Projektowanie konstrukcji na warunki pożarowe zgodnie z EN 1993-1-2 (Krzywe pożaru)

Artykuł o tematyce technicznej

W module RF-/STEEL EC3, możecie Państwo zastosować nominalne krzywe temperatura-czas w RFEM lub RSTAB. Moduł obejmuje krzywą standardową temperatura-czas (ETK), krzywą pożaru zewnętrznego oraz krzywą węglowodorową. Ponadto, program zapewnia opcję bezpośredniego określenia końcowej temperatury stali. Temperaturę stali można obliczyć korzystając z parametrycznej krzywej temperatura-czas, jak opisano w Załączniku do DIN EN 1992-1-2. Poniższy artykuł wyjaśnia różne rodzaje ekspozycji pożarowej.

Pożar

Pożar to oddziaływanie na konstrukcję, regulowana przez wszystkie warunki brzegowe zawarte w normie EN 1991-1-2. Norma ta obejmuje także wszystkie nominalne krzywe temperatura-czas oraz proste naturalne modele pożaru, które mogą oddziaływać na konstrukcję.

Nominalne krzywe temperatura-czas

Przez wiele lat, testy pożarowe były przeprowadzane w celu oceny zachowania elementów konstrukcyjnych w przypadku pożaru. Podczas testów możliwe było zdefiniowane rozwoju pożaru w czasie oraz zdefiniowanie krzywej temperatury, w zależności od obciążenia ogniowego, elementów i materiałów. Takie krzywe temperatura-czas mają zastosowanie tylko do pewnego punktu, ponieważ nie zawierają fazy rozwoju pożaru ani fazy studzenia. Ze względu na testy oraz jednolitą ocenę normy, w oparciu o umowy międzynarodowe skodyfikowane zostały przepisy dotyczące temperatury-czasu. DIN EN 1991-1-2 przedstawia trzy koncepcje krzywych pożaru, które mogą być wykorzystywane w metodzie uproszczonej zgodnie z DIN EN 1993-1-2.

Rysunek 01 - Koncepcje krzywej pożarowej zgodnie z DIN EN 1991-1-2

Krzywa standardowa temperatura-czas (ETK):
Θg = 20 + 345 ∙ log10(8 ∙ t +1)
αc = 25 ∙ [W / (m ∙ K)]

Krzywa pożaru zewnętrznego:
Θg = 660 ∙ (1 - 0.687 ∙ e0.32 ∙ t - 0.313 ∙ e-3.8 ∙ t) + 20
αc = 25 ∙ [W / (m ∙ K)]

Krzywa węglowodorowa:
Θg = 1,060 ∙ (1 - 0.325 ∙ e-0.167 ∙ t - 0.675 ∙ e-2.5 ∙ t) + 20
αc = 50 ∙ [W / (m ∙ K)]

Dodatkowo, istnieje sparametryzowana krzywa pożaru, ale jej przeznaczeniem jest wykorzystywanie w ogólnych obliczeniach ochrony przeciwpożarowej, zgodnie z DIN EN 1993-1-2. W tym wypadku najpowszechniej używaną krzywą pożaru jest krzywa standardowa temperatura-czas, ponieważ większość badań nad materiałami ochronnymi zostało przeprowadzonych w oparciu o tę krzywą. Dla porównania, krzywa pożaru zewnętrznego nie jest bardzo istotna, ponieważ w tej krzywej temperatura wzrasta do 660 °C i nie jest ona odpowiednia w przypadku dłuższej ekspozycji na pożar, przy wykorzystaniu materiału ochronnego. Krzywa węglowodorowa jest podobna do krzywej pożaru w tunelu, ponieważ temperatura w tej krzywej wzrasta do 1,350 °C, a temperatura wzrasta nawet gwałtowniej, niż w jakiejkolwiek innej krzywej.

Parametryczna ekspozycja na pożar

Jeżeli parametryczna ekspozycja na pożar jest wykorzystywana jako scenariusz pożaru, konieczne jest zapewnienie efektu redukcji obciążenia elementu konstrukcyjnego. Podczas fazy pożaru, wliczając w to fazę stygnięcia, lub w wymaganym czasie odporności ogniowej, nie powinno mieć miejsce uszkodzenie elementu. Załącznik A normy EN 1991-1-2 przedstawia parametryczną krzywą temperatura-czas. Ten scenariusz pożarowy nie jest już dopuszczony w Niemczech, ponieważ zastosowany musi zostać obowiązujący załącznik krajowy do normy EN 1991-1-2. Scenariusz został zastąpiony przez obliczeniowy scenariusz pożarowy, który stanowi pełny opis możliwego pożaru, tzn. od  fazy rozwoju poprzez pożar w strefie pożarowej, aż do stadium zaniku.

Rysunek 02 - Parametryczne krzywe temperatura-czas zgodnie z EN 1991-1-2/NA

Odcinki krzywej są ograniczone charakterystycznymi punktami, które skutkują rozmieszczeniem szybkości wydzielania ciepła. Podczas definiowania wartości temperatur, konieczne jest rozróżnienie pomiędzy pożarami kontrolowanymi wentylacją oraz pożarami kontrolowanymi przez paliwo. Ponadto, zastosowanie tego naturalnego modelu pożaru jest ograniczone. Ma on zastosowanie do powierzchni do 400 m² and a height of up to 6 m. W przypadku pożarów kontrolowanych wentylacją, wartość charakterystyczną maksymalnej szybkości uwalniania ciepła można obliczyć korzystając z równań przedstawionych w Załączniku A.

Referencje

[1]  Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-2: General actions - Fire Actions on structures; EN 1991-1-2:2002 + AC: 2009
[2]  National Annex - Nationally determined parameters - Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-2: General actions - Actions on structures exposed to fire; DIN EN 1991-1-2/NA:2015-09
[3]  Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings; EN 1993-1-1:2005 + AC:2009
[4]  National Annex - Nationally determined parameters - Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings; DIN EN 1993-1-1/NA:2015-08
[5]  Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design; EN 1993-1-2:2005 + AC:2009
[6]  National Annex - Nationally determined parameters - Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design; DIN EN 1993-1-2/NA:2010-12

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania albo potrzebują porady?
Zapraszamy do kontaktu z nami lub znalezienia różnych sugerowanych rozwiązań i pomocnych rozwiązań na naszej stronie FAQ.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

RSTAB Program główny
RSTAB 8.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczania konstrukcji ramowych, belkowych i szkieletowych, wykonujące obliczenia liniowe i nieliniowe sił wewnętrznych, odkształceń i reakcji podporowych

RFEM Konstrukcje stalowe i aluminiowe
RF-STEEL EC3 5.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów stalowych wg EC 3

RSTAB Konstrukcje stalowe i aluminiowe
STEEL EC3 8.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie prętów stalowych wg EC 3