TŰZ HATÁSA Lublóy Éva

Átírás

1 TŰZ HATÁSA Lublóy Éva /energia-tuz.jpg 1

2 /energia-tuz.jpg 5.jpg TŰZISTENEK Hestia (görög) Vulcanus (római) Xiuhtecutli (azték) 2

3 Szent Flórián ISTEN TŰZOLTÓJA Néró hegedült, miközben felgyújtotta Rómát 3

4 ERDŐTŰZ Kalifornia, Görögország, 2007 Oroszország, 2010 FÖLDRENGÉS ÉS TŰZ 1906 San Francisco 4

5 TŰZVÉDELMI FELEDATOK Tűz keletkezésének megelőzése Tűz terjedésének megelőzése passzív tűzvédelem aktív tűzvédelem operatív tűzvédelem Tűzoltás PASSZÍV TŰZVÉDELEM Épületszerkezeti elemek és anyagainak és kialakításának kiválasztása Égéskésletetetés Tűzvédő burkolat Tűzszakaszok 5

6 AKTÍV TŰZVÉDELEM Automatikus tűzjelző berendezések OPERATÍV TŰZVÉDELEM Automatikus tűzoltó berendezések on=show&id=10 3 VONATKOZÓ ELŐÍRÁSOK OTSZ (2011) Országos Tűzvédelmi Szabályzat EUROCODE 6

7 Az építményt vagy annak tűzszakaszát a alábbi I V. tűzállósági fokozatnak megfelelően kell kialakítani: a),,a'' és,,b'' tűzveszélyességi osztály esetén I II.; b),,c'' tűzveszélyességi osztály esetén I III.; c),,d'' tűzveszélyességi osztály esetén I IV.; d),,e'' tűzveszélyességi osztály esetén I V. OTSZ (2011) 7

8 OTSZ (2011) OTSZ (2011) 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 8

9 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 tűzzel, szenesedessél és más hő károsodással szemben OTSZ (2011) teherhordó pillérekre teherhordó falakra tűzgátló födémekre nem teherhordó válaszfalakra tűzgátló ajtókra R REI-M, REI EI EI 9

10 ÉPÍTŐANYAGOK VISELKEDÉSE TŰZBEN BETON VISELKEDÉSE TŰZBEN Szerkezeti elem tönkremenetele T=800 C Szerkezeti anyag károsodása 10

11 A BETON σ εdiagramjának VÁLTOZÁSA A HŐTERHELÉS HATÁSÁRA fib bulletin 38 ÖSSZETEVŐK - megszilárdult cementpép - adalékanyag - szálak kémiai és fizikai változások Hőm. megszilárdult cementpép adalékanyag polipropilén szálak 1200 C olvadás 1000 C 800 CCaCO 3 bomlása 700 CCSH bomlása 600 C kvarc 500 C Ca(OH) 2 bomlása átalakulása 400 C bomlás 200 Ca cementkő dehjdratációjának kezdete olvadás 100 C víz távozása 11

12 Spalling (réteges leválás) 12

13 13

14 ACÉL VISELKEDÉSE TŰZBEN T=500 C Budapest Sportcsarnok FA VISELKEDÉSE TŰZBEN T=300 C Fotó: Takács Lajos 14

15 A HŐBOMLÁSI ZÓNA MÉLYSÉGE d char = β t β az elszenesedési sebesség [mm/min], t a tűzhatás ideje [min]. (MSZ EN ) TÉGLAFALAK VISELKEDÉSE TŰZBEN T=800 C Fotó: Takács Lajos 15

16 MŰANYAGOK VISELKEDÉSE TŰZBEN T=100 C-500 C (Mezei, 2009) TŰZNEK KITETT TARTÓSZERKEZETEK VISELKEDÉSE (Horváth, 2010) 16

17 TŰZESETEK június 10 Delfti Egyetem Építész Kar 17

18 2008. május 13 Delfti Egyetem Építész Kar Paneltűz, Debrecen

19 Budapest Sportcsarnok ÉMI, 2000 World Trade Center, htp://upload.wikimedia.org/wikimedia/en/3/3e/flight-175-tv-news.jpg 19

20 Gretzenbach, november Hietanen, 2004 Genti áruház, 1974 fib bulletin 46 20

21 Lidköping. könyvtár 1996 (példa helytelen tűzszakaszolásra) fib bulletin 46 Madrid Torre Windsor fire, SEI Volume 16 Number 2 21

22 Madrid Torre Windsor fire, fib bulletin 46 EURO- alagút,

23 Gotthard alagút, MSZ EN MSZ EN : 2008 BETONSZERKEZETEK TERVEZÉSE Általános és épületszerkezetekre vonatkozó rész MSZ EN : 2004 TERVEZÉS TŰZTEHERRE 23

24 Vasbeton oszlop tűzeset után (1985) Tűzkárosult fesztett vasbetongerenda fesztáv 18 m, tűzeset 1985) 24

25 A BETON VÁLASZA A HŐMÉRSÉKLET EMELKEDÉSÉRE anyagszerkezeti változások a cement és az adalékanyag eltérő hőtágulása belső víz-gőznyomás a keresztmetszeten belüli, illetve az elem menti eltérő hőmérsékletek túlzott lehajlás (beleértve a hő hatására bekövetkező kúszás és fajlagos alakváltozás okozta növekményt) túlzott repedezettség a beton és a betonacél közötti tapadás és lehorgonyzó képesség leromlása betonfedés réteges leválása teherbírás vesztés (beleértve stabilitás vesztés és átszúródás) HALMOZÓDÓ ALAKVÁLTOZÁSOK Kordina,

26 ÖSSZETEVŐK - megszilárdult cementpép - adalékanyag - szálak kémiai és fizikai változások Hőm. megszilárdult cementpép adalékanyag polipropilén szálak 1200 C olvadás 1000 C 800 CCaCO 3 bomlása 700 CCSH bomlása 600 C kvarc 500 C Ca(OH) 2 bomlása átalakulása 400 C bomlás 200 Ca cementkő dehidratációjának kezdete olvadás 100 C víz távozása TŰZTEHERRE VALÓ MÉRETEZÉS KÖVETELMÉNYEI A szilárdságtani és alakváltozási jellemzők tervezési értéke: X d,fi =k θ X k /γ M,fi γ M,fi osztott biztonsági tényező a tűzteherre = 1,0 beton, acél és betonacél (NAD) 26

27 TŰZTEHERRE VALÓ MÉRETEZÉS KÖVETELMÉNYEI A hőmérsékleti jellemzők tervezési értékei a jellemző növekedése a biztonság szempontjából kedvező X d,fi =X k,θ /γ M,fi a jellemző növekedése a biztonság szempontjából kedvezőtlen X d,fi = γ M,fi X k, θ A BETON σ εdiagramjának VÁLTOZÁSA A HŐTERHELÉS HATÁSÁRA fib bulletin 46 27

28 ANYAGJELLEMZŐK: BETON MSZ EN :20042:2004 ANYAGJELLEMZŐK: BETON f ck (Θ)=k c (Θ) f ck (20 C) MSZ EN :

29 f ck,t ck,t (Θ)=k c,t (Θ) f ck,t (20 C) Anyagjellemzők: beton húzószilárdság MSZ EN :20042:2004 Anyagjellemzők: beton hőtágulás MSZ EN :20042:

30 Anyagjellemzők: beton fajhő MSZ EN :20042:2004 Anyagjellemzők: beton hőveztési tényező MSZ EN :20042:

31 SZERKEZETTERVEZÉS TŰZHATÁSRA -MÓDSZREK- A következő lehetőségek állnak rendelkezésünkre: 1. táblázatosan megadott adtok összehasonlítása (tabulated data) 2. egyszerűsített számítási módszer (simplified calculation) 3. pontosított számítási módszer (advanced calculation) A betonfelületek réteges leválását el kell kerülni. Feszítetett szerkezetek esetén a lehorgonyzások védelmét különleges elővigyázatossággal kell megoldani. MIT TUDUNK MODELLEZNI? egy elem vizsgálata táblázatosan megadott adatok egyszerűsített számítási mód pontosított számítási mód (VEM) megoldott megoldott megoldott szerkezeti rész vizsgálata nem megoldott megoldott megoldott szerkezet vizsgálata nem megoldott nem megoldott megoldott 31

32 MÉRETZÉS TŰZTEHERRE TÁBLÁZATOSAN MEGADOTT ADTOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA 32

33 SZABVÁNYOS TŰZGÖRBÉK T ( C) t (min) Standard Szénhidrogén ZTV (D) RWS, RijksWaterStaat Legkisebb geometria méretek leellenőrzése táblázatos adatok segítségével Betonfedés (a) és a keresztmetszet méretének (b min ) ellenőrzése acélbetét kriukus hőmérséklete határozza meg E d,fi R d,t,fi E d,fi = η fi E d Szerkezeti részlet vizsgálata η fi =0,7 táblázatos adatok ellenőrzéséhez Globális vizsgálat 33

34 NEM TEHERHORDÓ FAL Fal (nem teherhordó) MSZ EN :20042:2004 Fal vastagság: Fal magassága: 120 mm 3000 mm 1. feltétel: Fal tiszta magasság / vastagság aránya nem lehet több 40- nél jelen esetben: 3000/ 120= 25 a fal tűzállósága: 120 perc 34

35 TEHERHORDÓ FAL Fal (teherhordó) Fal vastagság: Fal magassága: 120 mm 3000 mm MSZ EN :20042:2004 A szabványos tűzállóság a terhelési szint tervezési értékétől is függ N Ed, fi µ fi = = 0, 7 N Rd µ fi legkedvezőtlenebb eset, ennél nagyobb kihasználtság esetén a táblázatos módszer nem használható A fal tűzállósága az táblázat alapján: REI 30 perc 35

36 MSZ EN :20042:2004 A fal tűzállósága az alapján: REI 30 perc FÖDÉM 36

37 ACÉLBETÉTEK SÚLYPONT TÁVOLSÁGA A TŰZ HATÁSNAK KITETT LEGKÖZELEBBI FELÜLETTŐL Födém MSZ EN :20042:2004 Betonfedés: A födém vastagsága: 25 mm 300 mm Acélbetétek súlypont távolsága a tűz hatásnak kitett legközelebbi felülettől: a = 25+16/2= 33 mm Fesztávolságok: 7500 mm/7500 mm l x /l y =1 37

38 Acélbetétek súlypont távolsága a tűz hatásnak kitett legközelebbi felülettől: 33 mm Lineárisan interpolálva a födém tűzállósága: 198 perc GERENDA 38

39 Gerenda MSZ EN :20042:2004 Szélesség: 250 mm Magasság: 600 mm Betonfedés: 20 mm Kengyelek átmérője: 12 mm Húzott vasak átmérője: 20 mm Acélbetétek súlypont távolsága a tűz hatásnak kitett legközelebbi felülettől: a = /2=42 mm A gerenda minimális szélessége: b min =250 mm Mértékadó méret: a= 42 mm a gerenda tűzállósága 111 perc 39

40 OSZLOP MSZ EN :20042:2004 Oszlop a beton nyomószilárdsága: f ck =40 N/mm 2 a betonacél folyásihatára: f yk =500 N/mm 2 az oszlopra ható nyomaték tervezési értéke: M 0Ed =122 knm az oszlopra ható normálerő tervezési értéke: N 0Ed =4 500 kn az oszlop magassága: l=3500 mm a betonfedés: c= 20 mm 40

41 A módszer A módszer alkalmazhatóságának vizsgálata: 1.feltétel: azoszlopkihajlásihossza:l 0,fi =0,5l l 0,fi =1750mm az oszlop kihajlási hossza ne legyen hosszabb 3 m- nél (l 0,fi 3m) 2. feltétel: a kezdeti külpontosság maximális mértéke kisebb, mint 0,15 h M e = N 0Ed, fi 0Ed, fi < e max OK OK Nmm e = < emax = 0,15 h = 0, mm = 60 mm N 3. feltétel: A s <0,04A c 2 2 OK d π 32 3,14 2 A s = 4 = 4 = 3212 mm 4 4 A c = 400 mm 400 mm-3212 mm 2 = mm 2 0,04 A c = 6271 mm mm 2 <6271 mm 2 következő tényezők ismerte szükséges: MSZ EN :20042: μ fi =N Ed,fi /N Rd η fi =0,7 legszigorúbb feltétel méretek szempontjából 2. A betonacélok távolsága az elem szélétől: a= /2=36 mm 3. az elem vastagsága: b=h=400 mm AZ OSZLOP TEHERVISELÉSE 51 PERC 41

42 MSZ EN :20042:2004 Oszlop a beton nyomószilárdsága: f ck =40 N/mm 2 a betonacél folyásihatára: f yk =500 N/mm 2 az oszlopra ható nyomaték tervezési értéke: M 0Ed =122 knm az oszlopra ható normálerő tervezési értéke: N 0Ed =4 500 kn az oszlop magassága: l=3500 mm a betonfedés: c= 20 mm B módszer A módszer alkalmazhatóságának vizsgálata: 1. feltétel (külpontosságra vonatkozó feltétel): MSZ EN :2004 M e = N 0Ed, fi 0Ed, fi e < e max = 60 mm Nmm = = 27,1 mm N e 27,1 mm = = 0,068 < 0,25 b 400 mm OK 2.feltétel (az oszlop karcsúságára vonatkozó feltétel): λ fi < 30 I h 400 mm i = = = = 115, 5 mm A λ fi = l0, fi i 1750 mm = = 15,2 < ,5 mm OK 42

43 B módszer MSZ EN :2004 A módszer használatához a következő tényezők ismerte szükséges: 1. vashányad meghatározása: f f αcc f = γ 1,0 40 N 2 mm = 1,5 ck cd = c f yk = γ 500 N 2 mm = 1,15 yd = s ω = A A s c f f yd cd 2. n meghatározása: N 0 n = 0,7 ( A f c Ed, fi cd 803,84 = A f s yd N 434,8 mm N 26,67 mm 2 434,8 26,67 = 2 0, = = 1,99 ) 0,7 ( , ,84 434,8) MSZ EN :20042:2004 A z adott vashányad (ω) miatt, AZ OSZLOP TEHERVISELÉSE 45 PERC 43

44 EGYSZERŰSÍTETT SZÁMÍTÁSI MÓDSZER 500 C-OS IZOTERMA MÓDSZER 500 C-os izoterma módszer 44

45 500 C-os izoterma módszer FÖDÉM 45

46 Födém A kívánt követelmény tűzteher esetére REI 90 MSZ EN :20042:2004 Betonfedés: A födém vastagsága: A hosszvasalás átmérője: 20mm 300 mm 10 mm /150 mm A s =524*10-6 m 2 /m Acélbetétek súlyponti távolsága a tűz hatásnak kitett legközelebbi felülettől: a=d 1 = / 2 = 25 mm Betonszilárdság: f ck =25 N/mm 2 Acélszilárdság (vasalás): f yk =500 N/mm 2 A nyomaték tervezési értéke (teherbírási határállapot): M d =25 knm A nyomaték tervezési értéke: Md, fi =η fi Md = 0,7 19,5 = 17, 5 knm η fi =0,7 Az acélbetétek hőmérséklete: Födém 560 C 46

47 Acélbetét hőmérséklete alapján a k s (θ) csökkentő tényező meghatározható Födém k s (θ)= 0,67 0,40 0,67 40 = 0, f f 500 N, fi 281 γ 1,0 mm yk ( 560 C) = ks, t ( θ ) = 0,562 2 yd = s. fi Födém b fi =100 mm b fi =120-32= 88 mm Semleges tengely távolsága: x fi =A s f yd,fi /(b fi λ μ f cd,fi )=0, /(1000 0,8 1 25)= 0,00736 m A keresztmetszet nyomatéki ellenállása: m Rd,fi= A s f yd,fi 10 3 (b fi -0,5 λ x fi ) =0,524 0, (0,088-0,5 0,8 0,00736)= 12,52kNm<17,5 A födém a 90 perces tűzállóságnak megfelel. 47

48 TOVÁBBI FELADATOK ZÓNA MÓDSZER 48

49 XY. Kőrüreges födémpallók (Fellinger, 2004) Kőrüreges födémpallók (Fellinger, 2004) 49

50 XY. Kőrüreges födémpallók (Fellinger, 2004) TERMO-HIDRO-MECHANIKAI MÉRETEZÉS (VÉGES ELEMES MODELL) A beton felületének réteges leválása 50