Tervezési szoftverek tűzvédelemre és kiürítésre. Dr. Jármai Károly Miskolci Egyetem

Átírás

1 TSZVSZ Tűzvédelmi szakmai napok 2009 május 28-29, Hajdúszoboszló Tervezési szoftverek tűzvédelemre és kiürítésre Dr. Jármai Károly Miskolci Egyetem 0/ 47

2 DIF SEK 4Rész A TŰZTERVEZÉS SZOFTVEREI 1/ 47

3 A tűztervezés célja R szerkezetek ellenállása tűzzel szemben R req szerkezetek előírt biztonsági ellenállása tűzzel szemben 2/ 47

4 R Tűzeset eseménylánca Θ Loads 1: Gyújtóhatás time Steel columns 2: Termikus hatás 3: Mechanikai hatások R 4: Termikus reagálás time 5: Mechanikus reagálás 6. Lehetséges összeomlás Kalkulációs módszerek Eurocode-ok 3/ 47

5 R req Biztonsági kritériumok R required : R összegzett értéke, hogy kielégítse a teherbírási funkciót tűz esetén az adott időtartamig. Előíró közelítés: nemzeti tűzbiztonsági előírások Teljesítmény alapú közelítés: Tűzvédelem 4/ 47

6 Tűztervezési szoftver -Osztályozás A legáltalánosabb osztályozást öt kategóriába sorolhatjuk: Tűz termikus modellei Tűzállóság modellek R Kiáramlási modellek Detektor reagálási modellek Összetett modellek R req (teljesítmény alapú) 5/ 47

7 Tűz termikus modelljei 6/ 47

8 Tűz termikus modelljei Fire Tűz thermal termikus modelljei models Nominal Standard Szabvány temperature hőmérséklet-idő Névleges time temperature diagramm hőmérséklet-idő curve time diagramm curves Külső External tűz-diagramm fire curve (Prescriptive (Előíró rules) szabályok) Szénhidrogén Hydrocarbon diagramm curve Compartment Simplified Egyszerűsített Kamratüzek fire fires Természetes Natural fires tüzek tűzmodellek models Localised Lokalizált tüzek fires (Performance (Teljesítmény based alapúak) rules) Advanced Fejlett fire Zone Zónamodellek models tűzmodellek models Terület Field models modellek 7/ 47

9 Zóna modellek 8/ 47

10 Zóna modellek A zónamodellek két tipikus területének típusa: Kétzónás modellek: A tűzkamra két részre osztott, (forró-hideg) homogén jellemzőkkel Egyzónás modellek: A tűzkamrát egy tűztérnek tekintjük Z H Z S m OUT,L Z P m IN,L 0 Q C Q R m L, T L, V L, E L, ρ L m U, T U, V U, E U, ρ U Q m p Capa superior p Capa inferior m OUT,U m OUT,L Léteznek egykamrás modellek (csak egy kamrával) és multi-kamrás modellek (számos szomszédos kamrával) Meghatározó egyenletek: - Tömeg egyensúly - Energia egyensúly 9/ 47

11 Zóna modellek - Ozone Szoftver adatlap alapvető jellemzés Név OZone Verzió Év 2002 Ország Luxembourg Nyelv Angol Rendszer Windows Méret 5 MB Szerzők J. F. Cadorin, J. M. Franssen (Uni. Liège) L.G. Cajot, M. Haller, J.B. Schleich Szervezet Arcelor LCS Research Centre Alkalmazási Termikus tűzmodell - Zone terület Elérhetőség Ingyenes Ingyenes Kapcsolat Arcelor ASC: asc.tecom@arcelor.com Egyenletek Tömeg és energia egyensúlyi egyenleten alapszik Rövid magyarázó leírás Ez a modell a meghatározott tűz termikus hatását számítja ki. Egyszerű acélelemek hőátadását és összeomlásának idejét közelítve meghatározza (ENV ). 10 / 47

12 Ozone - Főmenü 11 / 47

13 Ozone - Esettanulmány Tűz leírása: éttermi tűz a harmadik emeleten Tűztervezés: teljesen kiterjedt tűz - tα növekedési fázis Cél: az acélgerendák tűzellenállásának mérése (R90 -es előírás szerint) Tűzkamra definiálása: Tűzfészek 12 / 47

14 Ozone Bemeneti adatok: a tűz meghatározása 13 / 47

15 Ozone Bemeneti adatok: 2 és 1 zónás állapot váltásának kritériuma 14 / 47

16 Ozone Kimenet adatok 2 zónásból 1 zónába váltás: 120 (tűznövekedés szellőztetéssel) 15 / 47

17 Terület modellek 16 / 47

18 Terület modellek Tűzmodell + CFD Kód Tűz területmodell Alapvető tűzjelenség leírása. Fizikai változókkal történő leírás. Specifikus CFD Fizikai modellekkel szabályozott tűzmodellek CFD kódtípusok SOFIE, FDS... Egyetemes CFD Több fizikai modell és anyagi jellemző kerül felhasználó általi kiválasztásra és szabályozásra, a tűzmodellezéshez: Fluent, CFX,PHOENIX.. 17 / 47

19 Terület modellek - Fluent Szoftver adatlapja alapvető jellemzés Név Fluent Verzió 6.3 Év 2008 Ország USA Nyelv Angol Rendszer Windows/UNIX Vállalat Fluent Inc. Felhasználási Termikus tűzmodell- Terület. terület Elérhetőség Kereskedelmi szoftver Kapcsolat Egyenletek Tömeg és energia egyensúlyi törvény egyenletei. Rövid leírás Alapcél CFD 18 / 47

20 Fluent Bemeneti adatok Anyagok meghatározása, fizikai modellek és kondíciók előírásai. Néhányat közülük láthatunk ezen az oldalon. 19 / 47

21 Fluent- Kimeneti adatok Felhasználóbarát, elő- és utófeldolgozás, de széleskörű tűzvédelmi és CFD ismeretek szükségesek. Példák: Füstkontroll: CO koncentráció Sugárzási értékek Várható hőmérsékletek 20 / 47

22 Tűzellenállási modellek 21 / 47

23 Tűzellenállási modellek (FRM) Előírásokon alapuló szabályok Teljesítményen alapuló szabályok Szerkezeti tervezési eljárás Szerkezeti vizsgálat Szerkezet egy részének vizsgálata Teljes szerkezeti vizsgálat Szerkezeti vizsgálat Szerkezet egy részének vizsgálata Teljes szerkezet vizsgálata Mechanikai hatások és határértékek számítása Táblázati adatok Egyszerű számítási módszerek Fejlett módszerek IGEN IGEN IGEN NEM IGEN (ha lehetséges) IGEN Mechanikai hatások szelekciója NEM NEM IGEN IGEN Mechanikai NEM IGEN hatások és (ha lehetséges) határértékek számítása NEM NEM IGEN Mechanikai hatások szelekciója NEM NEM IGEN 22 / 47

24 Egyszerűsített FRM - Elefir Szoftver adatlapja alapvető leírás Név Elefir Verzió 2.1 Év 1998 Ország Belgium Nyelv English Rendszer Windows Méret 8 MB Szerzők D. Pintea, L. Mievis, G. Gustin, J. M. Franssen Szervezet University of Liege Alkalmazási Tűzállósági modell (egyszerűsített) terület Elérhetőség Ingyenes Kapcsolat University of Liege - Egyenletek Az ENV (Eurocode 3) szabvány alapján Rövid leírás Nyitott keresztmetszerű elemekből készült egyszerű szerkezetek tűzállósági értékének meghatározására szolgál. 23 / 47

25 Elefir - Főmenü 24 / 47

26 Elefir Bemeneti adatok Terhelési adatok ablaka Védelem adatainak ablaka 25 / 47

27 Elefir Kimeneti adatok 26 / 47

28 Egyszerüsített FRM - Potfire Szoftver adatlapja alapvető leírás Név Potfire Verzió 1.11 Év 2001 Ország France Nyelv English Rendszer Windows Méret 15 MB Szerzők G. Fouquet, G. Tabet, B. Zhao, J. Kruppa Szervezet CTICM, CIDECT, TNO Alkalmazási Tűzállósági modell (egyszerűsített) terület Elérhetőség Ingyenes Kapcsolat CIDECT - Egyenletek Az ENV Annex G szabvány alapján. Rövid leírás Burkolatlan, zártszelvényű oszlopok tűzállósági időtartamát határozza meg. 27 / 47

29 Potfire Főmenü/Bemeneti-kimeneti adatok 2º 1º 3º 4º 28 / 47

30 Egyszerűsített FRM - AFCC Szoftver adatlapja alapvető leítás Név AFCC Verzió 3.06 Év 2004 Ország Luxembourg Nyelv Angol Rendszer Windows Méret 2.5 MB Szerzők H. Colbach Szervezet Arcelor LCS Research Centre Felhasználási Tűzvédelmi model (egyszerűsített) terület Elérhetőség Ingyen Kapcsolat Arcelor ASC: asc.tecom@arcelor.com Egyenletetek Az ENV szabvány alapján Rövid leírás Kompozit oszlopok tűzvédelmi tervezése 29 / 47

31 AFCC - Főmenü/bemeneti adatok Vezérlő panel Megerősített acél 30 / 47

32 AFCC Kimeneti adatok Eredmények Jelentés Rajzmelléklet 31 / 47

33 Egyszerűsített FRM - AFCB Szoftver adatlapja alapvető leírás Név AFCB Verzió 3.07 Év 2004 Ország Luxembourg Nyelv Angol Rendszer Windows Méret 3 MB Szerzők H. Colbach Szervezet Arcelor LCS Research Centre Felhasználási Tűzvédelmi model (egyszerűsített) terület Elérhetőség Ingyenes Kapcsolat Arcelor ASC: asc.tecom@arcelor.com Egyenletek Az ENV szabvány alapján Rövid leírás Kompozit gerenda tűzvédelmi tervezése 32 / 47

34 AFCB - Főmenü / bemeneti adatok Vezérlő panel Megerősített acél 33 / 47

35 AFCB Kimeneti adatok Eredmények Jelentés Rajzsegédlet 34 / 47

36 Fejlett kalkulációs módszer A fejlett kalkulációs módszereknek három fő fázisa van: A szerkezet definiálása (végeselemek) Elő-folyamat Anyagi definíciók (lineáris/nem-lineáris) Mechanikai és termikus hatások és határok szelekciója. Főfolyamat kalkulációs fázis Utó-folyamat - eredményjelentés 35 / 47

37 Fejlett FRM - Safir Szoftver adatlapja alapvető leírás Név Safir Verzió 9.8 Év 2007 Ország Belgium Nyelv Angol Rendszer Fortran/Visual Basic Méret ---- Szerzők J. M. Franssen Szervezet University of Liege Felhasználási Tűzvédelmi modell (fejlett) terület Elérhetőség Kereskedelmi szoftver Kapcsolat JM.Franssen@.ulg.ac.be Egyenletek Végeselemes kódok alapján Rövid leírás Végeselemes model, a szerkezet viselkedésének meghatározása tűzben 36 / 47

38 Fejlett FRM - Ansys Szoftver adatlapja alapvető leírás Név Ansys Verzió 10 Év 2008 Ország U.S.A Nyelv Angol Rendszer Méret ---- Szerzők Szervezet ANSYS Inc. Felhasználási Tűzvédelmi model (fejlett) terület Elérhetőség Kereskedelmi szoftver Kapcsolat Ansys Egyenletek Végeselemes kódok alapján Rövid leírás Alapvető tűzvédelmi szoftver 37 / 47

39 Fejlett FRM - Példa: Abaqus Szoftver adatlapja alapvető leírás Név Abaqus Verzó 6.7 Év 2008 Ország U.S.A Nyelv Angol Rendszer MS-DOS Méret ---- Szerzők Hibbitt, Krlsson and Sorensen Szervezet ABAQUS Inc. Felhasználási Tűzvédelmi model (fejlett) terület Elérhetőség Kereskedelmi szoftver Kapcsolat Abaqus Egyenletek Végeselemes kódok alapján Rövid leírás Alapvető tűzvédelmi szoftver 38 / 47

40 SAFIR/ANSYS/ABAQUS - Esettanulmány Tűzleírás: tűz ipari épületben Tervezett tűz: ISO görbe szerint Cél: a teljes szerkezet tűzellenállásának, valamint a szerkezet érintett zónáinak a szerkezetre történő befolyásának meghatározása 39 / 47

41 SAFIR/ANSYS/ABAQUS - Esettanulmány 2D Deformált alak erősítés nélkül (statikus mód) Deformált alak erősítés nélkül (dinamikus mód) Baloldali vázszerkezet összeomlása az épületen belül. Axiális erő Nem nagyobb, mint szélterhelés esetén. 40 / 47

42 SAFIR/ANSYS/ABAQUS - Esettanulmány 3D Egynél több keret forró gyámgerendák nélkül Deformált alak (x10) A gerendák a keretre támaszkodnak tűzben 3D Egynél több keret forró gyámgerendákkal Deformált alak megerősítés nélkül Axiális terhelés 41 / 47

43 SAFIR/ANSYS/ABAQUS - Esettanulmány 3D Egynél több keret forró gyámgerendákkal (dinamikus eset) A dinamikus vizsgálat lehetővé teszi számunkra az összeomlás fázisának szimulációját 42 / 47

44 Kiürítési és detektor reagálású modell 43 / 47

45 Kiürítési modellek - Exodus Szoftver adatlapja alapvető leírás Név Exodus Verzió 4.0 Év 2004 Ország Anglia Nyelv Angol Rendzer Windows Méret Szerzők E. Galea, St. Gwyne, S. Blake, L. Filippidis Szervezet University of Greenwich Alkalmazási Kiürítési modell terület Elérhetőség Kereskedelmi jellegű Kapocsolat E.R.Galea@greenwich.ac.uk Egyenletek Rövid leírás Kiürítési modell az emberi viselkedés alapján 44 / 47

46 Kiürítési modellek - EXODUS A szimuláció lehetővé teszi számunkra, hogy felmérhessük egy adott evakuáció biztonsági szintjét. 45 / 47

47 Kiürítési modellek - EXODUS Eredmények: A szimuláció megtekinthető az utófolyamat eszközeinek köszönhetően VR-EXODUS 46 / 47

48 Detektor reagálású modell - Jet Szoftver adatlapja alapvető leírás Név Jet Verzió 1.0 Év 1999 Ország U.S.A Nyelv Angol Rendzer Windows Méret 4 MB Szerzők W. D. Davids Szervezet NIST (National Institute of Standards and Technology) Alkalmazási Detektoros reagálású modellek terület Elérhetőség Ingyen Kapcsolat NIST - Egyenletek A zónamodell a LAVENT kód alapján, Algoritmus a középvonalban kibocsájtott gázokra Algoritmus a füstréteg vastagságától függő mennyezeti gázsugárra Rövid leírás Tűzoltó berendezés beindulása a reagálás idejétől függ 47 / 47

49 Jet - Főmenü / bemeneti adatok Kamra Tűzoltó berendezés jellemzői Szellőzések Tűztervezés Paraméterek 48 / 47

50 miskolc.hu/iwsd/ 49 / 47