Posouzení požární odolnosti ocelových prutů v programu RFEM 6

Ocel má z hlediska požární odolnosti špatné tepelné vlastnosti. Teplotní roztažnost při zvyšující se teplotě je ve srovnání s jinými stavebními materiály velmi vysoká a může vést k účinkům v důsledku vynuceného přetvoření konstrukčního prvku, které se při posouzení za normální teploty nevyskytly.

Se zvyšující se teplotou roste duktilita oceli, zatímco pevnost oceli klesá. Protože ocel ztrácí při teplotě 600 °C 50% své pevnosti, je důležité konstrukční prvky před účinky požáru chránit. U chráněných ocelových konstrukčních prvků lze prodloužit dobu požární odolnosti díky lepšímu chování při zahřívání.

Posouzení požární odolnosti v programu RFEM 6

V programu RFEM 6 je možné definovat konfiguraci požární odolnosti pro posouzení oceli pomocí tabulek znázorněných na obrázku 1 a pomocí mimořádné návrhové situace pro posouzení požární odolnosti. Rozhodující účinek této návrhové situace se pak porovná s návrhovou únosností při požární teplotě a výsledkem je využití, které musí být menší než 1, aby bylo posouzení splněno. Návrhová hodnota únosnosti se získá snížením meze kluzu v důsledku zvýšené teploty, kde redukční součinitel závisí na teplotě oceli θa na konci požadované doby požární odolnosti a interpoluje se z [1], tabulky 3.1.

Parametry posouzení požární odolnosti v programu RFEM 6

Parametry posouzení požární odolnosti v programu RFEM 6 lze upravit v příslušném dialogu na obrázku 2. Pokud má být analyticky zadána konečná teplota, musí být stanovena požadovaná doba požární odolnosti a časový interval analýzy.

Teplota oceli θa na konci požadované doby požární odolnosti t_f,req se získá výpočtem přírůstku teploty oceli Δθa v každém časovém kroku analýzy podle vzorce 8. Teplota oceli v dalším časovém kroku se stanoví ze součtu teploty oceli v předchozím kroku a ohřevu Δθa do okamžiku t, v kterém se získává rozhodující teplota oceli.

Vzorec 8

Kde:

k_sh - opravný součinitel zastínění

A_m/V - součinitel průřezu (poměr plochy nechráněného povrchu k objemu)

c_a - měrná tepelná kapacita

ρ_a - hustota oceli

Δt - časový krok

h_{net, d} - čistý tepelný tok

Parametry posouzení, které mají vliv na výpočet konečné teploty, je třeba stanovit v konfiguraci požární odolnosti, která je znázorněna na obrázku 2. Musí se zde stanovit počet stran průřezu, které jsou vystaveny účinkům požáru, protože ten ovlivňuje stanovení součinitelů průřezu podle [1] tabulky 4.2 a tabulky 4.3.

Dále je třeba vybrat teplotní křivku pro stanovení teploty plynu. Na výběr jsou tři křivky: normová teplotní křivka (ETK), křivka vnějšího požáru a uhlovodíková křivka (obrázky 3 až 5). Na základě těchto grafů může program stanovit teplotu plynu.

Polohový faktor, emisivita ocelového prutu a emisivita ohně jako faktory pro stanovení čistého toku podle [1] a [2] jsou přednastaveny programem, ale uživatel je může upravit pro specifické podmínky. Příznivý účinek žárového zinkování konstrukčních prvků lze zohlednit také při stanovení teploty oceli pomocí volby "Pozinkovaná plocha z uhlíkových ocelových prutů". Obecně se uvažuje spodní emisivita povrchové plochy ε_{m, lim} až do mezní teploty. Za vyšších teplot se naopak zohledňuje povrchová emisivita uhlíkové oceli (ε_m ).

Pokud jsou ocelové prvky chráněny proti účinkům požáru, měl by uživatel vytvořit novou konfiguraci požární odolnosti a přiřadit ji těmto prvkům. Parametry požární ochrany, jako je typ ochrany, hustota, tepelná vodivost, měrné teplo a tloušťka ochrany, je možné snadno definovat, jak je znázorněno na obrázku 6. Tímto způsobem lze definovat různé konfigurace požární odolnosti a přiřadit je různým konstrukčním prvkům. Tyto konfigurace se mohou lišit nejen z hlediska parametrů ochrany, ale také z hlediska všech ostatních výše uvedených parametrů požární odolnosti.

Pokud uživatel upřednostňuje zadat konečnou teplotu ručně, nikoliv analyticky, jak je popsáno v předchozím textu, je možné učinit tak způsobem znázorněným na obrázku 7.

Využití z hlediska požární odolnosti

Po výpočtu Posouzení ocelových konstrukcí se v tabulce Výsledky zobrazí i využití na prutech z hlediska požární odolnosti, jak je znázorněno na obrázku 8. I zde lze zobrazit detaily posudku spolu s odkazy na rovnice a tabulky použité pro posouzení (obrázek 9).