TARTÓ(SZERKEZETE)K. 14. Tűzvédelmi tervezési szempontok TERVEZÉSE II. Dr. Szép János Egyetemi docens

Átírás

1 TARTÓ(SZERKEZETE)K TERVEZÉSE II. 14. Tűzvédelmi tervezési szempontok Dr. Szép János Egyetemi docens

2 Az előadás tartalma Építmények tűzvédelme általánosságban Tűzvédelmi tervezés folyamata Kockázati osztályba sorolás Tűzállósági határérték Eurocode szerinti méretezési módszerek Faszerkezetek égése és tűzvédelme Acélszerkezetek égése és tűzvédelme Vasbeton szerkezetek égése és tűzvédelme Falazott szerkezetek égése és tűzvédelme 2

3 Építmények tűzvédelme Alapvető célkitűzés, hogy tűz esetén az építmény állékonysága egy előírt, de korlátozott időtartamra biztosítsa a bentlévők biztonságos menekülését, mentésük lehetőségét és a tűzoltói beavatkozást. 3

4 Építmények tűzvédelme Az épületszerkezeteket, építőanyagokat és építési termékeket úgy kell megválasztani, hogy teljesüljenek az alábbiak: az épületszerkezetek teherhordó képességüket az előírt ideig megtartsák tűzvédelmi célú épületszerkezetek, anyagok tűz esetén szerepüket az előírt ideig betöltsék, funkciójukat megtartsák, a tűz jelenlétére hatékonyan reagáljanak a tűz és kísérőjelenségei terjedését funkciójuknak megfelelően gátolják, nehezítsék vagy irányítsák az általuk okozott tűzterhelés, a belőlük fejlődő hő, füst, égésgázok mennyisége a lehető legkisebb legyen 4

5 Tűzvédelmi tervezés folyamata Jogszabályban meghatározott esetekben az építészeti-műszaki tervdokumentáció része a tűzvédelmi dokumentáció: az általános és sajátos építményfajták szerinti, valamint a műemlékvédelmi építésügyi hatósági eljárásokban A dokumentáció ezen részét csak jogosultsággal rendelkező tűzvédelmi tervező/szakértő készítheti el! 5 Tartalmaznia kell: épület megközelíthetősége oltóvíz ellátása, hő- és füstelvezetés tűzveszélyességi osztályba sorolás, tűzállósági fokozat alkalmazott épületszerkezetek éghetőségi és tűzállósági paraméterei tűzszakaszok elhelyezkedése, kiürítés számítása épületgépészeti kialakítás, villámvédelmi rendszer tűzjelzésre és oltásra vonatkozó megoldások

6 Tűzvédelmi tervezés folyamata Jogszabályban meghatározott esetekben tűzvédelmi szakhatóságot kell bevonni: 6

7 Tűzvédelmi tervezés folyamata A tűzvédelmi szakhatóság állásfoglalásának megkéréséhez szükséges dokumentációnak tartalmaznia kell: - a kockázati osztályba sorolásra - a technológia tűzvédelmére - az alkalmazott épületszerkezetek tűzvédelmi paramétereire - a tűzszakaszolásra, a tűzterjedés gátlására, a tűztávolságra,- a hő és füst elleni védelem kialakítására - a hasadó, hasadó-nyíló felületekre - a tűzoltósági beavatkozási feltételekre - a kiürítésre, mentésre - az épületgépészeti, valamint a villamos és villámvédelmi berendezések tűzvédelmi követelményeinek teljesülésére - a beépített automatikus tűzjelző és tűzoltó berendezések kialakítására - a biztonsági jelzésekre vonatkozó megoldásokat 7

8 Kockázati osztályba sorolás A tűzvédelmi követelményeket az anyagok tűzveszélyességi osztálya, a kockázati egység kockázati osztálya, az épület/épületrész MÉRTÉKADÓ KOCKÁZATI OSZTÁLYA alapján kell megállapítani. A kockázati osztály lehet: Nagyon alacsony (NAK) Alacsony (AK) Közepes (KK) Magas (MK) Osztályba sorolás: OTSZ alapján! 8

9 Kockázati osztályba sorolás Az osztályba sorolás szempontjai: legfelső és legalsó építményszint szintmagassága befogadóképesség (pl fő felett már MK) a kockázati egységben tartózkodók menekülési képessége (pl. intenzív osztály, műtő esetében: MK) a tárolt anyagok veszélyessége alapján robbanásveszélyes tűzveszélyes nem tűzveszélyes anyagokat az ipari technológiák veszélyessége alapján (pl. autófényező-lakkozó műhely, amely vízbázisú festékekkel dolgozik: AK, amely szerves oldószeres festékekkel dolgozik: már KK) 9

10 Tűzállósági határérték Tűzállósági határérték: a vonatkozó műszaki követelménynek megfelelő tűzállósági vizsgálat kezdésétől számított, a vizsgált építményszerkezet valamely tűzállósági határállapotba kerülésének eléréséig eltelt idő órában vagy percben. A kockázati osztály alapján kell megválasztani az épületszerkezetek tűzállósági határérték-követelményét A kockázati osztályon kívül itt még figyelembe kell venni, hogy Hány szintes az építmény Teherhordó szerkezetről van-e szó Tűzgátló szerkezetként funkcionál-e Menekülési útvonalon alkalmazott épületszerkezet-e 10

11 11

12 Tűzállósági határérték R - teherhordó képesség: a szerkezeti elemek azon képessége, hogy egy bizonyos ideig egy, vagy több oldalukon fennálló meghatározott mechanikai igénybevétel mellett ellenállnak a tűz hatásának, szerkezeti stabilitásuk bármilyen vesztesége nélkül E - integritás: az épületszerkezetnek egy elválasztó funkcióval rendelkező olyan képessége, hogy tűznek az egyik oldalán történő kitéttel szemben ellenáll anélkül, hogy a tűz a lángok, vagy a forró gázok átjutása következtében átterjedne a másik oldalra, s azok vagy a ki nem tett felületen vagy, a felülettel szomszédos bármely anyagon gyulladást okoznának I - szigetelés: az épületszerkezet azon képessége, hogy ellenáll a csak egyik oldalon bekövetkező tűzkitétnek anélkül, hogy szignifikáns hőátadás eredményeként a tűz átjutása bekövetkezne a kitett felületről a ki nem tett felületre 12

13 Tűzállósági határérték W - sugárzás: az épületszerkezeti elemek azon képessége, amely egy oldalon történő tűzkitét esetén vagy a szerkezeten keresztül, vagy a ki nem tett felülettől a szomszédos anyagok felé irányuló jelentős hősugárzás csökkentése eredményeként csökkenti a tűz átmenetének valószínűségét M - mechanikai hatás: az épületszerkezeteknek az a képessége, hogy ütésnek ellenállnak abban az esetben, ha a tűzben egy másik komponens szerkezeti hibája következtében az illető szerkezethez ütődik C - önzáródás: egy ajtó- vagy egy zsaluszerkezet azon képessége, hogy automatikusan becsukódik, s ez által lezár egy nyílást S - füstáteresztés: épületszerkezetek azon képessége, hogy csökkentik, vagy eliminálják a gázok vagy a füst átjutását az épületszerkezet egyik oldaláról a másikra G - "koromtűz"-zel szembeni ellenálló képesség: kémények és égéstermék elvezetők ellenálló képessége koromlerakódásból származó tűzzel szemben P vagy PH - üzemképesség fenntartása: kábelek áramellátási és/vagy jelátviteli képességének folyamatos fennmaradása tűz esetén K - tűzvédő képesség: fal és mennyezetburkolatok, valamint álmennyezetek azon képessége, amely a mögöttük/fölöttük lévő anyagnak egy bizonyos ideig védelmet biztosít 13 tűzzel, szenesedessél és más hő károsodással szemben

14 Tűzállósági határérték Egyszerűbben: az adott tűzállósági követelmény teljesítésére előírt minimális időtartam Jellemzően: 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 perc Példák: Teherhordó pillérekre: R Teherhordó falakra: REI-M Tűzgátló födémekre: REI Nem teherhordó válaszfalakra: EI Tűzgátló ajtókra: EI 14

15 Eurocode szerinti méretezés OTSZ-ből: Tűzállósági határérték követelmény (T M ) Eurocode szerinti számítás: Tűzállósági határérték teljesítmény (T H ) Szerkezeti elemek vizsgálata egyenként A szerkezet egy részének vizsgálata A teljes szerkezet vizsgálata 15

16 Eurocode szerinti méretezés Szerkezeti elemek egyenkénti vizsgálata: A szerkezettől elkülönítve, abból kiemelve Minta tűzkísérletet végeznénk rajta Alkalmazhatók a szabványos tűzhatás-görbék A szerkezet anyagának megfelelő szabvány alapján 16

17 Eurocode szerinti méretezés Szerkezeti egy részének vizsgálata: Hőtágulás hatását figyelembe kell venni A termikus hatásokat névleges tűzhatás-görbe vagy tűzmodell alapján kell számítani Teljes szerkezet vizsgálata: A termikus hatásokat tűzmodell (szimuláció) alapján kell számítani 17

18 Faszerkezetek égése 1. Száradási szakasz (150 ºC-ig) A fa hőközlés hatására összezsugorodik Repedések keletkeznek Éghetetlen szén-dioxid és éghető szén-monoxid keletkezik 2. Gázosodási szakasz Megindul a fa fő alkotórészének, a cellulóznak a bomlása Az eközben keletkező szénhidrogének 230 ºC-on nyílt láng hatására lángra lobbannak gyulladási pont 3. Kiégési szakasz A gyulladáspontnál magasabb hőmérsékleten ( ºC) a keletkező bomlástermékek már a levegő oxigénjének jelenlétében lángra lobbannak öngyulladási pont 18

19 Faszerkezetek égése Mindkét gyulladási pontot befolyásolja a fa testsűrűsége, szöveti felépítése, gyantatartalma, stb. Az égési folyamat nem egyenletes az égés kezdetén kialakuló elszenesedett felszíni réteg lassítja a továbbégést Ha tartósan magas a hőmérséklet azonban, a fa teljes keresztmetszetben átmelegszik és újra intenzívebbé válik a folyamat A fa beégéséi sebessége: 0,6 0,7 mm/perc ennek az értéknek a birtokában méretezhető a tartószerkezet is! 19

20 Faszerkezetek égése Csökkenő keresztmetszet csökkenő teherbírás (az elszenesedett felszíni réteg lassítja a folyamatot) Minél nagyobb a keresztmetszet annál tartósabb 20

21 Tervezési alapelvek A tervezéskor a fa tűzben való viselkedésének kedvezőbbé tétele érdekében Alkalmazzunk nagyobb keresztmetszetű szelvényeket a kicsi, tagolt szerkezetek helyett a tűznek kitett keresztmetszet kerületének és területének aránya lehetőleg kicsi legyen Kerülni kell az érdes, szőrös felületeket a por megtapad gyúlékonyabb 21

22 Faszerkezetek tűzvédelme A teherbíró képesség megtartását kétféle módon lehet biztosítani: 1. Megfelelő tűzvédelmet biztosító burkolattal, festéssel Égéskésleltető szerek alkalmazása: Mechanikus hatású védőszerek Olvadékot képző védőszerek Habrétegeket képző égéskésleltető szerek Oltógázokat fejlesztő védőszerek Faanyag felületét elszenesítő védőszerek 2. A szerkezet méretezésével oly módon, hogy az meggyengült állapotukban is képesek legyenek a terhek viselésére 22

23 Faszerkezetek tűzvédelme 1. Csökkentett keresztmetszeti módszer: A beégés előtti km.-ből le kell vonni a beégett részt és az égéssel károsult átmeneti részt 23

24 Faszerkezetek tűzvédelme 2. Csökkentett anyagtulajdonságok módszere: A valós km.-ből csak a beégett részt kell levonni, viszont a megmaradó km. szilárdságát és merevségét az átmeneti réteg gyengítő hatása miatt csökkentett értékkel kell figyelembe venni 24

25 Faszerkezetek tűzvédelme 3. Csökkentett biztonsági igény az anyaggal szemben: A szerkezet hideg állapotban lévő számítással ellentétben a tűzhatásra való méretezésnél az anyag szilárdsági tényezőjének karakterisztikus érétkét az 5%-os kvantilis helyett a 20%-hoz tartozó kvantilis értékkel kell számolni 4. Csökkentett terhek módszere: A szerkezet tűzhatársa való méretezésénél a mértékadó teherkombinációt a rendkívüli teherkombinációból kell képezni 25

26 Acélszerkezetek égése Az acél- és fém tartószerkezetek tűzzel szemben kevéssé ellenállóak teljes szelvényben gyorsan felmelegednek, majd nagy alakváltozások közben elveszítik teherhordó képességüket a kritikus hőmérséklet elérésekor Ez a hőmérséklet függ az ötvözet anyagtulajdonságaitól, pl. melegen hengerelt acél esetén ez ºC, míg az alumíniumé csak ºC 26

27 Acélszerkezetek égése Tűz okozta tönkremenetelek az acélszerkezetekben: Csavarok elnyíródása Homloklemez törése 27

28 Acélszerkezetek égése Tűz okozta tönkremenetelek az acélszerkezetekben: Oszlopok összenyomódása Gerendák övhorpadása 28

29 Acélszerkezetek égése Tűz okozta tönkremenetelek az acélszerkezetekben: Gerendák gerinclemezének horpadása 29 Födémlemez maradó alakváltozása

30 Tervezési alapelvek Keresztmetszeti tényező szerepe minél kisebb felület/térfogat arány elérése 30

31 Acélszerkezetek tűzvédelme Acélszerkezetű elemek szilárdsági méretezése tűzhatásra: (ha nincs stabilitási veszély) Húzott rúd: Hajlított gerenda: N Rd,,fi = k yθ N Rd γ M0 γ M,fi N Ed,fi M Rd,,fi = k yθ M Rd γ M0 γ M,fi Ahol k yθ a hőmérséklettől függő csökkentő tényező 31

32 Acélszerkezetek tűzvédelme Tűzgátló festékek: Tűzállóság: 0,5 1 h Hő hatására habosodni kezdenek és a képződött stabil, zárt cellás habréteg csökkenti a tűztérből az acélszerkezethez vezető hőáramot Rétegei: Korróziógátló, passziváló alapozó réteg (megfelelő tapadás) Tűzvédő bevonat (több rétegben) Fedőréteg (védelem) 33

33 Acélszerkezetek tűzvédelme Szórt tűzvédő bevonatok: Ásványgyapot szórás Nagyobb tűzvédelmi követelmény esetén (több órás védelem akár) Mechanikai hatásoknak nem ellenálló Nem esztétikus elburkolás Tűzállósági határérték-növelő funkciójukat a hőszigetelő képességük révén biztosítják 34

34 Acélszerkezetek tűzvédelme Körülfalazás, köpenyezés, elburkolás: Köpenyezés betonnal (2,5-3 h) Körülfalazás Szerelt táblás tűzvédő burkolatok (pl. gipszkarton lapok, ásványgyapot lemezek, farost, faforgács lapok, stb.) 35

35 Acélszerkezetek tűzvédelme Betonnal együttdolgozó szerkezeti elemek Betonnal kitöltött cső- és zártszelvények (oszlopok) 36

36 Acélszerkezetek tűzvédelme Belső vízáramoltatás 37

37 Vasbeton szerkezetek égése 100 ºC fizikailag kötött víz távozásának kezdete (makropórusokból) 180 ºC kémiailag kötött víz távozásának kezdete ºC: réteges leválás szempontjából kritikus tartomány 450 ºC portlandit bomlása, dehidratáció Beton szilárdságvesztésének kezdete 570 ºC kvarcalkotó kristályok átalakulása, 6%-os térfogat növekedés - a beton szilárdsága drasztikusan csökken, nő a lassú alakváltozás (kúszás) 700 ºC CSH-vegyületek (kalcium-szilikát-hidrát) bomlása, térfogat növekedés, a beton már nem teherhordó 1200 ºC megkezdődik a beton olvadása 38

38 szilárdság Vasbeton szerkezetek égése A beton hővezetési tényezője - az acélhoz képest - alacsony A felmelegedés egyenlőtlen és lassú! A beton tűzállósága védelem nélkül is viszonylag magas hőmérséklet 39

39 Vasbeton szerkezetek égése A betonban végbemenő anyagszerkezeti változások: Cement és az adalékanyag eltérő hőtágulása Belső víz-gőznyomás Keresztmetszeten belüli és az elem menti eltérő hőmérsékletek Túlzott lehajlás Túlzott repedezettség Beton és betonacél közötti tapadás és lehorgonyzó képesség romlása Betonfedés réteges leválása Teherbírás vesztés (stabilitásvesztés, 40 átszúródás)

40 Vasbeton szerkezetek tűzvédelme Tűzvédelmi tervezés minimális betonméretek előírásával: ( táblázatos módszer ) A vasbeton szerkezetek a legkedvezőbb, A1 tűzvédelmi osztályba sorolhatók bármilyen tűzvédelmi követelmény kielégíthető vele A módszer alapelve: a betonacélok túlmelegedés elleni védelmét maga a szerkezeti beton biztosítja A tűzvédelmi tervezés ezáltal a betonméretekre vonatkozó kiegészítő szerkesztési szabályok betartására egyszerűsödik (a biztonság javára való közelítéssel) 42

41 Vasbeton szerkezetek tűzvédelme Vasbeton gerendák: Tűzálló sági követel -mény Gerendaszélesség/betontakarás vastengelyig b min /a min (mm) az alsó fővasaknál Lehetséges változatok háromoldali alsó tűzhatás esetén I szelvényű gerendák min. gerincszélessége (mm) Kéttámaszú Többtámaszú R30 80/25 120/20 160/15 200/15 80/15 160/12 80 R60 120/40 160/35 200/30 300/25 120/25 200/ R90 155/55 200/45 300/40 400/35 150/35 250/

42 Vasbeton szerkezetek tűzvédelme Vasbeton (központosan nyomott) oszlopok: Oszlopszélesség/betontakarás a fővasalás tengelyéig (b min /a min ) Tűzállósági követelmény Tűzhatás több mint egy oldalon Egyoldali tűzhatás Tűz közbeni kihasználtság: μ fi = N Ed,fi N Rd μ fi =0,2 μ fi =0,5 μ fi =0,7 μ fi =0,7 R30 200/25 200/25 R60 200/25 R90 R /31 300/25 250/40 350/50 300/36 300/31 300/45 400/38 350/45 450/40 200/32 300/27 250/46 350/40 350/53 450/40 350/57 450/51 155/25 155/25 155/25 175/35 R /45 350/63 450/ /55

43 Falazott szerkezetek égése A falszerkezetek képessége függ: tűzben való viselkedése, ellenálló A falazóelem anyagától (mészhomok, égetett agyag, pórusbeton, stb.) A falazóelem típusától (tömör, üreges) A habarcs típusától (hagyományos, hőszigetelő, stb.) A teherhordó fal karcsúságától (h eff /t eff <27, válaszfalnál < 40) A falszerkezet típusától, a kivitelezés minőségétől, a kapcsolatok típusától (kötésben falazott csp., rugalmas hézagolás, csőáttörések, stb.) Az alkalmazott felületképzések (vakolat, burkolat, festék) típusától 45

44 Falazott szerkezetek égése A szerkezeti anyag döntő hányada falazóelem meghatározó A járatos falazott keresztmetszetek szelvénytényezője (A/V) kicsi A falazat hővezetési tényezője még a betonnál is kisebb Igen egyenlőtlen és lassú felmelegedés 46