Bevezetés a tűzteherre való tervezés r e az Eurocode 3 szerint

1. Bevezetés a tűzteherre való tervezésre az Eurocode 3 szerint SSEDTA NFATEC

2. Szerkezeti Eurocode-ok Tervezés tűzhatásra: 1.2 fejezet mindegyikban Eurocode:0.Tervezés alapjai 1. Szerkezeteket érő hatások 2. Beton- vasbeton szerkezetek 3. Acélszerkezetek 4. Együttdolgozó szerkezetek 5. Faszerkezetek 6. Falazott szerkezetek 7. Geotechnikai tervezés 8. Földrengés 9. Aluminium szerkezetek

3. Az építmény meghatározott ideig őrizze meg teherbíró képességét, Az ott tartózkodó emberek az épületet eközben sértetlenül elhagyhassák, A tűzoltók biztonsága mindeddig szavatolt legyen. A tűz és füst keletkezése és tovaterjedése az építményben és a szomszédos építményekre korlátozott legyen. Tűzhatásra való tervezés– követelmények tűz esetén

4. Minimális tűzállósági idő:brit nemzeti szabvány szerint Földfelszín alatt Földfelszín felett > 10 m < 10 m < 5 m < 20 m < 30 m > 30 m Iroda: Nincs 90 60 30 60 90 TILOS sprinkler Van sprinkler 60 60 30 30 60 120 Üzlet, kereskedelem: Nincs 90 60 60 60 90 TILOS sprinkler Van sprinkler 60 60 30 60 60 120 Gk. parkoló: Oldalról nyitott 15 15 15 60 Egyébként 90 60 30 60 90 120

5. A tűzháromszög Hő A reakció akkor indul be, amikor az oxigén és az éghető anyag keveréke már elég meleg Oxigén Éghető anyag Éghető anyag + Oxigén = Égéstermékek CH4 + O2 = CO2 + 2H20

6. A természetes tűz fázisai és a szabványos tűzgörbe Belobbanás utáni szakasz 1000-1200°C Hőmérséklet Belobbanáselőtti szakasz természetes tűzgörbe az ISO834 szerinti szabványos tűzgörbe Time Melegedés Izzás, parázslás Hűlés …. Belobbanás

7. Az EC1 (ISO834) szerinti szabványos tűzgörbe Gázhőmérséklet (°C) 1000 945 900 842 800 781 739 700 675 600 576 500 400 300 200 100 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Idő (másodperc)

8. Szénhidrogéntűz Szabványos tűz Külső tűz Jellegzetes EC1 szerinti paramé-teres tűzgörbe Gázhőmérséklet (°C) • A tűzállósági idő a szabványos melegítési vizsgálatra vonatkozik – nem a tényleges élettartamra! 1200 AZ EC1 különböző hőmérséklet–idő görbéi 1000 800 • Az EC1 szerinti paramet-rikus tűzgörbék a tűzteher és a tűzszakasz jellemzőin alapulnak. Csak számítási modellel használhatók. 600 400 200 1200 0 2400 3600 Idő (másodperc)

9. Szerkezeti elemek melegítési vizsgálata Problémák • Támaszköz korlátozott; csak kéttámaszú tartókra végezhető • A folytonosság nem modellez-hető. A gerenda „elszalad” • A szomszédos szerkezetek hőtágulása nem modellezhető • Tűzre vonatkozó vizsgálatok • Teher állandó, a hőmérséklet a szabványos tűzgörbe szerint emelkedik • Gerenda esetén lehajlási követelmény • Oszlop esetén teherbírás-csökkenési követelmény

10. Szabványos melegítési vizsgálatok a tűzállóság meghatározására Lehajlás (mm) 300 200 100 1200 0 2400 3600 Idő (másodperc)

11. Szabványos melegítési vizsgálatok a tűzállóság meghatározására Lehajlás (mm) 300 L2/400d Ha a sebesség < L2/9000d 200 L/30 100 1200 0 2400 3600 Idő (másodperc) Szabványos tűz

12. Feszültség (N/mm2) 300 20°C 200°C 250 300°C 400°C 200 500°C 150 600°C 100 700°C 50 800°C 0 0.5 1.0 1.5 2.0 Alakváltozás (%) Acélok viselkedése magas hőmérsékleten • 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.

13. Feszültség (N/mm2) 300 Az acél feszültség–alakváltozás diagramja magas hőmérsékletekre • Feszültség- és alakvál-tozás-csökkentő tényezők a rugalmassági modulus-hoz és a folyáshatárhoz (2%-os egyezményes folyáshatár) 20°C 200°C 250 300°C 400°C 200 500°C 150 600°C • 600 °C-ra a rugalmassági modulus kb.70%-kal csökken 100 700°C 50 800°C • 600 °C-ra a folyáshatár több mint 50%-kal csökken 0 0.5 1.0 1.5 2.0 Alakváltozás (%)

14. Az acél szilárdságának és merevségének leépülése Egyezményes folyáshatár (2% alakváltozásnál) Rft SS SS Rft Rugalmasságimodulus az eredeti értéke %-ában • A szilárdság és a merevség csökkenése az S235, S275 és S355 anyagokra, ill. hengerelt acélbetétekre hasonló-an történik (SS) 100 80 60 • A hidegen húzott S500 minőségű acélbetétek jellemzői gyorsabban épülnek le (Rft) 40 20 0 300 600 900 1200 Hőmérséklet (°C)

15. 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Normalizált feszültség Beton feszültség-alakváltozás görbéi magas hőmérsékleten • 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. 20°C 200°C 400°C 600°C 800°C 1000°C 1 2 3 4 Nyúlás (%)

16. Az acél és a beton hőtágulása • Az acél hőtágulása a kristályszerkezet átalaku-lásakor (700–800 °C-on) lelassul Normál térfogat- súlyú beton • Épületekben a beton álta-lában nem éri el a 700°C-ot Acél • Könnyűbeton esetén állandó hőtágulási együtthatót tételezünk fel Könnyűbeton Hőtágulási együttható 1 /°C (x 10-6) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Hőmérséklet (°C)

17. Az acél további anyagjellemzői Fajhő (J/kg°K) Hővezetési képesség (W/m°K) la=45W/m°K (EC3 szerinti egyszerű számítási modell) 60 5000 ca=600J/kg°K (EC3 szerinti egyszerű számítási modell) 50 4000 40 3000 Acél 30 2000 20 Acél 1000 10 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 Hőmérséklet (°C) Hőmérséklet (°C)

18. Szerkezetek védelme tűzzel szemben • Passzív védelem • Táblás/lemezes hőszigetelés • Gipszkarton, ásványgyapot, vermikulit. • Könnyen alkalmazható, esztétikailag elfogadható. • Bonyolultabb kialakítás esetén nem jól alkalmazható • Fúvatással felvitt védőréteg • Ásványgyapot vagy vermikulit cement kötőanyagban. • Felvitele olcsó, de költséges takarítást igényel. • Esztétikailag kedvezőtlen; általában csak álmennyezet mögé rejtve alkalmazzák. • Duzzadó festékek • Rendes üzem közben dekoratív felület. • Hő hatására kitágul és hőszigetelő réteget képez • Ma már a szerelőüzemben felvihető.

19. „Polctartós” gerenda • Alátámasztógerenda Karcsúfödém gerendája Acélgerendák természetes tűzvédelme

20. A tűzállóság megállapítása: stratégiák • Általában csak közvet-lenül hajtható végre, részletes számítási modellel • Kézi számításra is alkalmas. A magas hőmérséklethez tartozó lecsökkent ellenállás meghatározását jelenti • Leggyakrabban használt eljárás. Az adott teher-hez tartozó kritikus hő-mérséklet meghatározá-sát jelenti Az EC szerint a tűzállóság három „viszonylatban” definiálható: Idő: tfi.d > tfi.requ Teherbírás: Rfi.d.t > Efi.d.t Hőmérséklet: cr.d >d

21. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG

22. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG

23. A terhek csökkentő tényezője tűz esetén Egyik lehetőség: Az üzemi körülményekhez tartozó tervezési ellenálláshoz képest De gyak-rabban: Az üzemi körülményezhez tartozó tervezési teherhez képest (nagyobb biztonság és egyszerűbb eljárás)

24. Az EC3 parciális biztonsági tényezői Tervezés üzemi hőmérsékletre gG= 1,35Állandó terhekre; gQ.1 = 1,5 Kombinációs tényező; esetleges terhekre Tervezés tűzre gGA = 1,0Állandó terhekre; rendkívüli tervezési állapot y1.1 = 0,5 Kombinációs tényező; esetleges terhekre, iroda

25. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Szerkezeti elem km. osztálya

26. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi.d.20 Kihasználtság m0 Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Szerkezeti elem km. osztálya

27. A „kihasználtság” A kihasználtság egy-szerűsített képlete: … a szerkezeti elemre a tűzben működő teher osztva az üzemi hőmérséklethez tartozó ellenállással (t=0), amelyet a tűzhöz tartozó biztonsági tényezőkkel számítunk • akkor használható, ha nem várható kihajlás és kifordulás • biztonságos, ha az hfi az üzemi hőmérsékleten érvényes tervezési terhekhez tartozik Acélra az ellenállás biztonsági tényezői: gM1=1,0gM.fi=1,0

28. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi.d.20 Kihasználtság m0 Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Szerkezeti elem km. osztálya Kritikus hőmérséklet qcr.d

29. Acél szerkezeti elemek kritikus hőmérséklete Kritikus hőmérséklet (°C) 800 700 1., 2., 3. oszt. kereszt-metszetek 600 500 400 4. o. keresztmetszetek 300 200 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Kihasználtság m0 • 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) • Kritikus hőmérséklet = adott kihasználtságnál a tönkremenetel bekövetkezik

30. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi.d.20 Kihasználtság m0 Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km. osztálya Kritikus hőmérséklet qcr.d

31. Am/V keresztmetszeti tényező: védelem nélküli acél szerkezeti elemek kerület tűznek kitett kerület km. terület km. terület b h 2(b+h) km. terület

32. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Iteráció, amígqd >qcr.d tfi.d Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi.d.20 Kihasználtság m0 Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km. osztálya Kritikus hőmérséklet qcr.d

33. A hőmérséklet növekedése a védelem nélküli acélban Hőmérséklet a tűzben Acél hő-mérséklete Acél Ahnet.dhőáram 2 részből áll: Sugárzás: Konvekció: A hőmérséklet nővekménye Dt idő alatt:

34. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer lépései Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Iteráció, amígqd >qcr.d tfi.d Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi.d.20 Kihasználtság m0 Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km.osztálya tfi.d > tfi.requ fennáll ?? Kritikus hőmérséklet qcr.d

35. Am/V keresztmetszeti tényező: védelemmel ellátott acélelemek tábla belső kerülete acél km. területe b h Acél kerülete 2(b+h) acél km. területe km. terület

36. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer (védett acél) Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Iteráció, amígqd >qcr.d tfi.d Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi.d.20 Kihasználtság m0 Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem km. osztálya Kritikus hőmérséklet qcr.d

37. A hőmérséklet növekedése a passzív védelemmel ellátott acélban Tűz hőmérséklete Acél hő-mérséklete • Az acélban és a védőrétegben elraktározódott hő aránya: Acél Védelem • A hőmérséklet növekménye Dt idő alatt: • Bizonyos mennyiségű hő elraktározódik a védőrétegben. dp

38. A tűzállóság megállapítása: a legegyszerűbb módszer (védett acél) Hatás a tűz esetén: Efi.d.t Iteráció, amígqd >qcr.d tfi.d Ellenállás 20°C-on, tűz szerint Rfi.d.20 Kihasználtság m0 Építési szabvány tfi.requ AZ ACÉL HŐMÉRSÉKLETE TŰZÁLLÓSÁG Keresztmetszeti tényező Am/V Szerkezeti elem osztálya tfi.d > tfi.requ fennáll ?? Kritikus hőmérséklet qcr.d

39. Mintapélda Elsődleges gerenda (acél) G +Q k K.1 D F E Felkötőrúd 3,5m G +Q G +Q k K.1 k K.1 C A B Fiókgerenda (acél) 3,5m G +Q G +Q k k K.1 K.1 3,5m G +Q G +Q k k K.1 K.1 G Oszlop (acél vagy együtt-dolgozó) 3,5m H 5m 5m Anyagok: Acélminőség S275 Könnyűbeton (födém) C40 Keretállások 6,0 m Karakterisztikus terhek (kN/m2): Állandó Gk = 1,9 Kiemelt esetleges Qk,1= 3,8 Gerendák tervezési terhei (kN/m): G = [1,35] ésQ.1 = [1,50] értékekkel: Állandó Gd= 15,39 Esetleges Qd= 34,2

40. IPE 100 3,5m 247,95 kN Tervezési teher: NSd= 247,95 kN Húzott elem tervezése üzemi körülményekre Alkalmazott: IPE 100 • Tervezési ellenállás: Npl.Rd = Anetfy / M0 • EC3 1.1. rész (5.4.3. szakasz) = 10,30 x 27,5 / [1,0] • = 283,25 kN > 247,95 ... tehát megfelel

41. 114 kN • Tervezési teher tűz esetén: Nfi.d = fi NSd • (2.4.3. szakasz) Kombinációs tényező: 1.1 = 0,5 • Gk.1 / Qk = 2,0 • (2.1. ábra) Tehercsökkentő tényező: fi = 0,46 • Nfi.d = 0,46 x 247,95 = 114 kN Húzott elem kritikus hőmérséklete • Tervezési ellenállás 20°C-on, tűzhöz tartozó bizt.tényezőkkel: • (4.2.3.1. szakasz)Nfi.20.Rd = ky.20 NRd (M.1 / M.fi) • (3.1. táblázat)Ellenállás-csökkentő tényező ky.20 = 1,0 • Nfi.20.Rd =1,0 x 283,25 x ( [1,0] / [1,0] ) = 283,25 kN • 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

42. Hőm. (°C) 800 ISO834 700 600 Acélelem 500 400 300 200 100 0 500 1000 1500 Idő (másodperc) Az acél hőmérsékletének növekménye t idő alatt : (EC1 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 = 600 J/kg°K Acél sűrűsége: a = 7850 kg/m3 Húzott elem tűzállósági ideje Teljes hőáram/felület hnet.d az ISO834 szerinti szabványos túzre: Legyen f = 0,8 és m = 0,625. Táblázatkezelővel számolva:t = 5 sec A védelem nélküli acélelem 9 perc 40 mp. alatt éri el kritikus hőmérsékletét.

43. Húzott elem tűzvédelme Temp (°C) 1000 ISO834 900 800 Csak acél 700 600 500 400 300 20 mm lemezzel 200 100 0 1000 2000 3000 4000 Idő (mp.) • Előírt tűzállóság: 60 perc • Vegyük körbe 20 mm gipszkarton lemezzel: • Sűrűség rp = 800 kg/m3 • Fajhő: cp = 1700 J/kg°K • Hőv. képesség: lp = 0,2 W/m°K • Km. tényező: Ap/V = 300,97 m-1 • Hőmérséklet-növekmény az acélban • t idő alatt szabványos tűzre: •  = (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 • 60 perc után az acél hőmérséklete: a=613°C (< 619°C krit. hőmérséklet). … Tehát a 20 mm gipszkarton burkolat 60 perc tűzállóságot nyújt.