STAV POZNÁNÍ NÁVRHU KONSTRUKCÍ

Transkript

1 STAV POZNÁNÍ NÁVRHU KONSTRUKCÍ ZA POŽÁRNÍ SITUACE František Wald ČVUT v Praze Zvýšení spolehlivosti stavebních nosných konstrukcí výpočtem požární odolnosti podle evropských norem 1

2 Části 1) Posouzení nosných konstrukcí za požární situace 2) Stav poznání návrhu konstrukcí Příklady výpočtu 3) Hlavní směry vývoje Analýza rozvoje teploty požárního úseku Experimenty na skutečných konstrukcích Poučení z 11/9/2001 WTC 2

3 3 Obsah druhé části Specifika! Betonové konstrukce! Ocelové konstrukce! Ocelobetonové konstrukce! Zděné konstrukce! Dřevěné konstrukce! Hliníkové konstrukce Příklady výpočtů " Továrna na výrobu měkkých feritů, EPCOS, Šumperk " Hala HARD " Pavilon ČR Expo 2000 Hannover " Pavilon Japonska a Holandska Expo 2000 Hannover

4 4 Metodika podle materiálů Evropské návrhové normy ucelená metodika spolehlivosti 70% všech nově budovaných konstrukcí smíšené konstrukce (Mixed building technology) Specifika jednotlivých materiálů! odlišností materiálových parametrů! odlišná úroveň poznání! rozvoj evropské nejlepší praxe Vše platí pro normy k navrhování konstrukcí za požární situace 199x-1-2

5 5 Betonové konstrukce Pozitivní vliv tepelné izolace! Normální beton! Lehčený beton Odštěpování! Explosivní odprýskávání a odštěpení povrchové vrstvy betonu Metody! Tabulky! Zjednodušené metody metody izotermy 500 C zónová metoda

6 6 EN Navrhování betonových konstrukcí část 1.2: Obecná pravidla Navrhování na účinky požáru schválena Přílohy:! A Teplotní profily (plná deska, základní průřezy trámů a sloupů)! B Zjednodušené metody výpočtu (metoda izotermy 500 C, zónová metoda)! C Vzpěr sloupů za požáru (vliv účinků 2.řádu)! D Výpočtové metody pro smyk, kroucení a kotvení! E Zjednodušená metoda výpočtu pro trámy a desky (při rovnoměrném zatížení).

7 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Materiálové charakteristiky! Betonu a výztuže za tepla k k ocel, θ výztuž, θ kc, normal, θ k c,lehký, θ θ a, C 7

8 Metoda izotermy 500 C 8

9 Zónová metoda 9

10 10 Obsah druhé části Metodika podle materiálů! Betonové konstrukce! Ocelové konstrukce! Ocelobetonové konstrukce! Zděné konstrukce! Dřevěné konstrukce! Hliníkové konstrukce Příklady výpočtů

11 11 Ocelové konstrukce Materiálové charakteristiky za tepla! Ocel je slitina! Přesto lze zobecnit s dobrou přesností Přestup tepla do konstrukce! Nechráněné! Tepelně chráněné Konverze pren hotova! Přesnější modely! Tenkostěnné konstrukce! Styčníky

12 Vlastnosti oceli 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 k i, = f i, / f y θ θ součinitel pro účinnou mez kluzu konstrukčních ocelí (S 235, S 275 a S 355) Rychlost ohřevu do 2 K/min k E,θ k y,θ teplota oceli θ a, C 12

13 13 Za studena tvarované Nerezové oceli 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 k , θ ky,θ k , θ kp,0,2, θ θ a, C

14 Spojovací prostředky 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 kb,θ kw,θ ky,θ θ a, C Charakteristiky šroubů a svarů 14

15 Přestup tepla do konstrukce Teplota ocelového nechráněného průřezu t [min] součinitel průřezu A m / V [m -1] až 150 asi 15 min 150 až 300 asi 10 min Požární odolnost prvku θ a,t [ C] 15

16 16 Teplota ocelového profilu izolovaného požárně ochranným materiálem t [min] 120 d p / λ p = 0,10 m 2 K / W součinitel přestupu tepla A m / V[m -1 ] Součinitel průřezu Požární odolnost prvku θ a,t 1000 [ C]

17 17 Obsah druhé části Metodika podle materiálů! Betonové konstrukce! Ocelové konstrukce! Ocelobetonové konstrukce! Dřevěné konstrukce! Hliníkové konstrukce Příklady výpočtů

18 Spřažené ocelobetonové konstrukce Spřažené ocelobetonové konstrukce z ocelových a betonových částí! i v mimořádném stavu konstrukce jako kompozitní Konverze pren hotova Nechráněný nosník Chráněný Částečně chráněný 18

19 Ocelobetonové desky 19

20 Sloupy 20

21 Redukční součinitel Ocel S235, S275, S355 slitina (plnou čarou) % poměru Mez úměrnosti (2%) 60 Výztuž S500 (tečkovaný) Modul pružnosti Teplota ( C) 21

22 22 Nosníky na výšku stropu (slim-floor) Do R(t) 60 min

23 23 Tabulky b eff Condition for application: Slab: h c 120 mm A c h c b eff 5 m Steel section: b / e w 15 Standard Fire Resistance A s A f =b x e f e w b u 2 u 1 e f h e f / e w 2 Additional reinforcement area, related to total area between the flanges: A s /(A c + A s ) 5% R30 R60 R90 R120 R180 1 Minimum cross-sectional dimensions for load level η fi,t = 0,3 Min b [mm] and additional reinforcement A s in relation to the area of flange A s / A f h 0,9 min b h 1,5 min b h 2,0 min b (HEB 400: h = 1,3b; b = 300) 70/0,0 60/0,0 60/0,0 100/0,0 100/0,0 100/0,0 170/0,0 150/0,0 150/0,0 200/0,0 180/0,0 180/0,0 260/0,0 240/0,0 240/0,0

24 24 Metodika výpočtu spřaženého nosníku Exponována dolní pásnice výztuž u dolní pásnice Výplň betonem h c,fi a ŽB deska o šířce b fi od horní pásnice Plný profil a redukce pevnosti materiálů Plná pevnost a redukovaný průřez

25 25 Obsah druhé části Metodika podle materiálů! Betonové konstrukce! Ocelové konstrukce! Ocelobetonové konstrukce! Zděné konstrukce! Dřevěné konstrukce! Hliníkové konstrukce Příklady výpočtů

26 Zděné konstrukce Vývoj modelů v posledních deseti letech! Tabulky! Zjednodušené modely! Komplexní modely Konverze pren hotova 26

27 27 Obsah druhé části Metodika podle materiálů! Betonové konstrukce! Ocelové konstrukce! Ocelobetonové konstrukce! Zděné konstrukce! Dřevěné konstrukce! Hliníkové konstrukce Příklady výpočtů

28 28 Dřevěné konstrukce d char d 0 počáteční povrch prvku okraj zbytkového průřezu okraj účinného průřezu Problematika hoření " vzplanou a poměrně silně hoří " na povrchu zuhelnatělá vrstva dřevní hmoty " dobré tepelně izolační vlastnosti Redukce průřezu Redukce únosnosti nechráněných spojů! Odolnost prvků ze dřeva a materiálů na bázi dřeva charakterizuje hloubka zuhelnatění Konverze 2003 d ef

29 29 Obsah druhé části Metodika podle materiálů! Betonové konstrukce! Ocelové konstrukce! Ocelobetonové konstrukce! Zděné konstrukce! Dřevěné konstrukce! Hliníkové konstrukce Příklady výpočtů

30 30 f 0,2,T / f 0,2 Hlavní slitiny Hliníkové konstrukce # konverze ,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 k 5052-O 5052-H O 5083-H O 5454-H T T T O 3003-H O 5086-H T Teplota ( C)

31 31 Obsah druhé části Metodika podle materiálů! Betonové konstrukce! Ocelové konstrukce! Ocelobetonové konstrukce! Zděné konstrukce! Dřevěné konstrukce! Hliníkové konstrukce Příklady výpočtů

32 Příklady výpočtů Návrh analytickým modelem: Továrna na výrobu měkkých feritů EPCOS (EXCON Praha) Výstavní pavilon HARD (EUROPROJEKT Praha) Pavilon EXPO Hannover (Němec & Polák s.r.o) Návrh diskrétním řešením MKP: Sklad palet TAVHYDRO, Amiens (Zaharia a Fransen, 2002) 32

33 Technologický objekt Továrna na výrobu měkkých feritů, EPCOS, Šumperk Cca tun, požadavek R15 Projekt EXCON a.s., (výpočet ing. Štolc) Sloupy a průvlaky HEA 500, IPE 600 A m /V, < 150 vyhoví Pasy a diagonály příhradových vazníků, štíhlé sloupky a ztužidla A m /V, < 200, výpočet Nosné profily plošin IPE 140 A m /V, = 335 nátěrové systémy Kombinace - nahodilé jen technologie 0,7 až po 0,9 Vodorovná tuhost vetknuté sloupy - neposuvné 33

34 EPCOS, Šumperk Projekt EXCON a.s. 34 Detail rámových rohů střední lodi této haly (napojení obloukové příčle střední lodi a přímé příčle s náběhem lodi boční) Mohutné vaznice (IPN 240 a IPN 280) I-profily jsou použity místo IPE zdůvodů poměru A/V

35 Průhled z částečně opláštěné haly Střešní ztužidla, nezbytná i při použití trapézového plechu pro stabilitu konstrukce při požáru Kvůli požární odolnosti jsou diagonály z trubek 35

36 Montáž vaznic střední lodi haly Horní příčle příhradová (na rozpětí 27 metrů) technologická plošina střední lodi, tvořená podélníky z IPE 600 a příčníky z IPE 500, na užitné zatížení 10 kn/m 2, s rozpětím 10,8 m 36

37 Projekt EXCON a.s. 37 Detail ukončení horního pasu příhradového vazníku před montáží (deska k uložení na vrchol krajního sloupu) EPCOS, Šumperk Styčníkové plechy připojující vaznice v důsledku požární odolnosti z plechu 10 mm

38 Řešené příklady Návrh analytickým modelem: Továrna na výrobu měkkých feritů EPCOS (EXCON Praha) Výstavní pavilon HARD (EUROPROJEKT Praha) Pavilon EXPO Hannover (Němec & Polák s.r.o) Návrh diskrétním řešením MKP: Sklad palet TAVHYDRO, Amiens (Zaharia a Fransen, 2002) 38

39 HAC, Česká Třebová HARD Jeseník a.s. R 15 39

40 40

41 41

42 Hala Benzina Hard Jesenik R30 nátěry (intumenscentní barvy) Sloupy 200*14+400*10 Příčle 200*14+400*8 42

43 Hala Benzina Hard Jesenik Posouzení styčníků 43

44 Výpočet styčníku P kn 500 kn x M24 nechráněný A m / V = 54,0 / 1,24 = 43,18 m 1 t = 44 min 45 s protipožární nátěr s tloušťkou po zpěnění A λ m p 0,1 3 1 = 43,18 = 288 Wm K V d p 0,015 t = 112 min d p = 15 mm 44

45 Řešené příklady Návrh analytickým modelem: Továrna na výrobu měkkých feritů EPCOS (EXCON Praha) Výstavní pavilon HARD (EUROPROJEKT Praha) Pavilon EXPO Hannover (Němec & Polák s.r.o) Návrh diskrétním řešením MKP: Sklad palet TAVHYDRO, Amiens (Zaharia a Fransen, 2002) 45

46 Výstavní pavilon ČR Hannover 2000 Projekt D.U.M. Architekti a Němec & Polák s.r.o. Požadavek R20 Nosné ocelové sloupy, výpočet vzpěrných délek MKP 46

47 Pavilon ČR Němec & Polák 47

48 Závěs dřevěných rámů 48

49 Posouzení sloupu 49

50 Posouzení sloupu 50

51 51 Uvažováno s částečnou tuhostí kotvení patní deskou

52 na okraj Hannover 2000, pavilon Japonsko

53 Hannover 2000 pavilon Japonska Nosné papírové roury, požadavek R20 Experimentální posouzení na části konstrukce 53

54 Hannover 2000 pavilon Japonska 54

55 Hannover 2000 pavilon Japonska 55

56 Děkuji za pozornost 56