Posouzení za požární situace

Transkript

1 OCELOVÉ KONSTRUKCE Požární odolnost Zdeně Sool 1 Posouzení za požární situace Teplotní analýza požárního úseu Přestup tepla do onstruce Návrhový model ČSN EN ČSN EN 199x-1- ČSN EN 199x-1-1

2 Úvod v principu stejné postup jao při navrhování za studena při mimořádné návrhové situaci se používá součinitel spolehlivosti 1,, i rozhodující vliv mají změn materiálových vlastností vlivem vsoých teplot odlišnosti se projevují u prvů, jejichž únosnost je ovlivněna ztrátou stabilit (vzpěr, lopení) pozornost je třeba věnovat návrhu stčníů (celistvosti onstruce), ab bl vloučen progresivní olaps celé onstruce 3 Obsah Vlastnosti oceli při vsoých teplotách etoda riticé teplot Klasiiace průřezů Tažené prv Ohýbané prv Tlačené prv Ohýbané prv se ztrátou stabilit (lopení) Kombinace tlau a ohbu Prv s průřez 4. tříd Přípoje ocelových onstrucí 4

3 ateriálové zouš při vsoých teplotách Upínací čelist Zušební vzore Tepelná izolace Topná tělesa Tepelná omora Externí tenzometr Termočláne Upínací čelist 5 Vlastnosti oceli při vsoých teplotách Reduční součinitel 1,,9 pro, mez luzu,8 E,,7 pro modul pružnosti,6 a,,5 pro mez úměrnosti,4,3,, Teplota, C 6 3

4 Pracovní diagram oceli Napětí, p, E a, = tan p,, t, u, Poměrné protažení 7 Požárně odolné oceli Žáropevné oceli Žáruvzdorné (opaluvzdorné) oceli (6 C až 1 C) Požárně odolné oceli Zjemnění rstalicé strutur (snížení obsahu sír) Přísad molbdenu a niobu Použito EXPO Hannover - Kristův pavilón 8 4

5 Požárně odolná ocel FRS75N Zvýšení meze luzu při 6 C Reduční součinitel 1,, ocel FRS75N,9,8, E,,7 uhlíová ocel ocel FRS75N,6 E, uhlíová ocel,5,4,3,, Teplota, C 9 Kriticá teplota Napětí, Pa Únosnost prvu 1, Stupeň vužití průřezu, μ Zatížení při mimořádné situaci,8 Rezerva únosnosti Zhroucení,6,4, Kriticá teplota Kriticá teplota, Teplota, C Teplota, C 1 5

6 Kriticá teplota Pozor! Platí jen pro prv, jejichž únosnost závisí pouze na mezi luzu (tzn. nedochází e ztrátě stabilit) θ a,cr , ln, 9674 μ 3, Stupeň vužití průřezu μ E μ R i,d i,d, Účine zatížení při požární situaci Únosnost při požární situaci při normální teplotě ( C) 11 Klasiiace za studena za běžné teplot Prve Třída 1 Třída Třída 3 de Pásnice c/t =1 c/t =11 c/t =15 35 Ohýbaná stěna d/t w =7 d/t w =83 d/t w =14 Tlačená stěna d/t w =33 d/t w =38 d/t w =4 1 6

7 Klasiiace průřezů desová štíhlost b p 8,4 t tw r t d po rozšíření p 135 b t E dosazení a úprav b t p E b t 1 11 E c b t E,94 obě hodnot jsou závislé na teplotě 13 Klasiiace za zvýšené teplot za běžné teplot se průřez lasiiují s vužitím poměru 35 při zvýšené teplotě E, E,, E E,, E pro praticé použití se předchozí výraz zjednoduší,

8 Klasiiace za zvýšené teplot při požáru Prve Třída 1 Třída Třída 3 reduce ε Pásnice c/t =1 c/t =11 c/t =15,85 35 Ohýbaná stěna d/t w =7 d/t w =83 d/t w =14 Tlačená stěna d/t w =33 d/t w =38 d/t w =4 15 Tažené prv Rovnoměrné rozdělení teplot po průřezu (onstantní teplota) N i,t,rd A,, i Nerovnoměrné rozdělení teplot po průřezu N n A i i i,t,rd 1,,i, i 16 8

9 Nosní (bez ztrát stabilit), 1. a. třída Rovnoměrné rozdělení teplot po průřezu (onstantní teplota) i,t,rd W pl,,, i Nerovnoměrné rozdělení teplot po průřezu (obecná metoda) poloha neutrální os průběh teplot průběh napětí N N moment únosnosti n A i i i,t,rd 1,,i, i z i 17 Nosní (bez ztrát stabilit), 1. a. třída Nerovnoměrné rozdělení teplot po průřezu (alternativní metoda) i,t,rd 1 κ κ 1 W pl,,, i Součinitele podmíne působení Součinitel κ 1 pro nerovnoměrné rozdělení teplot po průřezu κ 1 = 1, pro nosní vstavený požáru ze čtř stran κ 1 =,7 pro nosní vstavený požáru ze třístran, s betonovou desou na čtvrté straně 1 =,7 Součinitel κ pro nerovnoměrné rozdělení teplot podél nosníu κ =,85 pro podporové moment static neurčitých nosníů κ = 1, pro ostatní případ =,85 = 1, 18 9

10 Nosní (bez ztrát stabilit), 3. třída Rovnoměrné rozdělení teplot po průřezu (onstantní teplota) i,t,rd Wel,,, i Nerovnoměrné rozdělení teplot po průřezu počítá se s maximální dosaženou teplotou průřezu i,t,rd 1 κ κ 1 W pl,,,max, i 19 Nosní (smová únosnost) Pro všechn tříd V i,t,rd,,web A V,z 3, i 1

11 Tlačené prv Pro 1.,. a 3. třídu maximální teplota u průřezů s nerovnoměrným rozdělením teplot pouze jedna vzpěrnostní řiva, součinitel imperece α N b, i,t,rd i A,,max, i, Štíhlost, E, Vzpěrnostní součinitel i 1 de 1 1 Vzpěrnostní součinitele 1,,9,8,7,6,5,4,3,,1,,13 - řiva a,1 - řiva a,34 - řiva b,49 - řiva c,76 - řiva d požár - 5 C požár - 7 C,,,4,6,8 1, 1, 1,4 1,6 1,8, 11

12 Únosnost tlačeného prvu 5 Únosnost, N N b,i,t,rd C C 8 C 3 C 4 C 5 C 6 C 1 1 3,5 ocel S Štíhlost 3 Reduce vzpěrné dél Obecně jsou vzpěrné dél stejné jao za studena U patrových budov lze vzpěrné dél zrátit podle obrázu, poud jde o rám s neposuvnými stční aždé podlaží tvoří samostatný požární úse stropní onstruce mají stejnou nebo větší požární odolnost než je požární odolnost sloupu,7 L,7 L,5 L 4 1

13 Ztráta stabilit při ohbu Pro 1. a. třídu reduce meze luzu se provádí podle teplot tlačené pásnice onzervativně lze dosadit nejvšší dosaženou teplotu b, i,t,rd Pro 3. třídu b, i,t,rd Štíhlost LT, LT LT, i LT, i W W, E, pl, el,,,com, i,,com, i součinitel imperece α 35, 65 Vzpěrnostní součinitel de LT, i LT, LT, 1 LT, LT, 1 LT, LT, 5 Vzpěrnostní součinitel při lopení 1,,9,8,7,6,5,4,3,,1, LT,,1 - řiva a,34 - řiva b,49 - řiva c,76 - řiva d požár - 5 C požár - 7 C válcované H průřez válcované I průřez svařované H průřez svařované I průřez,,,4,6,8 1, 1, 1,4 1,6 1,8, LT, 6 13

14 Tla s ohbem Pro 1. a. třídu bez lopení min, i, i s lopením z, i N Ed A N Ed A,,, i W pl, LT, i,ed,, i LT W pl,,ed,, i W z pl,z,, i W z,ed z pl,z z,ed,, i 1 1 Pro 3. třídu obdobně, ale s pružným průřezovým modulem 7 Prv 4. tříd Kriticá teplota a,cr, C Tažené prv za studena tvarované Prv s průřez tříd 1, a Nosní s průřez tříd 4 Sloup s průřez tříd 4 1,1,,3,4,5,6,7,8,9 1, Stupeň vužití průřezu, μ 8 14

15 Prv 4. tříd Alternativně lze prv s průřez 4. tříd posoudit jao prv s průřez 3. tříd, ale místo pružných průřezových charateristi se použijí eetivní průřezové charateristi Eetivní průřezové charateristi se mohou určit při teplotě C Reduční součinitel meze luzu pro tenostěnné průřez je jiný než pro běžné za tepla válcované průřez 9 Reduční součinitel Reduční součinitel pro tenostěnné prv tvarované za studena válcované nebo svařované Reduční součinitel 1,,9 pro, mez luzu prvů válcovaných za tepla,8 E,,7 pro modul pružnosti,6,,5 pro mez luzu tenostěnných prvů,4,3,, Teplota, C 3 15

16 Stční Odolnost zpravidla neovlivňují, dosahují nižších teplot než nosní a sloup Požadav na celistvost onstruce Poud se posuzují: Důležitá je znalost teplot Přibližná riteria Lze spočítat jao pro průřez s použitím součinitele průřezu A/V Pro určení únosnosti lze použít metodu omponent upravenou pro vsoé teplot 31 Teplota ve stčnících při požáru Termogram zaměřené na zjištění teplot průvlau a přípojů a) Při zahřívání v 3. minutě b) Při dosažení nejvšší teplot v 54. minutě 635, C 945,9 C 6 8 SP3 SP SP1 4 SP3 SP SP1 6 4, C 31,5 C c) Při chladnutí v 69. minutě d) V 4. minutě zouš 75, C 5, C 5 SP3 SP SP1 7 6 SP3 SP SP , C 5, C 3 16

17 Průběh teplot ve stčníu Průběh teplot ve stčníu pod betonovou desou odvozený z průběhu teplot připojovaného nosníu po výšce h < 4 mm h h, 88 1, 3 h h > 4 mm, 88 h h h, 88 1, 1 h pro pro h h h h Betonová desa h 4 mm,6 h > 4 mm,7 h h,75,88,88,88 33 Průběh teplot ve stčníu Přílad průběhu teplot ve stčníu 45 C 46 C 664 C IPE 36 3 h h 7 C 34 17

18 Výpočet teplot přírůstovou metodou Spoj spodního pásu příhradového nosníu P N 5 N Nechráněný spoj A m 54, , m V 1, 4 podle normové řiv je odolnost 44 min 45 s Chráněný spoj (zpěňující nátěr s tloušťou 15 mm po zpěnění) A V p p d p 54, 1, 88 Wm 1, 4, K podle normové řiv je odolnost 11 min 35 Reduční součinitele Reduční součinitele pro spojovací prostřed šroub svar Reduční součinitel 1,,9 pro, mez luzu,8 b,,7 pro šroub,6 w,,5 pro svar,4,3,, Teplota, C 36 18

19 etoda omponent Komponent únosnost Fi,, Fi tuhost i, E, deormace Fi, i, i, Stční únosnost j,,rd tuhost S j,ini, i,, E, E z 1 i i, i j,rd z, Nm ºC 7 6 1ºC 5 5ºC 4 3 6ºC 7ºC 1 8ºC , mrad 37 Celistvost onstruce Osové síl ve stčníu při různých požárních scénářích Osová síla, N I. Část onstruce (loální požár) II. Jedno pole III. Celé podlaží Čas, min Kalibrační rám - Sledovaný stční 6 3,75 m - 3 Zahřívání 7 C Chladnutí I. II. III. 4 6, m 38 19

20 Porovnání stčníů Osová síla, N Čas, min Zahřívání Chladnutí 39 Děuji za pozornost 4