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
Ciąg dalszy artykułu...

Projektowanie konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe

W projektowaniu konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe stosuje się zapisy normy PN-EN 1993-1-2:2007 [4].
Na RYS. 5 przedstawiono ogólne zachowania się stalowego elementu konstrukcyjnego pod wpływem pożaru standardowego oraz występujących oddziaływań. Gdy temperatura gazu θg wzrasta, temperatura elementu stalowego θa,t zwiększa się, a jego nośność Rfi,d,t maleje.

Zgodnie z PN-EN 1993-1-2:2007 [4] konstrukcje stalowe należy projektować w sposób, który pozwoli na zapewnienie jej nośności Rfi,d,t (lub ograniczonego odkształcenia) przez czas tfi,d,req, w którym jest ona narażona na działanie wysokiej temperatury występującej w trakcie pożaru.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »

Efekty oddziaływań na element konstrukcji to siły wewnętrzne (moment zginający, siła podłużna, siła poprzeczna itp.) od oddziaływań (obciążeń, wpływów). W konstrukcji poddanej różnym oddziaływaniom (np. ciężaru własnego, śniegu, wiatru itp.) element jest wytężony obliczeniowymi wartościami efektu oddziaływań Ed. Przy tych samych oddziaływaniach, lecz dodatkowo w sytuacji pożarowej efekty oddziaływań ulegają zmianie i oznaczono je jako Efi,d.

W analizie prostych modeli obliczeniowych ocenę odporności ogniowej konstrukcji można sprawdzać ze wzoru:

Efi,d ≤ Rfi,d,t (1),

gdzie:
Efi,d – obliczeniowy efekt oddziaływań (Mfi,Ed, Nfi,Ed, Vfi,Ed) w sytuacji pożarowej, wyznaczony zgodnie z PN-EN 1991-1-2:2006 [2],
Rfi,d,t – obliczeniowa nośność elementu (Mfi,Rd, Nfi,Rd, Vfi,Rd) części lub całości konstrukcji po czasie t, wyznaczona zgodnie z PN-EN 1993-1-2:2007 [4].

Temperatura krytyczna stalowego elementu θcr (przy danym poziomie jego obciążenia i poddanego równomiernemu rozkładowi oddziaływania temperatury) jest to temperatura, przy której przyjmuje się, że ulega on zniszczeniu. Ognioodporność elementu stalowego (w którym nie występuje lokalna utrata stateczności ścianki przekroju) jest zapewniona po czasie t, jeżeli temperatura stali θa,t nie przekracza jej temperatury krytycznej θcr. Stąd warunek bezpieczeństwa ogniowego opisany jest nierównością:

θa,t ≤ θcr (2).

Zgodnie z PN-EN 1993-1-2:2007 [4] wymagania bezpieczeństwa konstrukcji stalowej są zachowane, gdy w założonym czasie jej ognioodporności tfi,d,req zachodzi jeden z warunków (RYS. 5):

  • nośność elementu jest większa niż efekty oddziaływań; spełniony jest warunek (1),
  • temperatura stali elementu jest niższa od temperatury krytycznej; spełniony jest warunek (2).

Proste metody projektowania konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe

W normie PN-EN 1993-1-2:2007 [4] podano proste modele obliczania nośności stalowych belek i słupów w warunkach pożaru. Są one kompatybilne z zasadami obliczania nośności granicznych w warunkach normalnej temperatury według PN-EN 1993-1-1:2007 [10].

W ich modelach obliczeniowych uwzględnia się zmniejszenie efektów oddziaływań na konstrukcję oraz zmienność właściwości stali w warunkach podwyższonych temperatur. Mogą one być stosowane w ocenie nośności stalowych elementów niezabezpieczonych i zabezpieczonych ogniochronnie oraz chronionych ekranami cieplnymi, wytężonych rozciąganiem, ściskaniem lub/i zginaniem.

Obliczeniowe wartości ich nośności określa się przy założeniu równomiernego rozkładu temperatury w elemencie, przy modyfikacji odpowiednich nośności elementów określanych w normalnej temperaturze według zasad podanych w normie PN-EN 1993-1-1:2007 [9].

Oddziaływanie wysokiej temperatury w czasie pożaru na konstrukcje jest traktowane w normie PN-EN 1990:2004 [1] jako wyjątkowa sytuacja projektowa. W wypadku uproszczonej analizy termiczno-statyczno-wytrzymałościowej skutki oddziaływań w sytuacji pożarowej można określić z pominięciem sił wewnętrznych wywołanych wymuszonymi lub ograniczonymi wydłużeniami czy deformacjami elementów, na podstawie wyników ustalonych w projektowaniu w temperaturze normalnej.

Ze względu na małe prawdopodobieństwo jednoczesnego wystąpienia poważnego pożaru i pełnych obciążeń zewnętrznych (użytkowych, klimatycznych, technologicznych itp.) o wartościach charakterystycznych, efekty oddziaływań w warunkach pożaru Efi,d określa się przy redukcji skutków oddziaływań zewnętrznych w trwałej i przejściowej sytuacji projektowej. Oblicza się je ze wzoru:

Efi,d = ηfiEd (3),

gdzie:
Ed – wartości obliczeniowe efektów oddziaływań obliczone dla kombinacji podstawowej według wzoru (6.10) normy PN-EN 1990:2004 [1],
ηfi – współczynnik redukcyjny z uwagi na warunki pożarowe, przyjmowany w kombinacji podstawowej według wzoru (6.10) normy PN-EN 1990:2004 [1] w przypadku trwałych lub przejściowych sytuacji obliczeniowych, który wyznacza się ze wzoru:

POBIERZ E-BOOK [bezpłatnie]
warunki techniczne
Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki
– stan na 2014 r.

Gk – wartość charakterystyczna oddziaływania stałego,
Qk,1 – wartość charakterystyczna wiodącego oddziaływania zmiennego,
Ψfi – współczynnik do określenia wartości kombinacji obciążeń zmiennych odpowiednio częstych Ψ1,1 i prawie stałych Ψ1,2, według normy PN-EN 1991-1-2:2006 [2],
γQ,1 – współczynnik częściowy wiodącego obciążenia zmiennego.

W normie PN-EN 1993-1-2:2007 [4] podano też informacje dotyczące wyznaczania współczynnika redukcyjnego ηfi w przypadku, gdy korzysta się z kombinacji podstawowej według wzoru (6.10a) i (6.10b) normy PN-EN 1990:2004 [1].

Metoda temperatury krytycznej

W ocenie bezpieczeństwa pożarowego według (2) prosty model metody temperatury krytycznej można stosować tylko wtedy, gdy nie trzeba uwzględniać ich kryteriów stateczności ani warunków odkształcenia. Metodę tę dopuszcza się tylko w odniesieniu do elementów rozciąganych, elementów zginanych zabezpieczonych przed zwichrzeniem oraz krótkich elementów ściskanych, które nie ulegają wyboczeniu.

Szybkość nagrzewania się elementu stalowego zależy od jego stosunku pola powierzchni nieosłoniętej Am do objętości V na jednostkę jego długości. Wielkość Am/V nazywa się wskaźnikiem przekroju lub wskaźnikiem ekspozycji przekroju i jest miarą szybkości nagrzewania się stalowego elementu nieosłoniętego.

W ocenie ilości ciepła przejmowanego przez nieosłonięty element stalowy narażonych na oddziaływanie pożaru nominalnego uwzględnia się ponadto współczynnik poprawkowy ksh związany z efektem zacienienia.

Uwzględnia on przesłanianie strumienia ciepła w elementach o wklęsłym obrysie przekroju poprzecznego – tzw. efekt cienia. Współczynnik ksh jest ilorazem umownego przekroju skrzynkowego opisanego na przekroju rzeczywistym [Am/V] i wskaźnika ekspozycji Am/V i wynosi:

  • przekrój dwuteowy
  • inne przekroje, np. teowy, kątowy

Powierzchnię Am,b mierzy się po wypukłym obrysie przekroju poprzecznego (RYS. 6–11), nie zaś po rzeczywistym jego obwodzie, jak to ma miejsce w przypadku powierzchni Am.

W odniesieniu do stalowego elementu osłoniętego wskaźnik przekroju przyjmuje się jako parametr Ap/V i jest to iloraz powierzchni eksponowanej osłony ogniochronnej Ap do objętości V na jednostkę jego długości.

Temperaturę krytyczną elementu stalowego oblicza się ze wzoru:

w którym wskaźnik wykorzystania jego nośności μ0 wyznacza się z zależności:

gdzie:
Efi,d – efekt oddziaływań na konstrukcję wyznaczony zgodnie z regułami wyjątkowej, obliczeniowej sytuacji pożarowej według normy PN-EN 1991-1-2:2006 [2],
Rfi,d,0 – nośność obliczeniowa elementu stalowego w obliczeniowej sytuacji pożarowej w czasie t = 0.

Temperatura krytyczna elementów stalowych na ogół wynosi θcr = 500–800°C. Wyrażenie (7) określające temperaturę krytyczną θcr można stosować w przypadku elementów o przekrojach klasy 1, 2 lub 3. W przypadku kształtowników o przekrojach klasy 4 należy stosować zachowawczą temperaturę krytyczną θcr = 350°C.

Temperatura krytyczna elementu zmniejsza się wraz ze wzrostem wskaźnika wykorzystania nośności μ0 elementu. Dla danego czasu trwania pożaru t przyjmując, że θa,t = θcr, wartość maksymalną poziomu wykorzystania nośności μ0 niezabezpieczonych elementów stalowych zapewniającą wymaganą ognioodporność można obliczyć z zależności (7) jako funkcję współczynnika przekroju uwzględniającego efekt cienia ksh·(Am/V).

W ten sposób można przyjąć, że ognioodporność nieosłoniętych elementów stalowych jest zapewniona po czasie t, jeżeli μ0 < μmax. Maksymalne wskaźniki wykorzystania nośności μmax. obliczone w odniesieniu do standardowej ognioodporności R 15 i R 30 podano na RYS. 12. Należy zauważyć, że w przypadku ognioodporności R 30 elementy nieosłonięte o współczynniku przekroju (Am/V) większym niż 50 m–1 mogą osiągać tylko bardzo małe wartości wskaźnika wykorzystania nośności elementu μ0.

Podczas wybuchu pożaru temperatura gazu w strefie ogniowej obiektu gwałtownie wzrasta. W normie PN-EN 1991-1-2:2006 [2] oddziaływanie pożaru na konstrukcję jest przedstawione w postaci standardowej krzywej wzrostu temperatury w czasie („pożar standardowy” na RYS. 1).

Analiza termiczna ma na celu wyznaczenie zależności między temperaturą w elementach stalowych i czasem osiągnięcia tej temperatury w elementach (osłoniętych lub nieosłoniętych). W normie PN-EN 1993-1-2:2007 [4] podano też prostą metodę obliczeniową oceny nagrzewania się stalowych elementów bez izolacji ogniochronnej oraz izolowanych za pomocą materiałów biernej ochrony przeciwpożarowej.

W przypadku równoważnego równomiernego rozkładu temperatury w przekroju przyrost temperatury Δθa,t w przedziale czasu Δt (s) w stalowym elemencie nieosłoniętym jest określony wzorem:

gdzie:
Am – pole powierzchni elementu na jednostkę długości [m²/m],
V – objętość elementu na jednostkę długości [m³/m],
ca – ciepło właściwe stali jako funkcja temperatury według rozdziału 3 normy PN-EN 1993-1-2:2007 [4] [J/(kg·K)],
hnet,d – wartość obliczeniowa przyjętego strumienia ciepła według normy PN-EN 1991-1-2:2006 [2] [W/m²],
ρa – masa jednostkowa stali.

Rozwiązanie równania przyrostowego (9) pozwala wyznaczyć rozwój temperatury elementu stalowego podczas pożaru. W celu zapewnienia zbieżności rozwiązania należy przyjąć pewną górną granicę dla przyrostu czasu Δt (zaleca się, aby przyjęta wartość Δt nie była większa niż 5 sekund.

Zastosowanie metody obliczeniowej podanej w normie PN-EN 1993-1-2:2007 [4] z czasem działania standardowego pożaru ISO wynoszącym 15 i 30 min prowadzi do uzyskania krzywych temperatur przedstawionych na RYS. 13 [11], jako funkcja współczynnika przekroju uwzględniającego efekt cienia ksh·(Am/V).

W przypadku równoważnego równomiernego rozkładu temperatury w przekroju przyrost temperatury Δθa,t w przedziale czasu Δt (s) w stalowym elemencie osłoniętym jest określony wzorem:

w którym:

gdzie:
Ap – pole powierzchni materiału izolacji ogniochronnej na jednostkę długości elementu [m²/m],
cp – niezależne od temperatury ciepło właściwe materiału izolacji ogniochronnej [J/(kg·K)],
dp – grubość warstwy izolacji ogniochronnej [m],
θa,t – temperatura stali w czasie trwania pożaru t [ºC],
θg,t – temperatura otaczających gazów w czasie trwania pożaru t, według normy PN-EN 1993-1-2:2007 [4] [oC],
Δθg,t – przyrost temperatury otaczających gazów w przedziale czasu Δt [K],
λp – przewodność cieplna zabezpieczenia ogniochronnego [W/(m·K)],
ρp – gęstość masy materiału izolacji ogniochronnej [kg/m].

Porównanie wzrostu temperatury elementów zabezpieczonych i niezabezpieczonych ogniochronnie pokazano na RYS. 14.

Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 2/2013

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


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



Tych fachowców najczęściej poszukują Polacy »

Szybki montaż stropu - jak to zrobić »

3/4 Polaków deklaruje, że potrzebuje fachowca do wykonania pracy w domu lub mieszkaniu. Najczęściej poszukiwanym jest...
czytaj dalej »

Oprócz znacznych oszczędności finansowych wynikających między innymi z braku dodatkowych ociepleń, możliwości prowadzenia w stropie instalacji, montażu stropu bez użycia dźwigów i... 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 »

 


Szukasz wpustu balkonowego dobrej jakości?

Doskonałe rozwiązanie do izolacji dachów płaskich »

Wpust balkonowy prosty, skośny, ogrzewany, nieogrzewany... Dobierz odpowiedni czytaj dalej » Hydroizolacja dachów odbywa się przy pomocy wałków lub natryskowo - najlepszą w danym przypadku metodę dobiera się... czytaj dalej »

Ochroń wnętrze domu przed silnym słońcem » »


Markizy, żaluzje, pergole, rolety - które rozwiązanie sprawdzi się w Twoim przypadku? 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 »

Akustyczne płyty ścienne i sufitowe »

Energooszczędne płyty warstwowe z izolacją z wełny mineralnej o unikalnych właściwościach przeciwpożarowych i strukturalnych...  czytaj dalej »


Jak zabepieczyć ocieplenie przed rwącym wiatrem?

Jak uzyskać pełne uprawnienia architektoniczne?

Siły działające na wybrany system ociepleń przenoszone są zarówno przez zaprawę klejową, jak i łączniki fasadowe. Dzięki...
czytaj dalej »

Zobacz, jak otrzymać uprawnienia do samodzielnego wykonywania zawodu architekta w Polsce i UE czytaj dalej »

Jak trwale zabezpieczyć budynki przed wodą?

Skutecznie zabezpiecz budowane konstrukcje przed pożarem »

Rozwijamy kreatywne rozwiązania dla osiągniecia pożądanego sukcesu nawet w przypadku specjalnych projektów czytaj dalej » Masywne elementy budowlane w starych obiektach często nie spełniają wymagań przeciwpożarowych określonych w obowiązujących przepisach. czytaj dalej »

Izolacje piwnic i garaży. Jakie rozwiązanie wybrać?


Bierzemy pod uwagę wszystkie czynniki takie jak np. wymagania techniczne obiektu, dzięki czemu jesteśmy w stanie dopasować idealną oszczędność energii do wskazanego pomieszczenia. 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 »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
7/8/2019

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Wtórne hydroizolacje poziome
  • - Mocowanie elewacji wentylowanych
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

.