3002x
001729
30.12.2021

Posouzení požární odolnosti ocelových prutů v programu RFEM 6

Ocel má z hlediska požární odolnosti špatné tepelné vlastnosti. Tepelná roztažnost při zvyšující se teplotě je ve srovnání s jinými stavebními materiály velmi vysoká a může vést k účinkům, které se při posouzení za normální teploty nevyskytovaly v důsledku vynuceného přetvoření v konstrukčním prvku.Se zvyšující se teplotou roste poddajnost oceli, zatímco její pevnost 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 tf,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.

[1] (4.25)

Kde:

ksh - opravný součinitel zastínění

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

ca - měrná tepelná kapacita

ρa - hustota oceli

Δt - časový krok

hnet, d - čistý tepelný tok

Návrhové parametry, které mají vliv na výpočet konečné teploty, je třeba stanovit v konfiguraci požární odolnosti znázorněné na obrázku 2. Proto je třeba zadat počet stran průřezu, které jsou vystaveny požáru, protože to ovlivňuje stanovení součinitelů průřezu podle [1] , tabulek 4.2 a 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. Při stanovení teploty oceli lze zohlednit také příznivý účinek galvanizování konstrukčních prvků pomocí volby "Galvanizovaný povrch prutu z uhlíkové oceli". Obecně se uvažuje emisivita spodní galvanizované plochy εm,lim až do mezní teploty. Za vyšších teplot se naopak uvažuje povrchová emisivita uhlíkové oceli (εm).

Pokud jsou ocelové konstrukční prvky chráněny proti účinkům požáru, měl by uživatel vytvořit novou konfiguraci požární odolnosti a přiřadit ji těmto konstrukčním prvkům. Parametry požární ochrany, jako je typ ochrany, jednotková hmotnost, tepelná vodivost, měrné teplo a tloušťka ochrany, lze 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 a ne analyticky, jak je popsáno v předchozím textu, lze to provést podle obrázku 7.

Využití z hlediska požární odolnosti

Po výpočtu Posouzení ocelových konstrukcí se v tabulce Výsledky zobrazí 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).


Autor

Ing. Kirova je ve společnosti Dlubal zodpovědná za tvorbu odborných článků a poskytuje technickou podporu zákazníkům.

Reference
  1. Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
  2. EN 1991-1-2 Eurokód 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2002.