Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Projektowanie konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe według Eurokodów

Bezpieczeństwo pożarowe | Klasa odporności ogniowej | Konstrukcje stalowe | Warunki pożarowe | Ochrona przeciwpożarowa
Projektowanie konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe według Eurokodów | Steel construction design due to fire conditions specified in the Eurocodes
Projektowanie konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe według Eurokodów | Steel construction design due to fire conditions specified in the Eurocodes
Archiwum autora

W ocenie niezawodności konstrukcji, podczas analizy stanu granicznego nośności należy badać nie tylko kryteria bezpieczeństwa związane z wytrzymałością w trakcie normalnej eksploatacji, lecz także kryteria odporności ogniowej.

Bezpieczeństwo pożarowe jest wymogiem podstawowym, który zgodnie z Eurokodami [1–8] musi być spełniony przez obiekt budowlany. Głównym celem ochrony przeciwpożarowej budowli jest ograniczenie ryzyka pożaru z poszanowaniem jednostki i społeczeństwa, sąsiadującego mienia, a także, jeśli jest to wymagane, środowiska lub mienia bezpośrednio poddanego oddziaływaniu pożaru.

Obiekty budowlane powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w przypadku pożaru:

  • nośność konstrukcji mogła być zapewniona przez założony czas,
  • powstanie i rozpowszechnianie się ognia i dymu w obiektach było ograniczone,
  • rozprzestrzenianie się ognia na sąsiednie obiekty było zminimalizowane,
  • mieszkańcy mogli opuścić obiekt lub być uratowani w inny sposób,
  • było uwzględnione bezpieczeństwo ekip ratowniczych.

Zawartość Eurokodów

Eurokody [1–8] zawierają postanowienia dotyczące oceny niezawodności, oddziaływań i projektowania konstrukcji w warunkach pożaru. Eurokody konstrukcyjne [3–8] są to normy powiązane z ich częściami 1-1 (dotyczącymi projektowania w warunkach normalnych) i dotyczą projektowania w warunkach pożaru konstrukcji: betonowych [3], stalowych [4], zespolonych stalowo-betonowych [5], drewnianych [6], murowych [7] i aluminiowych [8].

Warto przeczytać: Konstrukcje betonowe i murowe – projektowanie z uwagi na warunki pożarowe według eurokodów

Przed ich wprowadzeniem do zbioru polskich norm brak było podobnych norm krajowych PN-B dotyczących projektowania konstrukcji w warunkach pożaru. Tym też częściowo należy tłumaczyć, że często w krajowej praktyce projektowej bezpieczeństwo pożarowe nie jest właściwie uwzględniane.

Odnotowywane liczne przypadki pożarów budowli i związane z nimi duże straty materialne świadczą o stosunkowo małej wiedzy projektantów dotyczącej strategii oraz inżynierii pożarowej.

Eurokody [1–8] oferują obecnie wiele metod obliczeniowych. Umożliwiają one projektowanie według metody tradycyjnej lub metod opartych na właściwościach, zgodnie z inżynierią bezpieczeństwa pożarowego. Metody oparte na właściwościach wymagają na ogół bardziej złożonej analizy obliczeniowej i pozwalają na dokładniejsze spełnienie celów zabezpieczenia pożarowego.

Określanie odporności ogniowej

ABSTRAKT

W artykule przedstawiono zagadnienia projektowania konstrukcji stalowych w sytuacji pożarowej według Eurokodu PN-EN 1993­‑1­‑2:2007. Omówiono przegląd aktualnych metod obliczeniowych stosowanych do oceny bezpieczeństwa, analizy wytężenia i nośności konstrukcji w warunkach pożaru. Podano założenia i procedury obliczeniowe oceny ognioodporności konstrukcji stalowych metodą temperatury krytycznej oraz według metody nośności.

The article presents the issues of designing steel constructions for fire situations, according to Eurocode PN-EN 1993-1-2:2007. It also presents an overview of current computation methods used to assess safety and to analyse effort and bearing capacity of constructions during fire conditions. Finally, the article provides guidelines and computation routines to assess the fire resistance of steel constructions, using critical temperature and bearing capacity methods.

Ognioodporność wyrażana jest jako czas, w którym element obiektu budowlanego (nośny lub/i osłonowy) może wytrzymać działanie ognia bez utraty swojej funkcji (elementu nośnego lub/i elementu oddzielającego). Klasyfikuje się ją za pomocą następujących kryteriów:

  • nośności R (fire resistance), która jest wytrzymałością elementu nośnego na działanie ognia podczas trwania pożaru, bez utraty stateczności konstrukcyjnej,
  • izolacyjności I (fire isolation), będącej zdolnością elementu oddzielającego poddanego działaniu ognia z jednej strony do ograniczenia wzrostu temperatury powierzchni nieosłoniętych poniżej określonych wartości granicznych wynoszących 140°C (średnio) i 180°C (maksymalnie) w celu zapobieżenia zapłonowi na powierzchniach przyległych,
  • szczelności E (fire étachéité), która jest zdolnością elementu oddzielającego poddanego działaniu ognia z jednej strony do ograniczenia powstania szczelin o znacznych rozmiarach, w celu zapobieżenia przenikaniu gorących gazów i rozprzestrzeniania ognia na przyległe pomieszczenia.

Stan graniczny nośności ogniowej R dotyczy wyczerpania wytrzymałości elementu, czyli zdolności przenoszenia przyłożonych do niego obciążeń. Stany graniczne ogniowej izolacyjności I oraz szczelności E dotyczą głównie elementów stanowiących przegrody budynków (ścian i stropów), zwłaszcza tych, które ograniczają strefy pożarowe.

Wyczerpanie izolacyjności I oraz szczelności E ułatwia rozprzestrzenianie się pożaru w sąsiedztwie strefy pożarowej. Należy zauważyć, że nośność R jest wymagana w przypadku wszystkich elementów nośnych konstrukcji. Natomiast wymagania izolacyjności I oraz szczelność E dotyczą elementów oddzielających, takich jak płyty stropowe i ściany, stanowiących granice stref ogniowych.

Odporność ogniową elementów konstrukcyjnych tfi,d mierzy się czasem wyrażonym w minutach, który upływa od rozgorzenia pożaru do momentu osiągnięcia jednego z wymienionych stanów granicznych. Dlatego w przepisach przeciwpożarowych, zależnie od klasy użytkowej budynku, wymagania odporności ogniowej jego elementów wynoszą: 15 min (R 15), 30 min (R 30), 60 min (R 60), 120 min (R 120) lub 240 min (R 240).

Powinna ona być zawsze co najmniej równa odpowiednim wartościom tfi,d,req wymaganym przez krajowe przepisy przeciwpożarowe. Zestaw takich wymagań jednoznacznie określonych dla wszystkich części ustroju nośnego i jego wypełnienia charakteryzuje klasę odporności pożarowej przypisaną do całego budynku.

Zobacz też: Czynne i bierne zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji stalowych

Wymagania dotyczące odporności pożarowej budynku zależą głównie od jego rodzaju oraz przeznaczenia i określono je w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [10].

Zasady ustalania oddziaływań w warunkach pożaru

W normie PN-EN 1991-1-2:2006 [2] podano ogólne zasady projektowania konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe w aspekcie oddziaływań.

Obejmuje ono następujące etapy:

  • wybór właściwych scenariuszy pożarowych,
  • ustalenie odpowiadających im modeli pożarów obliczeniowych,
  • obliczenie przebiegu temperatury w elementach konstrukcyjnych,
  • obliczenie mechanicznego zachowania się konstrukcji poddanej oddziaływaniu termicznemu podczas pożaru.

Scenariusz pożarowy powinien uwzględniać zachowanie się całej konstrukcji, jej podzespołu lub elementu w warunkach pożaru, a także uwzględniać model zmiany temperatury wewnątrz obiektu. W jego identyfikacji należy brać pod uwagę czynniki wpływające na przebieg pożaru, np. rodzaj materiałów wypełniających, izolujących czy wyposażenia obiektu.

Modele pożarów obliczeniowych zależą od przyjętych scenariuszy pożarowych. W zależności od możliwości rozgorzenia pożaru stosuje się modele:

  • pożaru lokalnego, gdy rozgorzenie jest mało prawdopodobne, w których przyjmuje się nierównomierny rozkład temperatury w funkcji czasu,
  • pożaru strefowego, w którym przyjmowany jest równomierny rozkład temperatury w funkcji czasu,
  • zaawansowane modele pożaru, w których uwzględniane są fizyczne właściwości gazu, a także wymiana masy i energii podczas procesu.

W analizie konstrukcji oddziaływania termiczne określane są strumieniem ciepła netto na powierzchnie elementu, będący sumą strumieni konwekcyjnego i radiacyjnego. Temperaturę gazu przy spalaniu przyjmuje się na podstawie: nominalnych krzywych „temperatura – czas” lub parametrycznych krzywych „temperatura – czas”.

W przypadku krzywych nominalnych rozróżnia się krzywą standardową „temperatura – czas” (przyjęto, że temperatura jest funkcją niemalejącą czasu jak dla pożaru rozwiniętego), krzywą pożaru zewnętrznego oraz krzywą węglowodorową (RYS. 1).

Metody projektowania konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe według Eurokodów

Zgodnie z postanowieniami Eurokodów budynki z uwagi na warunki pożarowe można projektować za pomocą metody tradycyjnej lub metody opartej na właściwościach.

Procedura projektowania sposobem tradycyjnym jest oparta na analizie oddziaływań termicznych wywołanych pożarem standardowym [2] (RYS. 1), opisanym gęstością strumienia ciepła działającego na elementy konstrukcji.

W procedurze obliczeniowej opartej na właściwościach uwzględnia się cechy użytkowe pomieszczeń i analizuje się oddziaływanie termiczne konstrukcji na podstawie przesłanek o podłożu fizycznym.

Wówczas można badać zachowanie się podczas pożaru: elementu, podzespołu konstrukcji lub całego ustroju nośnego budynku i posługiwać się w tym celu danymi tabelarycznymi lub prostymi albo zaawansowanymi modelami obliczeniowymi.

W przypadku izolowanych elementów lub części konstrukcji wykorzystuje się głównie dane tabelaryczne i proste modele obliczeniowe. Zaawansowane modele obliczeniowe są natomiast stosowane w ocenie bezpieczeństwa pożarowego całych konstrukcji.

Metodę tradycyjną wykorzystuje się najczęściej w celu spełnienia standardowych wymagań dotyczących ognioodporności, określonych w przepisach przeciwpożarowych. Stosuje się ją zwykle w projektowaniu stosunkowo prostych budynków, gdy wymagany poziom bezpieczeństwa jest relatywnie łatwy do osiągnięcia i wdrożenia.

Przeczytaj: Bezpieczeństwo pożarowe ścian zewnętrznych budynków

Zadaniem projektanta jest taki dobór środków ochrony przeciwpożarowej, w szczególności paramentów izolacji termicznej chroniącej konstrukcję przed działaniem ognia, by uzyskać zadowalającą (wyższą od wymaganej) jej ognioodporność.

Metoda tradycyjna ogranicza się do prostego wyboru środków ognioizolujących (jedynie na podstawie dostępnych ofert materiałów w tym zakresie). Wówczas nie przeprowadza się żadnej dodatkowej analizy obliczeniowej oceniającej zachowanie się elementu w pożarze.

W tym wypadku producent wyrobu ogniochronnego niejako gwarantuje, że zastosowanie danego typu izolacji (o odpowiednich parametrach, np. grubości) umożliwia uzyskanie żądanej ognioodporności.

Rezultat takiego postępowania nie zawsze jednak można uznać za wiarygodny, gdyż nie uwzględnia się np. swobody odkształceń termicznych – stopnia „skrępowania” elementu.

Ponadto w wielu przypadkach taki sposób projektowania może być zbyt zachowawczy, ponieważ w celu zapewnienia wymaganej ognioodporności budowli wymaga on zastosowania istotnej (kosztochłonnej) biernej ochrony przeciwpożarowej.

Dlatego zbliżoną do obiektywnej ocenę ognioodporności budowli można uzyskać na podstawie jej odrębnej analizy termiczno-statyczno-wytrzymałościowej (według metody opartej na właściwościach).

Metoda oparta na właściwościach uwzględnia intensywność oddziaływania pożaru przez odpowiednie oszacowanie rzeczywistych obciążeń ogniowych i parametrów rozwoju pożaru, które można obliczyć na podstawie funkcji i sposobu użytkowania budynku [2]. Daje ona elastyczność w wyborze rozwiązań technicznych spełniających wymagania ognioodporności budowli, ale zazwyczaj wymaga użycia zaawansowanych narzędzi projektowych.

Projektanci stosujący te zaawansowane modele obliczeniowe muszą być odpowiednio wyszkoleni w zakresie ich stosowania i ograniczeń. Inżynieria bezpieczeństwa pożarowego umożliwia wysoce efektywne projektowanie z niewielką rezerwą nośności. Dlatego w tym przypadku niezbędne są wysokie kwalifikacje projektanta (gwarantujące, że w opracowaniu projektu zastosowano odpowiednie modele).

W niektórych krajach Unii Europejskiej przepisy przeciwpożarowe wymagają, aby projekt z uwagi na warunki pożarowe był weryfikowany przez osobę trzecią.

Właściwości pożarowe konstrukcji lub jej elementu określane są przez wykonanie (w przypadku badanego scenariusza pożaru) 3 kolejnych kroków obliczeniowych, tzn. analizy modelu:

  • pożaru (ustalenia oddziaływań termicznych),
  • termicznego (określenia szybkości ogrzewania i temperatur elementów konstrukcyjnych),
  • konstrukcyjnego (obliczenia odpowiedzi mechanicznej elementów konstrukcyjnych).

Stosowane metody projektowe oceny właściwości pożarowych konstrukcji obejmują zakres: od prostych obliczeń wykonywanych ręcznie, do korzystania z zaawansowanych programów komputerowych. Ogólna złożoność projektu dotyczącego bezpieczeństwa pożarowego zależy od założeń i metod przyjętych do przewidywania każdego z wymienionych 3 etapów projektowania.

Na podstawie uzyskanych pól temperatury w elementach nośnych i kombinacji oddziaływań w warunkach pożaru można ocenić zachowanie konstrukcji (RYS. 2) za pomocą jednej z 3 możliwych metod, tzn. analizy:

  • elementu – model 1D, w której każdy element nośny (np. pręt) jest oceniony jako całkowicie oddzielony od innych części konstrukcji budynku (warunki połączenia z innymi elementami zastępuje się odpowiednimi warunkami brzegowymi),
  • części konstrukcji – model 2D, w której fragment konstrukcji (np. rama) jest uwzględniony w ocenie (przez zastosowanie odpowiednich warunków brzegowych, tak aby odzwierciedlić jej powiązania z innymi częściami konstrukcji),
  • globalnej konstrukcji – model 3D, w której ocenia się całą konstrukcję budynku (RYS. 3–4).
Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych dotyczących budynków, autor: Krzysztof Pawłowski,oprawa miękka, stron 168, ISSN 2300-3944, numer 2/2013
CZYTAJ OPIS »
PRZEJDŹ
DO KSIĘGARNI »

Stosunkowo prosta i łatwa w zastosowaniu jest analiza elementu (model 1D), zwłaszcza z uproszczonymi metodami obliczeniowymi. Analiza całej konstrukcji (model 3D) lub jej podzespołów (model 2D) uwzględnia łącznie co najmniej kilka elementów konstrukcyjnych, tak aby bezpośrednio wziąć pod uwagę wpływ interakcji między nimi.

W takich analizach można dokładnie uwzględnić przeniesienie obciążenia z podgrzanych (osłabionych) części wewnątrz strefy pożarowej na bardziej wytrzymałe części chłodne poza strefą pożarową. Z tego względu analiza globalna umożliwia znacznie lepsze zrozumienie ogólnego zachowania konstrukcji w warunkach pożaru. Przykład trójwymiarowej analizy globalnej hali o konstrukcji stalowej pokazano na RYS. 3–4.

Podsumowując, należy stwierdzić, że zgodnie z Eurokodami projekt uwzględniający warunki pożarowe budynku można wykonać za pomocą:

  • prostej metody opartej na danych tabelarycznych, np. zamieszczonych w normie PN-EN 1994-1-2:2008 [5], której zapisy stosuje się jedynie w przypadku zespolonych konstrukcji stalowo­‑betonowych.

    Tabele w tej normie dotyczą płyt, belek i słupów, przy założeniu pewnego czasu ognioodporności, ogrzewania według krzywej pożaru nominalnego oraz określonego poziomu obciążenia. Wyznaczono je na podstawie analiz numerycznych i badań doświadczalnych. Te tabele są proste i bezpieczne w zastosowaniu, obejmują jednak tylko ograniczony zakres rodzajów konstrukcji i kształtowników;
  • prostych metod obliczeniowych, które można podzielić na dwie grupy. Pierwsza to metoda temperatury krytycznej. Jest ona powszechnie stosowana w analizie stalowych elementów konstrukcyjnych. W drugiej stosuje się proste modele mechaniczne i przeprowadza się weryfikację nośności konstrukcji.

    Te metody opracowano w celu analizy bezpieczeństwa pożarowego typowych elementów konstrukcyjnych (np. belek, słupów, płyt) zarówno stalowych, jak i zespolonych stalowo-betonowych;
  • zaawansowanych modeli obliczeniowych, które mają zastosowanie w przypadku wszystkich rodzajów konstrukcji i umożliwiają ich realistyczną analizę termiczno-statyczno-wytrzymałościową.

    Wyniki tej analizy są zazwyczaj uzyskiwane w postaci odkształceń konstrukcji podczas całego okresu pożaru. Zaawansowane modele obliczeniowe przeprowadza się MES i korzysta z programów komputerowych.
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 2/2013

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji »


W przypadku gdy temperatura przekroczy temperaturę zeszklenia, wówczas żywica nie jest... ZOBACZ »


Szukasz materiałów budowlanych dobrej jakości?

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Opłacalność paneli fotowoltaicznych - najnowsze informacje i porady »

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

W przyszłym roku nastąpią znaczne podwyżki cen energii elektrycznej, dlatego też warto zastanowić się nad montażem paneli fotowoltaicznych.
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dlaczego hydroizolacja budynków jest tak ważna?

Sprawdzony sposób na przyspieszenie ocieplenia »

W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i izolacja pod płytą fundamentową... czytaj dalej » Jakiego produktu użyć, by aplikacja była łatwa, efektywność większa, a tempo pracy ekspresowe? czytaj dalej »

Jak mocować elewacje wentylowane?


Jak w realnych warunkach zachowują się różne systemy mocowań elewacji wentylowanych? ZOBACZ »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.