Acélszerkezetek tűzvédelme

Acélszerkezetek tűzvédelme Acélszerkezetek konstruálása előadás Vető Dániel Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék 2018. április 12.

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

Tűzesetek előfordulása, okai Acélszerkezetek tűzvédelme 3

Tűzesetek előfordulása: forrás: www.langlovagok.hu Acélszerkezetek tűzvédelme 4

Tűzesetek előfordulása: - tűzben elhunytak száma 100 000 lakosra vetítve (2008): 1,4 fő (10 000 000 lakos esetén ez 140 fő) - halálos közúti közlekedési balesetben meghaltak száma (2008): 996 fő forrás: Nemzetközi Tűzmegelőzési és Tűzoltási Bizottság (CTIF), Központi Statisztikai Hivatal (KSH) Acélszerkezetek tűzvédelme 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 forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 6

Definíciók (tűz, égés), égés feltételei, fajtái, tulajdonságai, tűzmodellek Acélszerkezetek tűzvédelme 7

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 forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 8

Égés feltételei: - éghető anyag - bármely halmazállapotban - gyakorlati tűzesetek: szerves anyagok (fa, papír, textília, műanyag) - égést tápláló oxigén - koncentráció: általában nagyobb kell, hogy legyen, mint 10-12 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 forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 9

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 forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 10

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) forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 11

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 forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 12

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) forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 13

Tűzmodellek: - ISO 834 szerinti szabványos zárttéri tűzfejlődési görbe (cellulóz): forrás: www.promat-tunnel.com Acélszerkezetek tűzvédelme 14

Acél anyag és acélszerkezetek viselkedése tűz esetén Acélszerkezetek tűzvédelme 15

Acél anyag viselkedése tűz esetén: - nem éghető - jó hővezető, alacsony fajhőjű anyag (λ = 54 W/mK és c 20ºC = 450 J/kgK) - kb. 500-600 ºC: a szilárdság és a rugalmassági modulus is megfeleződik - kb. 1530 ºC olvadáspont - tapasztalat szerint tűzben kb. 15 perc után a nyers acélszerkezetek összedőlhetnek forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 16

Acél anyag viselkedése tűz esetén: - szilárdság és rugalmassági modulus csökkenése a hőmérséklet növekedésével: forrás: www.newsteelconstruction.com Acélszerkezetek tűzvédelme 17

Acélszerkezetek viselkedése tűz esetén: - jellemző a vékony, nagy felületű elemek használata, ez kedvezőtlen - több oldalról is érheti tűzhatás a szerkezetet - a tűz esetén mutatott viselkedést döntően befolyásolja a szelvénytényező: - számítás módja: acél elem felülete / térfogata [1/m] - vagy (egyszerűbben): keresztmetszet kerülete / területe [1/m] - IPE szelvények: jellemzően 200 350 1/m - HE szelvények: jellemzően 150 250 1/m - CHS szelvények (csövek): jellemzően 60 120 1/m Acélszerkezetek tűzvédelme 18

Acélszerkezetek viselkedése tűz esetén: - jelenségek: - túlzott alakváltozások (lehajlások) - szilárdság kimerülése (folyás) - globális stabilitásvesztés (kihajlás, kifordulás) - lokális stabilitásvesztés (horpadás) Acélszerkezetek tűzvédelme 19

Tervezés tűzhatásra Acélszerkezetek tűzvédelme 20

Tervezés tűzhatásra: - 1. lépés: szerkezeti elem tervezési hőmérsékletének meghatározása: - szelvénytényező, illetve - tűzhatásnak való kitettség időtartama alapján, ez utóbbi függ: - az épület méretétől, funkciójától, a benne található anyagok fajtájától, mennyiségétől - a szerkezeti elem elhelyezkedésétől, takartságától (azaz hogy hány oldalról érheti a tűz) - a szerkezeti elem tartószerkezeti illetve tűzvédelmi szerepétől Acélszerkezetek tűzvédelme 21

Tervezés tűzhatásra: - 1. lépés: szerkezeti elem tervezési hőmérsékletének meghatározása: forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 22

Tervezés tűzhatásra: - 2. lépés: mechanikai viselkedés figyelembevétele tervezési hőmérsékleten: - km.-i osztályba sorolás változik (konkrét hőmérséklettől függetlenül) - szilárdság csökken (teherbírás-számítás esetén van hatása) - rugalmassági modulus csökken (stabilitási vizsgálatok és alakváltozásszámítás esetén van hatása) Acélszerkezetek tűzvédelme 23

Tervezés tűzhatásra: - 2. lépés: mechanikai viselkedés figyelembevétele magas hőmérsékleten: forrás: Kulcsár Béla előadása, BME Acélszerkezetek tűzvédelme 24

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 25

Tűzvédelmi előírások Acélszerkezetek tűzvédelme 26

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 27

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 legkedvezőtlenebb) - 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 28

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 29

Tűzhatás elleni védekezés Acélszerkezetek tűzvédelme 30

Tűzhatás elleni védekezés: - szerkezet (túl-)melegedésének védelme: - tűzvédő festék - tűzgátló habarcs - egyéb épületszerkezettel való elburkolás Acélszerkezetek tűzvédelme 31

Tűzhatás elleni védekezés: - tűzvédő festék: forrás: Acélszerkezetek tűzvédelme www.bdonline.co.uk 32

Tűzhatás elleni védekezés: - tűzvédő festék: forrás: www.broadview-tech.com Acélszerkezetek tűzvédelme 33

Tűzhatás elleni védekezés: - tűzvédő festék: - tetszőleges tűzállóságot biztosít - száraz rétegvastagság: jellemzően 0,3 1 mm - tűz esetén a vastagság ennek 30 50 70-szerese - szórással vagy ecsettel hordható fel - üzemben és helyszínen is készülhet - viszonylag drága - esztétikus Acélszerkezetek tűzvédelme 34

Tűzhatás elleni védekezés: - tűzgátló habarcs: forrás: www.langharito.hu Acélszerkezetek tűzvédelme 35

Tűzhatás elleni védekezés: - tűzgátló habarcs: forrás: www.dunamenti.hu Acélszerkezetek tűzvédelme 36

Tűzhatás elleni védekezés: - tűzgátló habarcs: - 1 4 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 37

Tűzhatás elleni védekezés: - egyéb épületszerkezettel való elburkolás: - gipszkartonnal vagy egyéb tűzvédő építőlemezzel való elburkolás - körbebetonozás - tégla vagy egyéb anyagú falazattal való elburkolás Acélszerkezetek tűzvédelme 38

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 39

Tűzesetek megelőzése Acélszerkezetek tűzvédelme 40

Tűzesetek megelőzése: - a tüzek árának gazdasági-statisztikai becslése (2004-2006): forrás: Nemzetközi Tűzmegelőzési és Tűzoltási Bizottság (CTIF) Acélszerkezetek tűzvédelme 41

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 42

Esettanulmányok Acélszerkezetek tűzvédelme 43

Esettanulmányok: Várpalota környéke, 2012 Acélszerkezetek tűzvédelme 44

Esettanulmányok: Szabadegyháza, 2013. jún. 18. forrás: www.langlovagok.hu Acélszerkezetek tűzvédelme 48

Esettanulmányok: Budapest, IX. ker., 2015. júl. 22. forrás: www.langlovagok.hu Acélszerkezetek tűzvédelme 52

Esettanulmányok: Budapest, IX. ker., 2015. júl. 22. forrás: www.langlovagok.hu Acélszerkezetek tűzvédelme 53

Esettanulmányok: World Trade Center, 2001. szept. 11. Acélszerkezetek tűzvédelme 54

Esettanulmányok: World Trade Center, 2001. szept. 11. forrás: www.ussartf.org Acélszerkezetek tűzvédelme 55

Esettanulmányok: Budapest Sportcsarnok, 1999. dec. 15. forrás: budapestcity.org Acélszerkezetek tűzvédelme 56

Felhasznált források: - Kulcsár Béla (SZIE YMÉK Tűz- és Katasztrófavédelmi Intézet): BME Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés során rendelkezésre bocsátott előadásanyag, elérhető: http://www.szt.bme.hu Letöltések Szakmérnöki 3_felev_anyaga Tuzvedelem_Esettanulmanyok - Nemzetközi Tűzmegelőzési és Tűzoltási Bizottság (CTIF) Magyar Nemzeti Bizottságának nemzetközi tűzvédelmi statisztikája - Központi Statisztikai Hivatal (KSH) halálos közúti közlekedési balesetekre vonatkozó statisztikája - budapestcity.org - www.langlovagok.hu - www.bdonline.co.uk - www.newsteelconstruction.com - www.broadview-tech.com - www.promat-tunnel.com - www.dunamenti.hu - www.ussartf.org - www.langharito.hu Acélszerkezetek tűzvédelme 57