Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Előadás /6 2015. március 11., szerda, 950-1130 , B-2 terem
Acélszerkezetek tervezése tűzhatásra – Analízis és méretezés
Detroit
Marseille előadó: Dr. habil Papp Ferenc egy. docens
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Szabványok •
MSZ EN 1990:2005 „A tartószerkezetek tervezésének alapjai”
•
MSZ EN 1991-1-2:2005 „A tűznek kitett szerkezeteket érő hatások”
•
MSZ EN 1993-1-2:2005 „Szerkezeti tűztervezés”
•
EN 13381-1, 2 és 4 „Tűzvédő anyagok”
•
Országos Tűzvédelmi Szabályzat (OTSZ) 5. rész: „Építmények tűzvédelmi követelményei, építmények tűzvédelme” (www.magyarország.hu)
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Tervezés eszköztára (OTSZ) Teljesítmény alapú módszer Egyszerűsített tűzmodell, parametrikus tűzgörbe
TERVEZÉS LÉPÉSEI
Előíró módszer
Tervezési tűzfolyamat felvétele, gázhőmérséklet számítása
Névleges tűzgörbék: - Szabványos (ISO) - Külső - szénhidrogén
Tűzterhelés számítása
Tűzhatás egyenértékű ideje
Szerkezet hőmérsékletének számítása
Szerkezetet érő hatások és a szerkezeti ellenállás számítása
OTSZ
Tűzállósági követelmény
Efi,d,t t fi,req
Tűzállósági teljesítmény
≤
Rfi,d,t t fi,d
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Szabványos (ISO) tűzgörbe - gázhőmérséklet idő függvényében - térben állandó érték (nem függ a tűzszakasz méretétől)
Θ g = 20 + 345 ⋅ log10 (8 ⋅ t + 1)
Θg – tűzszakaszra érvényes gázhőmérséklet [oC] t – a tűz belobbanásától eltelt idő [perc]
Külső tűzhatás Szénhidrogéntűz
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Szerkezet hőmérsékletének emelkedése Védetlen acélszerkezet egyenletes hőmérséklet-emelkedése
∆θ a ,t
1 Am = k sh ⋅ ⋅ ⋅ hnet .d ⋅ ∆t ca ⋅ ρ a V
– fajhő hőmérséklet függvényében [J/kgoK] ρa – sűrűség [kg/m3] ∆t – időintervallum (max. 5 másodperc) hnet,d – tényleges hőáram egységnyi felületre jutó tervezési értéke [W/m2] ksh – árnyékolási tényező, amely ISO görbe esetén I keresztmetszetre: ca
0.9 ⋅
( Am / V )box ( Am / V )
Am/V – keresztmetszeti tényező Am – szerkezet egységnyi hosszára jutó tűznek kitett felület [m2/m] V – térfogat [m3/m] Védett acélszerkezet hőmérséklet-emelkedése (ld. a szabványt, vagy a megfelelő szakirodalmat)
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Szerkezet hőmérsékletének számítása
θa (0C) θa θa,t+∆θa,t θa,t
t (s) t
t+∆t
tfi,req
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Ténylegesen elnyelt hőáram sűrűség
hnet = hnet ,r + hnet ,c hnet,r – sugárzási rész
[
hnet ,r = 5.67 ⋅10 −8 ⋅ Φ ⋅ ε res ⋅ (θ r + 273) − (θ m + 273) 4
4
]
Φ – elrendezési tényező εres – emissziós tényező θr – tűz környezetének hatékony sugárzási hőm. [oC] θm – szerkezeti elem felületének hőm. [oC] hnet,c – konvekciós rész
hnet ,c = α c ⋅ (θ g − θ m ) αc – konvekciós hőátadási tényező [W/m2K] θg – gázhőmérséklet [oC]
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Hatások és ellenállások számítása Méretezési elvek A. Szabványos (ISO) tűzteher alkalmazásával elkülönített elemvizsgálat: - közvetett hatások elhanyagolása, - hőmérsékleti gradiens hatásának figyelembe vétele. B. A szerkezetet egységként vizsgálva a közvetett tűzhatások figyelembe vételével.
Közvetett tűzhatás: pl. gátolt alakváltozás, hőtágulás hatása, stb.
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Szerkezetet érő hatások Rendkívüli teherkombináció, ahol a rendkívüli hatás a tűzhatás
∑G
k,j
" +" Ad " +" ψ 1,1 ⋅ Qk ,1" +" ∑ψ 2 ,i ⋅ Qk ,i
j
i
Gk – állandó hatás karakterisztikus értéke Ad – tűzhatás tervezési értéke Qk,1 – kiemelt esetleges hatás karakterisztikus értéke Qk,i – további esetleges hatások karakterisztikus értékei ψ
– kombinációs tényező (1 - gyakori értékhez; 2 - kvázi-állandó értékhez)
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Egyszerűsítési lehetőségek az A. elv esetén • A tervezési igénybevételek a rendkívüli teherkombinációból a tűz kezdetének időpontjában ( t=0 ) számítható, azaz
E fi ,d ,t = E fi ,d • A tervezési igénybevételek meghatározhatóak a teherbírási vizsgálatokhoz tartozó teherkombinációból egy igénybevételeket csökkentő tényező alkalmazásával:
E fi ,d ,t = η fi ⋅ Ed Gk +ψ 1,1 ⋅ Qk ,1 η fi = γ G ⋅ Gk + γ Q ,1 ⋅ Qk ,1
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Ellenállás tűzhatásra Anyagjellemzők a hőmérséklet függvényében - folyáshatár
f y ,θ = k y ,θ ⋅ f y
- rugalmassági modulus
Ea ,θ = k E ,θ ⋅ Ea
Keresztmetszetek osztályba sorolása
235 ε = 0.85 ⋅ fy
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Teherbírás ellenállások alapján Keresztmetszeti nyomatéki ellenállás • egyenletes hőmérsékleti eloszlás
M fi ,θ ,Rd
γ M ,0 = k y ,θ ⋅ W ⋅ f y ⋅ γ M , fi
• egyenlőtlen hőmérsékleti eloszlás - egyszerűsített
M fi ,t ,Rd
fy 1 ⋅ = k y ,θ ⋅W ⋅ κ1 ⋅ κ 2 γ M , fi
κ1 – tűznek kitett felületek szerint κ2 – támaszoktól függően - pontosabb
M fi ,t ,Rd = ∑ Ai ⋅ zi ⋅ k y ,θ ,i ⋅ f y ,i ⋅ i
1
γ M , fi
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Stabilitási ellenállás Kihajlás
N b , fi ,t ,Rd = χ fi ⋅ k y ,θ ⋅ A ⋅
Kifordulás
fy
M b , fi ,t ,Rd = χ LT , fi ⋅ k y ,θ ,öv ⋅W ⋅
γ M , fi χ fi =
1
ϕ0 + ϕ − λ
(
2 0
2 0
ϕ 0 = 0. 5 ⋅ 1 + α ⋅ λ 0 + λ α = 0.65 ⋅ λ0 = λ ⋅
(
λ = λ y ;λ z
)
2 0
)
235 fy k y ,θ k E ,θ
λ = λ LT
fy
γ M , fi
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Interakció (kihajlás és kifordulás)
N fi ,Ed
χ min, fi ⋅ A ⋅ k y ,θ ⋅
fy
γ M , fi
N fi ,Ed
χ z , fi ⋅ A ⋅ k y ,θ ⋅
+ ky ⋅
fy
γ M , fi
ky, k z és kLT
+ k LT ⋅
M y , fi ,Ed W y ⋅ k y ,θ ⋅
fy
+ kz ⋅
γ M , fi
M y , fi ,Ed
χ LT , fi ⋅Wy ⋅ k y ,θ ⋅
fy
γ M , fi
M z , fi ,Ed Wz ⋅ k y ,θ ⋅ + kz ⋅
fy
≤1
γ M , fi M z , fi ,Ed
Wz ⋅ k y ,θ ⋅
fy
γ M , fi
EC3-1-2: 2009 módosítása EU-Bizottság 2003/593/EK határozat módosítása alapján
≤1
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Példák: Szerkezetek tervezése tűzteherre az MSZ EN szerint 4.5.3 Védelem nélküli födémgerenda ellenőrzése 4.5.4 Tűzvédő bevonattal ellátott acélgerenda ellenőrzése 4.5.5 Védelem nélküli tetőfödém gerendájának ellenőrzése
Számítógéppel… (ConSteel 7.0 teszt verzió)
Szerkezetépítés II. 2014/2015 II. félév
Javasolt irodalom Dr. Balázs L. György és mások:
Szerkezetek tervezése tűzteherre az MSZ EN szerint (beton, vasbeton, acél, fa), Oktatási segédlet Magyar Mérnöki Kamara Tartószerkezeti Tagozat 2010 Budapest
Vizsgabelépő kérdések
18. Sorolja fel a tűzhatásra történő tervezéshez kapcsolódó (azt meghatározó) EN szabványokat ! Válasz: 2. dia 19. Vázolja fel a tűzhatásra történő erőtani tervezés jelenleg érvényes eszköztárát! Válasz: 3. dia 20. Röviden írja le a tűzhatásra történő erőtani tervezés két alapelvének lényegét, egy-egy gyakorlati példán keresztül ! Válasz: 8. dia 21. Hogyan vesszük figyelembe a tűzhatás következményét a szerkezet ellenállásának számítása során? Válasz: 11. dia
Köszönöm a figyelmet!
