjep j j

• izkaz požarne varnost je povzetek vsebine študije požarne varnosti. Obrazec za izdelavo izkaza je podan v prilogi 3 Pravilnika o požarni varnosti– prvi del obrazca, ki vsebuje opis načrtovanih ukrepov, je obvezni

del PGDdel PGD, – drugi del, ki vsebuje opis izvedenih ukrepov, pa izpolni projektant

ob zaključku gradnje. Izkaz je obvezna priloga dokazila o zanesljivosti objekta (glej ZGO).

Tehnična smernica TSG-1-001:2010TSG-1-001:2010

– Požarna varnost v stavbah

Podaja podrobna navodila za izpolnjevanje štirih zahtev iz Pravilnika o požarni varnosti v stavbah:zahtev iz Pravilnika o požarni varnosti v stavbah:– Širjenje požara na sosednje objekte

Nosilnost konstrukcije ter širjenje požara po stavbah– Nosilnost konstrukcije ter širjenje požara po stavbah– Evakuacijske poti in sistemi za javljanje ter alarmiranje

N š j i d t il– Naprave za gašenje in dostop gasilcev

Odpornost nosilne konstrukcije

• zahtevana požarna odpornost (R) v tabeli– število etaž– specifična požarna obremenitev– namembnost– velikost stavbe– vgrajeni sistemi za gašenje (sprinklerji)

• dejanska (zagotovljena)požarna odpornost ≥ R– EVROKODIEVROKODI

• kadar EVROKODI ne zadoščajo – drugi predpisi

– Testi– Najsodobnejše metode požarnega inženirstva

Zahtevana požarna odpornost stavb

Dejavniki, ki vplivajo na ž t t b hpožarno varnost v stavbah

• Velikost in razporeditev požarne obtežbe• Lastnosti materialov (npr. strupeni plini)• Toplotne značilnosti ločilnih sten in oboda stavbe• Toplotne značilnosti ločilnih sten in oboda stavbe• Pogoji prezračevanja• Razdelitev stavbe na požarne sektorjep j• Poti za evakuacijo ljudi• Detekcija dima, avtomatično javljanje požara• Pršilci vode• Oddaljenost in usposobljenost gasilske brigade• Zadostna količina vode za gašenje• Zadostna količina vode za gašenje• Urjenje uporabnikov za primer požara• Urejen dostop za gasilce• Požarna odpornost konstrukcije

Evrokod standardi in določanje požarnedoločanje požarne odpornosti stavb

• Evrokod 0: Osnovni principiE k d 1 Obt žb• Evrokod 1: Obtežbe

• Evrokodi 2-6: Projektiranje gradbenih konstrukcij glede na uporabljeni gradbeni material (beton, jeklo, sovprežne jeklene – betonske konstrukcije, les, zidane konstrukcije)

• Evrokod 7: Geotehnični vidik projektiranjap j j• Evrokod 8: Potresno odporne konstrukcije• Evrokod 9: Aluminijaste konstrukcije• Evrokod 9: Aluminijaste konstrukcije

Požarna odpornost v delih 1-2 Evrokodov 1-6

• SIST EN 1991-1-2: Vplivi požara na konstrukcije• SIST EN 1992-1-2: Požarno odporno p

projektiranje betonskih konstrukcij• SITS EN 1993-1-2: Požarno odporno projektiranje

jeklenih konstrukcij• SIST EN 1994-1-2: Požarno odporno projektiranje

sovprežnih konstrukcij• SIST EN 1995-1-2: Požarno odporno projektiranje

l ih k t k ijlesenih konstrukcij• SIST EN 1996-1-2: Požarno odporno projektiranje

zidanih konstrukcijzidanih konstrukcij

Evrokod 1 T l t i li iEvrokod 1

T l t i li i– Toplotni vplivi– Toplotni vplivi

Standardna temperatura-, Zunanji požar - & Krivulja ogljiko-vodikovega požara

Podatki niso potrebni

*) Nominalna krivulja Temperatura - čas

- Parametrični požar

Lokaliziran požar Polno razvit požar v sektorju- HESKESTADT Hitrost sproščanja

*) Poenostavljeni požarni modeli

Parametrični požar

θ (x, y, z, t)θ(t) enakomerna po celem

požarnem sektorju

- HASEMIp j

toplotePovršina požaraLastnosti mejnih

elementovelementovPovršina odprtin

Višina stropa

*) Napredni požarni modeli- Dvoconski model

Kombinacija dvoconskega in enoconskega modela- Enoconski model

+

Točna geometrija- Kombinacija dvoconskega in enoconskega modela

- CFD

Evrokod 1 Evrokod 1 – Standardna požarna krivulja– Standardna požarna krivulja

ISO-834 Krivulja (EN1364 -1)

1000

1200θ [°C]

11101006 1049

T = 20 + 345 log (8 t + 1)

ISO krivulja

800

1000 945842

ISO krivulja* Obravnavana mora biti v celotnem požarnem

sektorju, tudi če je požarni sektor ogromen

ISO ISO ISO

400

600

* Nikoli NE PADA Time [min]

ISO ISOISO

ISO ISO

ISO

ISO

ISO

* Ne upošteva faze PRED IZBRUHOM POŽARA* Ni odvisna od POŽARNE OBTEŽBE in

PREZRAČEVALNIH POGOJEV0

200

Nikoli NE PADA [ ]

00 30 60 90 120 180

Naravni požar in krivulja t d d ž

Naravni požar in krivulja t d d žstandardnega požarastandardnega požara

TemperaturaPred izbruhom

Po izbruhu 1000-1200°C

Izbruh požara

Krivulja naravnega požara

ISO834 krivulja standardnega požara

ČasOhlajanje ….Vžig - Tlenje Segrevanje

Evrokod 1 – Naravni požar: Evrokod 1 – Naravni požar:

D d t k A EN 1991 1 2

parametrične krivuljeparametrične krivuljeTemperatura [°C] Dodatek A v EN 1991-1-2

1000

1100

O = 0.04 m ˝Iso-Curve

Temperatura [ C]

700

800

900 O = 0.06 m ˝O = 0.10 m ˝O = 0.14 m ˝

500

600

700 O = 0.20 m ˝

Za dane vrednosti b, qfd, At & Af

300

400

0

100

200

time [min]0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Evrokod 1 : Gostota požarne obremenitveEvrokod 1 : Gostota požarne obremenitvepožarne obremenitvepožarne obremenitve

Raba Hitrost širjenja

požara

RHRf[kW/m²]Požarna obtežba q

f k80% fraktila

požara f,k[MJ/m²]

Stanovanja srednja 250 948Bolnišnice (sobe) srednja 250 280Bolnišnice (sobe) srednja 250 280Hoteli (sobe) srednja 250 377Knjižnice hitra 500 1824Pisarne srednja 250 511Šole srednja 250 347Nakupovalna središča hitra 250 730Nakupovalna središča hitra 250 730Dvorane (kino) hitra 500 365Transport (javni prostori) počasi 250 122

Gostota požarne bt žb

Gostota požarne bt žbobtežbeobtežbe

Nevarnost nastanka požara

Talna površina sektorjaAf [m²]

1 1025

δq1

0 78

Nevarnost nastanka požara

δq2Primeri rabe

Umetniške galerije, muzeji,Plavalni bazeni

1,90

2 00

1,50

1,1025250

2500

5000

0,781,001,221 44

Plavalni bazeni

Stanovanja, hoteli, pisarneTovarne za proizvodnjo strojev& motorjevKemični laboratoriji,B k d l i2,00

2,13

5000

10000

1,44

1,66

Barvarske delavniceTovarne pirotehničnih izdelkovali barv

Funkcija aktivnih ukrepov za preprečevanje požaraδni kfidf qmq 21 .... ∏= δδδAvtomatski

vodniNeodvisnapreskrba

Avtomatskozaznavanje

ž i

Avtomatskapovezava

l

Avtomatsko preprečevanje požara

Avtomatsko zaznavanjepožara

Lastnagasilska

Zunanjagasilska

Varneinterven-

Gasilnipripomočki

Sistemza odvod

Ročno preprečevanje požarakfniqqdf qmq ,21, .... ∏δδδ

vodnigasilnisistem

(sprinkler)

preskrbaz vodo požara in

alarmiranjeToplota Dim

alarma zgasilsko

enoto0 1 2

δ n1 δ n2 δ n3 δ n4 δ n5

gasilskaenota

gasilskaenota cijske

poti

pripomočki za odvoddima

δn10δ n6 δn7 δ n8 δn9

0,61 0,87 or 0,73 0,871,0 0,87 0,7 0,61 or 0,780,9 or 1

1,51,0

1,51,0

1,5

Napredni požarni modeli: OOZONE

Napredni požarni modeli: OOZONEOOZONEOOZONE

Vpliv aktivnih požarnih ukrepov

900

1000= 291,2 m²AfPisarne :

= 511 MJ/m²qf,k;Požarna obtežbaO.F. = 0,04 m½

700

800

C]

Brez aktivnih požarnih ukrepov

Zunanja gasilska enota

Avtomatsko zaznavanje požara& alarm ob dimu

400

500

600

a pl

inov

[°C & alarm ob dimu

Avtomatska povezava alarma zgasilsko enotoAvtomatski sistem za vodno gašenje požaraProjektna požarna obtežba

[ MJ/m² ]q 625 356 310 189

200

300

mpe

ratu

ra [ MJ/m² ]q f,d625 356 310 189

0

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Čas [min]

Tem

k,fi

niq1d,f qmq ∏δδδ= q2

Čas [min]

Evrokod 1 požarni scenariji– požarni scenariji

• običajno požar le v enem požarnem sektorjuj p p j• obravnavani so trije različni požari (parametrične

krivulje)požar v celotnem požarnem sektorju– požar v celotnem požarnem sektorju

– vpliv požara iz požarnega sektorja na zunanje elemente

– lokalizirani požar (predvsem za velike požarne sektorje kjer jelokalizirani požar (predvsem za velike požarne sektorje, kjer je razvoj polnega požara malo verjeten)

Odziv konstrukcije v i ž

Odziv konstrukcije v i ž

N šč j t t t l t t j + i b

primeru požaraprimeru požara

Naraščanje temperature toplotno raztezanje + izgubatogosti ter nosilnosti dodatno deformiranjekonstrukcije ⇒ izguba globalne stabilnosti

t = 0 θ = 20°C 16 min θ = 620°Ct = 0 θ = 20 C 16 min θ = 620 C

22 min θ = 720°C 31 min θ = 850°C

Določitev mehanskega d i k t k ij

Določitev mehanskega d i k t k ijodziva konstrukcij v primeru požara

odziva konstrukcij v primeru požara

Namenopis obnašanja konstrukcije v primeru požara

PNačini

Požarni testi Projektiranje

Poves NosilnostP

St d d i žP

Standardni požarČas Čas

Osnovne značilnosti mehanskega odziva jeklenih

Osnovne značilnosti mehanskega odziva jeklenihmehanskega odziva jeklenih

konstrukcijmehanskega odziva jeklenih

konstrukcijMehanski vplivi pri požarni obtežni situaciji

posebna obtežna kombinacija (nezgodna)

Mehanske lastnosti materiala pri povišani temperaturip

togost in nosilnost padata z višanjem temperature

Metode analizeMetode analizerazlični pristopipodročja uporabe

Posebna obravnava določenih delov konstrukcijej

konstrukcijski detajli, spoji, itd

Evrokod 0 – projektno stanje za požar

P ž j d j kt t j• Požar je nezgodno projektno stanje –obtežba zmanjšana za ≈ 1/3

– "Gk" + "Ad" + "Ψ1,1 Qk,1" + "Ψ2,i Qk,i“

– Gk karakteristična vrednost stalnih vplivovA projektna vrednost nezgodnega vpliva– Ad projektna vrednost nezgodnega vpliva

– Qk,1 karakteristična vrednost prevladujočega spremenljivega vpliva (v stavbah običajno koristna obtežba)obtežba)

– Qk,i karakteristična vrednost ostalih spremenljivih vplivov (veter in sneg se ponavadi ne upoštevata)

– Ψ1,1, Ψ2,i kombinacijski koeficienti (EN 1990)

Evrokod 3 : Mehanske lastnosti konstrukcijskih jekel pri

Evrokod 3 : Mehanske lastnosti konstrukcijskih jekel pri j j p

povišani temperaturi j j p

povišani temperaturi

Normiran diagram σ−ε% vrednosti pri 20oCfy, E

20°C 200°C 400°C

500°C0.81100

80

Efektivna napetost t č j f

600°C

700°C0.40.660

40

tečenja fy

Elastični 700 C800°C

00.2

0 5 10 15 200 300 600 900 1200

20Elastični modul

Deformacija (%)

elastični modul: 70% napetost tečenja: 50%

Temperatura (°C)

elastični modul: 70% redukcija pri 600°C

napetost tečenja: 50% redukcija pri 600°C

Evrokod 2 : Mehanske lastnosti b t i iš i t t iEvrokod 2 : Mehanske lastnosti b t i iš i t t ibetona pri povišani temperaturibetona pri povišani temperaturi

20°CNormiran diagram σ−ε

1 0Def. (%)% vrednosti pri 20oC

Tlačna trdnost

6 20 C200°C

400°C

1.0

0.8Def. εcu primaksimalni

trdnosti

6

5

4

100

600°C0.6

0 4

trdnosti

Beton

4

350

800°C

0.4

0.2normalne teže

2

1

50

Deformacija(%) ε1 2 3 4

0

Temperatura (°C)

0400 800 1200

Tlačna trdnost: 50% redukcija pri 600°C

j ( ) εcu

p ( )

Primerjava relativne požarne odpornosti posameznihodpornosti posameznih

gradbenih materialov

1JekloBeton - silicijev agregat

0 6

0,8

kcije

Beton - apnenčev agregat

Les - tlakLes - nateg

0,4

0,6

akto

r red

u

0,2

Fa

00 200 400 600 800 1000 1200

Temperatura [°C]

Evrokod 3 in Evrokod 4 : Toplotno raztezanje

Evrokod 3 in Evrokod 4 : Toplotno raztezanjeToplotno raztezanje

jekla in betonaToplotno raztezanje

jekla in betona

20 ΔL/L (x103)

15

20

Običajni beton

ΔL/L (x103)

10 Jeklo

5

00 200 400 600 800 1000 1200

temperatura (°C)

Evrokod 3 in Evrokod 4 :T l t d t

Evrokod 3 in Evrokod 4 :T l t d tToplotna prevodnost

jekla in betonaToplotna prevodnost

jekla in betona

mK

]50

60tλ

[W/m

40

50

jeklo

evod

nost

20

30jeklo

plot

na p

re

10

20

beton

Top

00 200 400 600 800 1000 1200

beton

temperatura [°C]

Evrokod 3 in Evrokod 4 :Toplotna kapaciteta

Evrokod 3 in Evrokod 4 :Toplotna kapacitetaToplotna kapaciteta

jekla in betonaToplotna kapaciteta

jekla in betona

sprememba faze

9K]

789

[MJ/

m3 K

vlaga

456

apac

iteta

jeklo

234

plot

na k

a beton

01

0 200 400 600 800 1000 1200

Top

200 400 600 800 1000 1200temperatura [oC]

Nosilnost v fazi ohlajevanjaNosilnost v fazi ohlajevanjaNosilnost v fazi ohlajevanjaNosilnost v fazi ohlajevanja

Mehanske lastnosti jekla v fazi ohlajevanja se povrnejo v prvotno stanje Beton v fazi ohlajevanjaBeton v fazi ohlajevanja

θmax

Temperatura betona1.0

Nosilnost

300 fc,θ max0 9 f

20Čast Čas

0

0.9 fc,θ max

t

Primer: če θmax ≥ 300 °Cf θ 20°C = 0 9 f θ

Častmax Častmax

fc,θ,20°C 0.9 fc,θ max

Določitev fc,θ: linearna interpolacija za θ med θmax in 20°C

Evrokod : Računske metode za določevanje mehanskega

Evrokod : Računske metode za določevanje mehanskegadoločevanje mehanskega

odziva konstrukcij v požarudoločevanje mehanskega

odziva konstrukcij v požaru

Klasična

Uporaba tabelbetonski, sovprežni, zidani l ti k t k ij Klasična

uporabaelementi konstrukcije

Enostavni računski modelij kl i i ž i l tijekleni in sovprežni elementi konstrukcije (+ ostali)

NaprednoNapredni računski modeli

vse vrste konstrukcij Napredno požarno projektiranje

vse vrste konstrukcijnumerično temelji na:

• metodi končnih elementovmetodi končnih elementov

Analize mehanskega odziva Analize mehanskega odziva konstrukcij v primeru požarakonstrukcij v primeru požara

T ij lič i či i (E k d)Trije različni načini (Evrokod)

globalna analiza konstrukcijekonstrukcije

analiza dela

analiza elementov

konstrukcije

analiza elementov (večinoma kadar

dokazujemo odpornost na t d d i ž )standardni požar)

Analize mehanskega odziva k t k ij i žAnalize mehanskega odziva k t k ij i ž

Analiza elementov Globalna analiza

konstrukcij v primeru požara konstrukcij v primeru požara

konstrukcije

• elementi medsebojno • medsebojni vpliv delov neodvisni

• enostaven postopek• v splošnem za

konstrukcije• vpliv požarnih sektorjev

standardni požar • globalna stabilnost

Uporaba računskih metodUporaba računskih metodToplotni vpliv določen s standardnim

požarom

Analiza Uporaba tabel Enostavni računski

Napredni računskiračunski

modeliračunski modeli

Analiza Daelementa

konstrukcijeISO-834

standardnipožar

Da Da

požarAnaliza dela konstrukcije Ni Da

(vprašanje Dj

primerna (vprašanje veljavnosti)

Da

Globalna Ni Nianaliza konstrukcije

Ni primerna

Niprimerna Da

Uporaba računskih metodUporaba računskih metod

Toplotni vpliv definiran z naravnim

Analiza Uporaba Enostavni Napredni

požarom

Analiza Uporaba tabel računski

modeliračunski modeli

Analiza Ni DaAnaliza elementa

konstrukcije

Ni primerna

Da(vprašanje veljavnosti)

Da

Analiza dela konstrukcije Ni

primernaNi

primerna Daprimerna primerna

Globalna analiza

Niprimerna

Ni primerna Da

konstrukcijep primerna

Evrokod 2 – Betonske konstrukcije

U b t b l lič l tUporaba tabel za različne elemente – stebri, – stene– stene,– nosilci, – plošče, p– elementi iz betona visoke trdnosti.

V odvisnosti od zahtevane požarne nosilnosti (R) d i i l di ij č(R) so podane minimalne dimenzije prečnega prereza in minimalne dovoljene osne razdalje armature od zunanje površine Pri stebrih staarmature od zunanje površine. Pri stebrih sta parametra tudi nivo osne sile in stopnja armiranja.

Evrokod 2 – tabela za stebre

Minimalne dimenzije stebra in osnihstebra in osnih razdalj za AB stebre pravokotnega p gali krožnega prereza

Evrokod 2 – računske metode

Poenostavljena računska metoda za elemente (nominalni in naravni požar), ki temelji na dveh t t ih htemperaturnih conah– zunanja (θ ≥ 500oC) – beton ne nosi nič– notranja (θ ≤ 500oC) – beton nosi polno

500ϑ ≤ °500ϑ ≤

500ϑ > °500ϑ >

R30 R60

R90

Izoterme 500°C Reducirani prerez za R 60

Evrokod 2 – računske metode

• napredne numerične simulacije (podani samo osnovni principi in podatki za mehanske lastnosti betona pri povišani temperaturi)

Evrokod 2 – spallingEvrokod 2 – spalling

• luščenje betona zaradi nastanka pare v betonu med požarom (spalling).

bič j i b t l šč j j i i č k t 3% l i b t– običajni beton: luščenje se pojavi pri več kot 3% vlagi betona (dodatna kontrola ob upoštevanju reduciranega prereza –luščenje betona). Pri razdaljah armature od površine elementa, večjih od 7 cm, je potrebno vgraditi dodatno površinsko armaturno mrežo.

– betoni visoke trdnosti: za preprečevanje luščenja betona sobetoni visoke trdnosti: za preprečevanje luščenja betona so predpisani posebni ukrepi.

Evrokod 3 – Jeklene konstrukcije

Poenostavljena računska metoda za elemente in nepomične okvire (za standardno požarno krivuljo)

račun notranjih sil in pomikov pri sobni temperaturi

Efi.d ≤ Rfi.d.tfi.d fi.d.t

Rfi.d.t = nosilnost pri povišani temperaturi (zmanjšana)fi.d.t p p p ( j )Efi,d = zmanjšana obtežba (nezgodno projektno

stanje)

Razvoj temperature v jeklenih profilih

Razvoj temperature v jeklenih profilihjeklenih profilihjeklenih profilih

[o C]

[o C]

900

1000Standardna krivulja

pera

tura

pera

tura

600

700

800 A/V= 50 [m-1]

A/V = 100 [m-1]

tem

tem

300

400

500

600Series1Series6Series7Series8Series5A/V = 250 [m-1]

100

200

300 Series5Poly. (Series5)

A/V = 100 [m-1] + izolacija

00 20 40 60 80 čas [min]čas [min]

Evrokod 3 : Faktor prereza j kl ih fil

Evrokod 3 : Faktor prereza j kl ih filjeklenih profilovjeklenih profilov

nezaščiten jeklen profil zaščiten jeklen profil

Definicija: razmerje med “površino” skozi katero se prenaša toplota v jekleni element in “volumnom jeklenega elementa”

Faktor prereza (A/V)N ič d tFaktor prereza (A/V)N ič d tNumerična vrednostNumerična vrednost

IPE100 387 300 334 247HE280A 165 113 136 84HE320B 110 77 91 58

Opomba: območje: ≈ 50 - 400 [m-1]p j [ ]

Evrokod 3 : Temperatura v jeklenih elementih (standardni požar)

800

1000

1250

15002000Ap/V λp/dp800

40 20 15100 2530 12.560200 10Am/V

( p )

600

700

600

700

800

1000

600

700

400

500

tura

(stC

)

350

400

500

400

500

tura

(stC

)tu

ra (°

C)

tura

(°C

)

300

400

tem

pera

t

250

150

200

300

300

00

tem

pera

tte

mpe

rat

tem

pera

t100

200

150

100

100

200

00 15 30 45 60 75 90 105 120 135

t (min)

00 15 30 45 60 75 90 105 120 135

t (min)t (min) t (min)t (min) t (min)

neizolirani elementi izolirani elementi

Testi :Zaščiteni jekleni elementi

Testi :Zaščiteni jekleni elementiZaščiteni jekleni elementiZaščiteni jekleni elementi

• Cilj: izolacijske karakteristike požarno šči ih j kl ih lzaščitenih jeklenih elementov

• Problem: sprijemljivost ali pritrjevanjeR f EN 13381 4• Referenca: EN 13381-4

nosilec pred požarnim testom nosilec po požarnem testu

Sistemi požarne izolacijeMožnosti

Sistemi požarne izolacijeMožnostiMožnostiMožnosti

Pl šč• Plošče• Mineralni obrizgi• Ekpanzijski premazi (intumescentni)Ekpanzijski premazi (intumescentni)

• Toplotno odporni paneliza zaščito horizontalnih elementov ( stropne konstrukcije)– za zaščito horizontalnih elementov ( stropne konstrukcije)(EN 13381-1)

– za zaščito vertikalnih elementov ( požarni zid)(EN 13381-2)(EN 13381-2)

Evrokod 3 (Evrokod 4) : Enostavni računski modeli

Evrokod 3 (Evrokod 4) : Enostavni računski modeliEnostavni računski modeli

(jekleni in sovprežni elementi)Enostavni računski modeli

(jekleni in sovprežni elementi)

Nosilci (jekleni ali sovprežni) Stebri

Evrokod 3 – prikaz izračuna

Nf y,20

fi.Ed

N

f y,20fi.Ed

TPLINI

JEKLO

kϕ,ϑTPLINI

JEKLO

kϕ,ϑ

1.0

TR

Am

V

JEKLO

R60

TR

Am

V

JEKLO

R60

tR = 60 min0

k ϕ,ϑ

,

tR = 60 min0

k ϕ,ϑ

,0

0 t [min]

00 TTR60

00 t [min]

00 TTR60

N ≤ N = k f Aγ / γ Nfi,Ed ≤ Nfi,θ,Rd = kθfy,20 AγM0/ γMfi

Evrokod 3 – računski pristopi

lu = 0.7×h

Am = OxL

V = AxLlu = 0.5×h

Uklonske dolžine v nepomičnih okvirih Faktor prereza Am/Vp p m

-Napredne numerične simulacije – podani so samo osnovni principi.Metoda se E ropi spešno porablja a racionalno projektiranjeMetoda se v Evropi uspešno uporablja za racionalno projektiranjejeklenih konstrukcij.

Evrokod 4 – Sovprežne konstrukcije

Evrokod 4 – območje uporabe

Dimenzioniranje s tabelami:• sovprežni nosilci z delno obbetoniranimi jeklenimi nosilci• obbetonirani sovprežni stebri• delno obbetonirani sovprežni stebri• sovprežni stebri iz votlih profilov, napolnjeni z betonomPoenostavljena računska metoda:• sovprežni stropovi na profilirani pločevini• sovprežni nosilci• sovprežni nosilci z delno obbetoniranimi jeklenimi nosilci• sovprežni stebri

Uporaba tabel ( ž i l ti)

Uporaba tabel ( ž i l ti)(sovprežni elementi)(sovprežni elementi)

SovprežniSovprežninosilci

Sovprežni stebri

PloščaPlošča

Beton (izolacija)

Uporaba tabel -bistveni parametri

Uporaba tabel -bistveni parametri-bistveni parametri

-(sovprežni stebri – SIST EN 1994-1-2)-bistveni parametri

-(sovprežni stebri – SIST EN 1994-1-2)

Standardna

c Ase f

A h

Standardna požarna

požarna odpornost

c As

usu s

we b

h

R30 R60 R90 R120

podpornost

Nivo obtežbe

Minimalno razmerje debelin stojine in pasnice ew/ef 0,5

1 Minimalne dimenzije prečnega prereza za nivo obtežbe ηfi,t ≤ 0,28

1.11.21.3

minimalne dimezije h in b [mm] minimalna razdalja armaturnih palic us [mm] minimalno stopnja armiranja As/(Ac+As) v %

160- -

200 50 4

30050 3

40070 4

Dimenzije prečnega prereza

2 Minimalne dimenzije prečnega prereza za nivo obtežbe ηfi,t ≤ 0,47

2.12.22.3

minimalne dimezije h in b [mm] minimalna razdalja armaturnih palic us [mm] minimalno stopnja armiranja As/(Ac+As) v %

160- -

300 50 4

40070 4

- - -

3 Minimalne dimenzije prečnega prereza za nivo obtežbe ηfi t ≤ 0,66

prereza

K i l j

Armatura3 Minimalne dimenzije prečnega prereza za nivo obtežbe ηfi,t ,

3.13.23.3

minimalne dimezije h in b [mm] minimalna razdalja armaturnih palic us [mm] minimalno stopnja armiranja As/(Ac+As) v %

16040 1

400 70 4

- - -

- - -

Krovni sloj betona

Evrokod 4 – tabela za sovprežne nosilce

Najmanjše dovoljene robne razdalje armature od roba prereza

Evrokod 4 tabele za uklon stebrov– tabele za uklon stebrov

Enostavni računski model( ž i il )

Enostavni računski model( ž i il )(sovprežni nosilec)(sovprežni nosilec)

Čepi

S1Betonska plošča

Jeklen profilS

Prerez S1

S1

F+

-

+D+

Fc

Razporeditev Razporeditev Geometrija

Ft+

Upogibna

+ +

pnapetosti

ptemperature

jprereza

p gnosilnost

DFM tRd,fi×= +

+

+

Sovprežni strop :Sovprežni strop :toplotni odziv armaturetoplotni odziv armature

tlačni del betonske plošče (20 °C)

z

uu3u2

Temperatura ojačilne armature ima velik vpliv na M+

p Θ

u1

ima velik vpliv na M p,ΘΘr = Θr (u1 , A/O, l3, z ..)z = z(u1, u2,u3)

Enostavni računski model Enostavni računski model (sovprežni steber)(sovprežni steber)

PZAai 1.0

χ(λθ)

LfiYAcj

A

0.5

Efektiven prerez

Ask0

λθUstrezna p

Uklonska nosilnost: N = χ(λ ) N

uklonska krivulja

Uklonska nosilnost: Nfi.Rd = χ(λθ) Nfi.pl.Rd

χ(λθ) ⇐ nosilnost in togost efektivnega prereza +uklonska dolžina stebra Lfi

Napredni računski model Napredni računski model (sovprežni nosilec z odprtinami)(sovprežni nosilec z odprtinami)

Porušni mehanizem -test

200

250

300

mm

) TestSimulacija

50

100

150

Pom

ik(m Simulacija

0

50

0 20 40 60 80 100 120 140Čas (min)

P

Porušni mehanizem –računska simulacija

Simulacija vs. test

Globalna analiza konstrukcij:Napredno požarnovarno projektiranje

Globalna analiza konstrukcij:Napredno požarnovarno projektiranjeNapredno požarnovarno projektiranjeNapredno požarnovarno projektiranje

Splošna pravila

obvezna uporaba naprednih računskih modelovuporaba ustreznega računskegauporaba ustreznega računskega modeladejanski robni pogojiobtežbaustrezni materialni modelvpliv delov konstrukcije, ki niso zajetivpliv delov konstrukcije, ki niso zajeti v analizianaliza rezultatov in kontrola kriterijev porušitve

čiti j t b b ti k t k ij ki ipreučiti je potrebno posebnosti konstrukcije, ki niso zajete direktno v analizi (konsistenca med numeričnim modelom in konstrukcijskimi detajli)

Globalna analiza konstrukcijGlobalna analiza konstrukcij

Uporaba pri naprednih računskih modelih

jj

p p p

zahteve za materialne modele

• sestavljene deformacijesestavljene deformacije• kinematični materialni model utrjevanja• nosilnost v fazi ohlajanja

iterativno reševanje

kontrola možnih porušitev, ki niso direktno zajete v janalizi

• pretrg armature zaradi prekomernih deformacij• razpokanje in drobljenje betona• lokalno izbočenje (linijski končni elementi)

Analiza sovprežne stropne plošče

Analiza sovprežne stropne ploščestropne ploščestropne plošče

Čas (min)

-400 0 15 30 45 60 75

Čas (min)

k(m

m)

160-120-80

t.po

mik

-200-160

Vert

Test3D model

60m)Test

2D model40

60

mik

(mm

0

20

0 20 40 60 80oriz

. pom

0 20 40 60 80Čas (min)H

o

3D računski model

SklepSklep

• Predpisi in standardi s področja požarne varnosti stavb tvorijo dokaj konsistenten sistem, ki omogoča kakovostno analizo požarne odpornosti nosilnihkakovostno analizo požarne odpornosti nosilnih gradbenih konstrukcij

• Projektanti – statiki morajo za uspešno delo na tem področju pridobiti dodatna znanja (tečaji, univerzitetno pod očju p dob doda a a ja ( ečaj , u e e oizobraževanje) in sodelovati s strokovnjaki za požarno inženirstvo

• Potrebna jasna razmejitev odgovornosti