aplikace

ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení. Harmony Club Hotel, Ostrava

Lokální požáry, teorie/aplikace

Jiří Pokorný Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje 19.7.2010

ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

1

POSUZOVÁNÍ KONSTRUKCÍ PŘI POŽÁRU Směrnice Rady 89/106/EHS o sbližování právních a správních předpisů členských států týkajících se stavebních výrobků ve znění směrnice Rady 93/68/EHS 

po určenou dobu zachována odolnost konstrukce

Interpretační dokument č. 2 ke směrnici Rady  

obecné požadavky na stavby z hlediska požární bezpečnosti únosnost stavebních konstrukci (bezpečnost osob, záchranných jednotek, zamezuje zřícení budovy, umožňuje plnit funkce výrobků po stan. dobu)

Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), ve znění … 

pro stavbu jen výrobky, které po dobu předpokládané existence splní požadavky, mimo jiné, z hlediska požární bezpečnosti (§ 156) ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

2

POSUZOVÁNÍ KONSTRUKCÍ PŘI POŽÁRU Požadavky Směrnice Rady, Interpretačního dokumentu a stavebního zákona přeneseny do vyhlášky č. 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby (§ ( 8) Požadavek na způsob hodnocení požární odolnosti stavebních konstrukcí je dále rozveden  

právními předpisy (např. vyhláška č. 23/2008 Sb.) technickými předpisy (např. ČSN 73 0802, ČSN 73 0804, ČSN 73 0810, eurokódy)

Hodnocení požární odolnosti stavebních konstrukcí je obsahem PBŘ (např. vyhláška č. 246/2001 Sb. a vyhláška č. 499/2006 Sb.)


3

ČSN 73 0810, POŽADAVKY Požární odolnost je schopnost odolávat účinkům požáru a 1200 Teplota [ C] kritériauhlovodíková zachovat stanovená (nosnost,křivka celistvost a izolační schopnost). 1000 normová teplotní křivka X (t) DPY – Z o

X (t) 800 na požární odolnost se stanoví DPY Požadavky křivka vnějšího požáru Z  podle norem řady ČSN 73 08.. 

R, E, I, W, M DP1, DP2, DP3 S, C, K

600 jiných podkladů (např. ČSN EN 1991-1-2)

400 křivka pomalého Požární odolnost se stanoví pro požáru

 

vazba na kmenové normy PBS

normový průběh požáru 200 pravděpodobný průběh požáru

např. ČSN 73 0804, ČSN EN 1991-1-2 Čas [min]

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Alternativní scénáře podle ČSN EN 1363-2. ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

4

ČSN 73 0810, PRŮKAZ Požární odolnost konstrukcí je určena   

klasifikací podle výsledků zkoušek (ČSN EN 13 501-2, ČSN EN 13 501-3) normovou hodnotou (ČSN 73 0821 nebo Eurokódy) nebo výpočtem (lze postihnout všechny stavy) Kritérium E (t)! zkouškou a výpočtem (zkouškou nelze postihnout všechny stavy nebo další posouzení při konkrétní aplikaci)

Při stanovení požární odolnosti podle jiných podkladů než ČSN 73 08.. nesmí dojít ke snížení úrovně požární bezpečnosti oproti standardu. Při instalaci SHZ nebo ZOKT (ocel)  

není nutné v některých případech vyžadovat průkaz požární odolnosti musí být prokázána teplota prostředí nebo konstrukcí (450 C)


5

EUROKÓDY Požární odolnost konstrukcí je určena Soubor 58 dokumentů, obsahující EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí národně stanovené parametry (NSP) EN 1991 Zatížení konstrukcí (Eurokód 1) EN 1992NA Navrhování ed. A:2005betonových konstrukcí (Eurokód 2) EN 1993 Opr. Navrhování 1:2006 ocelových konstrukcí (Eurokód 3) 2:2010 spřažených ocelobetonových konstrukcí (Eurokód 4) EN 1994 Opr. Navrhování EN 1995 Navrhování dřevěných konstrukcí (Eurokód 5) Od 1. dubna 2010 nahrazují původní ČSN EN 1996 Navrhování zděných konstrukcí (Eurokód 6) EN 1997 Navrhování geotechnických konstrukcí (Eurokód 7) EN 1998 Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (Eurokód 8) EN 1999 Navrhování konstrukcí z hliníkových slitin (Eurokód 9)

Nejvýznamnější z hlediska požární ochrany ČSN EN 1991-1-2.


6

EUROKÓD 1 ČSN EN 1991-1-2 Popisuje tepelné a mechanické zatížení pro navrhování staveb Postupy vystavených účinkům požáru. navrhování Nezohledňuje   

Normativní Přístup založený vliv sprinklerových hasicích zařízení pravidla na vlastnostech provozní podmínky v objektu vliv izolačních a povlakových materiálů Analýza Analýza Analýza celé Volba části Postup návrhu na účinky požáru zohledňuje prvku konstrukce modelů Jednoduché/Zpřesněné konstrukce  volbu příslušného návrhového požárního scénáře  stanovení návrhového požáru Analýza Analýza Analýza  výpočet teploty v nosných prvcích části celé prvku konstrukce  výpočet mechanického chování konstrukce konstrukce


7

EUROKÓD 1 ČSN EN 1991-1-2 Požární odolnost se ověřuje Kompetenční rozdělení 

z hlediska času tfi,d ≥ tfi,requ (min) Požární specialista



z hlediska únosnosti Rfi,d,t ≥ Efi,requ fi,d,t

Návrhový požární scénář

t



z hlediska teploty PŘEDÁVACÍ Θd ≤ Θcr,d (°C) ROZHRANÍ

Stavební inženýr

tfi,d

tfi,d ≥ tfi,requ ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

8

PŘIROZENÉ MODELY POŽÁRU Jednoduché modely požáru  

omezené použití Modely požáru založeny na specifických fyzikálních parametrech

Požáry prostoru požárního úseku  

teploty se stanoví na základě fyzikální parametrů (hustotamodely požárního Jednoduché Zpřesněné zatížení, podmínky odvětrání) modely požáru požáru předpokládá se rovnoměrné rozdělení teploty v prostoru jako funkce času

Lokální požáry V prostoru  

Lokální požáry požárního úseku v případech, že je celkové vznícení látek v prostoru nepravděpodobné rozdělení teploty v prostoru není rovnoměrné


9

LOKÁLNÍ POŽÁRY DLE EUROKÓDU 1 Rozdělení zóny plamene z hlediska kontaktu se stropem  

plamen nezasahuje strop plamen zasahuje strop

Různé výpočtové metody. ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

10

DÉLKA PLAMENE Délka plamene představuje střední délku plamene. Někdy označována také jako střední výška plamene. Značný rozsah matematických metod Heskestad Eurokód 1

Horizontální délka plamene

… Lf = f (D, Q)

Heskestad a Hamada Eurokód 1

Eurokód nabízí jednu z alternativ řešení ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

11

VIRTUÁLNÍ POČÁTEK OSY Pomyslý bodový zdroj hoření z0, ze kterého vychází sloupec zplodin hoření (tzv. Fire Plume). Značný rozsah matematických metod Heskestad Eurokód 1

Nabývá  

…

z0 = f (D, Q)

záporných hodnot při nízkých hodnotách HRR kladných hodnot při vyšších hodnotách HRR Eurokód nabízí jednu z alternativ řešení ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

12

EUROKÓD 1 TEPLOTA, TEPELNÝ TOK Pokud Lf < H bude stanovena osová teplota podél osy (C, K).  = f (Qc, z, z0) hnet = hnet ,c+ hnet ,r

hnet,c = αc (g - m) hnet,r = .m.f ..[(r + 273)4 - (m + 273)4]

Pokud Lf > H bude stanovena hustota tepelného toku dopadající na konstrukci (W.m-2). h = f (H, r, Lh, z´)

hnet = h – tep. ztráty ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

13

FIRE PLUME Fire Plume lze rozdělit na tři zóny   

zóna plamene přechodová zóna zóna kouře

Kategorie Fire Plume Nejvýznamnější parametry     

geometrie axisymetrický stěnový teplota rohový proudění plynů rychlost rozlévajícíkouře množství vytékající


14

TEPLOTNÍ ANALÝZA FIRE PLUME 450 400

Teplotní nárůst Fire Plume Tfp (K)

Teplotní analýza kouře 350 300

Teplota Fire 250 Plume Tfp Bez zohlednění horké vrstvy plynů Tfp  f(Tg)

Průměrná teplota kumulované vrstvy plynů Tg

200

Se zohledněním horké vrstvy plynů 100 Tfp = f(Tg) 150

50

Eurokód

Diferenciace teploty osy Smoke Plume Tosa

Radiální teplota Smoke Plume Tosa,r

0

Osová teplota SmokeVzdálenost Plumeod osy r (m) Tosa,hvp

1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Osová teplota Smoke Plume Tosa

z=3 m

z=6 m

Analýza Fire Plume odpovídá Požární inženýrství charakterem požárnímu inženýrství ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

z=9 m

z=12 m

15

PŘÍKLAD LOKÁLNÍ POŽÁR, EUROKÓD 1 Stavební charakteristika objektu  

jednopodlažní část výrobní haly se skladem/dvoupodlažní prostor zázemí -0,5 -1 Dynamická konstanta kpanely hala se skladem je provedena z ocelových konstrukcí a opláštěním v (MWz .s ) Plocha požáru A (m2) minerálních vláken Průměr požáru D (m)  prostor zázemí je proveden z bloků Ytong a železobetonových stropních Obvod požáru P (m) konstrukcí Délka plamene Lf (m) Virtuální počátek Fire Plume z0 (m) Návrhový požár Osová teplota Fire Plume (z), T (K, C)  návrhový požár je situován v prostorách haly na úrovni podlahy ve středu prostoru (pni.Si)/ S vážený průměr Hala montovna/Hala obrobna/Hala sklad  bude posuzována pouze jedna varianta návrhového požáru  požární zatížení bylo stanoveno dle kodexu norem PBS váženým průměrem  zvoleny související návrhové parametry (z  hs, RHRf, t)  následně byly stanoveny charakteristiky návrhového požáru (15 minuta) ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

16

PŘÍKLAD LOKÁLNÍ POŽÁR, EUROKÓD 1

Ohnisko požáru

Hala montovna Hala obrobna Hala sklad


17

PŘÍKLAD LOKÁLNÍ POŽÁR, EUROKÓD 1

Hala sklad

Hala obrobna

Hala montovna

Ohnisko požáru


18

PŘÍKLAD LOKÁLNÍ POŽÁR, EUROKÓD 1 RHRf = 250 kW.m-2 pn = 26 kg.m-2, ps = 10 kg.m-2 p = 36 kg.m-2 p = 32 kg.m-2 Doba rozvoje požáru t = 900 s z = hs = 7,6 m Dyn. konst. kv = 354 MW-0,5.s-1 Tep. tok Q = 6463,66 kW Qk = 5179,93 kW Plocha požáru A = 25,85 m2 Průměr požáru D = 5,74 m

Predikce RHRf

RHRf = 175 kW.m-2 pn = 26 kg.m-2, ps = 10 kg.m-2 p = 36 kg.m-2 p = 32 kg.m-2 Doba rozvoje požáru t = 900 s z = hs = 7,6 m Dyn. konst. kv = 354 MW-0,5.s-1 Tep. tok Q = 6463,66 kW Qk = 5179,93 kW Plocha požáru A = 36,94 m2 Průměr požáru D = 6,86 m

Lf < H Délka plamene Lf = 2 m z0 = -3,08 m  = 144,36 C, T = 164,36 C

 = f (Qc, z, z0)

Délka plamene Lf = 0,85 m z0 = -4,22 m

 = 121,86 C, T = 141,86 C


19

ZÓNOVÝ MODEL CFAST, NIST Zjednodušená dispozice objektu, geometrie dle originálu


20

ZÓNOVÝ MODEL CFAST, NIST

Ověření lokálního požáru zónovým modelem


21

ZÓNOVÝ MODEL CFAST, NIST

Znázornění konečného stavu

Lokální požár … 164,36 C CFAST … 335 C Příčina odchylky? ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

22

VERIFIKACE VÝSLEDKŮ LOKÁLNÍHO MODELU Doplnění srovnávaných metod stanovením osové teploty Fire Plume se zohledněním horké vrstvy plynů.

rfp  1,5 m

RHRf = 250 kW.m-2

RHRf = 175 kW.m-2

Srovnání

Lokální požár podle Eurokódu  = 144,36 C, T = 164,36 C

Lokální požár podle Eurokódu  = 121,86 C, T = 141,86 C

CFAST

CFAST

T = 335 C

T = 335 C

Osová teplota Fire Plume se zohledněním horké vrstvy plynů

Osová teplota Fire Plume se zohledněním horké vrstvy plynů

T = 567,47 C (dh = 7,6 m, T = 335 C)

T = 528 C (dh = 7,6 m, T = 335 C)


23

ZÓNOVÝ MODEL CFAST, NIST Průkaz požární odolnosti se nepožaduje (ČSN 73 0810)

Zjednodušená dispozice  objektu, ocelovéZOKT konstrukce do 45 minut  požární úseky do dvou nadzemních podlaží  instalace SSHZ nebo ZOKT  průkaz teploty prostředí nebo konstrukcí do 450 C  při průkazu podrobnou analýzou i bez požárně bezpečnostních zařízení

Odvod ZOKT cca 12 m2 Přívod ZOKT 16 m2 Návrh dle ČSN EN 12 101-5 Kouřoprostá vrstva 5,2 m

Význam instalace ZOKT Lokální požár 164,36 C CFAST 226 C (s ZOKT) Teplota se zohledněním vrstvy 327 C CFAST 335 C (bez ZOKT) ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

24

Stanovení osové teploty Fire Plume Nedochází k poklesu vrstvy kouře v prostoru nebo je zanedbatelný

Dochází k poklesu vrstvy kouře v prostoru

Modely požáru typu pole

APLIKACE MODELU LOKÁLNÍHO POŽÁRU

Poloha stanovení teploty Fire Plume Ruční výpočty/zónové požární modely Lokální model dle Eurokódu 1

Analýza Fire Plume se zohledněním vlivu vrstvy (odhad parametrů)

Stanovení poklesu vrstvy Stanovení polohy ve Fire Plume Stanovení teploty osy Fire Plume pod kumulovanou vrstvou plynů 25

Metodika Eurokódu

Požární inženýrství

APLIKACE MODELU LOKÁLNÍHO POŽÁRU Příčiny odchylky mezi výpočty  

nutné rozlišovat mezi „druhem“ stanovené teploty, zejména průměrné teploty horké vrstvy plynů a osové teploty Fire Plume Eurokód 1 nezohledňuje vliv klesající vrstvy horkých plynů

Využitelnost lokálního požáru dle Eurokódu 1 pro praktické aplikace V jiných případech je nutné výsledky validovat     

zohlednit časový rozvoj požáru (vhodnýs požárními návrhový požár) modely, případně použít pro tepelnou prognózu jiné metody řešení! krátké aplikační doby (zpravidla do 15 minut od rozvoje požáru) výsledky jsou relevantní pro objekty o velkých půdorysných rozměrech (dochází k pozvolnému poklesu vrstvy plynů) výsledky se více blíží skutečnosti při velkých světlých výškách prostoru (po delší dobu je dominantní přisávání okolního chladného vzduchu) nutná aplikace „vhodných“ matematických metod ODBORNÝ SEMINÁŘ Chování konstrukcí při požáru. Teplotní zatížení.

26

Ing. Jiří Pokorný, Ph.D. [email protected] jiri.pokorny www. www.jiripokorny.net Hasičský záchranný sbor Moravskoslezského kraje Výškovická 40, 700 30 Ostrava – Zábřeh


27

aplikace

Recommend Documents