Acélszerkezetek tűzvédelme

Átírás

1 Acélszerkezetek tűzvédelme Acélszerkezetek konstruálása előadás Vető Dániel Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék április 21.

2 Tartalom: - tűzesetek előfordulása, okai - definíciók (tűz, égés), égés feltételei, fajtái, tulajdonságai, tűzmodellek - acél anyag és acélszerkezetek viselkedése tűz esetén - tervezés tűzhatásra - tűzvédelmi előírások - tűzhatás elleni védekezés - tűzesetek megelőzése - esettanulmányok Acélszerkezetek tűzvédelme 2

3 Tűzesetek előfordulása: Acélszerkezetek tűzvédelme 3

4 Tűzesetek előfordulása: - tűzben elhunytak száma lakosra vetítve (2008): Nemzetközi Tűzmegelőzési és Tűzoltási Bizottság (CTIF) Acélszerkezetek tűzvédelme 4

5 Tűzesetek okai: - természeti: - villám, öngyulladás - műszaki-technológiai: - elektromos áram, szikra - építési hiba (pl. kéménytűz) - technológiai hiba (ipari üzemben) - tüzelő-fűtőberendezés - hőátadás, súrlódás - robbanás - emberi tevékenység: - gyújtogatás (ön- és idegenkezű) - óvatlan dohányzás - nyílt láng használata, főzés, szabadban tüzelés - gyermeki tevékenység - egyéb, vagy ismeretlen Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 5

6 Definíciók (tűz, égés): - égés (termodinamika): - egy anyag gyors egyesülése oxigénnel vagy más oxidáló szerrel, hőfejlődés és fényjelenség kíséretében - exoterm reakció: láng, izzás illetve füst kísérheti - tűz egy definíciója (DIN 14011): - nem rendeltetésszerű égés, mely szabályozatlanul továbbterjedhet - tűz egy másik definíciója (ISO IEC Glossary): - égési folyamat, melyet füst és/vagy láng által kísért hőkibocsátás jelez - és olyan gyors égés, amely időben és térben szabályozatlanul terjed Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 6

7 Égés feltételei: - éghető anyag - bármely halmazállapotban - gyakorlati tűzesetek: szerves anyagok (fa, papír, textília, műanyag) - égést tápláló oxigén - koncentráció: általában nagyobb kell, hogy legyen, mint V% - csak az oxigénben való égést tárgyaljuk - hő (reakció aktiválási energiája) - megfelelő gyújtóforrás - gyulladási hőmérséklet (öngyulladás) - mindezek egy időben és térben jelen kell, hogy legyenek - bármelyik hiányzik a fentiekből: - nem jön létre vagy megszűnik az égés - megszűnik a tartószerkezetek hőterhelése Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 7

8 Égés fajtái: - tökéletes égés: - éghető anyag oxidálásához elegendő oxigén áll rendelkezésre - a valóságban ritkán fordul elő - tökéletlen égés: - éghető anyag oxidálásához nincs jelen elegendő oxigén - keletkezett anyagok tovább oxidálhatók - a legtöbb égési folyamat (ill. tűz) ilyen - nyílttéri tűz (égés): - kellő mennyiségű oxigén, hőáramlásnak akadálya alig van - zárttéri tűz (égés): - korlátos mennyiségű oxigén áll rendelkezésre - hő- és füstáramlás geometriailag korlátos Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 8

9 Égés tulajdonságai: - gázok égése: a gáz koncentrációja bizonyos határok között kell, hogy legyen - minimális koncentráció: AÉH alsó éghetőségi határkoncentráció (az az éghető gáz-koncentráció a gáz-levegő elegyben, amelynél a folyamatos égés vagy robbanás az éghető gáz megfelelő mennyiségének hiánya miatt még épp nem következik be (robbanás esetén ARH)) - maximális koncentráció: FÉH felső éghetőségi határkoncentráció (az az éghető gáz-koncentráció a gáz-levegő elegyben, amelynél a folyamatos égés vagy robbanás az oxigénhiány miatt már épp nem következhet be) Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 9

10 Égés tulajdonságai: - folyadékok égése: pl.: benzin, gázolaj, alkoholok - tócsaként vagy tartályban - minden folyadék párolog, a folyadékfelszín fölött gőz található, ez gyullad meg, tehát a folyadékok égése lényegében gőzfázisú égés - lobbanáspont: az a legalacsonyabb hőmérséklet, ahol a folyadékfelszín fölött éghető gőz-levegő elegy alakul ki, azaz a gáz-(gőz-)koncentráció AÉH (a magas hőmérséklet miatti intenzív párolgás kellő utánpótlást biztosít), ekkor még csak lobbanás (nem folyamatos égés) következik be - gyulladáspont: az a hőmérséklet, ahol a gázokat (gőzöket) meggyújtva folyamatos, önfenntartó égés alakul ki Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 10

11 Égés tulajdonságai: - szilárd anyagok égése: pl.: fa, szén, PUR-hab, gumi, papír - szilárd anyag hőbomlást szenved, egyes alkotói gázként távoznak (pirolízis) - a hőbomlásból származó gázok is éghetnek (lánggal) - a szilárd anyag felületi izzással (parázslással) is éghet - gyulladási hőmérséklet: az a legalacsonyabb hőmérséklet, ahol az éghető anyag egy mintája adott körülmények között meggyullad (pl. fa esetén átlagos körülmények között kb. 330 C) Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 11

12 Tűzmodellek: - ISO 834 szerinti szabványos zárttéri tűzfejlődési görbe (cellulóz): Acélszerkezetek tűzvédelme 12

13 Acél anyag viselkedése tűz esetén: - nem éghető - jó hővezető anyag (λ = 54 W/mK és c 20ºC = 450 J/kgK) - kb. 500 ºC kék acél állapot, a szilárdság megfeleződik - kb ºC olvadáspont - tapasztalat szerint tűzben kb. 15 perc után a nyers acélszerkezetek összedőlhetnek Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 13

14 Acél anyag viselkedése tűz esetén: - szilárdság és rugalmassági modulus csökkenése a hőmérséklet növekedésével: Acélszerkezetek tűzvédelme 14

15 Acélszerkezetek viselkedése tűz esetén: - jellemző a vékony, nagy felületű elemek használata, ez kedvezőtlen - több oldalról is érheti tűzhatás a szerkezetet - szelvénytényező: - számítás módja: acél elem felülete / térfogata [1/m] - vagy (egyszerűbben): keresztmetszet kerülete / területe [1/m] - IPE szelvények: jellemzően /m - HE szelvények: jellemzően /m - CHS szelvények (csövek): jellemzően /m Acélszerkezetek tűzvédelme 15

16 Acélszerkezetek viselkedése tűz esetén: - jelenségek: - túlzott alakváltozások (lehajlások) - szilárdság kimerülése (folyás) - globális stabilitásvesztés (kihajlás, kifordulás) - lokális stabilitásvesztés (horpadás) Acélszerkezetek tűzvédelme 16

17 Tervezés tűzhatásra: - 1. lépés: szerkezeti elem hőmérsékletének meghatározása: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 17

18 Tervezés tűzhatásra: - 2. lépés: mechanikai viselkedés figyelembevétele magas hőmérsékleten: - km.-i osztályba sorolás változik (hőmérséklettől függetlenül) - folyáshatár csökken (képlékeny számítás esetén van hatása) - arányossági határ csökken (rugalmas számítás esetén van hatása) - rugalmassági modulus csökken (stabilitási vizsgálatok és alakváltozásszámítás esetén van hatása) Acélszerkezetek tűzvédelme 18

19 Tervezés tűzhatásra: - 2. lépés: mechanikai viselkedés figyelembevétele magas hőmérsékleten: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 19

20 Tervezés tűzhatásra: - 3. lépés (ha kell, általában igen): tűzvédelmi megoldás tervezése: - lényege, hogy a szerkezeti elem hőmérsékletét csökkentsük - a szerkezetet körülvevő anyag szükséges hőátbocsátási tényezője alapján (azaz, hogy milyen mértékben kell védenie a szerkezetet a felmelegedéstől) meghatározható annak szükséges vastagsága Acélszerkezetek tűzvédelme 20

21 Tűzvédelmi előírások: - R, E, I értékek, pl. REI 60 jelentése: 60 percig álljon ellen a tűznek - R: résitance / Tragfähigkeit / teherhordó képesség (bizonyos ideig álljon ellen a tűzhatásnak (ált. ISO zárttéri tűznek) anélkül, hogy a teherhordó képesség csökkenne) - E: étanchéité / Raumabschluss / integritás (felületszerkezetek esetén értelmezhető, láng nem törhet át a tűzhatásnak kitett oldalról a másik (mentett) oldalra) - I: isolation / Wärmedämmung / hőszigetelés (felületszerkezetek esetén értelmezhető, a mentett oldalon nem lehet öngyulladás vagy túl nagy hőmérséklet-emelkedés) Acélszerkezetek tűzvédelme 21

22 Tűzvédelmi előírások: - új OTSZ (54/2014. (XII. 5.) BM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzatról): - tűzveszélyességi osztály: az anyagra, keverékre vonatkozó besorolás, amely az anyag, keverék fizikai, kémiai tulajdonságát alapul véve, tűzvédelmi szempontból a viselkedését, veszélyességét jellemzi: robbanásveszélyes (korábbi A, B), tűzveszélyes korábbi C, D), nem tűzveszélyes (korábbi E) - kockázati osztály: a tűz esetén a veszélyeztetettséget, a bekövetkező kár, veszteség súlyosságát, a tűz következtében fellépő további veszélyek mértékét kifejező besorolás: NAK, AK, KK, MK - kockázati egység: az építmény vagy annak tűzterjedés-gátlás szempontjából körülhatárolt része, amelyen belül a kockázati osztályt meghatározó körülményeket a tervezés során azonos mértékben és módon veszik figyelembe Acélszerkezetek tűzvédelme 22

23 Tűzvédelmi előírások: - új OTSZ (54/2014. (XII. 5.) BM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzatról): - tűzvédelmi osztály: az építőanyagok és építményszerkezetek tűzzel szembeni viselkedésére jellemző kategória, amit a vonatkozó műszaki követelmények szerinti vizsgálat alapján állapítanak meg: A1, A2, B, C, D, E, F (itt az F a leginkább tűzveszélyes) - tűzállósági határérték: a vonatkozó műszaki követelménynek megfelelő tűzállósági vizsgálat kezdésétől számított, a vizsgált építményszerkezet valamely tűzállósági határállapotba kerülésének eléréséig eltelt idő órában vagy percben: R, E, I, M, K értékek - már nincs olyan fogalom, hogy tűzállósági fokozat (korábbi I., II., III., IV., V.) Acélszerkezetek tűzvédelme 23

24 Tűzhatás elleni védekezés: - szerkezet (túl-)melegedésének védelme: - tűzvédő festék - tűzgátló habarcs - egyéb épületszerkezettel való elburkolás Acélszerkezetek tűzvédelme 24

25 Tűzhatás elleni védekezés: - tűzvédő festék: Acélszerkezetek tűzvédelme 25

26 Tűzhatás elleni védekezés: - tűzvédő festék: Acélszerkezetek tűzvédelme 26

27 Tűzhatás elleni védekezés: - tűzvédő festék: - tetszőleges tűzállóságot biztosít - száraz rétegvastagság: jellemzően 0,3 1 mm - tűz esetén a vastagság ennek szerese - szórással vagy ecsettel hordható fel - üzemben és helyszínen is készülhet - viszonylag drága - esztétikus Acélszerkezetek tűzvédelme 27

28 Tűzhatás elleni védekezés: - tűzgátló habarcs: Acélszerkezetek tűzvédelme 28

29 Tűzhatás elleni védekezés: - tűzgátló habarcs: Acélszerkezetek tűzvédelme 29

30 Tűzhatás elleni védekezés: - tűzgátló habarcs: óra tűzállóságot biztosít - gipszkötésű, ásványi eredetű szervetlen habarcs - nem tartalmaz környezetszennyező szálas összetevőket, környezetbarát - jellemzően kb. 2 cm vastag, egyenetlen felszínű - szórással hordható fel - csak a helyszínen készülhet - viszonylag olcsó - nem esztétikus Acélszerkezetek tűzvédelme 30

31 Tűzhatás elleni védekezés: - egyéb épületszerkezettel való elburkolás: - gipszkartonnal vagy egyéb tűzvédő építőlemezzel való elburkolás - körbebetonozás - tégla vagy egyéb anyagú falazattal való elburkolás Acélszerkezetek tűzvédelme 31

32 Tűzhatás elleni védekezés: - egyéb épületszerkezettel való elburkolás: - tetszőleges tűzállóságot biztosít - használata megváltoztatja a szerkezet megjelenését (eltakarja) - a tűzgátló (rózsaszín) gipszkarton lapok üvegszálakat tartalmaznak - csak a helyszínen készülhet - használata körülményes - viszonylag olcsó - lehet esztétikus is Acélszerkezetek tűzvédelme 32

33 Tűzesetek megelőzése: - a tüzek árának gazdasági-statisztikai becslése ( ): Nemzetközi Tűzmegelőzési és Tűzoltási Bizottság (CTIF) Acélszerkezetek tűzvédelme 33

34 Tűzesetek megelőzése: - építészként sokszor kizárólag épületszerkezeti megoldásokban gondolkodunk - fontos(abb) lenne a tűz okának megszüntetése - nem-épületszerkezeti előírások - fegyelmezettség - fontos a hatékony tűzoltás biztosítása - közösségi (állami) felelősségvállalás Acélszerkezetek tűzvédelme 34

35 Esettanulmányok: Várpalota környéke, 2012 Acélszerkezetek tűzvédelme 35

39 Esettanulmányok: Szabadegyháza, jún. 18. A körülbelül 30 méter magas, 300 tonna kukoricaőrleményt tartalmazó siló a gabonatároló csarnokra dőlt, maga alá temetve az ott várakozó kamiont. A romok és a törmelékek alatt a nyerges vontató vezetőfülkéjében rekedt egy ember. A tűzoltók az éjszaka folyamán munkagépekkel végezték a törmelékek eltávolítását, és szerdán kora reggel érték el a vezetőfülkét. A járműben rekedt ember olyan súlyos sérüléseket szenvedett, hogy az életét már nem lehetett megmenteni. Acélszerkezetek tűzvédelme 39

40 Esettanulmányok: Szabadegyháza, jún Acélszerkezetek tűzvédelme 40

44 Esettanulmányok: World Trade Center, szept. 11. Acélszerkezetek tűzvédelme 44

45 Esettanulmányok: World Trade Center, szept Acélszerkezetek tűzvédelme 45

46 Esettanulmányok: Budapest Sportcsarnok, dec. 15. budapestcity.org Acélszerkezetek tűzvédelme 46

47 Felhasznált források: - Kulcsár Béla (SZIE YMÉK Tűz- és Katasztrófavédelmi Intézet): BME Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés során rendelkezésre bocsátott előadásanyag, elérhető: Letöltések Szakmérnöki 3_felev_anyaga Tuzvedelem_Esettanulmanyok - Nemzetközi Tűzmegelőzési és Tűzoltási Bizottság (CTIF) Magyar Nemzeti Bizottság nemzetközi tűzvédelmi statisztikája - budapestcity.org Acélszerkezetek tűzvédelme 47