4686x

001729

Ирена Кирова, M.Sc.

2024-02-15

Проектирование огнестойкости стальных элементов в RFEM 6

Сталь обладает низкими теплотехническими свойствами с точки зрения огнестойкости. Тепловое расширение при повышении температуры является очень высоким по сравнению с другими строительными материалами и может привести к эффектам, которые не учитывались при проектировании при нормальной температуре, из-за закрепления элемента. С повышением температуры пластичность стали увеличивается, тогда как ее прочность снижается. Поскольку сталь теряет 50% своей прочности при температуре 600 °C, важно защищать элементы от воздействия огня. В случае защищенных стальных элементов длительность огнестойкости может быть увеличена благодаря улучшенному поведению при нагреве.

Расчет огнестойкости в RFEM 6

В RFEM 6 можно задать конфигурацию расчета на огнестойкость для расчета стальных конструкций с помощью таблиц, показанных на Изображении 1, а также используя аварийную расчетную ситуацию для расчета на огнестойкость. Определяющее воздействие этой расчетной ситуации затем сравнивается с расчетным сопротивлением при температуре пожара, в результате чего получается коэффициент проверки по расчету, который должен быть меньше 1, чтобы расчет считался выполненным. Расчетное значение сопротивления получают путем снижения предела текучести вследствие повышенной температуры, при этом коэффициент снижения зависит от температуры стали θa в конце требуемого времени огнестойкости и интерполируется по [1], Таблица 3.1.

1 Конфигурации огнестойкости

Параметры расчета на огнестойкость в RFEM 6

Параметры расчета на огнестойкость в RFEM 6 можно задать в окне, показанном на Изображении 2. Если конечная температура должна быть определена аналитически, необходимо задать требуемое время огнестойкости и временной интервал расчета.

2 Расчетные параметры пожара

Температура стали θ_a в конце требуемого времени огнестойкости t_f,req определяется путем вычисления приращения температуры стали Δθ_a на каждом временном интервале расчета в соответствии с уравнением (4.25) из [1]. Температура стали для следующего шага по времени получается как сумма температуры стали на предыдущем шаге и нагрева Δθ_a до момента времени t, в котором определяется определяющая температура стали.

{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	Поправочный коэффициент для учета эффекта затенения
A_m/V	Коэффициент сечения (отношение площади открытой поверхности к объему)
c_a	Удельная теплоемкость
ρ_a	Плотность стали
Δt	Интервал шага времени
h_net,d	полезный расход тепла

Уравнение EN 1993-1-2 (4.25)

Параметры расчета, влияющие на вычисление конечной температуры, должны быть заданы в конфигурации огнестойкости, показанной на Изображении 2. Таким образом, необходимо определить количество сторон поперечного сечения, подвергающихся воздействию огня, поскольку это влияет на определение коэффициентов сечения согласно [1], Таблицы 4.2 и 4.3.

Далее необходимо выбрать температурную кривую для определения температуры газов. Для выбора доступны три кривые: стандартная кривая температура-время (ETK), внешняя кривая пожара и углеводородная кривая пожара (Изображения 3–5). Программа может определять температуру газов на основе этих диаграмм.

3 Стандартная кривая температура-время

4 Кривая внешнего пожара

5 Углеводородная кривая

Коэффициент конфигурации, излучательная способность стержневого элемента из стали и излучательная способность пожара как факторы для определения результирующего теплового потока согласно [1] и [2] заданы программой по умолчанию, однако пользователь может адаптировать их к конкретным условиям. Благоприятное влияние горячего цинкования строительных элементов также может быть учтено при определении температуры стали путем выбора опции «Оцинкованная поверхность стального элемента из углеродистой стали». В общем случае до предельной температуры учитывается более низкая излучательная способность поверхности оцинкованной поверхности ε_m,lim. При более высоких температурах, напротив, принимается во внимание излучательная способность поверхности углеродистой стали (ε_m).

Если стальные элементы защищены от воздействия огня, пользователь должен создать новую конфигурацию огнестойкости и назначить ее этим элементам. Параметры огнезащиты, такие как тип защиты, единичная масса, теплопроводность, удельная теплоемкость и толщина защиты, можно легко задать, как показано на Изображении 6. Таким образом можно определить различные конфигурации огнестойкости и назначить их разным элементам. Эти конфигурации могут различаться не только по параметрам защиты, но и по всем другим перечисленным выше параметрам расчета на огнестойкость.

6 Конфигурация огнестойкости для защищаемых компонентов

Если пользователь предпочитает задавать конечную температуру вручную, а не аналитически, как описано в предыдущем тексте, это можно сделать, как показано на Изображении 7.

7 Определение конечной температуры материала вручную

Коэффициенты проверки по огнестойкости

После выполнения расчета Steel Design коэффициент проверки стержней по огнестойкости выводится в таблице Результаты, как показано на Изображении 8. Детали проверки, а также ссылка на использованные для проверки уравнения и таблицы, могут также отображаться (Изображение 9).

8 Расчетные соотношения по огнестойкости

9 Подробности расчетной проверки

Автор

Irena Kirova отвечает за написание технических статей и техподдержку пользователей ПО Dlubal.

Ссылки

Еврокод 3: Расчет стальных конструкций. Часть 1-2: Общие правила - Расчет конструктивной огнестойкости, EN 1993-1-2. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
Европейский комитет по стандартизации (2002). Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke. Берлин: Beuth, 1993

;