Acélszerkezetek tervezése tűzhatásra Bevezetés

Átírás

1 Előadás / november 31., péntek, , B-1 terem Acélszerkezetek tervezése tűzhatásra Bevezetés Detroit Marseille Papp Ferenc Ph.D. Dr.habil, egy. docens

2 Az előadás tartalmából Angolszász tűzvédelmi kísérletek ( Cardington tűzteszt) Tűz okozta tönkremeneteli formák Acél anyagi tulajdonságai a hőmérséklet függvényében Tartószerkezeti tűzvédelmi tervezés alapfogalmai Védekezés a tűz hatása ellen

3 Angolszász tűzvédelmi kísérlet ( Cardington tűzteszt) Tesztépület a födémek betonozása előtt épület adatai - alapterület: m - szintek száma: 8 - magasság: 33 m szerkezet típusa - merevített acélváz (keret) - öszvérszerkezetű födémlemez Cardington (1996, UK)

4 A tesztek térbeli elrendezése Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév

5 1. Gerenda vizsgálata a) maximális hőmérséklet és középső keresztmetszet lehajlása idő függvényében a hetedik szinten, másodlagos gerendán (D2/E2); a gerenda középső 8m-ének melegítése (a kapcsolati zónák hidegen maradtak); a melegítés sebessége 3-10 C/perc, 900 Cig; a gerenda max. hőmérséklete 875 C; max. lehajlás 232mm, lehűlés után 113mm;

6 b) középső keresztmetszet lehajlása hőmérséklet függvényében ( szabványos tűzteszt és valós kísérlet alapján)

7 6. Irodai tűz modellezése a) helyiségben mért gázhőmérséklet vizsgált helyiség: 135m 2 -es egyterű iroda; Tűzterhelés: 46kg/m 2 (fa 69%, műanyag 20%, papír 11%); Ablakfelület: 25,6m 2 amiből 11,3m 2 nyitva volt; maximális gázhőmérséklet: 1213 C;

8 b) acélszerkezet hőmérsékletének és lehajlásának alakulása idő függvényében védetlen acél maximális hőmérséklete: 1150 C; maximális lehajlás: 640mm, lehűlés után: 540mm;

9 Tűz okozta tönkremenetelek az acélszerkezetekben Irodai helység a tűz után (6.) a tűz során az összes éghető anyag megsemmisült; a szerkezet minden tesztben jól teljesített; az épület globális stabilitása egyik tesztben sem volt veszélyben; Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév

10 Csomópontok tönkremenetele a) Csavarok elnyíródása b) Homloklemez törése

11 Tartószerkezeti elemek tönkremenetele a) Oszlopok összenyomódása b) Gerendák övhorpadása

12 c) Gerendák gerinclemezének horpadása d) Födémlemez maradó alakváltozása

13 Az acél tulajdonságainak változása hőmérséklet függvényében Mechanikai jellemzők a hőmérséklet függvényében (σ-ε diagram)

14 Folyási szilárdság (f y,θ ) 1,20 σa / fy 1,00 0,80 0,60 0,40 0, C 200 C 300 C 400 C 500 C 600 C 700 C 800 C 0,00 0,0000 0,0050 0,0100 0,0200 Alakváltozás ε a

15 Fajlagos nyúlás Fajlagos nyúlás l / l [x10-3 ] Hőtágulás Hőmérséklet [ C]

16 Fajhő (c a ) Fajhő ca [J / kg K] Fajhő Hőmérséklet [ C]

17 Hővezető képesség (λ a ) Hővezető képesség Hővezető képesség λ a [W/ m K] 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Hőmérséklet [ C]

18 Tervezési tűzhatás (design fire) A tűz időbeli lefolyását leíró, a tervezés céljára előírt tűzhatás.

19 Tűzfolyamat (fire scenario) A tűz időbeli lefolyásának kvalitatív leírása (égés és tűzterjedés folyamata; teljesen kifejlődött tűz állapota; tűz visszaszorulásának folyamata; környezeti hatások).

20 Tűzszakasz (fire compartment) Az épületen belül egy vagy több szintre kiterjedő, elválasztó elemek által oly módon körülzárt tér, hogy a tűz a vizsgált tűzhatás időtartama alatt az adott téren túl nem terjed át.

21 Tűzteher (fire load) Mindazon hőenergiák összege, amelyek egy adott téren belül elhelyezkedő valamennyi éghető anyag égése során felszabadulhat.

22 Tűzállóság (fire resistance) A tartószerkezetnek (részszerkezetnek, szerkezeti elemnek) azon képessége, hogy egy adott teherszinten, egy adott tűzhatás esetén meghatározott ideig betölti a szükséges funkcióit (teherviselés, elválasztás).

23 Teljesen kifejlődött tűz (fully developed fire) Az az állapot, amikor egy adott térben a tűz valamennyi éghető felületre kiterjed.

24 Hőmérsékletszámítás (temperature analysis) Annak meghatározására való eljárás, hogy a szerkezeti elemnek és a védőfelületek hőtechnikai anyagjellemzőinek figyelembevételével hogyan alakulnak ki a hőmérsékletek az egyes szerkezeti elemekben a ténylegesen elnyelt hőáram következtében.

25 Egyszerű tűzmodell (simple fire model) Egyes fizikai paraméterek tekintetében egyszerűsített tervezési tűzhatás.

26 Teljes tűzmodell (advanced fire model) A tömeg és az energia megmaradás elvén alapuló tervezési tűzhatás modellje.

27 Egyzónás tűzmodell (one-zone model) Olyan tűzmodell, amelyben a tűzszakaszban egyenletes gázhőmérséklet-eloszlást feltételezünk.

28 Kétzónás tűzmodell (two-zones model) Olyan tűzmodell, amely esetén a tűzszakaszban külön kezeljük a felső réteget, az alsó réteget a tűz, a kibocsátott gázok és a falak vonatkozásában. A felső rétegben egyenletes gázhőmérséklet-eloszlást feltételezünk.

29 Tűzgörbék (fire curves) A szerkezeti elemek felületének környezetében érvényes gázhőmérséklet az idő függvényében: - névleges: hagyományos, a tűzállósági osztály ellenőrzéséhez használt görbék (pl. szabványos, szénhidrogén) - paraméteres teres: tűzhatás modelleken és fizikai paramétereken alapul

30 Gázhőmérséklet ( C) 1200 Szénhidrogéntűz Szabványos tűz 600 Külső tűz Tipikus paraméteres tűzgörbe Idő (sec)

31 Szabványos tűzgörbe (standard fire curve) A tűzszakaszban működő, teljes mértékben kifejlődött tűzhatást leíró, a szabványban meghatározott névleges görbe.

32 Szabványos tűzállóság (standard fire resistance) A tartószerkezetnek (részszerkezetnek, szerkezeti elemnek) azon képessége, hogy a szabványos hőmérsékelt-idő görbe által meghatározott hőmérsékleti hatás mellett, az előírt terhek működése esetén, előírt ideig betölti a szükséges funkcióit.

33 Közvetett tűzhatás (standard fire curve) A vizsgált szerkezeti elemre a szomszédos szerkezeti elemekről átadódó közvetett hatások: gátolt alakváltozás hőtágulás meggátlása

34 Szerkezeti elem szintű vizsgálat (member analysis for fire) A tűzhatásnak kitett szerkezeti elem hőmérsékleti és mechanikai vizsgálata, amelynek során a szerkezeti elemet alkalmas megtámasztási feltételekkel elkülönítettnek feltételezünk. A közvetett tűzhatásokat nem kell figyelembe venni! (kivéve azokat, amelyek a hőmérséklet vastagság menti változásából adódnak)

35 Szerkezet szintű vizsgálat (structural analysis for fire) A tűzhatásnak kitett szerkezet hőmérsékleti és mechanikai vizsgálata (amely során a szerkezeti elemeket nem elkülönítetve vizsgáljuk). A közvetett tűzhatásokat figyelembe kell venni!

36 Védekezés a tűz hatásai ellen (szerkezeti kialakítások) Keresztmetszeti tényező szerepe

37 Öszvérfödémek előnye Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév

38 Alacsony födémszerkezetek Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév

39 Együttdolgozó szerkezeti elemek

40 Betonnal kitöltött cső- és zártszelvények (oszlopok)

41 Eltakart, burkolt acélszerkezetek

42 Vízzel feltöltött acélszerkezetek Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév

43 Táblás burkolattal védett szerkezetek

44 Szórt tűzvédő bevonatok (ásványgyapot szórás)

45 Tűzgátló festékek Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév