Navrhování konstrukcí na účinky požáru podle EN 1993-1-2 (teplotní křivky)

Odborný článek

Přídavný modul RF-/STEEL EC3 umožňuje používat v programu RFEM, případně RSTAB nominální křivky časové závislosti teploty. V programu jsou k dispozici normové teplotní křivky (NTK), křivky vnějšího požáru a uhlovodíkové křivky. Kromě toho se v programu nabízí možnost přímo zadat koncovou teplotu oceli. Tuto teplotu oceli můžeme například určit pomocí parametrické teplotní křivky tak, jak se stanoví v příloze k EN 1992‑1‑2. Níže popíšeme různé možnosti vystavení účinkům požáru.

Požár

Požár představuje zatížení konstrukce a jako takové ho se všemi okrajovými podmínkami upravuje EN 1991‑1‑2 [1]. Norma také předkládá veškeré nominální teplotní křivky a jednoduché přirozené modely požárů, které mohou působit na konstrukci.

Nominální teplotní křivky

V průběhu let bylo provedeno mnoho požárních testů, které umožnily sledovat a hodnotit chování konstrukčních prvků při požáru. Při těchto testech bylo možno zkoumat rozvoj požáru v čase a také vývoj teploty v závislosti na požárním zatížení, na konstrukčním prvku a na materiálech.

Tyto teplotní křivky lze uplatňovat pouze za určitých podmínek, protože neobsahují fázi vzniku ani fázi ochlazování. S přihlédnutím k provedeným testům byl jako norma na mezinárodní úrovni projednán a stanoven zákon časové závislosti teploty. Co se týče teplotních křivek, předkládá EN 1991‑1‑2 tři koncepce, které lze použít pro zjednodušený návrh podle EN 1993‑1‑2 [5].

Obr. 01 – Koncepce teplotních křivek podle EN 1991‑1‑2

Normová teplotní křivka (NTK):
$\begin{array}{l}{\mathrm\Theta}_\mathrm g\;=\;20\;+\;345\;\cdot\;\log_{10}(8\;\cdot\;\mathrm t\;+\;1)\\{\mathrm\alpha}_\mathrm c\;=\;25\;\cdot\;\frac{\mathrm W}{\mathrm m\;\cdot\;\mathrm K}\end{array}$
Křivka vnějšího požáru:
$\begin{array}{l}{\mathrm\Theta}_\mathrm g\;=\;660\;\cdot\;(1\;-\;0,687\;\cdot\;\mathrm e^{0,32\cdot\mathrm t}\;-\;0,313\;\cdot\;\mathrm e^{-3,8\cdot\mathrm t})\;+\;20\\{\mathrm\alpha}_\mathrm c\;=\;25\;\cdot\;\frac{\mathrm W}{\mathrm m\;\cdot\;\mathrm K}\end{array}$
Uhlovodíková křivka:
$\begin{array}{l}{\mathrm\Theta}_\mathrm g\;=\;1 060\;\cdot\;(1\;-\;0,325\;\cdot\;\mathrm e^{-0,167\cdot\mathrm t}\;-\;0,675\;\cdot\;\mathrm e^{-2,5\cdot\mathrm t})\;+\;20\\{\mathrm\alpha}_\mathrm c\;=\;50\;\cdot\;\frac{\mathrm W}{\mathrm m\;\cdot\;\mathrm K}\end{array}$

 

Kromě toho je k dispozici parametrická křivka požární ochrany, která je ovšem určena pro posouzení požární ochrany podle EN 1993‑1‑2. Nejčastěji používaná je přitom normová teplotní křivka (NTK), protože se z ní také vychází při většině zkušebních testů požárně ochranných materiálů. Málo podstatná je naopak křivka vnějšího požáru, protože teplota u této křivky vzroste na 660 °C, a tak není vhodná pro delší dobu trvání požáru při použití požárně ochranného materiálu. Uhlovodíková křivka téměř odpovídá tunelové teplotní křivce, protože teplota u této křivky vystoupá na 1350 °C a růst je také strmější než u ostatních teplotních křivek.

Vystavení účinkům parametrického požáru

Pokud jako požární scénář použijeme vystavení účinkům parametrického požáru, musí být zajištěn přenos zatížení daným konstrukčním prvkem. Po celou dobu požáru včetně fáze ochlazování nebo po požadovanou dobu požární odolnosti nesmí dojít k selhání konstrukčního prvku. V normě EN 1991‑1‑2 [1] se v příloze A stanoví takzvané parametrické teplotní křivky. Takový požární scénář již není v Německu povolen a za závaznou se považuje národní příloha k EN 1991‑1‑2 [2]. Tento scénář byl vystřídán návrhovým požárem. Daná křivka umožňuje kompletně popsat možný požární scénář, tj. od fáze vzniku přes fázi plně rozvinutého požáru po fázi dohořívání.

Obr. 02 – Parametrická teplotní křivka podle EN 1991‑1‑2/NA

Jednotlivé úseky křivky jsou zřetelně vymezeny body, které tak udávají průběh uvolňování tepla. Při stanovení teplotních hodnot je třeba rozlišovat mezi požáry řízenými větráním a požáry řízenými palivem. Navíc lze tento přirozený model požáru uplatňovat pouze omezeně. Platí pro požární úseky do podlahové plochy 400 m² a s maximální výškou 6 m. U návrhových požárů řízených větráním lze charakteristickou hodnotu maximální rychlosti uvolňování tepla vypočítat pomocí rovnic z přílohy A.

Literatura

[1]   ČSN EN 1991‑1‑2. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1‑2: Obecná zatížení – Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. Praha: Český normalizační institut, 2004.
[2]   DIN EN 1991‑1‑2/NA:2015‑09. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1‑2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke. Berlín: DIN Deutsches Institut für Normung e. V., 2015.
[3]   ČSN EN 1993‑1‑1. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1‑1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: Český normalizační institut, 2006.
[4]  ČSN EN 1993‑1‑1/NA:2007‑05. Národní příloha - Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1‑1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: Český normalizační institut, 2007.
[5]  ČSN EN 1993‑1‑2:2006‑12. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1‑2: Obecná pravidla – Navrhování konstrukcí na účinky požáru. Praha: Český normalizační institut, 2006.
[6]  ČSN EN 1993-1-2/NA ed. A:2007-05. Národní příloha - Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-2: Obecná pravidla – Navrhování konstrukcí na účinky požáru. Praha: Český normalizační institut, 2007.

Odkazy

Kontakt

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte nás nebo využijte stránky s často kladenými dotazy.

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

RFEM Hlavní program
RFEM 5.xx

Hlavní program

Program RFEM pro statické výpočty metodou konečných prvků umožňuje rychlé a snadné modelování konstrukcí, které se skládají z prutů, desek, stěn, skořepin a těles. Pro následná posouzení jsou k dispozici přídavné moduly, které zohledňují specifické vlastnosti materiálů a podmínky uvedené v normách.

RSTAB Hlavní program
RSTAB 8.xx

Hlavní program

Program pro statický výpočet a navrhování prutových a příhradových konstrukcí, provedení lineárních a nelineárních výpočtů vnitřních sil, deformací a podporových reakcí.

RFEM Ocelové a hliníkové konstrukce
RF-STEEL EC3 5.xx

Přídavný modul

Posouzení ocelových prutů podle EC 3

RSTAB Ocelové a hliníkové konstrukce
STEEL EC3 8.xx

Přídavný modul

Posouzení ocelových prutů podle EC 3