Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Előadás /10 2014. november 31., péntek, 950-1130 , B-1 terem
Acélszerkezetek tervezése tűzhatásra Bevezetés
Detroit
Marseille Papp Ferenc Ph.D. Dr.habil, egy. docens
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Az előadás tartalmából
Angolszász tűzvédelmi kísérletek („Cardington” tűzteszt) Tűz okozta tönkremeneteli formák Acél anyagi tulajdonságai a hőmérséklet függvényében Tartószerkezeti tűzvédelmi tervezés alapfogalmai Védekezés a tűz hatása ellen
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Angolszász tűzvédelmi kísérlet („Cardington” tűzteszt) Tesztépület a födémek betonozása előtt • épület adatai - alapterület: 21×45 m - szintek száma: 8 - magasság: 33 m • szerkezet típusa - merevített acélváz (keret) - öszvérszerkezetű födémlemez
Cardington (1996, UK)
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
A tesztek térbeli elrendezése
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
1. Gerenda vizsgálata a) maximális hőmérséklet és középső keresztmetszet lehajlása idő függvényében •
•
•
•
•
a hetedik szinten, másodlagos gerendán (D2/E2); a gerenda középső 8m-ének melegítése (a kapcsolati zónák hidegen maradtak); a melegítés sebessége 310°C/perc, 900°Cig; a gerenda max. hőmérséklete 875°C; max. lehajlás 232mm, lehűlés után 113mm;
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
b) középső keresztmetszet lehajlása hőmérséklet függvényében („szabványos” tűzteszt és valós kísérlet alapján)
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
6. Irodai tűz modellezése a) helyiségben mért gázhőmérséklet
•
•
•
•
vizsgált helyiség: 135m2-es egyterű iroda; Tűzterhelés: 46kg/m2 (fa 69%, műanyag 20%, papír 11%); Ablakfelület: 25,6m2 amiből 11,3m2 nyitva volt; maximális gázhőmérséklet: 1213°C;
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
b) acélszerkezet hőmérsékletének és lehajlásának alakulása idő függvényében
•
•
védetlen acél maximális hőmérséklete: 1150°C; maximális lehajlás: 640mm, lehűlés után: 540mm;
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tűz okozta tönkremenetelek az acélszerkezetekben Irodai helység a tűz után (6.) •
•
•
a tűz során az összes éghető anyag megsemmisült; a szerkezet minden tesztben jól teljesített; az épület globális stabilitása egyik tesztben sem volt veszélyben;
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Csomópontok tönkremenetele a) Csavarok elnyíródása
b) Homloklemez törése
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tartószerkezeti elemek tönkremenetele a) Oszlopok összenyomódása
b) Gerendák övhorpadása
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
c) Gerendák gerinclemezének horpadása
d) Födémlemez maradó alakváltozása
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Az acél tulajdonságainak változása hőmérséklet függvényében Mechanikai jellemzők a hőmérséklet függvényében (σ-ε diagram)
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Folyási szilárdság (fy,θθ)
1,20 1,00
100 °C 200 °C 300 °C
σa / f y
0,80
400 °C 500 °C 600 °C 700 °C 800 °C
0,60 0,40 0,20 0,00 0,0000
0,0050
0,0100
Alakváltozás εa
0,0200
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
-3
Fajlagos nyúlás ∆ l / l [x10 ]
Fajlagos nyúlás
20
Hőtágulás
15 10 5 0 20
200
400
600
800
Hőmérséklet [°C]
1000 1200
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Fajhő (ca)
6000
Fajhő ca [J / kg K]
5000 4000 3000
Fajhő
2000 1000 0 20
500
720
765
Hőmérséklet [°C]
815
900
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Hővezető képesség (λ λa)
Hővezető képesség λ
a
[W/ m K]
Hővezető képesség 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 20
200
400
600
800
Hőmérséklet [°C]
1000
1200
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tervezési tűzhatás (design fire)
A tűz időbeli lefolyását leíró, a tervezés céljára előírt tűzhatás.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tűzfolyamat (fire scenario)
A tűz időbeli lefolyásának kvalitatív leírása (égés és tűzterjedés folyamata; teljesen kifejlődött tűz állapota; tűz visszaszorulásának folyamata; környezeti hatások).
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tűzszakasz (fire compartment)
Az épületen belül egy vagy több szintre kiterjedő, elválasztó elemek által oly módon körülzárt tér, hogy a tűz a vizsgált tűzhatás időtartama alatt az adott téren túl nem terjed át.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tűzteher (fire load)
Mindazon hőenergiák összege, amelyek egy adott téren belül elhelyezkedő valamennyi éghető anyag égése során felszabadulhat.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tűzállóság (fire resistance)
A tartószerkezetnek (részszerkezetnek, szerkezeti elemnek) azon képessége, hogy egy adott teherszinten, egy adott tűzhatás esetén meghatározott ideig betölti a szükséges funkcióit (teherviselés, elválasztás).
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Teljesen kifejlődött tűz (fully developed fire)
Az az állapot, amikor egy adott térben a tűz valamennyi éghető felületre kiterjed.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Hőmérsékletszámítás (temperature analysis)
Annak meghatározására való eljárás, hogy a szerkezeti elemnek és a védőfelületek hőtechnikai anyagjellemzőinek figyelembevételével hogyan alakulnak ki a hőmérsékletek az egyes szerkezeti elemekben a ténylegesen elnyelt hőáram következtében.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Egyszerű tűzmodell (simple fire model)
Egyes fizikai paraméterek tekintetében egyszerűsített tervezési tűzhatás.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Teljes tűzmodell (advanced fire model)
A tömeg és az energia megmaradás elvén alapuló tervezési tűzhatás modellje.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Egyzónás tűzmodell (one-zone model)
Olyan tűzmodell, amelyben a tűzszakaszban egyenletes gázhőmérséklet-eloszlást feltételezünk.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Kétzónás tűzmodell (two-zones model)
Olyan tűzmodell, amely esetén a tűzszakaszban külön kezeljük a felső réteget, az alsó réteget a tűz, a kibocsátott gázok és a falak vonatkozásában. A felső rétegben egyenletes gázhőmérséklet-eloszlást feltételezünk.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tűzgörbék (fire curves)
A szerkezeti elemek felületének környezetében érvényes gázhőmérséklet az idő függvényében: - névleges: vleges hagyományos, a tűzállósági osztály ellenőrzéséhez használt görbék (pl. szabványos, szénhidrogén) - paraméteres: teres tűzhatás modelleken és fizikai paramétereken alapul
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Gázhőmérséklet (°C) 1200
Szénhidrogéntűz
1000
800
Szabványos tűz
600
Külső tűz
400 Tipikus paraméteres tűzgörbe 200
0 0
600
1200
1800 Idő (sec)
2400
3000
3600
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Szabványos tűzgörbe (standard fire curve)
A tűzszakaszban működő, teljes mértékben kifejlődött tűzhatást leíró, a szabványban meghatározott névleges görbe.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Szabványos tűzállóság (standard fire resistance)
A tartószerkezetnek (részszerkezetnek, szerkezeti elemnek) azon képessége, hogy a szabványos hőmérsékelt-idő görbe által meghatározott hőmérsékleti hatás mellett, az előírt terhek működése esetén, előírt ideig betölti a szükséges funkcióit.
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Közvetett tűzhatás (standard fire curve)
A vizsgált szerkezeti elemre a szomszédos szerkezeti elemekről átadódó közvetett hatások: • gátolt alakváltozás • hőtágulás meggátlása
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Szerkezeti elem szintű vizsgálat (member analysis for fire)
A tűzhatásnak kitett szerkezeti elem hőmérsékleti és mechanikai vizsgálata, amelynek során a szerkezeti elemet alkalmas megtámasztási feltételekkel elkülönítettnek feltételezünk. A közvetett tűzhatásokat nem kell figyelembe venni! (kivéve azokat, amelyek a hőmérséklet vastagság menti változásából adódnak)
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Szerkezet szintű vizsgálat (structural analysis for fire)
A tűzhatásnak kitett szerkezet hőmérsékleti és mechanikai vizsgálata (amely során a szerkezeti elemeket nem elkülönítetve vizsgáljuk). A közvetett tűzhatásokat figyelembe kell venni!
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Védekezés a tűz hatásai ellen (szerkezeti kialakítások) Keresztmetszeti tényező szerepe
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Öszvérfödémek előnye
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
„Alacsony” födémszerkezetek
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Együttdolgozó szerkezeti elemek
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Betonnal kitöltött cső- és zártszelvények (oszlopok)
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Eltakart, burkolt acélszerkezetek
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Vízzel feltöltött acélszerkezetek
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Táblás burkolattal védett szerkezetek
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Szórt tűzvédő bevonatok (ásványgyapot szórás)
Tartószerkezetek IV. 2014/2015 I. félév
Tűzgátló festékek
