ČSN pro navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru Ing. Jaroslav Langer, PhD., Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. Novinky v navrhování na účinky požáru Praha 22.2.2006 1
Obsah prezentace Systém norem a jejich závaznost Srovnání ČSN P ENV 1992-1-2 a ČSN EN 1992-1-2 Postupy podle ČSN EN 1992-1-2 2
1. Systém m norem a jejich závaznost 3
Evropské normy Normy pro navrhování nosných konstrukcí (Eurokódy) a normy návazné Zpracovávány v Evropské normalizační komisi CEN komise a subkomise Schvalovány a vydávány v CEN Zaváděny v členských státech CEN Normy platné, ale nezávazné jejich dodržení důkaz souladu a požadavky právního řádu 4
Úrovně zpracovávání EN v oblasti stavebních konstrukcí úroveň 1: zásady zajištění spolehlivosti (včetně trvanlivosti) a zatížení stavebních konstrukcí úroveň 2: návrh a konstrukční úpravy konstrukcí z různých materiálů úroveň 3: konstrukční materiály a provádění konstrukcí úroveň 4: zkoušení materiálů 5
Normy ENV a EN ENV - přednormy pro ověření, připomínky, seznámení uživatelů -Rámečkové hodnoty, doplnění návazných norem Národní aplikační dokument - ČSN P ENV stejnou platnost jako národní normy EN - konverze ENV na EN 6
Při převodu ENV na EN bylo přihlédnuto: k získaným zkušenostem z používání ENV připomínky uživatelů k novým ověřeným poznatkům k přehlednějšímu zpracování, aby EN byla přehledná a snadno použivatelná ( friendly use ) k redakčnímu sjednocení 7
Národní příloha EN Národně stanovené parametry (třídy, hodnoty) výslovně specifikované v EN Specifické údaje z hlediska klimatických a geografických podmínek státu Používané postupy, pokud je umožněna jejich volba Rozhodnutí o používání informativních příloh Odkazy - informace usnadňující používání EN 8
Balík norem Při vydání příslušné EN musí být k dispozici všechny návazné EN Balík norem EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí EN 1991 Zatížení konstrukcí EN 1997 Navrhování geotechnických konstrukcí Materiálové normy Zkoušení, provádění 9
Současný stav norem Soustava evropských norem (CEN) - evropské přednormy ENV - evropské normy EN Soustava norem (ČR) Původní soustava národních norem - ČSN Převzatá soustava evropských norem - ČSN P ENV - ČSN EN - ČSN ISO EN 10
2. Srovnání ČSN P ENV 1992-1-2 a ČSN EN 1992-1-2 11
k c ( θ ) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 θ [ C] silikátové kam. vápencové kam. silikátové kam. vápencové kam. EN ENV Součinitel k c (θ) redukce charakteristické pevnosti (f ck ) betonu 12
k si (θ ) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 θ [ C] f sy,θ / f yk f sp,θ / f yk EN tř. N E s,θ / E s f sy,θ / f yk f sp,q / f yk EN tř. X E s,q / E s f y (θ)/ f 0,2 (20 C) σ spr (θ)/ f 0,2 (20 C) ENV E s (θ)/ E s (20 C) Součinitel k si (θ) redukce charakteristické pevnosti (f yk ) výztuže válcované za tepla. 13
1 k s,θ 0,8 0,6 0,4 0,2 Tlačená výztuž a tažená výztuž (válcovaná za tepla i tvarovaná za studena) při ε s,fi < 2% Tažená výztuž (válcovaná za studena) při ε s,fi 2% Tažená výztuž (válcovaná za studena) při ε s,fi 2% tepla 0 0 200 400 600 800 1000 1200 θ, C Součinitel ksi(θ) pro redukce charakteristické pevnosti (fyk) tahové a tlakové výztuže pro zjednodušené metody 14
1 Redukční součinitele k s,θ,cr, k p, θ,cr 0,8 0,6 Betonářská výztuž (EN 10080) Předpínací výztuž (pruty EN 10138-4) 0,4 0,2 0 Předpínací výztuž (dráty a lana EN 10138-2 a -3) 0 200 400 600 800 Kritická teplota θ cr C Referenční křivky pro kritickou teplotu betonářské a předpínací oceli θcr odpovídající redukčnímu součiniteli ks(θcr) = σs,fi/fyk (20 o C) nebo 15 kp(θcr) = σp,fi/fpk (20 o C)
c p [W/mK] 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 200 400 600 800 1000 1200 θ [ C] cp cp.peak vlh.0% cp.peak vlh.1,5% cp.peak vlh.3% cc silikátové a váp. kam. cc lehké kam. cc.peak vlh.2% cc.peak vlh.4% EN ENV Měrné teplo cp betonu 16
λ c [W/mK] 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 λc horní mez λc dolní mez λc silikát. kam. λc vápenc. kam. λc lehké kam. EN ENV 0,00 0 200 400 600 800 1000 1200 θ [ C] Tepelná vodivost λc betonu 17
Nové v EN 1992-1-2 Upřesnění tabulkových hodnot trámy,desky, sloupy, stěny Vysokopevnostní betony Explosivní odštěpování betonu (vlhkost > 3%) Přílohy: - A Teplotní profily pro základní tvary průřezů - B Zjednodušené metody výpočtu požární odolnosti - C Vzpěr sloupů za požáru - D Smyk, kroucení a kotvení za požáru - E Zjednodušená metoda výpočtu trámů a desek 18
3. Postupy podle ČSN EN 1992-1-2 19
EN 1992-1-2 platí pro konstrukce navržené podle EN 1992-1-1 požární odolnost zajištěna pasivními prvky vlastní odolností konstrukce - zabránit předčasnému kolapsu, šíření požáru neplatí pro předpjaté konstrukce s vnějšími kabely a skořepiny Návrh: mimořádná návrhová situace rozdíly nebo dodatky k návrhu za normální teploty 20
Požadavky R -mechanická odolnost (únosnost) E -požárně dělící funkce (celistvost) I -tepelně izolační funkce (radiace) Zatížení při požáru E d,fi = η fi E d (η fi =0,7) Vlastnosti materiálů mechanické X d,fi = k Θ X k / γ M,fi teplotní X d,fi = X k,θ / γ M,fi γ M,fi součinitel spolehlivosti Spolehlivost E d,fi < R d,fi 21
Návrhové metody Návrh podle tabulek tabulky pro kategorie prvků Zjednodušené výpočtové metody únosnost průřezů: izoterma 500 zónová metoda Pokročilé výpočtové metody analýza reálného chování za požáru 22
Návrh podle tabulek h b a a b a b sd E, I splněny dodržením min. tloušťky prvku R dodržet osovou vzdálenost výztuže a (obr.) a b min dodržet konstrukční zásady bez dalšího ověřování na smyk, kroucení, kotvení 23
Tabulkové hodnoty stanoveny pro: obyčejný beton (2000 kg/m 3 2600 kg/m 3 ) křemičité kamenivo (u vápencového lze zmenšit min. rozměr prvku o 10 %) desky trámy uvažována kritická teplota oceli θ cr = 500 C a γ s = 1,15 pro jinou hodnotu θ cr lze upravit požadovanou vzdálenost výztuže a E d,fi = 0,7 E d (η fi = 0,7) lze upřesnit 24
25
Příklad - deska q=5 kn/m 2 g=7 kn/m 2 Suché prostředí REI 90 A s =1026 mm 2 A sd =915 mm 2 Tab.: EI 90 - R 90 - f yk =410 MPa h=100 mm < 200 mm vyhoví a=30 mm > 27 mm nevyhoví závěr: R90 není splněno 26
S ohledem na rezervu v ploše výztuže: Oprava pro θ crit 500 C 410*0,000915 σ s,fi =0,7 =223MPa 1,15*0,001026 k s(θ) = 223 410 = 0,54 θ crit = 528 C a =a+δa=30+0,1*(500-528)=27,2 > a d =27mm R90 není splněno 27
Upřesnění ψ fi : g k = 7 kn/m 2 ; q k = 5 kn/m 2 ; Q/G = 0,714 γ G = 1,35; γ Q = 1, 5; ψ 0,1 = 0,7; ψ fi = ψ 2,1 = 0,6; ξ = 0,85 Výztuž desky byla navržena na kombinaci zatížení podle rovnic (6.10a) a (6.10b) viz ČSN EN 1990 z dvojice rovnic (2.5a, 2.5b) viz ČSN EN 1992-1-2 stanovíme η fi jako menší z hodnot: G k + ψ fiq k,1 7 + 0,6.5 ηfi = = = 0,68 γ GG k + γ Q,1ψ 0,1Q k,1 1,35.7 + 1,5.0,7.5 G k + ψ fiq k,1 7+ 0,6.5 η fi = = = 0,64 ξγ G k + γ Q 0,85.1,35.7 + 1,5.5 G Q,1 k,1 28
S ohledem na upravené ψ fi a rezervu v ploše výztuže: 410*0,000915 σ s,fi =0,64 =203 MPa 1,15*0,001026 k s(θ) = 203 410 = 0,50 θ crit = 545 C a =a+δa=30+0,1*(500-545)=25,5 mm > a d =27 mm R90 je splněno 29
Deska 1: g k = 6,0 kn/m 2 ; q k = 1,5 kn/m 2 ; Q/G = 0,25 γ G = 1,35; γ Q = 1, 5; ψ 0,1 = 0,7; ψ fi = ψ 2,1 = 0,3; ξ = 0,85 A) z rovnice (2.5) η fi G + ψ Q 6+ 0,3.1,5 k fi k,1 ηfi = = = 0,62 γ GG k + γ Q,1Q k,1 1,35.6 + 1,5.1,5 bod 1A B) z dvojice rovnic (2.5a, 2.5b) η fi G k + ψ fiq k,1 6 + 0,3.1,5 ηfi = = = 0,67 γ G + γ ψ Q 1,35.6 + 1,5.0,7.1,5 η fi G k Q,1 0,1 k,1 G k + ψ fiq k,1 6+ 0,3.1,5 = = = 0,71 ξγ G + γ Q 0,85.1,35.6 + 1,5.1,5 G k Q,1 k,1 bod 1B 30
Deska 2: g k = 5 kn/m 2 ; q k = 10 kn/m 2 ; Q/G = 2 γ G = 1,35; γ Q = 1, 5; ψ 0,1 = 1,0; ψ fi = ψ 2,1 = 0,8; ξ = 0,85 A) z rovnice (2.5) η fi = G + ψ Q 5 + 0,8.10 k fi k,1 ηfi = = = 0,60 γ GG k + γ Q,1Q k,1 1,35.5 + 1,5.10 bod 2A B) z dvojice rovnic (2.5a, 2.5b) η fi G k + ψ fiq k,1 5 + 0,8.10 ηfi = = = 0,60 γ G + γ ψ Q 1,35.5 + 1,5.1,0.10 η fi G k Q,1 0,1 k,1 G k + ψ fiq k,1 5+ 0,8.10 = = = 0,63 ξγ G + γ Q 0,85.1,35,5 + 1,5.10 G k Q,1 k,1 bod 2B 31
32
Zjednodušené výpočtové metody namáhání M, N, M - N mezní únosnost otepleného průřezu rozložení teploty v konstrukci při požáru zkoušky, teplotní profily, výpočet Metoda izotermy 500 Zónová metoda beton o teplotě >500 zanedbán dělení průřezu na zóny vyloučení teplotou poškozeného betonu 33
Teplotní profil pro desku 1200 θ, C 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 R30 R60 R240 R180 R120 R90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vzdálenost od exponovaného povrchu x, mm 34
Teplotní profil pro trám R 60 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 300 400 500 600 700 800 900 200 100 0 20 40 60 80 100 120 140 35
Teplotní profil pro sloup 140 120 100 80 300 800 500 600700 400 60 200 40 100 20 R 60 0 0 20 40 60 80 100 120 140 36
Metoda izotermy 500 C 500 C 500 C T hfi h T d fi = d C d fi d b fi b b fi b b fi b 37
Oboustranně vyztužený průřez x A ś λ x η f cd,fi,20 λ b fi h f cd,fi,20 F = A s2 f scd,fi, θ s,m z d fi z M u1 z M u2 A s A s1 f sd,fi, θ F s = A s2 f sd,fi, θ b fi A s1 = A s A s A s2 = A s 38
Zónová metoda M 1 k θ c,,m1 k c, θ,m1 k c, θ,m1 w 2 a z1 a z1 w w1 1 a z1 w 1 w 1 a z1 a z1 a z2 39
M k c,θ,3 k c,θ k c,θ,2 k c,θ,1 Rozdělení poloviny stěny vystavené požáru na obou stranách na zóny pro výpočet snížení pevnosti a hodnoty az w 40
Zónová metoda Stěna tl. 300 mm, φ 14/150 mm, krytí 40 mm R 120 Postup: - Polovinu stěny rozdělíme na 5 zón (n = 5) - Stanovíme teploty θ i ve středech zón - k teplotě θ i stanovíme k c (θ i ) 41
42
Vypočteme střední součinitel redukce (1 0,2 / n) n k c,m = Σ k i 1 c( θi) = = n (1 0,2 / 5) = (0,22 + 0,76 + 0,95 + 1 + 1) = 0,75 5 Stanovíme šířku poškozené zóny a z 1,3 k c,m = w 1 kc( θm) 1,3 0,75 = 150 1 = 47mm 1 43
Teplotu výztuže odečteme z grafu pro a = 40 mm vychází θ = 360 C, součinitel redukce pevnosti výztuže k s (θ) stanovíme z grafu Posoudíme redukovaný průřez konvenční metodou 44
Pokročilé výpočtové metody reálný výpočet konstrukce vystavené požáru použitý postup má být ověřen zkouškou 1:1 modely: teplotní odezva - zatížení podle EN 1991-1-2 teplotní a fyzikální vlast. závislé na T mechanická odezva - závislost mech. vlast. na T napětí a přetvoření od T podmínky uložení a omezení deformací 45
Odprýskávání nepravděpodobné pro vlhkost menší než 3% Hmotnosti Odpadávání betonu pozdější stádia požáru - krytí větší než 70 mm síť 46
Vysokohodnotný beton C55/67 až C80/95 s obsahem křemičitého úletu < 6% hmotnosti cementu - pravidla pro normální beton C80/95 až C90/105 a C55/67 až C80/95 s k.ú. >6% provést alt. opatření: síť, test, ochranu, vlákna pro tabulkové údaje a zjednodušené metody přijmout dodatečné redukce posun izotermy 500 na 400 : - zvětšení osové vzdálenost pro sloupy, - mezního momentu pro trámy 47
Děkuji za pozornost 48