DIFISEK + NÁVRH OCELOVÝCH A OCELOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ VYSTAVENÝCH POÁRU. PDF vytvořeno zkušební verzí pdffactory Pro

Transkript

1 DIFISEK + NÁVRH OCELOVÝCH A OCELOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ VYSTAVENÝCH POÁRU P P Deformace Únosnost P as as Praha, erven 008 eské vysoké u ení technické v Praze

2 DIFISEK + NÁVRH OCELOVÝCH A OCELOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ VYSTAVENÝCH POÁRU Textové materiály projektu DIFISEK + Ed.: F. Wald Praha, erven 008 eské vysoké u ení technické v Praze URL: fire.fsv.cvut.cz/difisek

3 DIF SEK DIFISEK + Návrh ocelových a ocelobetonových konstrukcí vystavených poáru Ed.: Wald F. ISBN Tisk eská technika, VUT v Praze Leden výtisk, 10 stran, 1 tabulek, 54 obrázk

4 OBSAH Úvod Prezentace 1 Tepelná a mechanická zatíení... 6 O. Vassart, L.G. Cajot, M. Brasseur, M. Strej ek Teplotní odezva O. Vassart, J. Chlouba 3 Analýza konstrukce... 1 B. Zhao, Z. Sokol 4 Programy pro poární návrh... 9 J.J. Martínez de Aragón, F. Rey, J.A. Chica, F. Wald eené p íklady... P. Schaumann, T. Trautmann, J. ika 5.1 Prostorový poár Lokalizovaný poár Sp aená ocelobetonová deska Tla ený a ohýbaný nosník Sloup zatíený osovou silou Sva ovaný nosník uzav eného pr ezu áste n obetonovaný sp aený ocelobetonový nosník áste n obetonovaný sp aený ocelobetonový sloup Sp aený poárn chrán ný ocelobetonový nosník Prezentace k eeným p íklad m... J. Chlouba, P. Kallerová, M. Strej ek, Z. Sokol 6.1 Výpo et teploty plynu zónovým modelem Sp aený ocelobetonový sloup áste n obetonovaný sp aený nosník Konstrukce vn poárního úseku Internet 7.1 Materiály pro poární návrh konstrukcí na internetu F. Wald

5 ÚVOD Poární bezpe nost staveb je jedním ze esti základních poadavk Sm rnice Rady 89/106/EHS ze dne o sbliování právních a správních p edpis lenských stát, které je zam eno na stavební výrobky. V nárocích na poární bezpe nost staveb jsou zahrnuty díl í ásti: zachování nosnosti a stability konstrukce, omezení rozvoje a í ení ohn a kou e v objektu, omezení í ení poáru na sousední objekty, umon ní bezpe né evakuace osob a umon ní ú inného a bezpe ného zásahu jednotkám hasi ského záchranného sboru. K dispozici je pasivní poární ochrana, aktivní poární ochrana a poárn inenýrská eení. Pasivní poární ochrana je zaloena na tepelné izolaci prvk konstrukce, které jsou vystaveny poáru. Lze ji vyuít pouze zachování nosnosti a stability konstrukce. Aktivní poární ochrana je ádov ú inn jí, protoe brání vzniku/rozvinutí poáru v jeho samém po átku. Poárn inenýrská eení vhodn kombinují oba p ístupy a zaji uje nejvyí ochranu osob a majetku p i poáru. Zachování nosnosti a stability konstrukce za poáru se v Evrop posuzuje jako první mimo ádná kombinace zatíení, které popsáno v SN EN : 003. Poární spolehlivost je eena v ástech 1- norem, tj. SN EN 199x-1-, samostatn pro betonové, ocelové, ocelobetonové, d ev né, zd né a hliníkové konstrukce, viz tab. 1. Tato publikace navazuje na monografii Výpo et poární odolnosti stavebních konstrukcí, VUT v Praze 005, ISBN Jsou zde shrnuty prezentace a eené p íklady projektu DIFISEK. RFS-C (DIssemination of structural FIre Safety Engineering Knowledge), které byly pipraveny pro výpo et podle pedb ných text evropských norem. V rámci projektu DIFISEK + (DIssemination of Structural FIre Safety Engineering Knowledge throughout Europe), byly materiály aktualizovány a s vyuitím Národních p íloh lokalizovány pro pouití v jednotlivých zemích CEN. V roce 008 budou na URL: národní verze k dispozici v angli tin a v p ísluném národní jazyku, tj. v angli tin, etin, estontin, fintin, francouztin, holandtin, italtin, litevtin, ma artin, n m in, poltin, portugaltin, rumuntin, e tin, slovintin, pan ltin a védtin. Výstupem projektu jsou pdf soubory s výkladem a cvi ebními texty: 1 Tepelná a mechanická zatíení, Teplotní odezva, 3 Analýza konstrukce, 4 Programy pro poární návrh a 5 eené p íklady z problematiky modelování poáru a návrhu konstrukcí. P íprava a vydání textových materiál byly podpo eny evropským projektem RFSC (Research Fund for Coal and Steel) DIFISEK + (Dissemination of Structural Fire Safety Engineering Knowledge throughout Europe). RFS-P ást prezentovaných výsledk byla získána p i práci ve výzkumném centru CIDEAS. 1M0579. Frantiek Wald, v Praze

6 Tab. 1 Program zavedení evropských návrhových norem, podle NI, Aldabaghová Z., leden 008 Ozna ení Zkrácený název V angl. verzi P ekladem T ídící znak EN 1990 Zásady navrhování 03/ EN 1990 Zásady navrhování p íloha mosty 03/ EUROKÓD 1 Zatíení EN Zatíení Vlastní tíhou 03/ EN Zatíení Zatíení konstrukcí vystavených ú ink m poáru 08/ EN Zatíení Sn hem 06/ EN Zatíení V trem 04/ EN Zatíení Teplotou 05/ EN Zatíení P i provád ní 10/ EN Zatíení Mimo ádná zatíení 1/ EN Zatíení Most dopravou 05/ EN Zatíení Zatíení od je áb a strojního vybavení 01/ EN Zatíení Zatíení zásobník a nádrí 11/ EUROKÓD Betonové konstrukce EN Betonové konstrukce Obecná pravidla 11/ EN Betonové konstrukce Navrhování konstrukcí na ú inky poáru 11/ EN 199- Betonové konstrukce Mosty 05/ EN Betonové konstrukce Nádre 1/ EUROKÓD 3 Ocelové konstrukce EN Ocelové konstrukce Obecná pravidla 1/ EN Ocelové konstrukce Navrhování konstrukcí na ú inky poáru 1/ EN Ocelové konstrukce Dopl ující pravidla pro tenkost. za studena tvar. prvky 0/ EN Ocelové konstrukce Korozivzdorné oceli 01/ EN Ocelové konstrukce Boulení st n 0/ EN Ocelové konstrukce Pevnost a stabilita ocelových sko epin 07/ EN Ocelové konstrukce P í n zatíené deskost nové konstrukce 11/ EN Ocelové konstrukce Spoje 1/ EN Ocelové konstrukce Únava 09/ EN Ocelové konstrukce K ehký lom 1/ EN Ocelové konstrukce Navrhování ocelových taených prvk 01/ EN Ocelové konstrukce Dopl ující pravidla pro oceli vysoké pevnosti do t ídy S700 09/ EN Ocelové konstrukce Mosty 01/08 EN Ocelové konstrukce Stoáry 05/ EN Ocelové konstrukce Komíny 05/ EN Ocelové konstrukce Zásobníky 09/ EN Ocelové konstrukce Nádre 09/07 EN Ocelové konstrukce Potrubí 09/07 EN Ocelové konstrukce Piloty a t tové st ny 09/07 EN Ocelové konstrukce Je ábové dráhy EUROKÓD 4 Ocelobetonové konstrukce EN Ocelobetonové konstrukce Obecná pravidla 08/ EN Ocelobetonové konstrukce Navrh. konstr. na ú inky poáru 1/ EN Ocelobetonové konstrukce Mosty 01/ EUROKÓD 5 D ev né konstrukce EN D ev né konstrukce Obecná pravidla 1/ EN D ev né konstrukce Navrhování konstrukcí na ú inky poáru 1/ EN D ev né konstrukce Mosty 1/ EUROKÓD 6 Zd né konstrukce EN Zd né konstrukce Obecná pravidla 05/ EN Zd né konstrukce Navrhování konstrukcí na ú inky poáru 08/ EN Zd né konstrukce Bo ní zatíení 04/ EN Zd né konstrukce Zjednoduené metody výpo tu nevyztu. zd ných konstrukcí 11/ EUROKÓD 7 Zakládání EN Zakládání Obecná pravidla 09/ EN Zakládání Pr zkum a zkouení základové p dy 06/07 EUROKÓD 8 Zem t esení EN Zem t esení Obecná pravidla 09/ EN Zem t esení Mosty 05/ EN Zem t esení Zesilování 05/ EN Zem t esení Nádre, zásobníky a potrubí, 0/ EN Zem t esení Zakládání 07/ EN Zem t esení V e 0/ EUROKÓD 9 Hliníkové konstrukce EN Hliníkové konstrukce Obecná pravidla 05/07 09/ EN Hliníkové konstrukce Navrhování konstr.na ú inky poáru 09/07 09/ EN Hliníkové konstrukce Únava konstrukcí 09/07 09/ EN Hliníkové konstrukce Za studena tvarované ploné profily 09/07 09/ EN Hliníkové konstrukce Sko epinové konstrukce 09/07 09/

7 Vývoj RFCS projektu DIFISEK+ This project is funded by the European Commission in the frame ofthe Research Fund for Coal and Steel ÁST 1 TEPELNÁAMECHANICKÁ ZATÍENÍ The aim of DIFISEK+ is to promote different projects of the last decadesd that tdealt with fire engineering i and, which h results have been implemented in the EN This objective will be reached trough seminars held in different European countries. The partnership of the project is as follows: University of Hannover Institute for Steel Construction DIF SEK 1/ 46 Témata Odolnost proti poáru -souvislosti ást 1: Tepelná & mechanická zatíení ást : Teplotní odezva ást 3: Mechanická odezva konstrukcípipoáru ást 4: Software pro poární návrh ást 5a: eené píklady ást 5b: Ukázky dokon ených projekt 1: Vzplanutí Zatíení Ocelové sloupy as : Tepelná zatíení 3: Mechanická zatíení R 4: Teplotní odezva as 5: Mechanická odezva 6: P ípadný kolaps / 46 3/ 46 Tepelné zatíení na konstrukci P estup tepla do konstrukce p es povrch Sp aenádeska exponovaná ze 3stran Sloup exponovaný ze 4stran h h h net net,c net, r istý tepelný tok vlivem sálání istýtepelný tepelný tok vlivem proud ní Celkový istý tepelný tok Exponovaná strana Neexponovaná strana 4/ 46 5/ 46 6

8 Poární návrh konstrukcí a jejich klasifikace Normativní pravidla normový poár P ístup zaloený na vlastnostech p irozený poár Zatíení konstrukcí vystavených ú ink m poáru SN EN Normativní p edepsaná pravidla Postupy navrhování klasifikace poární návrh konstrukce poární návrh konstrukce poární návrh konstrukce Normativníp edepsaná pravidla P ístup zaloený na vlastnostech t (Tepelné zatíení dáno nominálním poárem) (Tepelné zatíení dáno fyzikáln ) 6/ 46 7/ 46 Nominální teplotní k ivka *) Nominální teplotní k ivka Normováteplotní t íki ivka, K ivka k vn jího poáru, Uhlovodíková k ivka *) Zjednoduené modely poáru Lokalizovaný poár Prostorový poár Nepot ebné údaje Rychlost uvol ování tepla -HESKESTADT -Parametrická teplotní k ivka -HASEMI (t) rovnom rná pro celý Povrch odho ívání (x, y, z, t) poárníúsek Vlastnosti ti ohrani ujících konstrukcí Plocha otvor Normová pravidla pro definici nominální normové kivky Nominální normová k ivka ISO-834 (EN1364-1) T = log (8 t + 1) [ C] Nominální normová k ivka 945 * Je vcelém úseku uvaována stejná, i kdy je 84 úsek rozm rný 800 ISO ISO ISO 600 ISO ISO ISO 400 * Nikdy NEKLESÁ ISO ISO as [min] *) Pokro ilé modelypoáru -Dvouzónovýmodel -Jednozónový model -Kombinace Dvouand Jednozónovéhomodelu poáru -CFD Výka stropu + P esná geometrie * Neuvauje fázi ped prostorovýmvzplanutím 00 * Nezávisí na POÁRNÍM ZATÍENÍ apodmínkách VENTILACE / 46 9/ 46 Fáze p irozeného poáru a nominální normové poární k ivky Zatíení konstrukcí vystavených ú ink m poáru SN EN Normativní p edepsaná pravidla Teplota Rozho ívání Celkové vzplanutí Pln rozvinutý poár C Postupy Navrhování Teplotní k ivka p irozeného poáru Zapálení -Doutnání Nominální normová teplotní k ivka ISO834 as Zah ívání Chladnutí. Normativní pedepsaná pravidla (Tepelné zatíení dáno nominálním poárem) P ístup zaloený na vlastnostech (Tepelné zatíení dáno fyzikáln ) 10 / 46 11/ 46 7

9 Model p irozeného poáru P ehled pot ebných fyzikálních parametr pro model p irozeného poáru *) Nominální teplotní k ivka Normováteplotní t íki ivka, K ivka k vn jího poáru, Uhlovodíková k ivka *) Zjednoduené modely poáru Lokalizovaný poár Prostorový poár Nepot ebné údaje Rychlost uvol ování tepla -HESKESTADT -Parametrická teplotní k ivka -HASEMI (t) rovnom rná pro celý Povrch odho ívání (x, y, z, t) poárníúsek Vlastnosti ti ohrani ujících konstrukcí Plocha otvor Vlastnosti t tiohranih ujících í hkonstrukcí kí Výka stropu Plocha otvor Povrch odho ívání Rychlost uvol ování tepla Geometrické parametry Parametry poáru *) Pokro ilé modelypoáru -Dvouzónovýmodel -Jednozónový model -Kombinace Dvouand Jednozónovéhomodelu poáru -CFD Výka stropu + P esná geometrie 1 / / 46 Charakteristiky poárního úseku Poární úsek je obklopen protipoárními konstrukcemi, které jsou definovány v norm Materiálové vlastnosti poárn d lícíchkonstrukcí: c Plocha okenních otvor Charakteristické hodnoty poáru pro r zné provozy Provoz Rychlost rozvoje poáru RHR f [kw/m²] Hustota poárního zatíení q f,k 80% kvantil [MJ/m²] Byty St ední Nemocnice (pokoje) St ední Hotely (pokoje) St ední Knihovny Velká Kancelá e St ední kolní t ídy St ední Nákupní centra Velká Divadla (kina) Velká Doprava (ve ejné prostory) Nízká / / 46 Návrhová hodnota hustoty poárního zatíení Compartment floor area A f [m²] [m] 5 Danger of Fire Activation q1 1,10 Danger of Fire Activation q 0,78 Examples of Occupancies Art gallery, museum, swimming pool 50 1,50 1,00 Residence, hotel, office Manufactory for machinery 500 1,90 1, & engines Chemicallaboratory, 5000,00 1,44 Painting workshop Manufactory of fireworks 10000,13 1,66 or paints Function of Active Fire Safety Measures q ni f, d q1. q. ni. m. q f, k Automatic Fire Suppression Automatic Fire Detection Manual Fire Suppression Automatic Water Extinguishing System Independent Water Supplies 0 1 Automatic fire Detection & Alarm by by Heatt Smoke Automatic Alarm Transmission to Fire Brigade n1 n n3 n4 n5 Work Fire Brigade Off Site Fire Brigade Safe Access Routes Fire Fighting Devices n6 n7 n8 n9 Smoke Exhaust System n10 K ivka rychlosti uvol ování tepla: ustálený stav a fáze útlumu ho ení 10 Ustálený Fáze stavrozvoje 9 A f x RHR f 108 Velmirychlý Rychlý (FGR) Poár ízený palivem RHR [MW] 9 7 (FGR) 8 6 St ední (FGR) Fire Growth Af x RHRate = FGR f Poár ízený ventilací Pomalý (FGR) 3 1 Decay phase 75'' 150'' 300'' Fáze 600'' útlumu ho t [min] ení 70% (q f,d A1 0 fi ) t [min] t as [min] t útlum 0,61 1,0 0,87 0,7 0,87 or 0,73 0,87 0,61 or 0,78 0,9 or 1 1,5 1,0 1,5 1,0 1,5 16 / / 46 8

10 Zjednoduené modely p irozeného poáru Zjednoduené modely poár : Lokalizovaný poár *) Nominální teplotní k ivka Normováteplotní t íki ivka, K ivka k vn jího poáru, Uhlovodíková k ivka Nepot ebné údaje *) Zjednoduené modely poáru Rychlost uvol ování Lokalizovaný poár Prostorový poár tepla -HESKESTADT -Parametrická teplotní k ivka -HASEMI (t) rovnom rná pro celý Povrch odho ívání (x, y, z, t) poárníúsek Vlastnosti ohrani ujících konstrukcí Plocha otvor LOKALIZOVANÝ POÁR (x, yz y, z, t) PROSTOROVÝ POÁR (t) rovnom rná pro celý poární úsek *) Pokro ilé modely poáru -Dvouzónovýmodel -Jednozónový model -Kombinace Dvouand Jednozónovéhomodelu poáru -CFD Výka stropu + P esná geometrie 18 / / 46 Experiment: Skute ný lokalizovaný poár Lokalizovaný poár: Metoda HESKESTAD P íloha C v SN EN : Plamen nezasahuje h strop t poárního úseku k (L f < H) Poáry ve volném prostoru Osa plamene (z) = 0 + 0,5 (0,8 Q /3 (z-z -5/3 c ) z 0 ) 900 C Délka plamene L f lokálního poáru je dána vztahem: H L =-1,0 D+ /5 f 0,0148 Q L f z D 0 / 46 1 / 46 Lokalizovaný poár: Metoda HASEMI P íloha C v SN EN : Plamen zasahuje strop poárního úseku (L f > H) Zjednoduené modely poár : Prostorový poár LOKALIZOVANÝ POÁR PROSTOROVÝ POÁR betonovát ádeska nosník (x, yz y, z, t) (t) rovnom rná pro celý poární úsek = Teplota vzduchud h ve výce nosníku g Vypo teno dlecapafi Y = Výka ásti nezasaené kou em x / 46 3 /46 9

11 Experiment: Skute ný poár administrativní budovy Prostorový poár vpoárním úseku 4 / 46 Prostorový poár v poárním úseku Parametrická teplotní k ivka Teplota [ C] P íloha A v SN EN Iso-Curve 1000 O = 0.04 m 900 O = 0.06 m 800 O = 0.10 m O = 0.14 m 700 O = 0.0 m 600 For a given b, q fd, A t & A f time [min] / 46 Pokro ilé modely p irozeného poáru Pokro ilé modely poáru *) Nominální teplotní k ivka Normováteplotní t íki ivka, K ivka k vn jího poáru, Uhlovodíková k ivka *) Zjednoduené modely poáru Lokalizovaný poár Prostorový poár Nepot ebné údaje Rychlost uvol ování tepla -HESKESTADT -Parametrická teplotní k ivka -HASEMI (t) rovnom rná pro celý Povrch odho ívání (x, y, z, t) poárníúsek Vlastnosti ohrani ujících konstrukcí Z stává lokalizovaný LOKALIZOVANÝ POÁR P echod do prostorového poáru Plocha otvor *) Pokro ilé modely poáru -Dvouzónovýmodel -Jednozónový model -Kombinace Dvouand Jednozónovéhomodelu poáru -CFD Výka stropu + P esná geometrie LOKALIZOVANÝ POÁR PROSTOROVÝ POÁR 6 / 46 7 / 46 Experiment: Poární zatíení vpoárním úseku Experiment: Plameny lehající zotvor poárního úseku 8 / 46 9 / 46 10

12 Experiment: Poární úsek po poáru Dvouzónový model po ítaný programem - OZone V. 30 / / 46 OZone výsledky: Rychlost uvol ování tepla OZone výsledky: Teploty plynu Hot Cold 3 / / 46 OZone výsledky: Výka ásti nezasaené kou em Kalibrace programu OZone: Teplota plynu 1400 MAXIMÁLNÍ TEPLOTA VZDUCHU OZone MAXIMÁLNÍ TEPLOTAVZDUCHU V POÁRNÍM ÚSEKU EXPERIMENT [ C] 34 / / 46 11

13 Kalibrace programu OZone: Teplota oceli OZone: P íklad TEPLOTANECHRÁN NÉHO OCELOVÉHO PRVKU Vliv aktivních poárn bezpe nostních za ízení Kancelá: f A = 91, m² O.F. = 0,04 m½; Poární zatíení q f,k = 511 MJ/m² Bez aktivní poární ochrany Externí (ve ejná) poární jednotka Samo inné poární hlási e elektrická poární signalizace kou ová Samo inné poární hlási e -Za ízení dálkovéhop p enosu kpoárníjednotce Samo inné vodní hasicí za ízení 400 Návrhové poární zatíení [ MJ/m² ] q f,d EXPERIMENT [ C] q = m q q f,d q1 q ni f,k i as [min] 36 / / 46 Dynamická analýza plyn : Program Sofie Sofie výsledky: Teploty plyn Sí prvk 38 / / 46 Odolnost proti poáru -Souvislosti Zatíení Základy návrhu a zatíení konstrukcí S 1: Vzplanutí Ocelové sloupy as : Tepelná zatíení 3: Mechanická zatíení R W G Q Z A T Í E N Í Zatíení pro teplotní analýzu Tepelné zatíení POÁR Zatíení pro mechanickou analýzu Mechanické zatíení Stálé zatíení Uitné zatíení Sníh Vítr G Q S W as 4: Teplotní odezva 5: Mechanická odezva 6: P ípadný kolaps Poár 40 / / 46 1

14 Kombina ní pravidla pro mechanická zatíení SN EN 1990: Zásady navrhování P i pokojové teplot E G d = G Q Q,1 1 0,i Qi Q,i Q i i >1 f.i. : Kancelá ské plochy s uitným zatíenímq, hlavní prom nné zatíení E = 1,35 G + 1,5 Q + 0,6 1,5 W + 0,5 1,5 S d Kombina ní pravidla pro mechanická zatíení SN EN 1990: Zásady navrhování Poární situace E = G fi,d 1or,1 1 i >1 Mimo ádná situace Q 1or,i f.i. : Kancelá ské plochy s uitným zatíenímq, hlavníprom nné zatíení E = G + 0,5 Q fi,d Kancelá ské plochy p i zatíení íbudovy v trem W, hlavní prom nné zatíení E fi,d =G+0W+03Q + 0, + 0,3 Q i 4 / / 46 Doporu ené hodnoty sou initel pro pozemní stavby Zatíení 0 1 Kategorie uitných zatíení pro pozemní stavby,( SN EN ) KategorieA : obytné plochy Kategorie B :kancelá ské plochy KategorieC :shroma ovací plochy Kategorie D :obchodní bhd plochy KategorieE :skladovací plochy KategorieF :dopravní plochy tíha vozidla 30kN Kategorie G:dopravníplochy, plochy, 0,7 0,7 0,7 07 0,7 1,0 0,7 0,5 0,5 0,7 07 0,7 0,9 0,7 0,3 0,3 0,6 06 0,6 0,8 30 kn < tíha vozidla 160kN 0,7 0,5 0,3 Kategorie H :st echy Zatíení sn hem, ( SN EN ) Finsko, Island, Norsko, védsko 070 0, , ,0 Ostatní lenové CEN, pro stavby umíst né ve výce 0,70 0,50 0,0 H > 1000 m n.m. Ostatní lenovécen, pro stavby umíst né ve výce 0,50 0,0 0 H 1000 m n.m. Zatíení v trem,( SN EN ) 0,6 0, 0 Teplota(ne od poáru) pro pozemní stavby, ( SN EN ) 0,6 0,5 0 0,6 Reduk ní sou initel fi G k fiqk, l GG k Q, l Qk, l 1 0,9 0,8 0,7 06 0,6 0,5 0,4 03 0,3 0, 0,1 0 Maximální úrove zatíení pro poární odolnost R Sou inilel pr ezu Am/V [1/m] DIF SEK ( Odkaz : EN Únor 00) 44 / / 46 Národní p íloha k SN EN Normativní pro stavby umíst né na území R Umo uje volbu parametr V devíti odstavcích p ejímá hodnoty v EN beze zm ny V odstavci NA.10 se v10 odstavcích p ik kombinaci i v tru a poárního zatíení ídoporu uje pro zatíení sn hem a v trem b hem p sobení poáru D kuji za pozornost michal.strejcek@fsv.cvut.cz URL: fire.fsv.cvut.cz/difisek uplatnit pouití asté hodnoty 1,1 Q 1 zejména u halových objekt ást 1: Tepelná a mechanická zatíení 46 / 46 ást 1: Tepelná a mechanická zatíení 13

15 Stanovení poární odolnosti Zatíení 1: Zapálení Ocelové sloupy as : Tepelné zatíení 3: Mechanické zatíení R ÁST TEPLOTNÍ ODEZVA 4: Teplotní odezva as 5: Mechanická odezva 6: Moný kolaps Part : Thermal Response 0/ 44 ást : Teplotní odezva 1/ 40 Obsah Teplotní odezva Základy 1. Úvod Tepelná vodivost (= ) Tepelná kapacita (= c p ) z. Základní vztahy anázorné píklady q q + q 3. Pravidla výpo tu pro ocelové prvky DR: (pouze pro jeden sm r) x 4. Pravidla výpo tu pro ocelobetonové prvky ( ) ( cp ) x y tepelná rovnováha 0 t x q/ x + ( c p ) / t = 0 okrajové podmínky: p idané/odebrané teplo na povrchu :h net,tot Fourier v zákon po áte ní podmínky: po áte ní teplota q = / x ást : Teplotní odezva / 40 ást : Teplotní odezva 3/ 40 Tepelná vodivost betonu aoceli ocel beton Teplota [ C] Tepelná kapacita betonu aoceli vlhkost beton ocel zm na fáze Teplota [ o C] ást : Teplotní odezva 4/ 40 ást : Teplotní odezva 5/ 40 14

16 Teplotní odezva Ocelový nosník sbetonovou deskou (D) Teplotní odezva Ocelobetonová deska (D) G F E D C B A A B C 600 D as [min] 400 E F 00 G Tijd [min] ==> as [min] Numerická pedpov Porovnání p edpov di s experimentem ást : Teplotní odezva 6/ 40 ást : Teplotní odezva 7/ 40 Teplotní odezva Ocelobetonový krajní nosník (3D) Pravidla výpo tu pro ocelové prvky ocelový nosník poární ochrana Úvod Nechrán ná ocelová konstrukce Chrán ná ocelová konstrukce Návrhové parametry pro rozvoj teploty Obecn Sou initel pr ezu Vlastnosti poární ochrany Pouití podmínek nenormového poáru ást : Teplotní odezva 8/ 40 ást : Teplotní odezva 9/ 40 Poární odolnost ocelových prvk Princip Pouze nosná funkce Únosnost Poární odolnost ocelových prvk Postup výpo tu Krok 1: ur ení mechanické odezvy a crit Krok : ur ení teplotní odezvy a Krok 3: ur ení poární odolnosti poární odolnost Rovnom rné teplotní rozd lení Koncepce kritické teploty oceli, nominální teplotní k ivka a a teplota oceli crit krok krok 1 krok 3 Pozn.: více v EN (zjednoduené výpo etní modely) po. odol. as sou initel vyuití 0 ást : Teplotní odezva 10/ 40 ást : Teplotní odezva 11/ 40 15

17 Teplotní zatíení P enos tepla na exponované stran p enos tepla sáláním: p enos tepla proud ním: kde:. h. net,r h net,c ( m ( ) r ) ( m 73) r je teplota sálání [ C] rad g poární k ivka m je teplota povrchu [ C] teplotní odezva m je emisivita povrchu [-] ocel: 0,7 c je sou. p estupu tepla proud ním 5-50 W/m K (v závislosti na modelu poáru) je polohový faktor [-] 1,0 konzervativn : 1,0 je Stephan-Boltzmannova konstanta = 5, W/m K 4 Pozn.: zjednodueno!; podrobn viz EN m g m Teplotní odezva Ocelové profily ( c t ) ( ) x 0 x okrajové a po áte ní podmínky kde A m je exponovaná plocha prvku [m /m] V je objem prvku [m 3 /m] Pozn.: klí ové je rovnom rné rozd lení teploty d dt a htot Am cav a ást : Teplotní odezva 1/ 40 ást : Teplotní odezva 13/ 40 Nár st teploty v nechrán né konstrukci Základní rovnice Vliv zastín ní (shadow effect) Základy d d t a a k k sh sh Am / V h ca a K bare Am ca a V net,tot ( g a ) (1) t () Legenda: a :pír stek teploty t : asový interval A m /V: sou initel it pr ezu K bare : sou.pestupu tepla k sh : opravný sou initel zastín ní P i tomto jevu dochází k místnímu zastín ní a tím k zabrán ní sálání zdz vod tvaru ocelového profilu: profily, vliv zastín ní: ano profily, vliv zastín ní: ne Bez sálání k vlivu zastín ní nedochází, proto: nechrán né prvky, vliv zastín ní : ano chrán né prvky, vlivzastín ní :ne kde K bare c m g 73 g 4 a a 73 4 (3) ást : Teplotní odezva 14/ 40 ást : Teplotní odezva 15/ 40 Vliv zastín ní D sledky Nechrán né prvky: a Am k shh ca V. h a net t kde: pro I profily: k sh = 0,9[A m /V] box /[A m /V] pro vechny ostatní profily: k sh =[A m /V] box /[A m /V] Chrán né prvky: ádný vliv Nár st teploty v chrán né oceli Základní vztahy K a kde ins K ins aca K ins A V m ( ) g a t (a) (,,,, ) (b) d p c p a ca Pozn.: (a) g - m << m - a (b) pro lehkou izolaci: K ins /d izolace (c) P i poárním návrhu nepouívat tabulkové hodnoty pro b nou teplotu p i ur ování! m g ocel teplotní rozd lení lineární ást díky rozdílu v tepelných ýh kapacitách a ást : Teplotní odezva 16/ 40 ást : Teplotní odezva 17/ 40 16

18 Rozvoj teploty v ocelových profilech Teplota oceli v závislosti na sou initeli pr Nechrán né ocelové profily ezu teplota [ C] nominální k ivka 800 A/V= 50 [m-1] A/V = 100 [m-1] Series1 Series6 A/V = 50 [m-1] Series7 Series8 Series5 Poly. (Series5) A/V = 100 [m-1] + izolace as [min] minut minut A m /V (m -1 ) ást : Teplotní odezva 18/ 40 ást : Teplotní odezva 19/ 40 Teplota oceli v závislosti na sou initeli pr Chrán né ocelové profily ezu Sou initele pr Koncepce ezu pro ocelový profil doba nominálního poáru: 90 min mm 0 mm 5 mm mm mm mm sou initel pr ezu [m -1 ] nechrán né ocelové prvky Definice: chrán né ocelové prvky pom r plochy p es kterou teplo prochází do oceli ku objemu oceli ást : Teplotní odezva 0/ 40 ást : Teplotní odezva 1/ 40 Sou initel pr ezu (A/V) íselné píklady Evropské nomogramy Teplota [ C] Nechrán ná konstrukce lze vyuít jako první odhad pro chrán nou ocelovou konstrukci IPE HE80A HE30B Pozn.: rozsah: [m -1 ] Poární odolnost as [min] ást : Teplotní odezva / 40 ást : Teplotní odezva 3/ 40 17

19 Pravidla výpo tu pro ocelobetonové prvky Ocelobetonové nosníky a desky Monosti Úvod Teplotní odezva ocelových sloup s betonem mezi pásnicemi Ov ení kriteria izolace uocelobetonových desek Sp ahovací prvky Betonová deska rovná nebo s trapézovým plechem Profil s poární ochranou nebo bez ní Teplota v p ídavné výztui v ocelobetonových deskách Teplotní odezva betonem vypln ných sloup uzav ených pr ez Zhodnocení Výztu Sp ahovací prvky Volitelná deska nosníky desky T mínky piva ené ke stojin profilu Výztu ást : Teplotní odezva 4/ 40 ást : Teplotní odezva 5/ 40 Ocelobetonové sloupy Monosti Výpo etní postup teplotní odezvy Ocelobetonové prvky Nerovnom rné rozd lení teploty po pr ezu (a) (b) ) (c) a: obetonovaný ocelový profil (tradi ní p ístup) b: beton mezi pásnicemi i (p.o. závisí ái na výztui) ýti) c: vybetonovaný uzav ený profil -bez výztue (p.o. cca. 30 minut nebo mén ) -s výztuí ýtí (p.o. závisí ií na výztui) ýti) Pozn.: p.o. znamená poární odolnost Nosná a d lící funkce Únosnost Tepeln izola ní schopnost Celistvost Monosti tabulkové hodnoty zjednoduený výpo etní model pokro ilý výpo etní model Pozn.: podrobnosti v EN ást : Teplotní odezva 6/ 40 ást : Teplotní odezva 7/ 40 Ocelobetonové prvky Výpo etní pravidla pro teplotní odezvu Ocelobetonové prvky Zjednoduené modely tepelné odezvy Podobn jako u betonových prvk Komplikace kv li tvaru Dostupná zjednoduená výpo etní pravidla r zné podklady viz EN Polo-empirický pístup Parametrická studie zaloená na podrobných výpo tech za pomoci pokro ilých výpo etních model P ímá aplikace pokro ilých výpo etních model ást : Teplotní odezva 8/ 40 ást : Teplotní odezva 9/ 40 18

20 Zjednoduené výpo etní modely Polo-empirický pístup b c,fi u 1 b ásti pr ezu: Z - pásnice ocelového profilu e f - stojina ocelového profilu - beton Y - výztu h Pro kadou ást: hw,fi bc,fi -redukce únosnosti e w u a/nebo Redukovaný pr ez -redukce plochy Zjednoduené výpo etní modely Parametrická studie Ocelobetonové desky s profilovaným plechem Typ plechu Tlou ka desky Typ betonu HB [mm] samosvorný (6x) 50, 60, 70, 80, normální a leh ený trapézový ý( (49x) 90, 100, 110, 10 podle ENV nominální teplotní k ivka - zapo ítán tvar profilovaného plechu - tepelné vlastnosti podle EN - pr m rná vlhkost: 4% (normální beton) a 5% (leh ený beton) Podrobn ji v EN Pozn.: celkový po et simulací: 880 ást : Teplotní odezva 30/ 40 ást : Teplotní odezva 31/ 40 Typické rozd lení teploty na neexponované stran ocelobetonové desky Ocelobetonové desky Teplotní izolace (ukázka) teplota [ C] pr m r Kritérium izolace: - av 140 ºC - max 180 ºC h 1 h l l 1 l 3 A L r Neznámé: t f = t f (l 1, l,, A/L r, ) kde: l 1, l,.. geometrie desky A objem ebra L r povrch ebra polohový faktor t f = a 0 + a 1 h 1 + a + a 3 A/L r + a 4 1/L 3 + a 5 A/L r 1/l 3 [min] kde: a i sou initele závisející na dob vystavení nominálnímu poáru ást : Teplotní odezva 3/ 40 ást : Teplotní odezva 33/ 40 Teplotní izolace ocelobetonových desek Ov ení zjednodueného postupu Ocelobetonové desky Teplotní odezva výztue voblasti kladných moment nebezpe né 1.5 nebezpe né 1.50 z tla ená át ást betonu (0 C) bezpe né bezpe né u u 1 u 3 Teplota výztue má významný vliv na M + p, Po. odolnost(pokr. model) [min] ==> Po. odolnost(pokr. model) [min] ==> r = r (u 1, A/O, l 3, z..) z = z(u 1, u,u 3 ) a) postup podle ENV (b) nový postup Pozn.: ocelový plech m e významn p ispívat k celkové únosnosti! ást : Teplotní odezva 34/ 40 ást : Teplotní odezva 35/ 40 19

21 Teplotní odezva výztue v oblasti kladných M Zjednoduený výpo etní postup / L 1 3 / L 3 u 1 u 1 H H 1.5 bezpe né 1.5 bezpe né O S O S A A nebezpe né 0.75 nebezpe né 0,981 0,913 0,03 0, Po. odolnost (pokr. model)[min]==> Po. odolnost (pokr. model)[min]==> Uzav ené pr ezy vypln né betonem Poární odolnost (tradi ní pístup) Dostupné návrhové grafy Nepraktické Pot eba návrhového nástroje nap. POTFIRE. kvalita betonu %vyztuení 1 C0 1,0 C0,5 3 C0 4,0 4 C30 1,0 5 C30,5 6 C30 4,0 7 C40 1,0 8 C40,5 9 C40 4,0 (a) postup podle ENV (b) nový postup ást : Teplotní odezva 36/ 40 ást : Teplotní odezva 37/ 40 POTFIRE Vstup avýstup Ov ení modelu programu POTFIRE p edpoklady: - conv = 5 W/m k - res = 0,7 Vybetonovaný uzav ený pr ez teplota POTFIRE vstup výstup ást : Teplotní odezva 38/ 40 ást : Teplotní odezva 39/ 40 Ocelobetonové prvky Zhodnocení teplotní odezvy Teplotní odezva je pom rn komplikovaná Jsou k dispozici zjednoduené ov tabulkové hodnoty návrhové grafy ovací postupy*): specializované po íta ové programy (nap. POTFIRE) Alternativa: ti pokrok ilé výpo etní modely l vhodné pro koncepci odolnosti v i p irozenému poáru D kuji za pozornost jiri.chlouba@fsv.cvut.cz URL: fire.fsv.cvut.cz/difisek *) Zjednoduené postupy mají omezenou oblast pouití! ást : Teplotní odezva 40/ 40 ást : Teplotní odezva 0

22 Poární odolnost et z událostí zatíení 1: Vznik poáru ocelové sloupy as : Tepelné zatíení 3: Mechanické zatíení R ástt 3: Analýza konstrukce k 4: Teplota konstrukce as 5: Analýza konstrukce 6: Monost z ícení ást3: Analýza konstrukce 0/ 43 ást3: Analýza konstrukce 1/ 44 Chování konstrukce p i poáru P edpov chování konstrukce p i poáru Zvýení teploty teplotní roztanost + sníení tuhosti a únosnosti zv tení deformací monost zícení Cíl popis chování konstrukce p ilibovolném pr b hu poáru P Monosti t = 0 = 0 C 16 min = 60 C Zkouky poární odolnosti P Výpo et Deformace Únosnost min = 70 C 31 min = 850 C ást3: Analýza konstrukce / 44 P Normový poár as as ást3: Analýza konstrukce 3/ 44 Hlavní kroky yp i analýze konstrukce p i poáru Mechanické zatíení konstrukce p i poáru mimo ádná kombinace zatíení Mechanické vlastnosti konstruk ních materiál p i vysokých teplotách modul prunosti a pevnost závisí na teplot Metody pro analýzu konstrukce pipoáru poáru r zné metody oblasti pouití Specifika pro poární odolnost ocelových a sp aených konstrukcí p ípoje, sty níky, apod. ást3: Analýza konstrukce 4/ 44 Mechanické zatíení kombinace zatíení podle Eurokódu ( SN EN 1990 a SN EN ) 1 G k,j + ( 1,1 nebo,1 ) Q k,1 +,i Q k,i j 1 i G k,j : characteristické hodnoty stálého zatíení Q k1 k,1 : characteristická hodnota dominantního nahodilého zatíení Q k,i : characteristické hodnoty ostatních nahodilých zatíení 1,1 :sou initel kombinace pro astou kombinaci zatíení í( (pro dominantní nahodilé é zatíení) í),i : sou initel kombinace pro kvazistálou kombinaci zatíení(pro ostatnínahodilánahodilá zatíení) reduk ní sou initel zatíení: fi,t (viz WP1) ást3: Analýza konstrukce 5/ 44 1

23 Mechanické vlastnosti oceli p i vysokých teplotách tá ( SN EN ) 1 % p vodní hodnoty Pracovní diagram 100 Mez kluzu 1 0 C00 C 400 C C C C 0 Modul 0. prunosti 800 C Teplota ( C) Pom rné protaení(%) Modul prunosti p i600 C se sníí o více ne 70% Mez kluzu p i600 C se sníí o více ne 50% ást3: Analýza konstrukce 6/ 44 Mechanické vlastnosti betonu pi vysokých teplotách tá ( SN EN ) 1 % p vodní hodnoty (%) Pracovní diagram C Pom rná 00 C 100 deformace C cu C 50 Normalní 0.4 beton C Teplota ( C) Pom rná deformace (%) c Pevnost v tlaku p i600 C se sníí asi na 50% u ást3: Analýza konstrukce 7/ 44 Teplotní roztanost oceli a betonu ( SN EN a SN EN ) 1 0 L/L (x10 3 ) R zné p ístupy k analýze konstrukce p i poáru T i postupy uplatn né v Eurokódech normální beton ocel analýza konstrukce analýza ásti konstrukce Teplota ( C) ást3: Analýza konstrukce 8/ 44 analýza jednotlivých prvk (pouívaná pedevím pro ur ení normové poární odolnosti) ást3: Analýza konstrukce 9/ 44 R zné p ístupy k analýze konstrukce p i poáru Analýza prvk analýza jednotlivých konstruk ních prvk jednoduchá zpravidla pro ur ení normové poární odolnosti Analýza konstrukce zohled uje spolup sobení jednotlivých konstruk ních prvk poloha poárního úseku celistvost konstrukce ást3: Analýza konstrukce 10 / 44 T i úrovn návrhových model konstrukce p i poár Tabulky ocelobetonové prvky Jednoduché návrhové modely kritická teplota ocelové a ocelobetonové prvky Zdokonalené návrhové modely vechny typy konstrukcí modely zaloené na: metod kone ných prvk metod kone ných diferencí Tradi ní p ístup Moderní metody navrhování ást3: Analýza konstrukce 11/ 44

24 Pouití jednotlivých návrhových metod pro posouzení ík konstrukce k p i poáru Teplotní analýza: nominální teplotní k ivky Pouití jednotlivých návrhových metod pro posouzení ík konstrukce k p i poáru Teplotní analýza: model pirozeného poáru Analýza Tabulky Jednoduché návrhové é modely Zdokonalené návrhové modely Analýza Tabulky Jednoduché návrhové modely Zdokonalené návrhové modely Analýza jednotlivých prvk Analýza ásti konstrukce Analýza konstrukce Ano ISO-834 normová k ivka Ne Ne Ano Ano (pokud lze) Ne Ano Ano Ano Analýza jednotlivých prvk Analýza ásti konstrukce Analýza konstrukce Ne Ne Ne Ano (pokud lze) Ne Ne Ano Ano Ano ást3: Analýza konstrukce 1 / 44 ást3: Analýza konstrukce 13 / 44 Tabulky (ocelobetonové ék konstrukce) k Ocelobetonové nosníky Deska Beton chrání ocelový pr ez Ocelobetonové sloupy ást3: Analýza konstrukce 14 / 44 Tabulky d leité parametry (ocelobetonové sloupy SN EN ) 1 Ac ew b ef As h us us Normová poární odolnost R30 R60 R90 R10 Minimální pom r tlou ky st ny a pásnice e w /e f 0,5 1 Minimální rozm- ry pr ezu pro sou initel zatíení fi,t 0, minimální rozm ry h a b [mm] minimální osová vzdálenost výztue u s [mm] minimálníprocento vyztuení A s /(A c +A s ) [%] Minimální rozm- ry pr ezu pro sou initel zatíení fi,t 0, minimálnírozm ry h a b [mm] minimální osová vzdálenost výztue u s [mm] minimálníprocento vyztuení A s /(A c +A s ) [%] Normová poární odolnost Zatíení Rozm ry pr ezu Výztu 3 - ry sou initel zatíení fi,t 0,66 Minimální rozm minimální i í pr ezu h a b[ [mm] pro Krytí 3.1 rozm ry minimální osová vzdálenost výztue u s [mm] minimálníprocento vyztuení A s/(a c+a s) [%] ást3: Analýza konstrukce 15 / 44 Pouití tabulek p i poárním návrhu (dv odliné situace) POSOUZENÍ P EDB NÝ NÁVRH R d p i 0 C E fi.d a E d Jednoduché návrhové modely (ocelové a ocelobetonové ék konstrukce) k Nosníky (ocelové, ocelobetonové) Sloupy E fi.d fi,t =E fi.d /R d Rozm rypr ezu výztu krytí fi,t = E fi.d /E d Poadovaná poární odolnost Rozm ry pr ezu návrh výztue krytí Ur ení poární odolnosti R d E d ást3: Analýza konstrukce 16 / 44 ást3: Analýza konstrukce 17 / 44 3

25 Jednoduchý návrhový model (ocelobetonový nosník) plastický moment tú únosnosti Betonová deska S 1 Sp aení Ocelový pr ez S 1 ez S 1 + Fc - D Ft Jednoduchý návrhový model (ocelobetonový sloup) únosnost t ve vzp rném tlaku P ( ) A Z A ai A cj Y L fi A sk 0 Ú inný pr ez Odpovídající vzp rnostní k ivka Rozm ry pr ezu Teplota pr ezu Pr b h nap tí M fi,rd Momentová únosnost F t D Únosnost: N fi.rd = ( )N fi.pl.rd ( ) únosnost a tuhost ú inného pr ezu + vzp rná délka sloupu L fi ást3: Analýza konstrukce 18 / 44 ást3: Analýza konstrukce 19 / 44 Kritická teplota (jen pro ocelové a n které ocelobetonové prvky) Nosníky Sloupy (ocelové, ocelobetonové) Kritická teplota Podle jednoduchých návrhových model pouitých pro prvek s rovnom rným rozloením teploty po pr ezu platí: R fi,d,t =k y, R fi,d,0 Sou asn,proúnosnost platí: E fi,d Rfi,d,0 = 0 R fi,d,0 k y, 0 R fi,d,t E fi,d = Rfi,d,0 Kdy k y, = 0, odpovídající teplota je tzv. kritická teplota pr ezu cr V norm SN EN je pouit jednoduchý výraz pro výpo et kritické teploty pr ezu cr 1 cr = ln ást3: Analýza konstrukce 0 / 44 ást3: Analýza konstrukce 1 / 44 Pouití kritické teploty p i poárním návrhu Zatíení p i poáru E fi.d Únosnost p i teplot 0 C: R d nebo návrhová hodnota zatíení p i teplot 0 C: E d Itera ní postup pro ur ení kritické teploty (návrh ocelového sloupu) l Krátký sloup zatíený prostým tlakem N b,fi,t,rd =Ak y, max f y Reduk ní sou initel meze kluzu k y..max pro teplotu 1 M,fi a,max Reduk ní sou initel zatíení p ipoáru: fi,t = E fi,d R d Sloup zatíený vzp rným tlakem 1 N b,fi,t,rd = ( )Ak y, max f y M,fi M,fi Stupe vyuití pr ezu: = fit fi,t Kritická teplota: cr p ímý výpo et itera ní postup ást3: Analýza konstrukce / 45 M Vzp rnostní sou initel ( ) závisí na: únosnosti tuhosti (modulu prunosti) V p ípad stabilitních jev je pro ur ení kritické teploty a,max t eba pouít jednoduchý itera ní postup ást3: Analýza konstrukce 3 / 44 4

26 Zdokonalené návrhové modely (prolamovaný ocelobetonový nosník) experiment num. model as (min) Porovnání experimentu a numerického modelu Poruení p i experimentu Numerický model ást3: Analýza konstrukce 4 / 44 Analýza konstrukce p i poáru Obecná pravidla nutnost pouití pokro ilého návrhového modelu výb rvhodného modelu okrajové podmínky zatíení vhodné materiálové modely okrajové podmínky vzhledem k ástem konstrukce, které nejsou modelovány zhodnocení výsledk, posouzení únosnosti zohledn ní vliv, které nebyly zahrnuty do modelu (shoda modelu a konstruk ního eení p ípoje, atd.) ást3: Analýza konstrukce 5 / 44 Zdokonalenýmodel p i poárním návrhu Poadavky na model materiálu Pravidla pro pouití zdokonaleného návrhového modelu poadavky na model materiálu úplný pracovní diagram kinematický model vlastnosti p i chladnutí p ír stkové eení, itera ní postup kontrola zp sob poruení nezohledn ných vnumerickém modelu poruení v d sledku nadm rné deformace ocelových prvk trhliny v betonu ást3: Analýza konstrukce 6 / 44 sloky pom rných p etvo ení t = th + ( + c )+ r t : celkové pom rné p etvo ení t : pom rné p etvo ení odteploty t : pom rné p etvo ení od zatíení r : pom rné p etvo ení od reziduálních nap tí (pokud existují) c : pom rné p etvo ení od dotvarování y z G pr ez pr b h teploty (konstantní ve sm ru osy z) th t r pom rné p etvo ení ást3: Analýza konstrukce 7 / 44 c Poadavky na model materiálu P ír stkové eení, iterace kinematický model materiálu Ocel (izotropní materiál) Beton (anizotropní materiál) P i výpo tu je t eba zohlednit závislost únosnosti iti tuhostih ti konstrukce k na teplot t t 0 = 0 0 = 0 C t 1 = 0 min 1 = 710 C t = 7 min = 760 C d rovnob né s ( 1, = 0) d Tlak Zatíení 1 = (t) 1= (t) Pfi t 0= 0 t 1 t = (t+ t) d rovnob né s (, = 0) d = (t+ t) 0 1 Tah Posun U ást3: Analýza konstrukce 8 / 44 ást3: Analýza konstrukce 9 / 44 5

27 Vlastnosti materiálu p i chladnutí max 300 Ocel získává p i chladnutí p vodní vlastnosti Beton pichladnutí Teplota betonu f c, max 0.9 f c, max 0 0 t max as Nap íklad p i teplot max 300 C f c,,0 C = 0.9 f c, max Pevnost t max Pro ur ení f c, mezi max a 0 C se pouije lineární interpolace ást3: Analýza konstrukce 30 / 44 as Analýza ocelobetonové konstrukce p il lokalizovaném li poáru 10 m 15 m ocelobetonová stropní konstrukce plech: 0.75 mm 15 m 3. m 4m m 15 m 10 m ást3: Analýza konstrukce 31 / 44 Výb r modelu Porovnání model s experimentem Lze pouít dva zp soby modelování D ocelobetonový rám (prutové prvky) membránové p sobení je omezeno pouze na jeden sm r p erozd lování zatíení mezi sousedními nosníky není moné 3D ocelobetonová konstrukce (r zné typy prvk ) membránové p sobení v celé stropní konstrukci p erozd lování zatíení je moné p i pouití sko epinových prvk 3D model ocelobetonové konstrukce lépe odpovídá skute nému chování ást3: Analýza konstrukce 3 / Experiment -00 3D model as (min) Experiment 3D model D model as (min) ást3: Analýza konstrukce 33 / 44 3D model ocelobetonové konstrukce Mechanické zatíení a okrajové podmínky Oblast ovlivn ná poárem Rovnom rné spojité zatíení: G + 1,1 Q = 0 Spojitá betonová deska Ocelová konstrukce bez betonové desky Detail numerického modelu = 0 Vetknuté sloupy ást3: Analýza konstrukce 34 / 44 ást3: Analýza konstrukce 35 / 44 6

28 Chování konstrukce p i poáru Chování konstrukce p i poáru Pr hyb stropní konstrukce Kontrola maximálních povolených pr hyb 140 mm 310 mm 0 min 40 min 30 mm 60 min mm L/0 = 500 mm Stropní nosník Pr vlak as (min) 80 mm L/0 = 750 mm ást3: Analýza konstrukce 36 / 44 ást3: Analýza konstrukce 37 / 44 Chování konstrukce p i poáru Kontrola maximálního protaení výztue 1.4 % 5 % Konstruk ní eení musí odpovídat návrhovému modelu P ipojení výztue desky ke krajním sloup m 1,S500 Pom rné protaení výztue rovnob né s rozp tím desky 1.3 % 5 % Pom rné protaení výztue kolmé k rozp tí desky Maximální mezera mezinosníkem a sloupem a mezi spodními pásnicemi nosník je 15 mm mezera mezera 15 mm ást3: Analýza konstrukce 38 / 44 ást3: Analýza konstrukce 39 / 44 Skute ná konstrukce s nechrán nými nosníky, návrh pomocí pokro ilého modelu Po dokon ení P i montái Konstruk ní eení ve vztahu k poární odolnosti l konstrukce t k Konstruk ní eení eení sty ník Spojení oceli a betonu Sp aení Výztu Chování konstrukce p i chladnutí Sty níky (ocelových a ocelobetonových) ást3: Analýza konstrukce 40 / 44 ást3: Analýza konstrukce 41 / 44 7

29 Konstruk ní eení umo ující vznik spojitého nosníku p i poáru ( SN EN ) 1 P íklad eení sty níku výztu ýtpro p enesení tahových nap tí na spojitém j nosníku trny pr ezy vybetonované mezi pásnicemi mezera Malá mezera umoní vytvo ení podporového momentu (spojitý nosník) p i poáru Konstruk ní eení pro spojení mezi nosníkem a betonem t ( SN EN ) 1 Spojení mezi ocelovým nosníkem a betonem r 8 mm svary h a w 0,5 s trny s 6 mm d 10 mm l w 4 s h 0,3b r 8 mm b T mínky p iva ené Trnyp iva ené ke st n nosníku ke st n nosníku ást3: Analýza konstrukce 4 / 44 ást3: Analýza konstrukce 43 / 44 Národní p ílohy k SN EN a SN EN SN EN (ocelové konstrukce) Umo uje volbu parametr v 6 odstavcích P ejímá hodnoty z EN beze zm ny Vyjímkou je kritická teplota tenkost nných konstrukcí ohýbané prvky: cr = 500ºC tla ené prvky: cr = 450ºC Navíc:kritická teplota poárn odolné oceli FRS 75 N (tab..1) kritická teplota za studena tvarovaných taených prvk (tab..) SN EN (ocelobetonové konstrukce) Umo uje volbu parametr v 8 odstavcích P ejímá p vodní hodnoty Pouití evropského softwaru je moné bez úprav ást3: Analýza konstrukce 44 / 44 D kuji za pozornost sokol@fsv.cvut.cz URL: fire.fsv.cvut.cz/difisek ást3: Analýza konstrukce 8

30 Cíle poárního návrhu R Únosnost konstrukce, která je vystavena poáru R req ást 4 PROGRAMY PRO POÁRNÍ NÁVRH Part 4: Software for Fire Design 0/ 47 Únosnost, která je poadována, aby byla konstrukce spolehlivá 1/ 54 R Postup událostí b hem poáru R req Poadavky na spolehlivost Zatíení í 1: Vzplanutí as Ocelové sloupy : Zatíení teplotou 3: Mechanické zatíení R : R poaduje se required aby byla nosná funkce konstrukce zachována b hem poadovanému vystavení poáru R 4: Teplotní odezva as 5: Mechanická odezva 6: Moný kolaps eení p edpisy: Poadavky p edpisy eení popisem chování: Poární inenýrství Metodika výpo tu v Eurokódech / 54 3/ 54 Programy na poární návrh - klasifikace Skupiny program pro poární návrh podle oblastí pouití: Teplotní modely poáru Modely poární odolnosti Modely úniku Modelyodezvy odezvy idel Ostatní modely R R req (popis i chování) TEPLOTNÍ MODELY POÁRU 4/ 54 5/ 54 9

31 Teplotní modely yp poáru Nominální teplotní k ivky Teplotní modely poáru Normová teplotní k ivka K ivka vn jího poáru (P edpisy) Uhlovodíková k ivka P irozené modely poáru (Poární inenýrství) Jednoduché modely Pokro o ilé modely Prostorový poár Lokalizovaný po. Zónové modely Dynam. modely PARAMETRICKÁ TEPLOTNÍ K IVKA 6/ 54 7/ 54 Výpo et teploty v poárním úseku pomocí parametrické teplotní kivky ZÓNOVÉ MODELY 8/ 54 9/ 54 Zónové modely Dvouzónové modely poární úsek je d len na dv zóny (teplou astudenou) studenou), které mají homogenní vlastnosti Jednozónové modely celý poární íúsekje jedna d zóna Neutrální plocha Spodní vrstva Horní vrstva Modely s jednou místností Modely pro více místností eené rovnice - Rovnováha hmotyt -Rovnováha energie Zónový model - Ozone Veobecný popis programu Název OZone Verze.. Rok 00 Zem Lucembursko Jazyk Anglicky Systém Windows Velikost 5MB Auto i J. F. Cadorin, J. M. Franssen (Uni. Li?ge) L.G. Cajot, M. Haller, J.B. Schleich Organizace Oga ace Arcelor ceo LCS Research Centre te Oblast pouití Teplotní model za poáru -zónový Jak získat Voln Voln Kontakt Arcelor ASC: asc.tecom@arcelor.com Formulace Rovnice rovnová hy hmoty a tepla Krátký popis Model pedpovídá poární zatíení p i daném poáru. Zjednoduený p estup tepla do prvk a doba do kolapsu podle EN / 54 11/ 54 30

32 Ozone hlavní menu Ozone eený p íklad Scéná : poár na t etím podlaí v restauraci Návrhový poár: pln rozvinutý poár - t pro rozvoj poáru Cíl: poární odolnost ocelového nosníku Poadavek R90 Poární íúsek Plocha poáru 1 / / 54 Ozone vstupní data poární zatíení í Ozone vstupní data kritéria pro zm nu z zjedné na dv zóny 14 / / 54 Ozone - výstupy PROSTOROVÉ MODELY Zm na ze zón na 1zónu: 10 (poár ízený ventilací) 16 / / 54 31

33 Prostorové modely Prostorové modely - Fluent Modely poáru + CFD program CFD programy Prostorový ý model l poáru Obecný popis poáru Popis fyzikálních prom nných Speciální CFD Programy pro modelování poár : SOFIE, FDS... Obecné CFD Obecné programy pro poáry nutný výb r dat a okrajových podmínek: Fluent, CFX,PHOENIX Veobecný popis programu Název Fluent Verze 6.1. Rok 004 Zem USA Jazyk Anglicky Systém Windows/UNIX Auto i Fluent Inc. Organizace i Teplotní model poáru - prostorový Oblast pouití Komer ní program Jak získat Kontakt Zaloen na výpo tu rovnováhy hmoty a tepla. Formulace Obecný program CFD Krátký popis 18 / / 54 Fluent - vstupy Fluent -výstupy Uivatelsky vst ícné vstupy a výstupy P edpokládá se dobrá znalost poárního návrhu a CFD P íklady výstup Kou : koncentrace CO Hodnoty radiace Teploty oceli Definice materiál, fyzikálních model a okrajových podmínek, viz naho e. 0 / 54 1 / 54 Modely poární odolnosti MODELY POÁRNÍ ODOLNOSTI O OS Návrh p edpisem Návrh popisem chování Jednoduché Pokro ilé Postup návrhu Tabulky metody metody Analýza po Výpo et Ano Ano Ano prvcích mechanického Ano, Analýza ásti zatíení a Ne pokud jsou Ano konstrukce reakcí dostupné Výb r Analýza celé mechanického Ne Ne Ano konstrukcek zatíení Ano, Analýza po Výpo et Ne pokud jsou Ano prvcích mechanického dostupné zatíení í a Analýza ásti reakcí Ne Ne Ano konstrukce Výb r Analýza celé mechanického Ne Ne Ano konstrukcet k zatíení / 54 3 / 54 3

34 Jednoduchý model poární odolnosti JEDNODUCHÉ MODELY POÁRNÍ ODOLNOSTI Veobecný popis programu Název Výpo et teploty pr ezu Verze 1 Rok 007 Zem R Jazyk esky Systém Windows Velikost 16 MB Auto i Z. Sokol, J. Starý Organizace VUT v Praze, FINE a.s. Oblast pouití Model poární odolnosti -jednoduchý Jak získat Zdarma steelcz Kontakt VUT v Praze Formulace Zaloen na EN Krátký popis Výpo et teploty pr ez pomocí p ír stkové metody 4 / 54 5 / 54 Výpo et teploty pr ezu Jednoduchý model poární odolnosti Veobecný popis programu Název Výpo et poární odolnosti pr ezu Verze 1 Rok 007 Zem R Jazyk esky Systém Windows Velikost 16 MB Auto i Z. Sokol, J. Starý Organizace VUT v Praze, FINE a.s. Oblast pouití Model poární odolnosti -jednoduchý Jak získat Zdarma steelcz Kontakt VUT v Praze Formulace Zaloen na EN Krátký popis Výpo et odolnosti profilu pomocí vztah v SN EN / 54 7 / 54 Výpo et poární odolnosti pr ezu Jednoduchý program pro poární odolnost ocelobetonového sloupu - AFCC Veobecnýpopisprogramup p g Název AFCC Verze 3.06 Rok 004 Zem Lucembursko k Jazyk Anglicky Systém Windows Velikost.5 MB Auto i H. Colbach Organizace Arcelor LCS Research Centre Oblast pouití Zjednoduený model poárníodolnosti Jak získat Zdarma Kontakt Arcelor ASC: asc.tecom@arcelor.com Formulace Zaloen na EN Krátký popis Poární návrh ocelobetonových sloup 8 / 54 9 / 54 33