PŘESTUP TEPLA DO KONSTRUKCE Zdeněk Sokol 1 Posouzení z ožární situe Telotní nlýz ožárnío úseku Přestu tel do konstruke Návrový model ČSN EN 1991-1-2 ČSN EN 199x-1-2 ČSN EN 199x-1-2 2 1
Přestu tel Vedením Prouděním Sáláním CONDUCTION CONVECTION RADIATION 3 OCELOVÉ KONSTRUKCE ČSN EN 1993-1-2 4 2
Modelování řestuu tel MKP, když je třeb uvžovt nerovnoměrné rozdělení teloty o růřeze řírůstkovou metodou odle ČSN EN 1993-1-2 ro neráněné rvky ro teelně izolovné rvky d 1 A 2 d q 1 2 q=-a 2-1 d 5 Neráněné rvky Jednorozměrné vedení tel Rovnová mezi řírůstkem teloty rvku telem řijtým ovrem rvku v čsovém intervlu t zvýšení teloty mteriálu V,t A m net, d t telo řijté ovrem kde V je objem rvku [m 3 ] n jednotku délky A m je ovr rvku [m 2 ] n jednotku délky je měrné telo oeli [zjednodušeně = 650 J /kg K] objemová motnost oeli [ = 7850 kg / m 3 ] net,d je návrová odnot teelnéo toku od roudění sálání vztžená n jednotku loy t je čsový intervl v sekundá 6 3
Neráněné rvky Z ředokldu rovnoměrnéo rozložení teloty o růřezu je řírůstek teloty v čsovém intervlu t,t A / V kde A m / V je součinitel růřezu [m -1 ]. m net,d t neltí ro menší odnoty než 10 m -1 ro odnoty nd 200 m -1 již nemá řešení rktiký význm, rotože,t g,t čsový intervl t se nemá brát větší než 5 s Vzrůst teloty oeli v čse závisí n součiniteli růřezu A m /V. 7 Měrné telo oeli 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 J/kg K 20C 600C 600C 735C 735C 900C 900C 1200C 2 6 3 425 0,773 0,00169 2,2210 13002 666 738 17820 545 731 650 1500 1000 500 0 zjednodušeně = 650 J / kg K 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Telot 8 4
Součinitel růřezu A m /V b Obvod Plo Exonovný obvod Plo 2(b+) Plo 9 Součinitel růřezu A m /V Exonovný obvod Celková lo Exonovný obvod Celková lo Exonovný obvod Celková lo 10 5
Vliv stínění / V m, t ks net, d zjednodušeně se ultňuje ro elkový teelný tok k s = 1 ro uzvřené konvexní růřezy A t k s = 0,9 (A m /V) b / (A m /V) ro růřezy tvru I normovou telotní křivku k s = (A m /V) b / (A m /V) ro osttní růřezy Prktiky ro I růřezy: A / V A / V Am / V m b Am / V,t ks net,d t 0, 9 net,d t 0, 9 A / V m m b net, d t 11 Součinitel růřezu (A m /V) b b Obvod Plo Exonovný obvod Plo 2(b+) Plo 12 6
Teelný tok Teelný tok net se stnoví jko součet účinků roudění sálání v okolí rvku jeo návrová odnot se určíze vztu net,d net, net,r kde net, složk řestuu tel rouděním n jednotku loy [W/m 2 ] net,r složk řestuu tel sáláním n jednotku loy [W/m 2 ] 13 Přestu tel rouděním Složk teelnéo toku rouděním n jednotku loy [W/m 2 ] se stnoví ze vztu net, kde α je součinitel řestuu tel rouděním α = 25 W/m 2 K ři oužití normové telotní křivky α = 35 W/m 2 K ři oužití rmetriké telotní křivky α = 50 W/m 2 K ři oužití ulovodíkové telotní křivky α = 35 W/m 2 K ři oužití zónový modelů, modelu lokálnío ožáru g je telot lynů v okolí rvku [ C ] m ovrová telot rvku [ C ] g m 14 7
Přestu tel sáláním Sálvá složk teelnéo toku n jednotku loy [W/m 2 ] se stnoví ze vztu kde 4 273 8 net,r res 5,67 10 r m 273 je oloový fktor, zrvidl = 1,0 ε res výsledná emisivit, viz dlší stránk r sálvá telot okolí rvku [ C ], lze ji ovžovt z rovnou telotě lynů g m ovrová telot rvku [ C ] 5,67 10-8 Stefn-Boltzmnnov konstnt [W/(m 2 K 4 )] 4 15 Výsledná emisivit res f m ε f je emisivit vztžená k ožárnímu úseku, obvykle 1,0 ε m je emisivit vztžená k ovru mteriálu ro běžné oelové rvky se očítá s odnotou 0,7 ro rvky z nerezové oeli 0,4 ro rvky z liníkový slitin 0,3 (bez nátěru) 0,7 (s nátěrem) Emisivit se mění v růběu oření (konentre evný části ve sliná) její odnot má zásdní význm n řesnost řešení. 16 8
Přírůstková metod Am / V, t ks net, d t výočet v tbule (exel) telot lynů (odle zvolené telotní křivky - modelu) řírůstek teloty složky teelnéo toku měrné telo oeli telot růřezu v čse t t t g net,r net, net,d,t,t min se min 20.0 J/kg K 20.0 0 0 0 20.0 0 0 0 440 0.00 20.0 0 5 0.083 96.5 448 2679 3126 440 1.18 21.2 0 10 0.167 147.0 937 4402 5339 441 2.00 23.2 0 15 0.250 184.6 1435 5650 7085 442 2.65 25.8 0 20 0.333 214.7 1928 6610 8538 444 3.18 29.0 0 25 0.417 239.7 2412 7374 9787 446 3.63 32.6 0 30 0.500 261.1 2885 7998 10882 449 17 Grf závislosti teloty oelovéo neráněnéo rofilu,t n době trvání ožáru t n součiniteli růřezu A m /V, normová křivk Telot C 1000 900 800 250 200 150 100 60 40 30 25 20 15 700 A m / V = 10 m -1 600 500 400 300 200 100 0 0 15 30 45 60 75 90 Čs, min 18 9
Cráněné rvky Zstínění - odled Teelná izole ožárně ornným mteriálem obetonování nástřik teelně izolční omítkou obkld zěňoví nátěry Požárně ornný mteriál musí kromě izolční oždvků slňovt oždvky n elistvost o dobu oždovné ožární odolnosti. Vlstnosti mteriálů se určují exerimentálně. Vodné mteriály mjí ertifikát. 19 Podled 20 10
Zbudování - obetonování Nosník od deskou Zuštěný nosník Slim-floor systémy 21 Protiožární nástřik Alike rotiožárnío nástřiku 22 11
Protiožární nástřik 23 Obkld řírv ožární zkoušky Mokrsko, 18. září 2008 roztím jedn vrstv nejsou řetmeleny sáry není obložen slou ni digonály ztužidl nosník zůstne neráněný 24 12
Obkld ožární zkoušk Mokrsko, 18. září 2008 25 Zěňujíí nátěry 26 13
Zěňujíí nátěry Při zkouše Před zkouškou 27 Zěňujíí nátěry Po zkouše 28 14
Orientční odnoty vlstností teelně izolční mteriálů Teelně izolční mteriál Objemová motnost Obs vlkosti Teelná vodivost Měrné telo [kg m -3 ] % [W m -1 K -1 ] [J kg - 1 K -1 ] Nástřiky minerální vlákn 300 1 0,12 1200 vermiulit 350 15 0,12 1200 erlit 350 15 0,12 1200 Hutné nástřiky vermiulit (erlit) ement 550 15 0,12 1100 vermiulit (erlit) sádr 650 15 0,12 1100 Desky vermiulit (erlit) ement 800 15 0,20 1200 silikátová (váenosilikátová) vlákn 600 3 0,15 1200 silikátová (váenosilikátová) vlákn ement 800 5 0,15 1200 sádrové desky 800 20 0,20 1700 slisovné vláknité ze silikátový vláken, minerální vlny, čedičové vlny 150 2 0,20 1200 Zěnitelné (intumensentní) nátěry 100 0 0,10 1200 Beton běžný 2300 4 1,60 1000 lečený 1600 5 0,80 840 Zdivo z dutý iel 1000 8 0,40 1200 z lný iel 2000 8 1,20 1200 z betonový bloků 2200 8 1,00 1200 Neoužívt vlstnosti mteriálů určený z studen! 29 Přírůstek teloty ráněnéo růřezu Prini: vedení tel vrstvou ornnéo mteriálu izole K ins Am Δt θ g Δθ ρ V θ g θ oel θ m Součinitel K ins závisí n vlstnoste ornnéo mteriálu λ teelné vodivosti ρ ustotě měrném tele d tloušťe Pro lekou izoli K ins λ / d Povrová telot ornné vrstvy je řibližně stejná jko telot lynů θ g - θ m << θ m - θ θ růbě telot lineární růbě díky rozdílu v teelný kitá 30 15
Přírůstek teloty ráněnéo růřezu A / V g,t,t / 10 t e 1 kde,t d A V d 1 / 3 teelná vodivost ožárně ornnéo mteriálu [W/mK] A /Vsoučinitel růřezu ro ráněné rvky [m -1 ] d tloušťk ožárně ornnéo mteriálu [m] objemová motnost ožárně ornnéo mteriálu [kg/m 3 ] objemová motnost oeli [ = 7850 kg/m 3 ] měrné telo ožárně ornnéo mteriálu [J/ kgk] měrné telo oeli g,t ro řírůstek okolní teloty běem čsovéo intervlu t v sekundá, který se nemá brát větší než 30 sekund,t g,t 0 31 Součinitel růřezu A /V ráněný růřez b Obvod oel. růřezu Plo oel. růřezu Vnitřní obvod obkldu Plo oel. růřezu 2(b+) Celková lo oel. růřezu 32 16
Stnovení součinitele růřezu A / V ro ráněné rvky Náčrt Pois A / V Zkrytí konstntní tloušťky odél eléo ovru obvod růřezu růřezová lo b b 1 2 Trulíkové zkrytí konstntní tloušťky 1) 2 (b + ) růřezová lo b b 1 b 2 Zkrytí konstntní tloušťky vystvené ožáru ze třístrn Trulíkové zkrytí konstntní tloušťky 1) vystvené ožáru ze třístrn 1) mezery 1 2 nemjí být větší než /4 obvod růřezu b růřezová lo 2 + b růřezová lo 33 Přírůstková metod Δθ,t λ d A /V ρ θ g,t θ,t 1 / 3 Δt / 10 e 1Δθg,t telot lynů (odle zvolené telotní křivky - modelu) řírůstek teloty výočet v tbule (exel) měrné telo oeli vlstnosti ornnéo mteriálu telot růřezu v čse t t t g,t,t min se min 20.0 J/kg K J/kg K 2.044 20.0 0 0 0 20.0 440 1700 0.2 2.045 20.0 0 30 0.500 96.5 440 1700 0.2 2.045 0.0 20.0 1 0 1.000 147.0 440 1700 0.2 2.045 0.0 20.0 1 30 1.500 184.6 440 1700 0.2 2.045 0.0 20.0 2 0 2.000 214.7 440 1700 0.2 2.045 0.0 20.0 2 30 2.500 239.7 440 1700 0.2 2.045 0.0 20.0 3 0 3.000 261.1 440 1700 0.2 2.045 0.0 20.0 3 30 3.500 262.1 440 1700 0.2 2.045 0.5 20.5 4 0 4.000 263.1 440 1700 0.2 2.043 1.7 22.3 4 30 4.500 264.1 441 1700 0.2 2.038 2.6 24.9 5 0 5.000 265.1 443 1700 0.2 2.030 3.3 28.2 5 30 5.500 266.1 445 1700 0.2 2.019 3.9 32.0 6 0 6.000 267.1 448 1700 0.2 2.007 4.3 36.3 6 30 6.500 268.1 451 1700 0.2 1.995 4.7 41.0 7 0 7.000 269.1 454 1700 0.2 1.981 5.0 46.0 7 30 7.500 270.1 457 1700 0.2 1.968 5.2 51.2 8 0 8.000 271.1 460 1700 0.2 1.954 5.4 34 17
Grf závislosti teloty oelovéo ráněnéo rofilu,t n době trvání ožáru t n součiniteli růřezu A /V 800 700 600 500 Telot, C 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 800 600 400 400 300 300 200 200 100 100 d A 0 V -1-3, W K m V d A 0 0 30 60 90 120 150 180 Čs, min 35 Nomogrm ro stnovení ožární odolnosti reduke ztížení - odmínky ůsobení - součinitel růřezu 36 18
Srnutí Pro běžné neráněné i ráněné rvky oelový konstrukí se oužívá řírůstková metod ro určení jeji teloty ři ožáru Podrobnosti ro řešení teloty rvků jsou v normě ČSN EN 1993-1-2 Pro rylý výočet teloty lze oužít jednodué omůky: tbulky, grfy Vlstnosti mteriálů rotiožární orny ráněný rvků oskytne jeji výrobe 37 Děkuji z ozornost 38 19