Případová studie: State Street Bank, Lucemburk

Transkript

1 Případová studie: State Street Bank, Lucemburk Významná pětipodlažní administrativní budova, postavená s využitím spřažených ocelobetonových konstrukcí byla navržena požárními specialisty, což vedlo k velmi ekonomickému návrhu protipožární ochrany. Sloupy jsou částečně obetonované a nosníky, s výjimkou suterénu, jsou zcela nechráněné. State Street Bank Hlavní fasáda budovy Obsah 1. Provedení 2 2. Úvod 2 3. Konstrukce 2 4. Koncepce požární bezpečnosti 3 5. Všeobecné informace 5 6. Reference 5 Strana 1

2 1. Provedení Budova je pozoruhodná kvůli použití techniky požárního inženýrství, která vedla k dosažení následujících výhod: V nadzemních podlažích byly použity nechráněné nosníky, což vede k významné úspoře protipožárních nákladů. Byly použity částečně obetonované sloupy, což vyloučilo potřebu jakékoli pasivní ochrany. Požárně bezpečnostní model ukázal přijatelnou úroveň bezpečnosti a byl akceptován úřady. Pro dosažení požární odolnosti 90 minut v podzemí budovy byly použity částečně obetonované sloupy. 2. Úvod První etapa výstavby zahrnující State Street Bank byla uskutečněna v oblasti nazvané Kirchberg ve městě Lucemburk. Tato oblast leží poblíž centra města a představuje novou obchodní čtvrť Lucemburku. Stavba byla navržena s použitím ocelové konstrukce, která byla analyzována s využitím požárně bezpečnostního konceptu, aby se dosáhlo podstatných úspor na protipožární ochraně. 3. Konstrukce Nadzemní podlaží používaná pro kanceláře sestávají ze spřažených nosníků s velkým rozpětím a z částečně obetonovaných sloupů. V podzemí určenému pro parking je konstrukce identická, pouze nosníky jsou také částečně obetonované. Konstrukce má 4 úrovně a 3 trakty (15,15 + 8, ,15 m). Výška podlaží je 4,2 m. Vzájemná vzdálenost nosných vazeb je 4,5 m. Tloušťka stropní desky je 360 mm. Deska je vyrobena ze 160 mm betonu C30/37 (včetně 50 mm tlustých prefabrikátů) a 200 mm tvoří vrstvy podlahy. Nosníky jsou vyrobeny z oceli S355 pro rozpětí 8,50 m a z oceli S460 pro rozpětí 15,15 m. Ocelové nosníky jsou spřažené s betonovou deskou pomocí trnů průměru 22 mm a délky 125 mm. Řez stropní konstrukcí je ukázán na obrázku 3.1. Spřažené sloupy průběžné přes dvě podlaží jsou z H profilů z oceli S355 a jsou částečně obetonované betonem C30/37. Spojení ve třetím podlaží je provedeno na čelní desku a 4 šrouby a je považováno za tuhé. Strana 2

3 Obrázek 3.1 Pohled na budovu během stavby Sloupy jsou na úrovni přízemí uloženy kloubově. Stabilitu budovy proti účinku vodorovných sil zajišťuje schodišťové a výtahové jádro. Před provedením požárního výpočtu byly vnitřní sloupy zatíženy pouze osovými silami, protože i přípoje nosníků jsou kloubové. Obvodové sloupy mají menší osovou sílu, ale jsou namáhané také ohybem od větru. Ohybové momenty jsou ale ve srovnání se silami malé a neovlivňují návrh sloupů. Rohové sloupy mají nejmenší osovou sílu a namáhání momentem od větru může působit v obou směrech. Ale ani zde vítr neovlivňuje dimenzi sloupů. 4. Koncepce požární bezpečnosti Výzkumné oddělení PROFILARBED-Research bylo požádáno o provedení požárního posouzení nadzemní konstrukce a příslušné úřady akceptovaly použití koncepce přirozeného požáru [1,2,3]. Požární návrh byl založen na ustanoveních EN [1] (použilo se charakteristické zatížení při požáru pro administrativní budovu 511 MJ/m²) a uvažovalo se s aktivními požárními zařízeními (automatický alarm s přenosem do hasičské centrály, odvětrávací systém apod.). Sprinklery nebyly požadovány. Teplota plynu byla stanovena s použitím dvouzónového softwaru OZone [1,2]. Byla provedena řada simulací pro různé požární úseky a s použitím několika scénářů pro porušení skel. Protože největší teplota v profilech IPE600 dosáhla až 850 C, musela být provedena 2-D analýza metodou konečných prvků, která zahrnula celou budovu. Nejvíce zatížené části konstrukce byly simulovány softwarem CEFICOSS [5]. Statické zatížení při požáru bylo určeno podle pren1990 [6]. Strana 3

4 Obrázek 4.1 Detail spojení nosníku s částečně obetonovaným sloupem Nosníky původně navržené jako prosté byly na doporučení PROFILARBED-Research připojeny na prodlouženou čelní desku s jednou řadou šroubů v betonové desce. Spoj je vidět na obrázku 4.1. V případě požáru zůstává tato řada šroubů chladná a je schopna přenést redukované posouvající síly. Tento pozitivní efekt byl zahrnut do analýzy, což, spolu s přidáním několika výztužných prutů u vnitřní podpory, umožnilo uvažovat negativní ohybový moment ve spoji. Tímto způsobem bylo dokázáno, že konstrukce přežije přirozený požár. Výsledkem požárně inženýrského přístupu bylo, že ocelové nosníky nepotřebují žádnou protipožární ochranu. V podzemní části úřady požadovaly požární odolnost 90 minut. Toho bylo dosaženo částečným obetonováním nosníků i sloupů. Strana 4

5 5. Všeobecné informace Zákazník: State Street Building Kirchberg S.A. Architekt: Atelier a+u Návrh ocelové konstrukce: Schroeder & Associés S.A. ; TR-Engineering Dodavatel: HOCHTIEF Luxemburg S.A. Požární posudek: PROFILARBED-Research Doba výstavby: Celková výška: 21,60 m Půdorys: 63 x 38 m. 6. Reference [1] EN , Eurocode 1- Actions on structures, Part 1.2-Actions on structures exposed to fire. CEN Central Secretariat, Brussels, November [2] Competitive steel buildings through natural fire safety concept. ECSC Research SA/125; [3] Natural fire safety concept Full scale tests, implementation in the Eurocodes and development of a user-friendly design tool. ECSC Research , [4] Valorisation project - Natural Fire Safety Concept. ECSC Research 7215-PA/PB/PC , D-E-F-I-NL-UK & ECCS, [5] CEFICOSS, A Computer Program for Analysis of Structures Submitted to the Fire, University of Liège, Department Structures du génie Civil, Service Ponts et Charpentes. [6] CEN; pren1990, Eurocode Basis of structural design, Strana 5

6 Quality Record RESOURCE TITLE Office Building- State Street Bank Reference(s) ORIGINAL DOCUMENT Name Company Date Created by Haller Mike PARE 2003 Technical content checked by Haller M PARE 08/11/05 Editorial content checked by Brasseur M. PARE 08/11/05 Technical content endorsed by the following STEEL Partners: 1. UK G W Owens SCI 20/1/06 2. France A Bureau CTICM 20/1/06 3. Sweden A Olsson SBI 20/1/06 4. Germany C Müller RWTH 20/1/06 5. Spain J Chica Labein 20/1/06 6. Luxembourg M Haller PARE 20/1/06 Resource approved by Technical Coordinator G W Owens SCI 11/5/06 TRANSLATED DOCUMENT This Translation made and checked by: J. Studnička CTU in Prague 31/7/07 Translated resource approved by: J. Macháček CTU in Prague 31/7/07 National technical contact: F. Wald CTU in Prague Strana 6