POŽARNA ODPORNOST KONSTRUKCIJ Stane Srpčič

POŽARNA ODPORNOST KONSTRUKCIJ

Stane Srpčič

2010 – 2011

2

EVROKOD SIST EN 1991-1-2 Splošni vplivi –

Vplivi na konstrukcije, izpostavljene požaru

3

Evrokod SIST EN 1991-1-2 VSEBINA

Ozadje programa evrokodov Status in področje veljavnosti evrokodov Nacionalne izdaje evrokodov Zveze med evrokodi in harmoniziranimi tehničnimi specifikacijami (EN in ETA) za proizvode Dodatne informacije o EN 1991-1-2 Nacionalni dodatek k EN 1991-1-2

Predgovor

4


1 Splošno

1.1 Področje uporabe 1.2 Zveze z drugimi standardi 1.3 Predpostavke 1.4 Razlikovanje med načeli in pravili za uporabo 1.5 Izrazi in definicije

1.5.1 Pogosti izrazi v požarnih delih evrokodov 1.5.2 Posebni izrazi v povezavi s projektiranjem – splošno 1.5.3 Izrazi, povezani s toplotnimi vplivi 1.5.4 Izrazi, povezani z analizo prehoda toplote

1.6 Simboli

5


2 Postopek požarnega projektiranja konstrukcij

2.1 Splošno 2.2 Projektni požarni scenarij 2.3 Projektni požar 2.4 Temperaturna analiza 2.5 Mehanska analiza

6


3 Toplotni vplivi za temperaturno analizo 3.1 Splošna pravila 3.2 Nazivne krivulje temperatura-čas

3.2.1 Standardna krivulja temperatura-čas 3.2.1 Požarna krivulja zunanjega požara 3.2.3 Ogljikovodikova krivulja

3.3 Modeli naravnih požarov 3.3.1 Poenostavljeni požarni modeli

3.3.1.1 Splošno 3.3.1.2 Sektorski požari 3.3.1.3 Lokalizirani požari

3.3.2 Točnejši požarni modeli

7

Evrokod SIST EN 1991-1-2 2. del

Nazivna (standardna) in parametrične požarne krivulje

8


4 Mehanski vplivi za konstrukcijsko analizo 4.1 Splošno 4.2 Sočasnost vplivov

4.3 Pravila kombiniranja vplivov 4.3.1 Splošna pravila 4.3.2 Poenostavljena pravila 4.3.3 Nivo obtežbe

4.2.1 Vplivi pri projektiranju pri normalni temperaturi 4.2.2 Dodatne obtežbe

9


Dodatek A (informativni) Parametrične krivulje temperatura-čas Dodatek B (informativni) Toplotni vplivi na zunanje nosilce – Poenostavljena računska metoda B.1 Področje uporabe B.2 Pogoji uporabe B.3 Vplivi vetra B.4 Značilnosti ognja in plamenov B.5 Skupni oblikovni faktor

10


Dodatek C (informativni) Lokalizirani požari

Dodatek D (informativni) Točnejši požarni modeli C.1 Enoconski modeli C.2 Dvoconski modeli C.3 Hidrodinamični računski model

11


Dodatek E (informativni) Gostota požarne obtežbe E.1 Splošno E.2 Določanje gostote požarne obtežbe E.2.1 Splošno

E.2.2 Definicije E.2.3 Zaščitene požarne obtežbe E.2.4 Neto kalorične vrednosti E.2.5 Klasifikacija požarne obtežbe po rabi (naseljenosti) E.2.6 Posamična ocena gostote požarne obtežbe

E.3 Način izgorevanja E.4 Hitrost sproščanja toplote Q

12


Dodatek F (informativni) Enakovreden čas izpostavljenosti požaru Dodatek G (informativni) Oblikovni faktor G.1 Splošno G.2 Vpliv sence G.3 Zunanji elementi Literatura Nacionalni dokument k SIST EN 1991-1-2 (normativni)

13

Evrokod SIST EN 1991-1-2

Dodatne informacije o EN 1991-1-2 EN 1991-1-2 opisuje toplotne in mehanske vplive za konstrukcijsko projektiranje zgradb, izpostavljenih požaru. Namenjen je investitorjem (npr. za določitev njihovih posebnih zahtev), projektantom, izvajalcem in pristojnim organom. Splošni cilj požarne zaščite je omejitev tveganja za posameznika in družbo, za sosednje objekte in, kjer je zahtevano, tudi za okolje ali požaru neposredno izpostavljene objekte.

14


Bistvene zahteve Direktive sveta 89/106/EGC/ o gradbenih proizvodih glede omejitve požarnega tveganja:

Gradbeni objekti morajo biti projektirani in izvedeni na tak način, da se v primeru izbruha požara

- lahko predpostavi nosilnost konstrukcije za določeno časovno obdobje,- omeji nastanek in širjenje ognja ter dima po zgradbi,- omeji širjenje ognja na sosednje objekte,- omogoči umik prebivalcev,- upošteva varnost reševalnih ekip.

15


Predpisni pristop(Toplotni vplivi, podani s standardnim požarom)

Analiza celotnekonstrukcije

Analizaelementa

Določanje mehanskih vplivovin robnih pogojev

Preprosti računski modeli

Tabeliranipodatki

Točnejši računski modeli

Analiza dela konstrukcije



(če so na razpolago)




Analizaelementa

Določanje mehanskih vplivov

in robnih pogojev


Odzivni pristop(Fizikalno določeni toplotni vplivi)

Izbira enostavnega ali naprednega modela razvoja požara


Določanje mehanskih vplivov

in robnih pogojev


Analiza celotne konstrukcije

Izbiramehanskih

vplivov



(če so na razpolago)

Slika 1 Možni postopki projektiranja

Postopki projektiranja

Predpisni pristop(Toplotni vplivi, podani s standardnim požarom)

Analiza celotnekonstrukcije

Analizaelementa


Preprosti računski modeliTabeliranipodatki




Preprosti računski modeli(če so na razpolago)




Analizaelementa



Odzivni pristop(Fizikalno določeni toplotni vplivi)

Izbira enostavnega ali naprednega modela razvoja požara




Analiza celotne konstrukcije

Izbiramehanskih

vplivov

Točnejši računski modeliPreprosti računski modeli(če so na razpolago)

16


Nacionalni dokument za EN 1991-1-2

Nacionalno določeni parametri, ki jih je treba uporabiti pri projektiranju stavb in gradbenih inženirskih objektov, ki bodo zgrajeni v tej državi.

Nacionalna izbira je v EN 1991-1-2 dovoljena v:

2.4(4), 3.1(10), 3.3.1.1(1), 3.3.1.2(2), 3.3.1.3(1), 3.3.2(1), 3.3.2(2), 4.2.2(2), 4.3.1(2).

17


1.5.1 Pogosti izrazi v požarnih delih evrokodov

1.5.1.1 enakovreden čas izpostavljenosti požaru1.5.1.2 zunanji element1.5.1.3 požarni sektor1.5.1.4 požarna odpornost1.5.1.5 polno razvit požar1.5.1.6 celovita konstrukcijska analiza (za požar)1.5.1.7 posredni vplivi požara1.5.1.8 celovitost (E)1.5.1.9 izolativnost (I)1.5.1.10 nosilnost (R)

18


1.5.1 Pogosti izrazi v požarnih delih evrokodov

1.5.1.11 element1.5.1.12 analiza elementa (v požaru)1.5.1.13 projektiranje pri normalni temperaturi 1.5.1.14 ločitvena funkcija1.5.1.15 ločitveni element1.5.1.16 standardna požarna odpornost1.5.1.17 konstrukcijski elementi1.5.1.18 temperaturna analiza1.5.1.19 toplotni vplivi

19


1.5.3 Izrazi, povezani s toplotimi vplivi

1.5.3.1 faktor izgorevanja1.5.3.2 projektni požar1.5.3.3 projektna gostota požarne obtežbe1.5.3.4 projektni požarni scenarij1.5.3.5 zunanja požarna krivulja1.5.3.6 tveganje za nastanek požara1.5.3.7 gostota požarne obtežbe1.5.3.8 požarna obtežba1.5.3.9 požarni scenarij

20


1.5.3 Izrazi, povezani s toplotimi vplivi

1.5.3.10 izbruh (flash-over)1.5.3.11 ogljikovodikova požarna krivulja1.5.3.12 lokaliziran požar1.5.3.13 faktor odprtin1.5.3.14 hitrost sproščanja toplote1.5.3.15 standardna krivulja temperatura-čas 1.5.3.16 krivulje temperatura-čas

21


1.5.4 Izrazi, povezani z analizo prehoda toplote

1.5.4.1 oblikovni faktor 1.5.4.2 prestopni koeficient 1.5.4.3 emisivnost 1.5.4.4 neto toplotni tok

22

1) Izbira za projektiranje merodajnih požarnih scenarijev

2) Določitev ustreznih projektnih požarov

3) Izračun razvoja temperaturnega polja konstrukcijskih elementov

4) Izračun mehanskega odziva konstrukcije,izpostavljene požaru.

2. del Postopek požarnega projektiranja konstrukcij2.1 Splošno

23


2.2 Postopek požarnega projektiranja

1) Nezgodne (incidentne) projektne razmere: • na osnovi ocene požarne nevarnosti določeni merodajni projektni

požarni scenariji in ustrezni projektni požari.

2) Konstrukcije, pri katerih se nevarnost nastanka požara povečuje pri pojavu drugih nezgodnih vplivov: • upoštevati požarno nevarnost znotraj celotnega (globalnega)

varnostnega koncepta.

3) Obnašanja konstrukcije v odvisnosti od časa in obtežbe ni potrebno upoštevati pred pojavom nezgodnega vpliva, razen če velja (2).

24


2.3 Projektni požar

1) Za vsak projektni požarni scenarij je treba oceniti projektni požar v požarnem sektorju.

2) Projektni požar istočasno velja le za en požarni sektor zgradbe.

3) Konstrukcije, za katere nacionalne oblasti določajo zahteve požarne odpornosti: ustrezen projektni požar je podan s standardnim požarom, če ni

določeno drugače

25


2.4 Temperaturna analiza

1) z nazivno krivuljo temperatura-čas: temperaturna analiza konstrukcijskih elementov za določeno časovno obdobje, brez faze ohlajanja;

2) s požarnim modelom: temperaturna analiza konstrukcijskih elementov, za celotno trajanje požara, vključno z fazo ohlajanja.

26


Nazivna (standardna) in parametrične požarne krivulje

27

Evrokod SIST EN 1991-1-2 2. del2.5 Mehanska analiza

Izvedena za enak časovni interval kakor je bil upoštevan pri temperaturni analizi.

Časovno območje: tfi,d tfi,requ

ali območje odpornosti: Rfi,d,t Efi,d,t

ali temperaturno območje: d cr,d

28


tfi,d projektna vrednost požarne odpornosti

tfi,requ zahtevan čas požarne odpornosti

Rfi,d,t projektna vrednost odpornosti elementa pri požaru v času t

Efi,d,t projektna vrednost merodajnega učinka vpliva požara v času t

d projektna vrednost temperature materiala

cr,d projektna vrednost kritične temperature materiala

Časovno območje: tfi,d tfi,requ

ali območje odpornosti: Rfi,d,t Efi,d,t

ali temperaturno območje: d cr,d

29


3. del Toplotni vplivi za temperaturno analizo

3.1 neto toplotni tok [W/m2] skozi površino elementa

konvekcijski del:

radiacijski (sevalni) del:

30


31


3.2 Nazivne krivulje temperatura-čas

3.2.1 Standardna krivulja temperatura-čas

g = 20 + 345 log10 (8 t + 1) [°C]

Prestopni koeficient : c = 25 W/m2K

32

Evrokod SIST EN 1991-1-2 3. del3.2.2 Požarna krivulja zunanjega požara

g = 660 ( 1 - 0,687 e-0,32 t - 0,313 e-3,8 t ) + 20 [°C]

Prestopni koeficient: c = 25 W/m2K

3.2.3 Ogljikovodikova krivulja

g = 1 080 ( 1 - 0,325 e-0,167 t - 0,675 e-2,5 t ) + 20 [°C]

Prestopni koeficient: c = 50 W/m2K

33


3.3 Modeli naravnih požarov

3.3.1 Poenostavljeni požarni modeli c = 35 [W/m2K].

(omejena možnost uporabe)

3.3.1.2 Sektorski požari Enakomerna temperatura plinov, določena na podlagi fizikalnih parametrov, ki upoštevajo gostoto požarne obremenitve in pogoje prezračevanja.

3.3.1.3 Lokalizirani požari Kjer ni velikih možnosti za izbruh požara v celotnem sektorju; Neenakomerna temperatura plinov kot funkcija časa;

34


3.3.2 Točnejši požarni modeli

- enoconski enakomerna časovno odvisna porazdelitev temperature v sektorju

- dvoconski zgornja plast s časovno odvisno debelino in časovno odvisno enakomerno temperaturo spodnja plast s časovno odvisno enakomerno in nižjo temperaturo.

- hidrodinamični računski modeli časovno in prostorsko odvisen razvoj temperature v sektorju.

35


4. del Mehanski vplivi za konstrukcijsko analizo

4.1 Splošno - deformacije zaradi temperaturnih sprememb pri izpostavljenosti požaru - sile in momenti zaradi vsiljenega in preprečenega raztezanja - direktni in posredni vplivi - izjeme

36


4.2 Sočasnost vplivov

4.2.1 Vplivi pri projektiranju pri normalni temperaturi

(1) Upoštevati, kot pri projektiranju pri normalni temperaturi, če je verjetno, da bodo takšni delovali tudi v požarnih razmerah.(2) Merodajne vrednosti spremenljivih vplivov za projektiranje ob upoštevanju nezgodne situacije je treba privzeti skladno z EN 1990.(3) Zmanjševanja delujočih mehanskih obtežb zaradi izgorevanja naj se ne upošteva.(4) Primeri, kjer se obtežba snega ne upošteva zaradi taljenja, se ocenijo posamično.(5) Vplivov, ki so posledica industrijskih procesov, ni potrebno upoštevati.

37


4.2.2 Dodatne obtežbe

(1) Sočasnega pojava z ostalimi neodvisnimi nezgodnimi vplivi ni treba upoštevati.

(2) V odvisnosti od obravnavanega nezgodnega stanja je v nekaterih primerih treba upoštevati dodatne vplive, ki nastopijo med izpostavljenostjo požaru, n. pr. trk zaradi porušitve konstrukcijskih elementov ali težkih strojev.

(3) Za požarne stene se lahko zahteva, da so odporne na vpliv horizontalne udarne obtežbe skladno z EN 1363-2.

38

Evrokod SIST EN 1991-1-2 4. del4.3 Pravila kombiniranja vplivov

4.3.1 Splošna pravila

(1) Za določitev merodajnih učinkov vplivov Efi,d,t med izpostavljenostjo

požaru je treba kombinirati mehanske vplive, dobljene skladno z EN 1990 »Osnove projektiranja konstrukcij« za primer nezgodnega projektnega stanja.

(2) Kot merodajno vrednost spremenljivega vpliva Q1 se lahko privzame

navidezno-trajna vrednost 2,1Q1 ali, kot druga možnost,

pogosta vrednost 1,1Q1

39

Evrokod SIST EN 1991-1-2 4. del4.3.2 Poenostavljena pravila

(1) Kjer posrednih vplivov požara ni potrebno izrecno upoštevati, lahko določimo učinke vplivov z računsko analizo konstrukcije pri kombiniranih vplivih, skladno z odstavkom 4.3.1 samo za čas t=0. Te učinke vplivov Efi,d uporabimo kot konstantne v času trajanja požara.

(2) Nadaljnja poenostavitev: učinke vplivov (Efi,d,t) izpeljemo iz tistih, ki so

določeni za projektiranje pri normalni temperaturi:

Efi,d,t = Efi,d = fi Ed

40

Ed je projektna vrednost merodajnega učinka vpliva iz osnovne kombinacije glede na EN 1990

Efi,d je ustrezna stalna projektna vrednost v požarni situaciji

fi je redukcijski faktor, določen v požarnih delih EN 1992 do EN 1996 in EN 1999

Efi,d,t = Efi,d = fi Ed

41


4.3.3 Nivo obtežbe

Če so tabelirani podatki določeni za referenčni nivo obtežbe

Efi,d,t = fi,t Rd

Rd projektna vrednost odpornosti elementa pri normalni temperaturi, določena skladno s EN 1992 do EN 1996 in EN 1999;

fi,t nivo obtežbe za požarno projektiranje

42

Evrokod SIST EN 1991-1-2 Dodatek A

Dodatek A (informativno)

Parametrične krivulje temperatura-čas

(1) za požarne sektorje talne površine do 500m2 brez odprtin v stropu in z maksimalno višino sektorja 4 m. Predpostavka: požarna obremenitev sektorja v celoti zgori.

(2) če so gostote požarne obremenitve določene brez upoštevanja sprememb obnašanja pri izgorevanju (dodatek E), je ta pristop omejen na požarne sektorje s pretežno celuloznim tipom požarne obtežbe.

43


Faza segrevanja:

g temperatura plinov v požarnem sektorju [°C]

t* = t [h]

44

Evrokod SIST EN 1991-1-2 Dodatek At čas h

= [O/b]2 / (0,04/1160)2 -

b z naslednjimi omejitvami: 100 b 2200 J/m2s1/2K gostota ločilnega oboda kg/m3C specifična toplota ločilnega oboda J/kgK toplotna prevodnost ločilnega oboda W/mK

O faktor odprtin: m1/2 ( 0,02 O 0,20 )

Av celotna površina vertikalnih odprtin v vseh stenah m2

Heq uteženo povprečje višin oken v vseh stenah m

At celotna površina oboda vključno z odprtinami m2

45


g = max – 625 ( t - maxt x) za

maxt 0,5

g = max – 250 ( 3 - maxt ) ( t -

maxt x ) za 0,5 < maxt < 2

g = max – 250 ( t - maxt x ) za

maxt 2

maxt = (0,2 10-3 qt,d / O)

x = 1,0 če je tmax > tlim , ali x = tlim / maxt če je tmax = tlim

Faza ohlajevanja:

46

Evrokod SIST EN 1991-1-2 Dodatek B

Dodatek B (informativno)

Toplotni vplivi na zunanje elemente – Poenostavljena računska metoda

B.1 Področje uporabe: določitev - maksimalne temperature požarnega sektorja - velikosti in temperature plamena, ki prehaja skozi odprtine - sevalnih in konvekcijskih parametrov

Metoda temelji na predpostavki, da so posamezni parametri konstantni in je veljavna samo za požarno obremenitev qf,d, večjo kot 200MJ/m2.

47


B.2 Pogoji uporabe

- v odvisnosti od razporeditve in števila oken, - lokacije žarišča požara

- velikost požarnega sektorja naj ne presega 70 m dolžine, 18 m širine in 5 m višine.

- temperaturo plamena je treba upoštevati kot enakomerno po širini in debelini plamena.

48


B.3 Vplivi vetra - v odvisnosti od načina prezračevanja

B.3.2 Odklon ognja zaradi vetra

45o

135o

45o1

2

Oznake1 Veter2 Hoizontalni prečni prerez

Slika B.1 – Odklon ognja zaradi vetra

49


B.4 Značilnosti ognja in plamenovB.4.1 Brez prisilnega vleka

w t

vodoravni prečni prerez navpični prečni prerez navpični prečni prerez

50


Odklon plamena zaradi balkona

51


B.5 Skupni oblikovni faktor prenos toplote s sevanjem iz odprtine

f= dCCdCC

dΦCΦCdΦCΦC

243121

2f,44f,331f,22f,11

) + ( + ) + (

) + ( + ) + (

52


Prenos toplote s sevanjem plamena:

z = dCCdCC

dΦCΦCdΦCΦC

243121

2z,44z,331z,22z,11

) + ( + ) + (

) + ( + ) + (

Oblikovni faktor f,i za mejno ploskev,

ki z odprtine ni vidna, naj bo enak nič.

53

Evrokod SIST EN 1991-1-2 Dodatek C

Dodatek C (informativno)Lokalizirani požari

H

Lf

z D

Os plamena

Slika C.1 Slika C.2

H

Os plamena

D

r

Lh

54

Evrokod SIST EN 1991-1-2 Dodatek E

Dodatek E (informativno)Gostota požarne obtežbe

Projektna vrednost: iz nacionalne klasifikacije požarne obtežbe glede na rabo (naselitev) in/ali za posamezen projekt z raziskavo požarne obtežbe

qf,d = qf,k m q 1 q 2 n [MJ/m²]

55


Talna površina Af m2 sektorja

Nevarnost nastanka požara

q1

Nevarnost nastanka požara

q2

Primeri rabe (naselitve)

25 1,10 0,78 umetnostne galerije, muzeji, plavalni bazeni

250 1,50 1,00 pisarne, stanovanja, hoteli, papirna industrija

2500 1,90 1,22 tovarne za proizvodnjo strojev in motorjev

5000 2,00 1,44 kemični laboratoriji, barvarske delavnice

1000 2,13 1,66 tovarne pirotehničnih izdelkov ali barv

Tabela E.1 – Faktorji q1 , q2

56


Tabela E.2 – Faktorji ni

ni funkcija aktivnih ukrepov za preprečevanje požara Avtomatsko preprečevanje

požara Avtomatsko zaznavanje

požara Ročno preprečevanje požara

Neodvisna preskrba z

vodo

Avtomatsko zaznavanje požara in

alarm

Avtomatski vodni gasilni sistem

0 1 2 s

toploto z

dimom

Avtomatska povezava alarma z gasilsko

enoto

Lastna gasilska

enota

Zunanja gasilska

enota

Varne interven-

cijske poti

Gasilski pripomočki

Sistem za

odvod dima

n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10

0,61 1,0 0,87 0,7 0,87 ali 0,73

0,87 0,61 ali 0,78 0,9 ali 1,0 ali 1,5

1,0 ali 1,5 1,0 ali 1,5

57


Trdne snovi Les 17,5 Drugi celulozni materiali

Oblačila Pluta Bombaž Papir, karton Svila Slama Volna

20

Ogljik antracit oglje premog

30

Tabela E.3 – Neto kalorične vrednosti Hu MJ/kg gorljivih materialov za

izračun požarne obtežbe

58


E.2.5 Klasifikacija požarne obtežbe po rabi (naseljenosti)Tabela E.4 Gostota požarne obtežbe qf,k MJ/m2 za različne rabe (naseljenosti)

Raba Povprečje 80% kvantil

Stanovanja

Bolnišnice (sobe)

Hoteli (sobe)

Knjižnice

Pisarne

Šolski razredi

Nakupovalna središča

Dvorane (kino)

Transport (javni prostori)

780

230

310

1500

420

285

600

300

100

948

280

377

1824

511

347

730

365

122

59

Evrokod SIST EN 1991-1-2 Dodatek F

Dodatek F (informativno)

Enakovreden čas izpostavljenosti požaru Ta pristop lahko uporabimo, kadar projektiranje elementov temelji na tabeliranih podatkih ali drugih poenostavljenih postopkih v povezavi s standardno izpostavljenostjo požaru.

Metoda ni uporabna za sovprežne jeklene in betonske ali lesene konstrukcije.

60

Evrokod SIST EN 1991-1-2 Dodatek G

Dodatek G (informativno)Oblikovni faktor

Oblikovni faktor določa delež celotne sevane toplote, ki seva z dane sevalne površine in doseže dano sprejemno ploskev. Njegova velikost je odvisna od velikosti sevalne površine, razdalje od sevalne površine do sprejemne površine in njune medsebojne orientacije.

61


2221

212d1d dA

S

coscosdF

π

θθ

dA1

1

dA1

2

dA2

S1-2

62


Tabela G.1 Omejitve oblikovnega faktorja

Lokaliziran požar Polno razvit požar

vpliv položaja 1 = 1 izbočeno = 1 = 1

vpliv sence vbočeno 1 1

63


P b

X

a

1

a2

3

4

= (1+2+3+4)

Oznakea Sevalna površinab Sprejemna površina

Slika G.3 Sprejemna površina, vzporedna z ravnino sevalne površine

64



Slika G.4 Sprejemna površina, pravokotna na ravnino sevalne površine

P b

X

a

1

a

2

= (1+2)

X

65



Slika G.5 Sprejemna površina pod kotom glede na ravnino sevalne površine

WS

X

2

1

h

P

Documents

POŽARNA ODPORNOST KONSTRUKCIJ Stane Srpčič