4686x

001729

mgr inż. Irena Kirowa

2024-02-15

Projektowanie odporności ogniowej prętów stalowych w RFEM 6

Stal ma słabe właściwości termiczne w zakresie odporności ogniowej. Rozszerzalność cieplna przy wzroście temperatury jest bardzo duża w porównaniu z innymi materiałami budowlanymi i może prowadzić do efektów, które nie występowały w projekcie w temperaturze normalnej, ze względu na skrępowanie elementu. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ciągliwość stali, natomiast jej wytrzymałość maleje. Ponieważ stal traci 50% swojej wytrzymałości w temperaturze 600 °C, ważne jest zabezpieczenie elementów przed oddziaływaniem ognia. W przypadku zabezpieczonych elementów stalowych czas odporności ogniowej można wydłużyć dzięki korzystniejszemu nagrzewaniu.

Obliczenia odporności ogniowej w RFEM 6

W RFEM 6 można zdefiniować konfigurację odporności ogniowej dla wymiarowania stali za pomocą tabel pokazanych na Rysunku 1 oraz z wykorzystaniem wyjątkowej sytuacji obliczeniowej dla wymiarowania odporności ogniowej. Decydujące oddziaływanie tej sytuacji obliczeniowej jest następnie porównywane z nośnością obliczeniową dla temperatury pożaru, co daje wskaźnik weryfikacji, który musi być mniejszy od 1, aby wymiarowanie było spełnione. Wartość obliczeniowa nośności uzyskuje się przez redukcję granicy plastyczności wskutek podwyższonej temperatury, przy czym współczynnik redukcyjny zależy od temperatury stali θa na końcu wymaganego czasu odporności ogniowej i jest interpolowany z [1], Tabela 3.1.

1 Konfiguracje odporności ogniowej

Parametry obliczeń pożarowych w RFEM 6

Parametry obliczeń pożarowych w RFEM 6 można dostosować w oknie pokazanym na Rysunku 2. Jeśli temperatura końcowa ma zostać określona analitycznie, należy zdefiniować wymagany czas odporności ogniowej oraz krok czasowy analizy.

2 Parametry pożarowe

Temperatura stali θ_a na końcu wymaganego czasu odporności ogniowej t_f,req jest uzyskiwana przez obliczenie przyrostu temperatury stali Δθ_a dla każdego kroku czasowego analizy zgodnie z równaniem (4.25) z [1]. Temperatura stali dla następnego kroku czasowego jest uzyskiwana jako suma temperatury stali z poprzedniego kroku i ogrzania Δθ_a aż do chwili t, dla której uzyskiwana jest miarodajna temperatura stali.

{Δθ}_{a, t} = k_{sh} \cdot \frac{\frac{A_{m}}{V}}{c_{a} \cdot ρ_{a}} \cdot {\overset{\cdot}{h}}_{net, d} \cdot Δt

k_sh	Współczynnik poprawkowy uwzględniający efekt zacienienia
A_m/V	Współczynnik przekroju (stosunek pola powierzchni wyeksponowanej do objętości)
c_a	Ciepło właściwe
ρ_a	Gęstość stali
Δt	Interwał dla kroku czasowego
h_net,d	strumień ciepła netto

Równanie EN 1993-1-2 (4.25)

Parametry obliczeniowe wpływające na wyznaczenie temperatury końcowej muszą zostać określone w konfiguracji odporności ogniowej pokazanej na Rysunku 2. W związku z tym należy zdefiniować liczbę stron przekroju narażonych na działanie ognia, ponieważ wpływa to na wyznaczenie współczynników kształtu przekroju zgodnie z [1], Tabele 4.2 i 4.3.

Następnie należy wybrać krzywą temperatury do wyznaczenia temperatury gazów. Dostępne są trzy krzywe do wyboru: standardowa krzywa temperatura-czas (ETK), zewnętrzna krzywa pożarowa oraz krzywa pożaru węglowodorowego (Rysunek 3 do Rysunek 5). Program może wyznaczyć temperaturę gazów na podstawie tych diagramów.

3 Standardowa krzywa temperatura-czas

4 Krzywa pożaru zewnętrznego

5 Krzywa węglowodorowa

Współczynnik konfiguracji, emisyjność elementu stalowego oraz emisyjność pożaru jako czynniki służące do wyznaczenia strumienia netto zgodnie z [1] i [2] są wstępnie ustawione przez program, ale użytkownik może je dostosować do konkretnych warunków. Korzystny efekt cynkowania ogniowego elementów konstrukcyjnych można również uwzględnić przy wyznaczaniu temperatury stali, wybierając opcję „Ocynkowana powierzchnia elementu ze stali węglowej”. Zasadniczo do temperatury granicznej uwzględnia się niższą emisyjność powierzchni ocynkowanej ε_m,lim. Natomiast w wyższych temperaturach uwzględnia się emisyjność powierzchni stali węglowej (ε_m).

Jeżeli elementy stalowe są chronione przed działaniem ognia, użytkownik powinien utworzyć nową konfigurację odporności ogniowej i przypisać ją do tych elementów. Parametry ochrony przeciwpożarowej, takie jak typ zabezpieczenia, masa jednostkowa, przewodność cieplna, ciepło właściwe i grubość ochrony, można łatwo zdefiniować, jak pokazano na Rysunku 6. W ten sposób można definiować różne konfiguracje odporności ogniowej i przypisywać je do różnych elementów. Konfiguracje te mogą różnić się nie tylko parametrami ochrony, ale także wszystkimi innymi parametrami obliczeń pożarowych wymienionymi powyżej.

6 Konfiguracja odporności ogniowej dla chronionych elementów

Jeżeli użytkownik preferuje ręczne określenie temperatury końcowej, a nie analityczne, jak opisano w poprzednim tekście, można to zrobić zgodnie z Rysunkiem 7.

7 Ręczne definiowanie końcowej temperatury materiału

Wskaźniki obliczeniowe w zakresie odporności ogniowej

Po obliczeniu wymiarowania stali wskaźnik obliczeniowy dla prętów w zakresie odporności ogniowej jest zamieszczony w tabeli „Wyniki”, jak pokazano na Rysunku 8. Szczegóły sprawdzenia, wraz z odniesieniem do równań i tabel użytych do sprawdzenia, mogą być również wyświetlone (Rysunek 9).

8 Stopnie obliczeniowe w zakresie ognioodporności

9 Szczegóły warunku projektowego

Autor

Pani Kirova jest odpowiedzialna za tworzenie artykułów technicznych i zapewnia wsparcie techniczne dla klientów firmy Dlubal.

Odniesienia

Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
Europejski Komitet Normalizacyjny (2002). Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke. Berlin: Beuth.

;