1 Bevezets a tzteherre val tervezsre az Eurocode
1 Bevezetés a tűzteherre való tervezésre az Eurocode 3 szerint SSEDTA NFATEC
Szerkezeti Eurocode-ok Eurocode: 0. Tervezés alapjai 1. Szerkezeteket érő hatások 2. Beton- vasbeton szerkezetek 3. Acélszerkezetek 4. Együttdolgozó szerkezetek 5. 6. 7. 8. 9. Faszerkezetek Falazott szerkezetek Geotechnikai tervezés Földrengés Aluminium szerkezetek 2 Tervezés tűzhatásra: 1. 2 fejezet mindegyikban
Tűzhatásra való tervezés– követelmények tűz esetén 3 u Az építmény meghatározott ideig őrizze meg teherbíró képességét, u Az ott tartózkodó emberek az épületet eközben sértetlenül elhagyhassák, u A tűzoltók biztonsága mindeddig szavatolt legyen. u A tűz és füst keletkezése és tovaterjedése az építményben és a szomszédos építményekre korlátozott legyen.
Minimális tűzállósági idő: brit nemzeti szabvány szerint 4 Földfelszín alatt > 10 m < 10 m Földfelszín felett < 5 m < 20 m < 30 m > 30 m Iroda: Nincs sprinkler Van sprinkler Üzlet, kereskedelem: Nincs sprinkler Van sprinkler 90 60 30 60 90 TILOS 60 60 30 30 60 120 90 60 60 60 90 TILOS 60 60 30 60 60 120 15 15 15 60 30 60 90 120 Gk. parkoló: Oldalról nyitott Egyébként 90 60
A tűzháromszög 5 Hő Éghető anyag + Oxigén = Égéstermékek CH 4 + O 2 = CO 2 + 2 H 20 A reakció akkor indul be, amikor az oxigén és az éghető anyag keveréke már elég meleg Éghető anyag Oxigén
A természetes tűz fázisai és a szabványos tűzgörbe 6 Belobbanás utáni szakasz 1000 -1200°C Hőmérséklet Belobbanás előtti szakasz Belobbanás természetes tűzgörbe az ISO 834 szerinti szabványos tűzgörbe Time Izzás, parázslás Melegedés Hűlés ….
Az EC 1 (ISO 834) szerinti szabványos tűzgörbe 7 Gázhőmérséklet (°C) 1000 945 900 700 842 781 739 675 600 576 800 500 400 300 200 100 0 0 600 1200 1800 2400 Idő (másodperc) 3000 3600
AZ EC 1 különböző hőmérséklet–idő görbéi 8 Gázhőmérséklet (°C) u u 1200 A tűzállósági idő a szabványos melegítési vizsgálatra vonatkozik – 1000 nem a tényleges élettartamra! 800 Szénhidrogéntűz Az EC 1 szerinti parametrikus tűzgörbék a tűzteher 600 és a tűzszakasz jellemzőin alapulnak. Csak számítási 400 modellel használhatók. 200 Külső tűz Szabványos tűz Jellegzetes EC 1 szerinti paraméteres tűzgörbe 0 1200 2400 Idő (másodperc) 3600
Szerkezeti elemek melegítési vizsgálata 9 Tűzre vonatkozó vizsgálatok u Teher állandó, a hőmérséklet a szabványos tűzgörbe szerint emelkedik u u Gerenda esetén lehajlási követelmény Oszlop esetén teherbíráscsökkenési követelmény Problémák u Támaszköz korlátozott; csak kéttámaszú tartókra végezhető u A folytonosság nem modellezhető. A gerenda „elszalad” u A szomszédos szerkezetek hőtágulása nem modellezhető
Szabványos melegítési vizsgálatok a tűzállóság meghatározására 10 Lehajlás (mm) 300 200 100 0 1200 2400 3600 Idő (másodperc)
Szabványos melegítési vizsgálatok a tűzállóság meghatározására 11 Lehajlás (mm) 300 L 2/400 d 200 Ha a sebesség < L 2/9000 d L/30 100 Szabványos tűz 0 1200 2400 3600 Idő (másodperc)
Acélok viselkedése magas hőmérsékleten 12 Feszültség (N/mm 2) u u 100 -200 °C felett az acélanyag lágyulni kezd 700 °C-on már csak a rendes hőmérséklethez tartozó szilárdság 23%-a áll rendelkezésre 800 °C-ig a szilárdság 11% -ra, 900 °C-ig 6%-ra csökken. Az olvadás kb. 1500°C-on következik be. 300 250 20°C 200°C 300°C 400°C 500°C 150 600°C 100 700°C 50 800°C 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 Alakváltozás (%)
Az acél feszültség–alakváltozás diagramja magas hőmérsékletekre 13 Feszültség (N/mm 2) u u u Feszültség- és alakváltozás-csökkentő tényezők a rugalmassági modulushoz és a folyáshatárhoz (2%-os egyezményes folyáshatár) 600 °C-ra a rugalmassági modulus kb. 70%-kal csökken 600 °C-ra a folyáshatár több mint 50%-kal csökken 300 250 20°C 200°C 300°C 400°C 500°C 150 600°C 100 700°C 50 800°C 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 Alakváltozás (%)
Az acél szilárdságának és merevségének leépülése 14 az eredeti értéke %-ában • A szilárdság és a merevség csökkenése az S 235, S 275 és S 355 anyagokra, ill. hengerelt acélbetétekre hasonlóan történik (SS) • A hidegen húzott S 500 minőségű acélbetétek jellemzői gyorsabban épülnek le (Rft) 100 80 Rft Egyezményes folyáshatár (2% alakváltozásnál) SS 60 40 20 0 Rft SS Rugalmassági modulus 300 600 900 Hőmérséklet (°C) 1200
Beton feszültség-alakváltozás görbéi magas hőmérsékleten 15 Normalizált feszültség l l l A beton is fokozatosan elveszti szilárdságát 100°C-nál melegebben. A lehűlés során nem nyeri vissza rugalmasságát !!! A magas hőmérsékleten való viselkedés elsősorban a felhasznált adalékanyagoktól függ. 1. 0 0. 9 0. 8 0. 7 0. 6 0. 5 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 0 20°C 200°C 400°C 600°C 800°C 1000°C 1 2 3 Nyúlás (%) 4
Az acél és a beton hőtágulása 16 Hőtágulási együttható 1 /°C (x 10 -6) • Az acél hőtágulása a kristályszerkezet átalakulásakor (700– 800 °C-on) lelassul 4, 5 4, 0 3, 5 Normál térfogatsúlyú beton 3, 0 • Épületekben a beton általában nem éri el a 700°Cot 2, 5 • Könnyűbeton esetén állandó hőtágulási együtthatót tételezünk fel 1, 0 Acél 2, 0 1, 5 0, 5 Könnyűbeton 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Hőmérséklet (°C)
Az acél további anyagjellemzői Fajhő (J/kg°K) Hővezetési képesség (W/m°K) 60 50 la=45 W/m°K (EC 3 szerinti egyszerű számítási modell) 40 30 Acél 5000 ca=600 J/kg°K (EC 3 szerinti egyszerű számítási modell) 4000 3000 20 Acél 1000 10 0 17 200 400 600 800 1000 1200 Hőmérséklet (°C) 0 200 400 600 800 1000 1200 Hőmérséklet (°C)
Szerkezetek védelme tűzzel szemben 18 Passzív védelem u Táblás/lemezes hőszigetelés u Gipszkarton, ásványgyapot, vermikulit. u Könnyen alkalmazható, esztétikailag elfogadható. u Bonyolultabb kialakítás esetén nem jól alkalmazható u Fúvatással felvitt védőréteg u Ásványgyapot vagy vermikulit cement kötőanyagban. u Felvitele olcsó, de költséges takarítást igényel. u Esztétikailag kedvezőtlen; általában csak álmennyezet mögé rejtve alkalmazzák. u Duzzadó festékek u Rendes üzem közben dekoratív felület. u Hő hatására kitágul és hőszigetelő réteget képez u Ma már a szerelőüzemben felvihető.
Acélgerendák természetes tűzvédelme 19 X „Polctartós” gerenda X Alátámasztó gerenda Karcsúfödém gerendája
A tűzállóság megállapítása: stratégiák 20 Az EC szerint a tűzállóság három „viszonylatban” definiálható: Idő: tfi. d > tfi. requ Teherbírás: Rfi. d. t > Efi. d. t Hőmérséklet: cr. d > d • Általában csak közvetlenül hajtható végre, részletes számítási modellel • Kézi számításra is alkalmas. A magas hőmérséklethez tartozó lecsökkent ellenállás meghatározását jelenti • Leggyakrabban használt eljárás. Az adott teherhez tartozó kritikus hőmérséklet meghatározását jelenti
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 21 TŰZÁLLÓSÁG AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Építési szabvány tfi. requ
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 22 TŰZÁLLÓSÁG AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Hatás a tűz esetén: Efi. d. t Építési szabvány tfi. requ
A terhek csökkentő tényezője tűz esetén 23 Egyik lehetőség: De gyakrabban: Az üzemi körülményekhez tartozó tervezési ellenálláshoz képest Az üzemi körülményezhez tartozó tervezési teherhez képest (nagyobb biztonság és egyszerűbb eljárás)
Az EC 3 parciális biztonsági tényezői 24 Tervezés üzemi hőmérsékletre G Q. 1 = 1, 35 Állandó terhekre; = 1, 5 Kombinációs tényező; esetleges terhekre Tervezés tűzre GA 1. 1 = 1, 0 Állandó terhekre; rendkívüli tervezési állapot = 0, 5 Kombinációs tényező; esetleges terhekre, iroda
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 25 TŰZÁLLÓSÁG AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Hatás a tűz esetén: Efi. d. t Szerkezeti elem km. osztálya Építési szabvány tfi. requ
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 26 TŰZÁLLÓSÁG AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Hatás a tűz esetén: Efi. d. t Szerkezeti elem km. osztálya Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi. d. 20 Kihasználtság 0 Építési szabvány tfi. requ
A „kihasználtság” 27 … a szerkezeti elemre a tűzben működő teher osztva az üzemi hőmérséklethez tartozó ellenállással (t=0), amelyet a tűzhöz tartozó biztonsági tényezőkkel számítunk A kihasználtság egy- ® akkor használható, ha nem várható kihajlás és kifordulás szerűsített képlete: ® biztonságos, ha az fi az üzemi hőmérsékleten érvényes tervezési terhekhez tartozik Acélra az ellenállás biztonsági tényezői: g. M 1=1, 0 g. M. fi=1, 0
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 28 TŰZÁLLÓSÁG AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Hatás a tűz esetén: Efi. d. t Szerkezeti elem km. osztálya Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi. d. 20 Kihasználtság 0 Kritikus hőmérséklet cr. d Építési szabvány tfi. requ
Acél szerkezeti elemek kritikus hőmérséklete • A szabványos melegítési vizsgálat alapján, csak egyszerű szerkezeti elemekre • Az 1. , 2. , 3. osztályú keresztmetszetek kezelése egységes • A 4. osztályú keresztmetszetekre biztonságos közelítés (350 °C) 29 Kritikus hőmérséklet (°C) 800 700 1. , 2. , 3. oszt. keresztmetszetek 600 500 400 300 4. o. keresztmetszetek 200 100 • Kritikus hőmérséklet = adott kihasználtságnál a 0 tönkremenetel bekövetkezik 0. 2 0. 4 0. 6 Kihasználtság m 0 0. 8 1
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 30 TŰZÁLLÓSÁG Hatás a tűz esetén: Efi. d. t AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km. osztálya Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi. d. 20 Kihasználtság 0 Kritikus hőmérséklet cr. d Építési szabvány tfi. requ
Am/V keresztmetszeti tényező: védelem nélküli acél szerkezeti elemek 31 b h kerület km. terület tűznek kitett kerület km. terület 2(b+h) km. terület
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 32 TŰZÁLLÓSÁG Hatás a tűz esetén: Efi. d. t AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km. osztálya Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi. d. 20 Kihasználtság 0 Kritikus hőmérséklet cr. d Iteráció, amíg d > cr. d tfi. d Építési szabvány tfi. requ
A hőmérséklet növekedése a védelem nélküli acélban 33 A hőmérséklet nővekménye t idő alatt: A hnet. d hőáram 2 részből áll: Sugárzás: Konvekció: Hőmérséklet a tűzben Acél hőmérséklete Acél
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései 34 TŰZÁLLÓSÁG Hatás a tűz esetén: Efi. d. t AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km. osztálya Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi. d. 20 Iteráció, amíg d > cr. d tfi. d Kihasználtság 0 Kritikus hőmérséklet cr. d tfi. d > tfi. requ fennáll ? ? Építési szabvány tfi. requ
Am/V keresztmetszeti tényező: védelemmel ellátott acélelemek 35 b h Acél kerülete acél km. területe tábla belső kerülete acél km. területe 2(b+h) km. terület
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer (védett acél) 36 TŰZÁLLÓSÁG Hatás a tűz esetén: Efi. d. t AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km. osztálya Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi. d. 20 Kihasználtság 0 Kritikus hőmérséklet cr. d Iteráció, amíg d > cr. d tfi. d Építési szabvány tfi. requ
A hőmérséklet növekedése a passzív védelemmel ellátott acélban 37 • Bizonyos mennyiségű hő elraktározódik a védőrétegben. Tűz hőmérséklete Acél hőmérséklete • Az acélban és a védőrétegben elraktározódott hő aránya: Acél Védelem • A hőmérséklet növekménye t idő alatt: dp
A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer (védett acél) 38 TŰZÁLLÓSÁG Hatás a tűz esetén: Efi. d. t AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem osztálya Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi. d. 20 Iteráció, amíg d > cr. d tfi. d Kihasználtság 0 Kritikus hőmérséklet cr. d tfi. d > tfi. requ fennáll ? ? Építési szabvány tfi. requ
Mintapélda 39 Anyagok: Acélminőség Könnyűbeton (födém) Keretállások Elsődleges gerenda (acél) S 275 C 40 6, 0 m Karakterisztikus terhek (k. N/m 2): Állandó Gk = 1, 9 Kiemelt esetleges Qk, 1= 3, 8 Gerendák tervezési terhei (k. N/m): G = [1, 35] és Q. 1 = [1, 50] értékekkel: Állandó Esetleges Gd= 15, 39 Qd= 34, 2 Gk+Q K. 1 D F E Felkötőrúd G +Q k K. 1 A B Fiókgerenda (acél) G +Q k K. 1 Oszlop (acél vagy együttdolgozó) 5 m 5 m 3, 5 m C 3, 5 m G 3, 5 m H
Húzott elem tervezése üzemi körülményekre 40 Tervezési teher: NSd= 247, 95 k. N Alkalmazott: IPE 100 Tervezési ellenállás: Npl. Rd EC 3 1. 1. rész (5. 4. 3. szakasz) = Anetfy / M 0 IPE 100 3, 5 m = 10, 30 x 27, 5 / [1, 0] = 283, 25 k. N > 247, 95. . . tehát megfelel 247, 95 k. N
Húzott elem kritikus hőmérséklete Tervezési teher tűz esetén: (2. 4. 3. szakasz) (2. 1. ábra) 41 Nfi. d = fi NSd Kombinációs tényező: 1. 1 = 0, 5 Gk. 1 / Qk = 2, 0 Tehercsökkentő tényező: fi = 0, 46 Nfi. d = 0, 46 x 247, 95 = 114 k. N Tervezési ellenállás 20°C-on, tűzhöz tartozó bizt. tényezőkkel: (4. 2. 3. 1. szakasz) (3. 1. táblázat) Nfi. 20. Rd = ky. 20 NRd ( M. 1 / M. fi) Ellenállás-csökkentő tényező ky. 20 = 1, 0 Nfi. 20. Rd =1, 0 x 283, 25 x ( [1, 0] / [1, 0] ) = 283, 25 k. N Kritikus hőmérséklet: Kihasználtság: 0 = Nfi. d / Nfi. 20. Rd (4. 2. 4. szakasz) = 114/283, 25 = 0, 40 (4. 1. táblázat) Kritikus hőmérséklet: c = 619°C 114 k. N
Húzott elem tűzállósági ideje Az acél hőmérsékletének növekménye t idő alatt : (EC 1 2. 2. rész) (2. 5. 1. ) a. t = 1 / (ca a ) Am/V hnet. d t Keresztmetszeti tényező: Am/V = 388, 1 m-1 Acél fajhője: ca Acél sűrűsége: a 42 Hőm. (°C) 800 ISO 834 700 600 = 600 J/kg°K = 7850 kg/m 3 Teljes hőáram/felület hnet. d az ISO 834 szerinti szabványos túzre: Legyen f = 0, 8 és m = 0, 625. Táblázatkezelővel számolva: t = 5 sec 500 Acélelem 400 300 200 100 0 500 1000 1500 Idő (másodperc) A védelem nélküli acélelem 9 perc 40 mp. alatt éri el kritikus hőmérsékletét.
Húzott elem tűzvédelme Előírt tűzállóság: 60 perc Vegyük körbe 20 mm gipszkarton lemezzel: Sűrűség Fajhő: p = 800 kg/m 3 cp = 1700 J/kg°K Hőv. képesség: p = 0, 2 W/m°K Km. tényező: Ap/V = 300, 97 m-1 Hőmérséklet-növekmény az acélban Temp (°C) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 43 ISO 834 Csak acél 20 mm lemezzel t idő alatt szabványos tűzre: 0 1000 2000 3000 4000 = (cp pdp/ca a) Ap/V =1, 738 a. t = p/(dpca a) Ap/V [1/(1+ /3)] ( g. t- a. t) t - (e /10 -1) g. t Idő (mp. ) 60 perc után az acél hőmérséklete: a=613°C (< 619°C krit. hőmérséklet). … Tehát a 20 mm gipszkarton burkolat 60 perc tűzállóságot nyújt.
- Slides: 43