Átírás

1

2 ii

3 iii

4 iv

5 Ez a projekt az Európai Bizottság Szén-és Acélipari Kutatási Alapja támogatásával valósult meg. A kiadvány csak a szerzők nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehető felelőssé semmilyen bennük található információ felhasználásáért. A kiadvány különböző kutatási projektek eredményeként állt elő: - az RFCS Project FICEB+ - az RFCS Project COSSFIRE - a Leonardo Da Vinci projekt " Részben védett kompozit födémek tűzállósági vizsgálata " (FRACOF). - a korábbi projekt az ArcelorMittal és a CTICM közös támogatásával valósult meg, melyben partnerként szerepelt a CTICM és az SCI. Az egyszerű tervezési módszert eredetileg nagyméretű tűzvizsgálati kísérlet eredményeként dolgozták ki, mely a Building Research Establishment által vizsgált többszintes acélvázas épület volt, az un. Cardington teszt az Egyesült Királyságban. Az elméleti alapok nagy része már létezett az 950-es évek végén, amikor tanulmányokat készítettek a vasbeton szerkezet viselkedésére vonatkozóan szobahőmérsékleten. Az egyszerű tervezési módszer első változata megjelent az SCI Design Guide P88 'Tűzbiztos tervezés: egy új megközelítés a többszintes acélvázas épületek tervezésére',. kiadás. Bár a módszer alkalmazásával kidolgozott tűzvédelmi tervezés viszonylag új mérnöki eljárás, a módszer jól megalapozott. Az egyszerű tervezési módszert beépítette az SCI 000-ben egy szoftverbe és ennek frissített verziója 006-ban megjelent, miután az egyszerű tervezési módszeren javítást végeztek. Értékes hozzászólások érkeztek a következőktől, melyeket ezúton is köszönünk: - Mary Brettle-től, The Steel Construction Institute - Ian Sims-tól, The Steel Construction Institute - Louis Guy Cajot-tól, ArcelorMittal - Renata Obiala-tól, ArcelorMittal - Gisèle Bihina-tól, CTICM v

6 vi

7 Tartalomjegyzék vii Oldalszám BEVEZETÉS CARDINGTON TŰZTESZT PROGRAM. Kutatási program.. teszt: Befogott tartó 3.3. teszt: Síkbeli keret teszt: Sarokmező teszt: Sarokmező teszt: Nagyterületű teszt teszt: Irodai tűz demonstrálása.8 7. teszt: Központi terület 5.9 Általános megjegyzések a megfigyelt viselkedés alapján 8 3 FEDETT, OLDALT NYITOTT PARKOLÓHÁZ, FRANCIAORSZÁG 9 4 BIZONYÍTÉKOK VÉLETLEN TŰZESETEK ALAPJÁN ÉS MÁS ORSZÁGOKBÓL 5 4. Broadgate-tűz 5 4. Churchill Plaza épülete, Basingstoke Ausztrál tűztesztek William Street tűzteszt és tervezési megközelítés Collins Street tűzteszt Következtetések az ausztrál tűztesztek alapján Német tűzteszt Kísérleti munka szobahőmérsékleten Magas hőmérsékleten végzett kísérletek 33 5 EGYSZERŰ TERVEZÉSI MÓDSZER Bevezetés a folyási vonal elméletébe és a membrán-hatásba Födém teljes síkbeli befogással Födém síkbeli befogás nélkül Folyási vonalak menti membrán-feszültségek hatása Öszvérfödémek ellenállóképességének számítása az egyszerű tervezési módszer alapján Ellenállóképesség számítása k paraméterre vonatkozó kifejezés származtatása b paraméterre vonatkozó kifejezés származtatása Membrán erők Beton nyomóerők következtében bekövetkező tönkremenetele 5 6 Tervezési útmutató kifejlesztése Tervezési feltételezések Tönkremeneteli feltétel Födém lehajlása Termikus hatások Acélmerevítésben ébredő mechanikai feszültségek Födém lehajlásának számítása a membrán-erők meghatározásához Kalibrálás Cardington tűzteszt alapján Tervezési módszertan Födém teherviselő képességének számítása Védetlen gerendák teherviselő képességének számítása Tűzálló kerületi gerendák tervezése Védetlen gerendák peremgerendákkal mindkét oldalon Védetlen gerendákkal párhuzamos folyási vonal Védetlen gerendákra merőleges folyási vonal Védetlen gerendák, az egyik oldalon peremgerendával Védetlen gerendákkal párhuzamos folyási vonal Védetlen gerendákra merőleges folyási vonal Tervezési zóna peremgerendák nélkül Peremgerendák tervezése Termikus analízis 70

8 6.5. Elrendezési tényezők Anyagjellemzők Hővezetés útján történő belső hőátadás Védetlen acélgerendák tervezési hőmérséklete 75 7 KOMPOZIT FÖDÉMRENDSZER VALÓS MÉRETŰ TŰZÁLLÓSÁGI TESZTJE76 7. Célok FRACOF Teszt Teszt mintadarabok Tesztek módszertana Eredmények Hőmérséklet változása a szerkezetben Elmozdulások változása a szerkezeti elemekben A kompozit-födém viselkedése a teszt folyamán Megjegyzések a teszteredmények alapján COSSFIRE Tűz teszt program Teszt mintadarab Teszteredmények mérése Legfontosabb kísérleti eredmények A tűztesztek megfigyelései Valós méretű tűzteszt nagy támaszközű celluláris szerkezetű acélgerendákat tartalmazó vasbeton födémre Teszt mintadarab Tervezett terhelés A tűz tervezése Műszerezés Gerenda/Födém lehajlása Födémekben ébredő membrán-hatás Következtetések 4 8 Parametrikus numerikus vizsgálatok 5 8. Célok 5 8. Az ANSYS numerikus modelljének validálása a FRACOF teszt alapján Általános bevezetés Szerkezeti vizsgálat Hőátadás vizsgálata Szerkezeti elemek mechanikai viselkedése A SAFIR numerikus modell verifikációja a tűztesztek alapján Általános bevezető SAFIR vs FRACOF teszt Tűzterhelés Termikus vizsgálat: Numerikus modell, és fő eredmények Szerkezeti analízis SAFIR vs COSSFIRE teszt Tűzterhelés Termikus vizsgálat: Numerikus modell, és fő eredmények Szerkezeti analízis SAFIR vs FICEB teszt Tűzterhelés Termikus vizsgálat: Numerikus modell, és fő eredmények Szerkezeti analízis Parametrikus numerikus tanulmányok a szabványos hőmérséklet-idő görbe felhasználásával Bemeneti adatok a parametrikus tanulmányokhoz Bemeneti adat a paraméterezett tanulmányhoz A födém maximális lehajlása A merevítő acélháló nyúlása Következtetések 5 9 IRODALOMJEGYZÉK 53 viii

9 ÖSSZEFOGLALÁS Több országban végzett valós méretű tűztesztek és valós tűzesetek alapján tett megfigyelések is rámutattak, hogy a vasbeton acélszerkezetes szerkezetek tűz alatti viselkedése sokkal jobb, mint ahogyan azt az izolált elemeken végzett tűztesztek mutatták. Nyilvánvaló, hogy a modern acélvázas épületekben nagy tartalékok találhatóak a tűzállóság terén, valamint az is, hogy a szabványos, nem befogott szerkezeti elemeken végzett tűztesztek nem képesek az ilyen szerkezetek tűz alatti viselkedésére kielégítő indikátort nyújtani. Az 995 és 996 között végrehajtott BRE Cardington valós méretű épületen végzett tűzteszt program során tett megfigyelések és elemzések eredményeként egy egyszerű - a vasbeton födémek membrán-hatásán alapuló - tervezési modell került kifejlesztésre, amely lehetővé teszi a tervezők számára az öszvérfödémben rejlő tűzállóképesség kihasználását anélkül, hogy a teljes épület viselkedésének komplex véges-elemes analíziséhez kellene folyamodniuk. Azonban sajátos jellege miatt ez az innovatív tervezési eljárás még mindig ismeretlen a legtöbb mérnök és hatóság számára. Ezért dolgoztuk ki ezt a dokumentumot, hogy minden szükséges háttér-információt ismertessen, és segítse az olvasót a fentebb említett egyszerű tervezési eljárás ajánlásainak megértésében. Az alábbi műszaki dokumentum ismerteti az egyszerű tervezési módszer elméleti hátterét és kidolgozását a tűzvédelmi tervezésben történő alkalmazáshoz. A már létező és releváns, a világ számos pontján végzett valós méretű tűztesztek áttekintését is ismertetjük, és a kapcsolódó teszt-eredmények összefoglalása is megtalálható a dokumentumban. A dokumentum emellett a több-emeletes épületek véletlenül bekövetkezett tűzesetek alatti viselkedése alapján tett megfigyelésekről is tartalmaz információkat. Más részről viszont a dokumentum részletes magyarázatot ad a vasbeton födémrendszerek új, nagyméretű hosszú időtartamú, ISO tűzkörülmények között végzett tűztesztjeire, ami további bizonyítékokat szolgáltat az egyszerű tervezési eljárás érvényességére vonatkozóan. Az egyszerű tervezési modell konzervativitása is tisztán szemléltetésre kerül a fejlett számítási modellek segítségével elvégzett paraméteres numerikus tanulmányokkal való összehasonlítás révén. ix

10 BEVEZETÉS A világ számos országában elvégzett nagyméretű tűztesztek és valós épületekben bekövetkezett tűzesetek során tett megfigyelések rámutattak, hogy a vasbeton födémekkel rendelkező kompozit acélvázas épületek (a beton födém fejes szegecsek segítségével csatlakozik az acélgerendákhoz) tűz alatti viselkedése sokkal jobb, mint ahogyan azt a vasbeton födémeken vagy vasbeton gerendákon, mint különálló, izolált szerkezeti elemeken végzett szabványos tűztesztek előre jelezték. Nyilvánvaló, hogy a modern acélvázas épületek nagy tartalékokkal rendelkeznek a tűzállóság terén, valamint, hogy az egyetlen, nem befogott szerkezeti elemen végzett szabványos tűztesztek nem jelzik kielégítően a valós épületek tűz alatti viselkedését. Vizsgálatok kimutatták, hogy a kiváló tűz alatti viselkedés az acélhálóval erősített betonfödémekben a húzóerő hatására kialakuló membrán-hatásnak, valamint az acélgerendákban kialakuló lánchatásnak tudható be. A fent említett megfigyelések és vizsgálatok következményeképpen egy új tűzvédelmi tervezési koncepció került kidolgozásra az Egyesült Királyságban a modern, többemeletes acélvázas épületekre vonatkozóan. A vasbeton födémek ezen eljárás szerint történő tervezésére a tervezési útmutatót és szoftveres tervezési eszközöket először 000- ben publikálták. Angliában azóta is számos épület profitált az egyszerű tervezési eljárás alkalmazásából a lecsökkent tűzvédelmi költségek révén (). Ez a tervezési koncepció lehetővé teszi a tervezők számára, hogy az épület teljes viselkedését vizsgálják, így lehetővé egyes szerkezeti elemek védetlenül hagyását a teljes tűzvédelemmel ellátott szerkezetektől elvárt biztonsági szint megtartása mellett. A tervezési eljárás emellett lehetővé teszi a részlegesen védett öszvérfödémek tűzállóképességének felmérését természetes vagy szabványos tűz esetére is. Ez utóbbi különösen fontos, hiszen lehetővé teszi, hogy a tervezési koncepciót a specializált tűzvédelmi ismeretekkel nem rendelkező tervezőmérnökök is alkalmazzák. Bár Angliában már széles körben alkalmazzák, azonban a tűzállóság membrán- és lánc-hatás következtében kialakuló javulása még mindig egy nagyon új felfogásmód az európai mérnök és szabályozó hatóságok nagy részének számára. A potenciális felhasználók informálásának érdekében az alábbi dokumentum célja, hogy egy szilárd műszaki támogatást nyújtson a tervezési eljáráshoz, magába foglalva: a nagyméretű tűztesztek és véletlen tűzesetek által szolgáltatott, vasbeton szerkezetek tűz alatti viselkedésére vonatkozó bizonyítékok ismertetése a lapos idomok és sejtszerkezetű gerendák által megtámasztott vasbeton födémekre vonatkozó egyszerű tervezési modell elméleti alapjának részletes magyarázata; az öszvérfödém szerkezetek tűzállóképességének felmérése vonatkozó egyszerű tervezési modell által alkalmazott alapvető feltételezések ismertetése; egy valós méretű, öszvérfödém szerkezeten végzett demonstrációs tűzteszt részletei, az EN 365- szerinti szabványos hőmérséklet-idő görbe alapján, több mint 0 perc időtartammal egy részletes numerikus parametrikus vizsgálat az egyszerű tervezési módszer eredményének igazolására.

11 CARDINGTON TŰZTESZT PROGRAM. Kutatási program 996 szeptemberében egy tűztesztet végeztek el az Angliai Building Research Establishment Cardingtoni laboratóriumában. A teszteket egy nyolc-emeletes vasbeton szerkezetes, merevített acélvázas épületen végezték el, amely egy tipikus több-emeletes irodaépületnek megfelelően lett megtervezve és felépítve. A teszt célja valós épület tűz alatti viselkedésének vizsgálata, valamint adatok gyűjtése volt, amely lehetővé tenné szerkezetek tűz alatti viselkedését elemző számítógépes programok ellenőrzését... ábra Cardington teszt-épület a födémek betonozása előtt A tesztépület (ld... ábra ) úgy lett megtervezve, hogy egy gyakori példáját képviselje a merevített szerkezetes épületeknek, az Angliában is gyakori terhelési szintek mellett. A tervrajznak megfelelően, a szerkezet m 45 m méretű, a teljes magassága 33 m volt. A gerendák szabadon felfekvőek, a 30 mm vastag vasbeton födémmel együtt. Az ilyen típusú épületeknél jellemzően 90 perc az elvárás a tűzzel szembeni ellenállásra. A gerenda-gerenda kötéseknél gerincbekötő lemezeket, míg a gerenda-oszlop kötéseknél rugalmas homloklemezeket alkalmaztak. A szerkezet terhelését a minden szinten, a tipikus irodai terhelésnek megfelelően elosztott homokzsákok biztosították. A kutatási programon belül két projektet hoztak létre. Az egyik projektet a Corus (korábban British Steel) támogatta az Európai Szén- és Acélközösséggel közösen (ECSC); a másikat az Egyesült Királyság kormányzata a Building Research Establishment (BRE) intézeten keresztül. A projektben részt vevő további szervezetek a Sheffield Egyetem, TNO (Hollandia), CTICM (Franciaország) és a The Steel Construction Institute voltak. A tűzteszteket 995. január és 996. július között végezték el. A teszteket különböző szinteken végezték el; az egyes tesztek helyszínei a.. ábra láthatóak az alaprajzon.

12 A B C D E F m 45 m 7. Befogott tartó (ECSC). Síkbeli keret (ECSC) 3. Sarokmező (ECSC) 7. Központi terület (CTU) 4. Sarokmező (BRE) 5. Nagyterületű teszt (BRE) 6. Irodai demonstráció (ECSC).. ábra Teszt helyszínek Az. tesztben egyetlen, másodlagos gerenda vett részt az azt körülvevő födémmel együtt, amelyek, egy, az adott célra épített gáz-tüzelésű kemencével hevítettünk. A. teszt folyamán szintén gáz segítségével történt az épület egyik emeletének teljes hosszán átívelő keretszerkezet felhevítése; a tesztben egy mestergerenda vet részt az ahhoz kapcsolódó oszlopokkal együtt. A 3., 4., 5. tesztek folyamán különböző méretű tűztereket vizsgáltak meg falécek segítségével létrehozott természetes tűzzel. Ezekben a tesztekben a résztvevő oszlopokat a födém alsó részéig védelemmel láttuk el, de a födém gerendái védetlenek voltak. A 6. teszt egy demonstrációs teszt volt, ami a modern irodákban tipikusan megtalálható bútorokat és egyéb eszközöket használt a tűzterhelés létrehozásához, ezzel a legsúlyosabb vizsgált tűzesethez vezetve. A tesztek részletes leírását publikálták (). Az tesztek folyamán nyert összes adat elektronikus formában a mérési pontok helyével együtt az.,., 3. és 6. teszt esetében a Corus RD&T (Swinden Technology Centre), míg a 4. és 5. teszt esetén a BRE (3,4) intézményektől érhető el... teszt: Befogott tartó A tesztet az épület 7. emeletén végezték el. A célra épült gáztüzelésű kazán, amely 8 méter hosszú és 3 méter széles, úgy lett megtervezve és megépítve, hogy két oszlopot összekötő másodlagos gerendát (D/E) legyen képes felhevíteni a környező szerkezettel egyetemben. A gerenda 9 méteres hosszának középső 8 méteres szakaszán volt hevítve, így viszonylag hidegen hagyva a csatlakozásokat. A teszt célja annak vizsgálata volt, hogy meghatározzák a fel nem hevült födém által határolt hevített gerenda viselkedését, és így tanulmányozzák a szerkezet fel nem hevült részének korlátozó hatását (-> befogott tartó). A gerenda hőmérsékletét 3-0 C/perc sebességgel növelték, amíg el nem érte a 900 C-ot. Az alsó övlemezben a maximális hőmérsékletnél (875ºC) a támaszköz felénél a lehajlás 3 mm (támaszköz/39) (ld..3. ábra ). Lehűlés közben ez az érték 3 mm-re csökkent le. 3

13 Függ. elmozdulás(mm) (MM)((MM)(mm) Függ. elmozdulás Idő (perc) Maximális hőmérséklet.3. ábra Befogott gerenda maximális hőmérséklete és középpontjának elmozdulása a teszt során Maximális hőmérséklet ( C) Ezen gerenda, és egy hasonló védetlen gerenda hasonló terhelési feltételek (5) mellett, szabványos tűzteszt során tapasztalt viselkedésének különbsége látható a.4. ábra A szabványos tűztesztek során az egyszerű megtámasztású gerendáknál tapasztalt nagymértékű, elszabadult elmozdulás nem történt meg az épület vázában található gerendánál annak ellenére sem, hogy a szerkezetei acél folyáshatára a szobahőmérsékleten mért érték 6%-át tartja csak meg 900 C hőmérsékleten. Lehajlás (támaszköz %) Lehajlás = Támaszköz/30 Keret tesztje Szabványos teszt Hőmérséklet ( C).4. ábra Maximális hőmérséklet és középpont elmozdulása szabványos tűzteszt és befogott tartó tesztje során A teszt folyamán a gerenda mindkét végénél helyi horpadás jelentkezett, pontosan a kemence falánál (ld..5. ábra ). 4

14 .5. ábra Övlemez horpadása a befogott tartóban A gerenda teszt utáni szemrevételezése során kiderült, hogy a gerenda mindkét végén található homlok-lemez kötés eltört a gerenda egyik oldalán a hegesztés hőhatásövezetéhez közel, de azon kívül. Ez a gerenda lehűlése folyamán bekövetkezett termikus kontrakció eredménye, amely nagyon magas húzófeszültségeket eredményezett az anyagban. Bár a lemez az egyik oldalon elnyíródott, de ez a mechanizmus könnyített az indukálódott húzófeszültségen, aminek hála a gerenda másik oldalán található lemez megtartotta szerkezeti integritását, és megfelelő nyírási kapacitást biztosított a gerendának. A lemez repedésének természete meghatározható a nyúlásmérő bélyeg értékei alapján, amelyek azt mutatták, hogy a repedés időben folyamatosan terjedt a lehűlés folyamán, nem hirtelen törés következett be..3. teszt: Síkbeli keret Ez a tesztet egy négy oszlopból és három főgerendából álló, az épület B rácsvonala mentén, a teljes szélességen átívelő síkbeli keret-szerkezeten végezték el, ahogy az a.. ábra látható. Egy m hosszú.5 m széles 4.0 m magas gáztüzelésű kazánt építettek a teszthez az épület teljes szélessége mentén kőműves munkával. A mester- és másodlagos gerendák, a vasbeton födém alsó oldalával egyetemben védetlenül lettek hagyva. Az oszlopok tűzvédelemmel lettek ellátva addig a magasságig, ahol az álmennyezet kerülne kialakításra (bár a tesztek során nem volt álmennyezet jelen). Ez az oszlopok felső 800 mm-ének védetlenül hagyását eredményezte, beleértve a kötéseket is. A teszt indítását követően körülbelül 0 és 5 perc között a függőleges elmozdulás a 9 méteres támaszközű acélgerenda közepén gyorsan megnövekedett (ld..6. ábra Ez a támasztó gerendák függőleges elmozdulásának a következménye. A belső oszlopok tűzhatás alatt álló részei körülbelül 80 mm-rel összenyomódtak (ld..7. ábra Az oszlop érintett részének hőmérséklete körülbelül 670 C volt, mikor a helyi horpadás bekövetkezett. 5

15 Maximális függőleges elmozdulás (mm) Maximális függ. elmozdulás Oszlop hőmérséklete Idő ( perc) ábra A központi 9 méteres gerenda maximális függőleges elmozdulása és az oszlop tűznek kitett felső részének hőmérséklete Tűznek kitett oszlop maximális hőmérséklete ( C) Az oszlop magasságának csökkenése amely az előbbi helyi horpadás miatt következett be -, egy körülbelül 80 mm-es maradó alakváltozást okozott a tűztér feletti összes szinten. Ezen viselkedés elkerülése érdekében a további tesztekben az oszlopok a teljes magasságukig védelemmel lettek ellátva..7. ábra Összenyomódott oszlopfej a tesztet követően A mestergerenda mindkét oldalán másodlagos gerendák egy körülbelül méter hosszú szakaszon voltak hevítve. A tesztek követően a vizsgálat azt mutatta, hogy a gerincbekötő lemezen található csavarok nagy része elnyíródott (ld..8. ábra A csavarok azonban csak a főgerenda egyik oldalán nyíródtak el. A lemez. tesztben történt eltöréséhez hasonlóan, a csavarok itt is a gerenda hűlése közben a termikus kontrakció következtében törtek el. A termikus kontrakció magas húzófeszültséget okozott, amely azon nyomban enyhült, amint a mestergerenda egyik oldalán található gerincbekötő lemeznél a csavarok elnyíródtak. 6

16 .8. ábra Gerincbekötő lemez a tesztet követően.4 3. teszt: Sarokmező A teszt a célja egy teljes födémrendszer viselkedésének vizsgálata volt, különösen tekintettel léve a födémben ébredő híd-effektus vagy membrán-hatás szerepére alternatív terhelési utak biztosításában, miközben a tartógerendák elveszítik teherviselő képességüket. Beton-blokkok segítségével egy 0 m 7.6 m tér került kialakításra az épület első szintjének egyik sarkában (E/F). Annak biztosítása érdekében, hogy az elzárt tér fala ne játsszon szerepet az alkalmazott terhelés felvételében, minden befogás vagy rögzítővas eltávolításra került az oromzatfalban, akárcsak a betonblokkok legfelső rétege. A dilatációs hézagban található ásványgyapot lapok is ki lettek cserélve kerámiaszálas paplanra. Hasonlóan a szélrács is elválasztásra került a szélső gerendától a tűztér nyílása felett, hogy a peremgerendának ne legyen kiegészítő megtámasztása. Minden oszlopot, gerenda-oszlop kötést és peremtartót tűzvédelemmel láttak el. A tűzterhelés 45 kg/m volt, amelyet falécekkel értek el. Ez a terhelés elég nagy, egyenértékű az irodaépületekre megengedett határterhelés 95%-ával. A tűzvédelmi számításokat általában a határterhelés 80%-ára szokták alapozni. A szellőztetést egyetlen 6.6 m széles.8 m magas nyílás biztosította. A léghőmérséklet maximális rögzített értéke 07ºC volt a tűzszakaszban. Az acélhőmérséklet maximális értéke 04ºC volt, amelyet a rácsvonalon található belső gerendán mértek (E/F). A maximális függőleges elmozdulás 48 mm volt (éppen nem érte el a támaszköz /0-át) a másodlagos gerenda középpontján, amelynek a csúcshőmérséklete 954ºC volt. A lehűlés közben a gerenda maradó alakváltozása 96 mm-re csökkent vissza. A lehajlások és hőmérsékletek időbeli változása a.9. ábra látható. 7

17 Maximális függőleges elmozdulás (mm) Maximális függ. elmozdulás. Maximális hőmérséklet Acél maximális hőmérséklete ( C) Idő (perc).9. ábra Másodlagos gerenda maximális függőleges elmozdulása és hőmérséklete A tűzszakaszon belül minden éghető anyagot felemésztett a tűz. A szerkezet nagyon jól viselkedett, összeomlásnak semmilyen jelét nem lehetett tapasztalni (ld..0. ábra Egyes gerenda-oszlop kötések közelében horpadás következett be, de a. teszttel ellentétben a kötésekben található csavarok nem nyíródtak el. Ez egyrészről jelentheti azt, hogy nem jelentkezett nagy húzófeszültség, vagy pedig a kapcsolat elegendő hajlékonysággal rendelkezett ahhoz, hogy megbirkózzon a húzásból származó elmozdulásokkal..0. ábra A szerkezet a tesztet követően 8

18 .5 4. teszt: Sarokmező Ezt a tesztet épület második szintjén végezték el az egyik sarokrészben (E4/F3) egy 54 m nagyságú területen. A vizsgált tér belső falai az E és 3 rácsvonalak mentén acélvázas és tűzálló lemezekkel borított elválasztófalakkal lett tagolva. Az elválasztás 0 perces tűzállósági előírással rendelkezett és egy 5 mm-es dilatációs fejgerendát tartalmazott. Az oromzatfalnál az F rácsvonal mentén egy már meglévő, teljes magasságban blokkokból álló fal biztosította a tűztér külső falát; a 4-es rácsvonal mentén található külső fal pedig be lett üvegezve az méter magas kőműves blokkok felett. A tűzteret teljesen lezárták, minden ajtó és ablak zárva volt. Az oszlopokat a födém alsó részéig védelemmel látták el, a kötéseket is beleértve, de a 3. teszttel ellentétben, a hevedergerenda (E4/F4) védetlenül maradt, és a felette lévő szélrács sem lett lecsatlakoztatva. Tizenkét farakás segítségével biztosították a 40 kg/m nagyságú tűzterhelést. A tűz kifejlődését legnagyobb mértékben a tűztéren belüli oxigén hiánya befolyásolta. A hőmérséklet kezdeti emelkedése után a tűz elhalt és egészen addig izzott, amíg 55 perc elteltével a tűzoltók közbeléptek, hogy átszellőztessék a teret az egyik üvegtábla eltávolításával. Ez egy kismértékű növekedést, majd esést eredményezett a hőmérsékletben. Az elsőt követően egy második üvegtábla is eltört 64 perc elteltével közvetlenül az első felett, így hőmérséklet egyenletesen növekedésnek indult; 94 és 00 perc között az összes üvegtábla összetört. Ez egy éles emelkedést eredményezett a tűz hőmérsékletében, amely a tűz kifejlődésével még tovább emelkedett. A maximális rögzített léghőmérséklet 05 C volt 0 perc elteltével (ld... ábra A maximális acélhőmérsékletet (903 C) 4 perc elteltével a központi másodlagos gerenda alsó övlemezében mérték. A födém maximális lehajlása 69 mm volt, mely a vizsgált tér közepén fordult elő 30 perc elteltével. Ez a tűz után 60 mm-re csökkent vissza. A 4-es rácsvonalon elhelyezkedő védetlen peremgerendát teljesen ellepte a tűz a teszt folyamán. Ennek ellenére a gerenda maximális hőmérséklete a belső gerendákhoz képest viszonylag alacsony maradt, csak 680 C-ot ért el, ahogyan az a.. ábra látható. A peremgerenda maximális elmozdulás 5 mm volt, melyet 4 perc elteltével rögzítettek. Ez a kismértékű elmozdulás a szélrács miatt, a tűztér felett nyújtott kiegészítő támasznak tudható be, amely a teszt folyamán húzó igénybevételt szenvedett el. A vizsgált lezárt tér belső falait közvetlenül a védetlen gerendák alatt építették meg, és jól teljesítettek a teszt folyamán, a teszt időtartama alatt megtartották integritásukat. A fal eltávolítása után láthatóvá vált, hogy a gerendák egyike a teljes hossza mentén elcsavarodott. Ezt a gerenda keresztmetszete mentén keletkezett nagy hőmérsékleti gradiens okozta (a fal elhelyezése révén) a termikus expanzió korlátozásával együtt. Egyetlen gerendánál sem fordult elő lokális stabilitásvesztés, és egyetlen kötésen sem látszottak a többi tesztben tapasztalt nagy húzóerők jelenléte a hűtés folyamán. 9

19 Hőmérséklet ( C),00,00, Átlag Maximum Idő (perc).. ábra Levegő hőmérsékletének mért értékei a 4. tesztben 000 Hőmérséklet ( C) Belső gerenda Peremgerenda Idő (perc).. ábra Belső és peremgerenda övlemezének maximális hőmérséklete.6 5. teszt: Nagyterületű teszt Ez a tesztet a második és harmadik szint között volt végezték el, a tűzszakasz az épület a teljes szélességét átérte, több mint 340 m területet lefedve. A 40 kg/m nagyságú tűzterhelést az emeleten egyenletesen elhelyezett farakások biztosították. A tűztér az épület teljes szélességén átívelő vázrúd és gipszlemezes válaszfal építésével, illetve a liftaknák további tűzvédelemmel történő kiegészítésével készült el. Az épület mindkét oldalán dupla üvegezést alakítottak ki, azonban a középső egyharmad mindkét oldalon nyitva maradt. Minden acélgerendát - beleértve a peremgerendákat is - védetlenül hagytak. A belső és külső oszlopokat védelemmel láttak el a kötésekig, azokat is beleértve. A tűz súlyosságát a szellőztetési feltételek határozták meg. A folyamat elején a hőmérséklet hirtelen megugrott, amikor az üvegezés összetörése nagy nyílásokat hozott létre az épület mindkét oldalán. Az épület két, ellentétes oldalán található nagyméretű szellőztetési keresztmetszet egy hosszú időtartamú, de a vártnál alacsonyabb hőmérsékletű tüzet eredményezett. A maximális mért 0

20 levegőhőmérséklet 746 C volt, míg a maximális acélhőmérséklet 69 C, a tűztér közepén mérve. A tűztérben mért léghőmérséklet értékek a.3. ábra láthatóak. A szerkezetet a tűz végéhez közeli időpontban a.4. ábra mutatja. A födém maximális elmozdulása 557 mm volt. Ez a szerkezet lehűlése után ez 48 mm-re csökkent vissza. A gerenda-gerenda kötések környezetében nagymértékű horpadás zajlott le. A hűlés folyamán számos homloklemez letört az egyik oldalon. Egy esetben a homloklemez maga is letört a gerinclemezről, így az acél-acél kötés semmilyen nyírási kapacitással nem rendelkezett. Ez nagy repedéseket okozott a kötés fölött található vasbeton födémben, de összeomlás nem következett be, mivel a gerendára ható nyírást a vasbeton födém vette fel. 800 Hőmérséklet ( C) Átlag Maximum Idő (perc).3. ábra Maximális és átlagos léghőmérséklet.4. ábra Alakváltozott szerkezet a tűz folyamán.7 6. teszt: Irodai tűz demonstrálása A teszt a célja a szerkezet viselkedésének egy realisztikus forgatókönyv szerint lejátszódó tűz esetén bekövetkező bemutatása volt.

21 Kőműves munka segítségével egy 8 méter széles és 0 méter hosszú, összesen 35 m alapterülettel rendelkező tűzszakaszt alakítottak ki. A lezárt tér egy közös légterű irodát reprezentált, és több munkaállomást, modern bútort, számítógépet és irattárolót tartalmazott (ld..5. ábra A teszt körülményei úgy választották meg, hogy további fa- és műanyagrakások hozzáadásával összesen 46 kg/m tűzterhelés keletkezzen (az irodák kevesebb, mint 5%-a lépné ezt túl), valamint az ablakok felületét az irodaépületekre vonatkozó minimális előírásra csökkentették, hogy rendkívül súlyos tűz keletkezzen. A tűzterhelés 69%-a fából, 0%-a műanyagtól, míg %-a papírtól származott. Az ablakok összfelülete 5.6 m (az alapterület 9%-a) volt és az ablakok felületének középső része (összesen,3 m ) üvegezetlenül maradt annak érdekében, hogy a teszt elején a lehető legborúlátóbb szellőztetési körülmények álljanak elő..5. ábra Iroda a teszt előtt A tűztéren belül az oszlopokat és oszlop-gerenda kötéseket is tűzvédelemmel látták el. Mind a fő- mind a másodlagos gerendákat beleértve a gerenda-gerenda kötéseket is teljesen védetlenül hagyták. A peremgerendához csatlakozó szélrácsok kapcsolódásait meghagyták, így ez részben támaszt biztosított a tűz folyamán. A levegőhőmérséklet maximális mért értéke 3 C volt, míg a maximális átlaghőmérséklet 900 C, amint az a.6. ábra is látható. A védetlen acél maximális hőmérséklete 50 C volt. A legnagyobb függőleges elmozdulás 640 mm, amely a hűlés folyamán 540 mm maradó alakváltozásra csökkent le (ld..7. ábra A hevedergerenda maximális csúcshőmérséklete 83ºC volt, az ablakok felett. Minden éghető anyagot felemésztett a tűz a vizsgált teren belül, beleértve az iratszekrények tartalmát is. A tűzszakasz hátsó része felé a födém lehajlott, és a blokkfal tetején támaszkodott fel. A szerkezet semmilyen jelét sem mutatta a tönkremenetelnek. A.8. ábra látható a tűz kívülről szemlélve, közel ahhoz, amikor a tetőfokára hágott. A tüzet követően a.9 és.0. ábra látható a szerkezet. A.9 ábra egy átfogó képet ad a kiégett helységről, míg a.0. ábra az egyik oszlopfejet örökíti meg. A teszt folyamán az egyik oszlopfej körül megrepedt a födém, amint azt a.. ábra is mutatja. Ezek a repedések a lehűlési fázis folyamán jelentkeztek, valószínűleg az ezen a helyen bekövetezett acélgerenda-oszlop kapcsolat részleges tönkremenetele miatt. A tesztet követően a födém vizsgálata kimutatta, hogy a betonba ágyazott merevítő acélhálók átlapolása nem volt megfelelő, hanem ezen a területen a szomszédos hálókat egyszerűen pontszerű hegesztésekkel rögzítették

22 egymáshoz. Ez bizonyítja annak a fontosságot, hogy a szomszédos merevítő acélhálók lapjait teljes húzóigénybevételt kibíró kötéssel (szakaszos átfedéssel) készítsék el. 400 Levegő hőmrérséklet ( C) Maximum Átlag Idő (perc).6. ábra Levegő hőmérsékletének mért értékei Függőleges elmozdulás ( ) Maximális függőleges elmozdulás Acélhőmérséklet Hőmérséklet( C) Idő (perc).7. ábra Maximális acélhőmérséklet és függőleges elmozdulások 3

23 .8. ábra A tűz kívülről szemlélve.9. ábra A födém állapota a tüzet követően 4

24 .0. ábra Oszlopfej horpadt gerendákkal.. ábra Elrepedt födém az átlapolás nélküli acélhálónál.8 7. teszt: Központi terület A tesztet az épület negyedik emeletén található központi területen végezték el, amely méter széles és 7 m hosszú volt. A tűznek kitett acélszerkezet rendre két 356x7x5 UB főgerendából, két 305x305x98 UC és 305x305x37 UC oszlopból, illetőleg három 305x65x40 UB másodlagos gerendából állt. A 40 kg/m nagyságú tűzterhelést farakások segítségével biztosították a teljes területen. A szellőztetést a homlokzaton található.7m magas és 9 m széles nyílás biztosította. A tűzszakaszon belül összesen 30 hőelemet helyeztek különböző helyeken és a gerendák mentén mind az acélidomokon mind a vasbeton födémben, valamint a kötéseknél is (homloklemez és gerincbekötő lemez). További 4 hőelemet helyeztek el a védett oszlopoknál. A belső erők eloszlásának mérése érdekében két különböző típusú nyúlásmérő bélyeget is alkalmaztak: a kötésekben magas hőmérsékletűt, míg a védett oszlopok és tűznek ki nem tett elemek esetében 5

25 szobahőmérsékletűeket. A fő szerkezeti elemek és a lehajlott födém műszerezéséhez 37 darab elmozdulás-mérő jeladót alkalmaztak, a beton födém alakváltozásának és az oszlopok horizontális elmozdulásainak mérésére. Emellett 0 videókamera és két hőkamera is rögzítette a tűz kifejlődését, a füst terjedését, a szerkezeti deformációkat és a hőmérséklet időbeli eloszlását. A tűzszakaszon belül különböző helyeken mért hőmérsékletértékek összehasonlításra kerültek a pren 99-, B függelék (37) által bemutatott parametrikus görbével (ld.. ábra). A legmagasabb mért hőmérséklet 07.8 C volt 54 perccel a tűz kezdete után... ábra Vizsgált terület a tüzet követően Az acélgerendák hőmérsékletét tekintve, a védetlen acélgerendák C körüli hőmérsékletre hevültek fel, amely 57 perc elteltével következett be a központi szekcióban található D-E gerenda alsó övlemezében, (ld..3. ábra). A kötések maximális hőmérséklete 00 C volt..3. ábra Hőmérsékletek az acélgerendákban A bordázat feletti födémben mért hőmérsékletértékek összefoglalása a.4 ábrán látható. Megfigyelhető, hogy a vasbeton födém tűzhatásnak ki nem tett oldalán a 6

26 maximális mért felhevülés kevesebb, mint 00 C volt, ami összhangban áll a szigetelésre vonatkozó kritériummal..4. ábra Vasbeton födém hőmérsékletingadozásai A födémek globális lehajlását tekintve, a maximális lehajlás 00 mm volt. Ilyen nagymértékű lehajlás megjelenésének ellenére sem következett be a födém előre jelzett összeomlása, amint az a.5 ábrán látható. A lehűlési fázis folyamán a födém lehajlása lecsökkent 95 mm-re..5. ábra A födém a tesztet követően Horpadás jelentkezett a gerenda alsó övlemezén és kötésekkel szomszédos a gerinclemezén a felhevülési fázisban körülbelül 3 perccel a tűz kezdete után (ld..6 ábra). Ezt a helyi horpadást a környező szerkezet okozta korlátolt termikus expanzió eredményezte. Továbbá egy hajlékony képlékeny csukló kialakulását lehetett megfigyelni a gerenda védett zónával határos keresztmetszetében a szomszédos védett részek miatti korlátolt termikus nyúlás következtében. 7

27 .6. ábra Különböző alakváltozott acélgerendák A.7 ábrán láthatóak az egyik oszlopfej körüli födémben keletkezett nyílt repedések. Ez a repedés az acél merevítő hálók nem megfelelő kötésű átlapolásának vonala mentén keletkezett..7. ábra Elrepedt födém az egyik oszlopfej körül.9 Általános megjegyzések a megfigyelt viselkedés alapján A szerkezet nagyon jól teljesített az összes teszt folyamán és az általános stabilitását is megtartotta. A teljes szerkezet tűz alatti viselkedése nyilvánvalóan teljesen eltér egyetlen befogás nélküli tartó szabványos tűztesztje folyamán tapasztalt viselkedéstől. Egyértelmű, hogy a valós szerkezetekben olyan kölcsönhatások és változások lépnek fel a teherviselési mechanizmusokban, amelyek erősen meghatározzák annak viselkedését; az ilyen hatások felmérése teljesen kívül esik egy egyszerű szabványos tűzteszt hatókörén. A Cardington tesztek bebizonyították, hogy a modern acélvázas szerkezetek, az acél pályalemezes födémekkel együttesen hatva olyan összekapcsolódást biztosítanak az elemek között, amelyek a feltételezettnél jóval magasabb tűzállóságot biztosít. Ezt alátámasztják más források bizonyítékai is. 8

28 3 FEDETT, OLDALT NYITOTT PARKOLÓHÁZ, FRANCIAORSZÁG Egy, az ECSC által támogatott project részeként tűzteszteket hajtottak végre egy fedett, oldalt nyitott öszvérfödém-szerkezetes parkolóházon 998. és 00. között. Egy egyszerű, egyemeletes acélvázas parkolóházat építettek fel kifejezetten a valós tűztesztek végrehajtására. A parkoló területe 3 6 m², ami 48 db gépkocsi parkolóhelynek felel meg. A szintmagasság 3 m volt. (ld. 3.. ábra A szerkezet az alábbi elemekből állt: Védetlen acéloszlopok: HEA80 (peremoszlopok) és HEB00 (belső oszlop), Vasbeton gerendák: védetlen acélgerendák (IPE 550, IPE 400 és IPE 500) a vasbeton födémmel közvetlen kapcsolatban, Vasbeton födém 0 mm teljes vastagsággal (acél pályalemez: COFRASTRA40). A nyitott parkolóház szerkezetének tervezése egy korábbi európai kutatási projekt által kifejezetten nyitott parkolóházak tervezésére kidolgozott tűzvédelmi eljáráson alapult. Ezen eljárás a tűzesetet valós parkolóházak tűzeseteinek statisztikája alapján definiálja. A nyitott parkolóház szerkezetének ellenállóképességét egy fejlett, D vázszerkezet analízis segítségével ellenőrizték, mely nem veszi figyelembe a vasbeton födém membrán-hatását. (ld ábra 3.. ábra Fedett, oldalt nyitott parkolóház; a tűz előtt 9

29 B 3000 B A A B - B A - A 3.3. ábra A vizsgált nyitott parkolóház D modellje síkbeli öszvérszerkezettel Három különböző tesztet végeztek el a parkolóházon. Az első két tesztben három gépjármű szerepelt, míg a harmadik teszt a tűz két, egymással szemben található gépjármű közötti - terjedési sebességének megállapítását tűzte ki célul. Az összes teszt a gépjárművek teljes kiégésig zajlott. A legsúlyosabb tűzeset a második teszt folyamán játszódott le, ahol az erős szél hatására az első gépkocsi meggyújtása után 0 perccel már mind a három gépjármű égett (ld ábra ami a födém egy jelentős területét a több mint 800 C hőmérsékletű lángok hatásának tette ki (ld ábra Az égő gépjárművek feletti acélgerendák legalább 700 C-ra hevültek fel (ld ábra 3.4. ábra Teljesen kifejlődött tűz az egyik teszt folyamán Bár az acélgerendák felhevülése az acél szilárdságának jelentős csökkenését eredményezné, ennek ellenére a védetlen acélszerkezet összeomlása nem következett be a tűztesztek folyamán. Továbbá a szerkezet viselkedését is tekintve a maximális mért lehajlás viszonylag kicsi volt, nem lépte túl a 50 mm-t. 0

30 3.5. ábra Forró gázok (tűz) hőmérsékletének mért értékei az égő gépjárművek felett 3.6. ábra Égő gépjárművek feletti acélgerendák hőmérsékletének mért értékei Megfigyelhető, hogy a D szimuláció által előre jelzett lehajlások nagyobbak voltak a teszt során mért valóságos értékeknél. Ezért egy 3D modell is elkészült a parkolóház szerkezeti viselkedésének előrejelzésére (ld ábra a Cardington kutatási project második fázisában kifejlesztett modellezési technikák segítségével. A 3.8. ábra láthatóak a lehajlások teszt során rögzített mért értékei összehasonlítva a két- és három-dimenziós modell által előre jelzett értékekkel, ami alapján arra a következtésre juthatunk, hogy a 3D modell eredményei jobb korrelációt mutat a teszt eredményeivel. Az is látható, hogy a vasbeton födém membrán-hatása már viszonylag kicsiny lehajlásoknál is egy pozitív hatást kezd el kifejteni.

31 3.7. ábra A fedett, oldalt nyitott parkolóház 3D modellje 3.8. ábra Függőleges elmozdulások összehasonlítása a teszt és számítás során Mindazonáltal a tűzvédelmi tervezésben a tűz lefolyására elfogadott forgatókönyv alapján a nyitott parkolóház acél szerkezeti elemei akár 950 C körüli hőmérsékletre is felhevülhetnek. Ilyen körülmények között nyilvánvaló, hogy a födém lehajlásai tovább növekednek, és a szerkezet ellenálló képessége erősen függ a membrán-hatástól (ld ábra

32 489 mm 3.9. ábra Példa a nyitott parkolóház födémének lehajlására a francia szabályozás által meghatározott tűzeset forgatókönyve alapján Következésképpen, az alábbi projekt folyamán kifejlesztett, nyitott parkolóházak vasbeton szerkezetének 3D modellezésén alapuló módszertan számos tűzvédelmi projektben került alkalmazásra Franciaországban annak érdekében, hogy ellenőrizzék a védetlen vasbeton acélvázas nyitott parkolóházak stabilitását. Könnyen megérthető, hogy ennek a módszertannak az alapja természetesen az öszvérfödém membrán-hatása. Továbbá, az alábbi módszer alkalmazásának egyszerűsítése érdekében több tervezési táblázatot (38) is megadtak, amelyek ajánlásokat tartalmaznak az acél szerkezeti elemek, a vasbeton födém valamint a szükséges betonba ágyazott erősítő háló szabványos méreteire az alkalmazott terhelés és a kialakított szerkezet acélvázas rendszere alapján. Egy példa a 3.. táblázatban látható ilyen tervezési táblázatra. 3

33 3.. táblázat Táblázat nyitott parkolóházak tűzvédelmi tervezéséhez 4

34 4 BIZONYÍTÉKOK VÉLETLEN TŰZESETEK ALAPJÁN ÉS MÁS ORSZÁGOKBÓL Angliában a 990-es évek elején bekövetkezett tűzesetek (Broadgate és Churchill Plaza) lehetőséget biztosítottak a modern acélvázas épületek tűz alatti viselkedésének megfigyelésére. A tűzesetek folyamán nyert tapasztalatok erősen befolyásolták a tervezőket abba az irányba, hogyan tervezhetőek meg az épületek úgy, hogy ellenálljanak a tűznek, valamint hogy felhasználják a Cardington kísérletek tapasztalatait. A szerkezeti viselkedésre sok bizonyíték áll rendelkezésre Ausztráliában és Új-Zélandon végzett valós méretű tűztesztek alapján is. Mindkét helyen olyan tervezési megközelítéseket fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi a védetlen acél szerkezeti elemek használatát a többszintes, acélvázas épületekben. 4. Broadgate-tűz 990 során tűz tört ki egy részben befejezett, 4-emeletes irodaépületben Londonban, a Broadgate fejlesztés során (6). A tűz az első emeleten kezdődött egy helyszínen elhelyezett konténerben. A becslések szerint a tűz hőmérséklete elérte az 000 C-t is. A szinteket nagy fesztávolságú vasbeton rácsos tartók és vasbeton gerendák segítségével megtámasztott vasbeton födémekkel alakították ki. A födémet 90 perces tűzállóságra tervezték. A tűz idején az épület még kivitelezés alatt állt, így az acél elemek passzív tűzvédelme nem volt készen. Az oltóberendezések és egyéb aktív intézkedésre képes rendszerek sem működtek. A tüzet követően a metallurgiai vizsgálatok arra a következtetésre jutottak, hogy a védetlen acélelemek hőmérséklete nem valószínű, hogy túllépte volna a 600 C-ot. Az acél-acél kötésekben alkalmazott csavarokon végzett hasonló vizsgálat arra a következtetésre jutott, hogy a csavarok maximális hőmérséklete 540 C volt, melyet vagy a gyártás, vagy a tűz eredményeként ért el. Az eltorzult acélgerendák 70 és 8 mm közötti maradó lehajlást szenvedtek. A tartomány felső részébe tartozó maradó alakváltozást szenvedett acélgerendák a helyi horpadás jeleit mutatták a támaszhoz közel az alsó övlemezben és gerinclemeznél. Ezen bizonyítékok alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy a gerendák viselkedését erősen meghatározta a korlátolt termikus expanzió. Ezt a megfogást a környező szerkezet biztosította, amely jelentősen alacsonyabb hőmérsékletű volt, mint a tűz által érintett acél. A hevített gerendákban axiális erők ébredtek, amely a vertikális elmozdulások növekedését váltotta ki a P-delta hatás révén. A gerenda alsó övlemezének és gerinclemezének stabilitásvesztése a támasz közelében az indukált axiális erők és kapcsolat szilárdsága miatt fellépő negatív nyomaték kombinált hatásának eredménye volt. Bár a vizsgálat kimutatta a korlátozás vizuális szempontból kedvezőtlen hatását az acélgerendákon, a lehetséges előnyös hatások nem voltak nyilvánvalóak a tűz során kialakult relatív alacsony acélhőmérsékletek miatt. Az előnyös hatások amelyek kialakulhattak volna - a lánc-hatás, híd-hatás illetve a vasbeton födém membráneffektusa. 5

35 A legyártott acél rácsos tartók 3.5 m fesztávolságot fogtak át, és a legnagyobb maradó függőleges elmozdulásuk 55 mm volt, egyes elemek a helyi horpadás jeleit mutatták. Arra a következtetésre juthatunk, hogy a rácsos szerkezet többi eleme által nyújtott korlátolt termikus expanzió a nem egyenletes felhevüléssel együtt további axiális nyomóerőket ébresztett, amely a helyi horpadást okozta. A tűz idején nem volt minden acéloszlop tűzvédelemmel ellátva. A védetlen esetekben az oszlopok deformálódtak és körülbelül 00 mm-rel megrövidültek (ld. 4.. ábra Ezen oszlopok jóval erősebb oszlopokkal voltak szomszédosak, amelyek maradó alakváltozásnak semmilyen jelét sem mutatták. Arra a következtetésre lehetett jutni, hogy ez a rövidülés szintén a korlátolt termikus expanzió eredménye, amelyet az épület egy magasabb szintjén található merev teherelosztó gerenda okozott a tűz által befolyásolt területen kívül található többi gerendával együtt. 4.. ábra Horpadt oszlop és deformálódott gerenda a Broadgate épületben Bár az oszlopok egy része deformálódott, azonban a szerkezet nem mutatta összeomlás jelét. Arra az elgondolásra jutottak, hogy a szerkezet tűz által kevésbé érintett részei elbírták a meggyengült részekről szétoszló további terheléseket is. A tüzet követően a vasbeton födém nagy alakváltozásokat szenvedett, a legnagyobb maradó függőleges elmozdulás 600 mm volt (ld. 4.. ábra A merevítő acélhálónál is meg lehetett figyelni némi tönkremenetelt. Egyes esetekben a profilos acél pályalemez elvált a betontól. Ezt főleg a betonból felszabadult gőz okozta, együttesen az eltérő termikus expanzió és korlátolt hőtágulás hatásaival. Gerincbekötő és homloklemezek vegyesen alkalmaztunk. A tüzet követően egyetlen kötésnél sem lehetett megfigyelni a tönkremenetelt, bár deformációk jól láthatóan bekövetkeztek. A gerincbekötéseknél előfordult valamekkora deformáció a csavarfuratoknál. Az egyik homloklemeznél pedig eltört két csavar, míg egy megint másiknál a lemez letört a gerendáról az egyik oldalán, azonban nyírást továbbra is képes volt átvinni. A deformációk fő okai, a bizonyítékokat átgondolva, a hűlés során keletkező húzóerők lehettek. A tüzet követőn egy 40 m x 0 m nagyságú területen cserélték le a szerkezeti elemeket, de fontos megjegyezni, hogy a szerkezet tönkremenetelének semmilyen jelét sem tapasztalták és a födém integritása is megmaradt a tűz folyamán. A tűz által okozott közvetlen kár meghaladta 5 millió fontot ( ), amiből kevesebb, mint két millió tulajdonítható csak a szerkezeti váz és födém javításának, a többi költséget a füst okozta kár okozta. A szerkezet javítása 30 nap alatt elkészült. 6

36 4.. ábra Tűztér feletti deformálódott födém (maximális lehajlás: 600 mm) 4. Churchill Plaza épülete, Basingstoke 99 folyamán egy tűz tört ki a Mercantile Credit Insurance épületében, a Churchill Plaza Basingstoke-ban található épületében. A emeletes épület 988- ban építették. Az oszlopokat tűzvédő lapokkal borították, míg a vasbeton gerendákat spray formában felvitt tűzvédelemmel látták el. A vasbeton födémek alsó oldala nem volt tűzvédelemmel ellátva. A szerkezetet 90 perces tűzállóságra tervezték. A tűz a nyolcadik emeleten kezdődött és hamar átterjedt a kilencedik és tizedik emeletre, ahogy az üvegezés tönkrement. A tűz folyamán a tűzvédelem jól teljesített, és nem történt maradó alakváltozás az acélszerkezetben. A tüzet relatív hidegnek gondolták, mivel a tönkrement üvegezés lehetővé tette a kereszthuzat révén a szellőzés megnövekedését. A védett kötéseken semmilyen deformációt nem lehetett látni. Egyes helyeken a fecskefarkas acél pályalemez a betonfödémtől való elválás jeleit mutatta (amint azt a Broadgate tűz esetén is megfigyelték). Egy terhelési tesztet is végrehajtottak a legsúlyosabban érintett területen a teljes tervezett terhelés másfélszeresével. A teszt azt mutatta, hogy a födém megfelelő teherviselő képességgel rendelkezett, és javítás nélkül használatba vehető megint. A védett acél elemek semmilyen károsodást sem szenvedtek. A javítás teljes költsége túllépte a 5 millió -t, amelynek a legnagyobb részét a Broadgate tűzhöz hasonlóan a füst okozta beszennyeződés okozta. A felújított épületbe oltóberendezéseket is telepítettek. 7

37 4.3. ábra Churchill Plaza, Basingstoke; a tüzet követően 4.3 Ausztrál tűztesztek Ausztrália legnagyobb acélgyártója, a BHP évek óta folytatott kutatásokat és készített jelentéseket (7,8) acélvázas szerkezetek tűzvédelmi megoldásaira. A Melbourne Laboratóriumban egy sor, valós méretű természetes tűztesztet végeztek el speciálisan megépített épületekben, amelyek többek között sportstadiont, autóparkolót és irodát reprezentáltak. Az irodai tesztprogram Melbourne kereskedelmi központjában található fontosabb épületeken végrehajtott felújítási projektekre fókuszált William Street tűzteszt és tervezési megközelítés A 4 emeletes épület Melbourne központjában a William Street-en Ausztrália legmagasabb épülete volt, amikor 97-ben megépült. Az épület négyzetes alaprajzzal készült, egy központi négyzetes keresztmetszetű belső maggal. Egy gyenge védelmet biztosító oltórendszert is telepítettek. A belső mag körüli acélszerkezetet és az kerület menti acéloszlopokat betonba ágyazták a védelem érdekében. A gerendákat, valamint a vasbeton födém almennyezetét azbeszt-alapú anyagú védelemmel látták el. Az 990-es felújítási program során arra a döntésre jutottak, hogy a veszélyes azbeszt eltávolításra kerül. A födémszerkezetet a szilárdságra vonatkozó követelmények helyett inkább az üzemképességre tervezték. Ez azt jelentette, hogy rendelkezésre állt egy tartalék a szilárdság terén, amely előnyös lehet a tartószerkezet számára egy tűz túlélésében, mivel magasabb hőmérsékletet lenne képes elviselni, mielőtt eléri a határt adó feltételt. A felújítás idején a szükséges tűzállóság 0 perc volt. Normális esetben ez az acélgerendák és a nagyon gyengén erősített vasbeton födém kávájának tűzvédelemmel való ellátását is jelentette volna (az ausztrál szabályozások azóta átdolgozásra kerültek és már megengedik a káva védetlenül hagyását 0 perces tűzállóság esetén is). Emellett a meglévő gyenge védelmet biztosító oltórendszert is cserélni kellett, hogy megfeleljen az érvényes előírásoknak. 990 folyamán az épületek tűzvédelme az ausztrál szakemberek között vitákat váltott ki, így felhasználták az alkalmat, hogy egy kockázatelemzést végezzenek annak meghatározására, hogy az acél elemek tűzvédelemmel való ellátása és jobb oltóberendezések felszerelése szükséges-e az épületben. Két felmérést végeztek. Az első azon alapult, hogy az épület megfelelt az aktuális tűzvédelmi szabályozásnak 8

38 minden további biztonsági intézkedés nélkül, a második a gerendák és a födém kávánál semmilyen védelmet nem tételezett fel, a meglévő oltóberendezések megtartása mellett. A második felmérésben szintén szerepelt az érzékelő és épületmenedzsment rendszerek hatása. A hatóságok beleegyeztek, hogy ha a második felmérés eredményei legalább annyira kedvezőek lennének, mint az elsőé, akkor a meglévő oltóberendezések rendszerét, a védetlen acélgerendákat és öszvérfödémek használatát elfogadhatónak tekintenék. Egy négy tűztesztből álló sorozatot végeztek el, hogy adatokat nyerhessenek a második kockázatfelméréshez. A tesztek célja olyan témák vizsgálata volt, mint a tűz várható természete, a meglévő oltórendszer teljesítménye, a tűznek kitett védetlen vasbeton födém és magasított tartók viselkedése, valamint a füst és toxikus anyagok várható keletkezése. A BHP Research Melbourne Laboratóriumában a célra elkészített épületben végezték el a teszteket (ld ábra Ez egy tipikus szintmagasságú m x m területű sarokrészét szimulálta az épületnek. A tesztépületet egy tipikus irodai környezetnek megfelelően bebútorozták, egy 4m x 4m nagyságú irodát alakítottak ki az épület kerületével szomszédosan. Az irodát gipszkarton, egy ajtó, ablakok és az épület homlokzata határolta. A hasznos terhet víztartályokkal biztosították ábra BHP tesztépület és a tűzteszt Négy tűztesztet végeztek el. Az első kettő a gyenge védelmet biztosító oltórendszer teljesítményére koncentrált. Az. teszt során a tűz a kis irodában kezdődött, és az oltóberendezések automatikusan aktiválódtak. Az iroda tűzterhelése 5 kg/m volt. A levegő hőmérséklete elérte a 60 C-t is, mielőtt az oltórendszer megállította és eloltotta a tüzet. A. tesztben a tűz egy négy oltóberendezés között félúton elhelyezkedő nagylégterű területen keletkezett, mely terület tűzterhelése 53.5 kg/m volt. A levegő hőmérséklete elérte a 8 C-t, mielőtt az oltóberendezések megfékezték és eloltották a tüzet. Ez a két teszt azt mutatta, hogy a meglévő gyenge védelmet biztosító oltórendszer megfelelő. 9