SVEUČILIŠTE U SPLITU GRAĐEVINSKO - ARHITEKTONSKI FAKULTET Katedra za metalne i drvene konstrukcije Prof. dr. sc. Bernardin Peroš Doc.dr.sc. Ivica Boko [email protected] [email protected] SAVJETOVANJE IZ PODRUČJA ZAŠTITE OD POŽARA 2. PROBLEMATIKA ZAŠTITE OD POŽARA SKLADIŠTA 2.2. NUMERIČKO MODELIRANJE DJELOVANJA REALNOG POŽARA U SKLADIŠTIMA Zagreb, 11. svibnja 2007. Poslijediplomski specijalistički studij POŽARNO INŽENJERSTVO Kolegiji: SIGURNOST NOSIVIH KONSTRUKCIJA U POŽARU MODELIRANJUE RAZVOJA POŽARA PROBLEMATIKA ZAŠTITE OD POŽARA SKLADIŠTA 2.2. NUMERIČKO MODELIRANJE DJELOVANJA REALNOG POŽARA U SKLADIŠTIMA • OPĆENITO O OTPORNOSTI I ZAŠTITI GRAĐEVINA OD POŽARA – REGULATIVA • ZAHTJEVI ZA ZAŠTITU I OTPORNOST KONSTRUKCIJA SKLADIŠTA NA POŽAR – STARI I NOVI PROPISI • PRIMJER REGALNOG SKLADIŠTA - ELABORAT ZAŠTITE OD POŽARA – PRAVILNIK - SIMULACIJA RAZVOJA REALNOG POŽARA U SKLADIŠTU - ZNANSTVENE METODE PRORAČUNA OTPORNOSTI KONSTRUKCIJA NA POŽAR – EUROCODE • REZULTATI ISTRAŽIVANJA – PREDMETNO SKLADIŠTE • ZAKLJUČAK OPĆA PROBLEMATIKA ZAŠTITE OD POŽARA Crtež 1. Industrijski objekt nakon ugašenog požara ARHITEKTONSKO PROJEKTIRANJE ZAKON O GRADNJI: ZAHTJEVI ZA PROJEKTIRANJE I GRAĐENJE OBJEKATA U SLUČAJU POJAVE POŽARA • Spriječiti širenje vatre i dima unutar građevine • Spriječiti širenje vatre na susjedne građevine • Osigurati da stanari mogu neozlijeđeno napustiti građevinu (omogućiti njihovo spašavanje) • Omogućiti sigurnost u radu spasilačke ekipe Mjere i smjernice za zaštitu ljudi i imovine u slučaju požara • Očuvati nosivost konstrukcije tijekom određenog zahtijevanog vremena (R30, R60, R90…) PRORAČUN OTPORNOSTI KONSTRUKCIJA 3 RAZVOJ REALNOG POŽARA Razvoj realnog požara može se promatrati u nekoliko faza (crtež 2). Ovisno o karakteristikama objekta i požarnom opterećenju te mjerama i smjernicama za zaštitu ljudi i imovine može se izraditi scenario razvoja požara u objektu. ISO 834 Crtež 2. Faze realnog požara u vremenu GLOBALNI KONCEPT SIGURNOSTI KONSTRUKCIJA U POŽARU • Primjenom znanstvenih metoda u proračunu realnog požarnog opterećenja u objektima odrediti stupanj sigurnosti nosivih konstrukcija. • Odrediti vrijeme otpornosti (sigurnosti) konstrukcije na realni požar tfi,d. • S aspekta sigurnosti konstrukcije odrediti zahtijevano vrijeme potrebno za evakuiranje ljudi i zaštitu imovine tfi,requ (rad vatrogasnih i specijalnih jedinica za intervencije u slučaju požara). Format sigurnosti konstrukcije u požaru iskazuje se odnosom tfi,d > tfi,requ . Probabilistički aspekti Statička opterećenja Požarne karakteristike Vjetar Vlastita težina Dodatno stalno opt. Snijeg Požarno opterećenje Uvjeti prozračivanja Geometrija Toplinske karakteristike zaštitnih elemenata θ Kombinacija s izvanrednim (udesnim) djelovanjem Zahtijevano vrijeme (evakuacija) Aktivne mjere zaštite od požara Požarni rizik Zahtijevana otpornost konstrukcije na požar Krivulja realnog požara Temperaturna krivuljaudesno djelovanje na konstrukciju t GLOBALNO PONAŠANJE KONSTRUKCIJE t fi,d >t fi,requ GLOBALNI KONCEPT SIGURNOSTI KONSTRUKCIJA U POŽARU Navedeni prikaz uvodi nas u novi pristup PRORAČUNU OTPORNOSTI KONSTRUKCIJA NA POŽAR gdje se primjenom znanstvenih metoda i proračunskih modela na temelju realnog požarnog opterećenja provodi proračun konstrukcija izloženih požaru (visoke temperature – IZVANREDNO DJELOVANJE NA KONSTRUKCIJE). Proračun se sukladno preporukama EUROCODE provodi dokazom u tri područja: - VREMENU - TEMPERATURI - NOSIVOSTI (ČVRSTOĆI) Ovaj koncept kao što smo vidjeli temelji se metodološki na statističkim analizama i podrazumijeva primjenu suvremenih probabilističkih metoda, tj. daje mogućnost inženjerskog pristupa u proračunu zaštite i sigurnosti konstrukcija od požara. Riječ je o analizi REALNOG POŽARA i proračunu parametarskih krivulja temperatura-vrijeme. Slijedom ovakvog pristupa moguća je i kvantifikacija i procjena rizika kod otkazivanja nosivosti konstrukcija u slučaju djelovanja požara. ISTRAŽIVANJA DJELOVANJA REALNOG POŽARA Raniji koncept proračuna djelovanja požara temeljio se samo na primjeni modela normiranog požara – Standardni požar definiran ISO krivuljom koja daje ovisnost porasta temperature u vremenu. Standardna krivulja temperatura - vrijeme ne odgovara analizi požara u velikim prostorima - skladištima te se može koristiti u ispitnim pećima za određivanje razine otpornosti konstrukcijskih elemenata u slučaju požara. Prema EUROCODE primjenjuju se obje krivulje. Crtež 3. Usporedba ISO standardne temperaturne krivulje i parametarskih krivulja realnog požara u skladišnim prostorima NAČELA PRORAČUNA KONSTRUKCIJA U SLUČAJU DJELOVANJA POŽARA • Analiza dostatne nosivosti konstrukcija u požaru temelji se na konceptu proračuna kao i za normalne temperature s tim što se ovdje u kombinaciji opterećenja uzima i djelovanje požara kao izvanredno (udesno) djelovanje. • Utjecaj djelovanja požara na konstrukcije u nekom prostoru određuje se vrijednošću maksimalne ostvarene temperature u tom prostoru ovisno o požarnom opterećenju, veličini i ventilaciji prostora. • Realno djelovanje požara na konstrukcije iskazuje se parametarskom krivuljom temperatura – vrijeme koja se odredi na temelju relevantnih fizičkih parametara i za koju se izračuna otpornost konstrukcije primjenom računskih modela po načelima termodinamike. • U proračunu se također uzima smanjenje otpornosti presjeka uslijed degradacije svojstva materijala na visokim temperaturama. S W T ≅ 800 0C Crtež 4. Sheme opterećenja glavne nosive konstrukcije industrijske hale DJELOVANJA NA KONSTRUKCIJE • STALNA DJELOVANJA - GK • PROMJENJIVA DJELOVANJA - QK • IZVANREDNA DJELOVANJA - AK a) Sudari, b) Eksplozije, c) Slijeganje i klizanje terena, d) Tornado, e) Potresi, f) Požar, g) Ekstremna erozija. PREGLED GRAĐEVINSKE REGULATIVE S ASPEKTA DJELOVANJA POŽARA NA KONSTRUKCIJE DJELOVANJE REALNOG POŽARA – EUROCODE / PARAMETARSKE KRIVULJE – TEMPERATURA-VRIJEME / PRORAČUN KONSTRUKCIJE Dokaz sigurnosti u području nosivosti: RK ϕ ⎡⎣ γ G ⋅ G K + ψ ( γ Q ⋅ Q K ) + γ A ⋅ A K ⎤⎦ ≤ γ R Karakteristična vrijednost otpornosti Karakteristična Karakteristična Karakteristična vrijednost vrijednost vrijednost stalnog promjenjivog izvanrednog djelovanja djelovanja djelovanja degradacija presjeka mehaničko djelovanje degradacija mehaničkih karakteristika DJELOVANJE REALNOG POŽARA – DEGRADACIJA KONSTRUKCIJE OVISNO O KVALITETI MATERIJALA degradacija mehaničkih karakteristika OTPORNOST ČELIČNIH KONSTRUKCIJA R ϕ ⎡⎣ γ G ⋅ G K + ψ ( γ Q ⋅ Q K ) + γ A ⋅ A K ⎤⎦ ≤ K γR 1.000 0.930 0.900 0.930 0.800 0.780 f y,Θ/ f y,20 . 0.700 0.698 0.600 0.470 0.500 Granica popuštanja - FR30 Granica popuštanja - S235 0.436 0.470 0.400 0.300 0.275 0.200 0.182 0.230 0.100 0.110 0.060 0.000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Temperatura [°C] DJELOVANJE REALNOG POŽARA – DEGRADACIJA KONSTRUKCIJE OVISNO O KVALITETI MATERIJALA OTPORNOST ČELIČNIH KONSTRUKCIJA degradacija mehaničkih karakteristika R ϕ ⎡⎣ γ G ⋅ G K + ψ ( γ Q ⋅ Q K ) + γ A ⋅ A K ⎤⎦ ≤ K γR 1.000 0.900 0.900 0.789 0.800 EΘ / E20 . 0.700 0.800 0.700 0.746 0.658 0.600 0.600 Modul elastičnosti - FR30 0.500 Modul elastičnosti - S235 0.515 0.466 0.400 0.300 0.310 0.371 0.259 0.200 0.170 0.100 0.100 0.130 0.080 0.090 0.000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Temperatura [°C] 900 1000 1100 1200 ZAHTJEVI ZA ZAŠTITU I OTPORNOST KONSTRUKCIJA SKLADIŠTA U SLUČAJU POŽARA Važeća zakonska regulativa: Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu skladišta od požara i eksplozija • Podjela skladišta prema veličini: • Podjela prema požarnom opterećenju: - nisko požarno opterećenje do 1 GJ/m2, - srednje požarno opterećenje 1 do 2 GJ/m2, - visoko požarno opterećenje preko 2 GJ/m2. - mala skladišta, površine do 1000 m2, - skladišta srednje veličine, površine od 1001 do 3000 m2, - velika skladišta, površine iznad 3000 m2, Na temelju ovih podjela dan je stupanj otpornosti konstruktivnih elemenata skladišta u slučaju djelovanja požara u tablici 1. Tablica 1. Stupanj otpornosti u slučaju djelovanja požara Mala skladišta Skladišta srednje veličine Velika skladišta Požarno opterećenje Stupanj otpornosti u slučaju djelovanja požara nisko srednje visoko nisko srednje visoko nisko srednje visoko II II III II III IV III IV V I stupanj – bez otpornosti II stupanj – mala otpornost III stupanj – srednja otpornost IV stupanj – veća otpornost V stupanj – velika otpornost Ako je skladište opremljeno uređajima za automatsko gašenje požara, stupanj otpornosti konstrukcija smanjuje se za jedan. Parametri površine objekta, požarnog opterećenja, te stupnja otpornosti protiv požara daju stupanj otpornosti odnosno klasu otpornosti pojedinih konstruktivnih elementa skladišta prema tablici 2. Tablica 2. Klase otpornosti pojedinog konstruktivnog elementa Vrsta građevinske konstrukcije Hrvatska norma za ispitivanje otpornosti od požara Nosivi zidovi, Nosivi stupovi, Nosive grede U.J1.090 U.J1.100 U.J1.114 Međukatne konstrukcije U.J1.110 Pokrov U.J1.140 Pregradni i fasadni zidovi U.J1.090 Stupanj otpornosti u slučaju djelovanja požara Položaj Unutar požarnog odjeljka Konstrukcija puta za evakuaciju Zidovi U.J1.090 Međukatne konstrukcije U.J1.110 Otvori U.J1.160 Granica požarnog odjeljka I II III IV V - 0.5 1.0 2.0 3.0 - 0.25 0.5 1.0 2.0 - 0.25 0.5 0.75 1.0 - 0.25 0.25 0.25 0.5 0.25 0.5 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 1.5 2.0 3.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 Klasa otpornosti pojedinog konstruktivnog elementa konstrukcije je vrijeme, u satima, u kojem element mora izdržati standardni požar. PRIMJER: REGALNO SKLADIŠTE PRIMJER: REGALNO SKLADIŠTE ULAZNI PARAMETRI • POVRŠINA OBJEKTA 100x152,5 m = 15250 m2 I VISINA H=12,0 m • POŽARNO OPTEREĆENJE < 1000 MJ/m2 – nisko požarno opterećenje • STABILNI AUTOMATSKI SUSTAV ZA GAŠENJE POŽARA – sprinkleri (mreža 5 x 5 m) • SUSTAV ODIMLJAVANJA NAPOMENA: Svi ulazni parametri za ovaj PRIMJER su pretpostavljeni u cilju edukacije. A) NEKA OD MOGUĆIH RJEŠENJA ZAŠTITE SKLADIŠTA OD POŽARA PREMA ‘’PRAVILNIKU’’: I VARIJANTA: ČITAVO SKLADIŠTE 1 SEKTOR → ZAŠTITA KONSTRUKCIJE 30 min. (F30) II VARIJANTA: SKLADIŠTE JE PODIJELJENO NA 6 SEKTORA → NIJE POTREBNA ZAŠTITA KONSTRUKCIJE (R00) B) ANALIZA ZAŠTITE SKLADIŠTA OD POŽARA PREMA NOVOJ EUROPSKOJ NORMI III VARIJANTA: ČITAVO SKLADIŠTE 1 SEKTOR → DOKAZ OTPORNOSTI KONSTRUKCIJE SKLADIŠTA NA TEMELJU NUMERIČKOG MODELIRANJA RAZVOJA RELANOG POŽARA II VARIJANTA: 6 POŽARNIH SEKTORA II VARIJANTA: 6 POŽARNIH SEKTORA OSNOVNI PARAMTERI ZA IZRADU ELABORATA ZAŠTITE OD POŽARA POVRŠINA OBJEKTA 100x152,5 m = 15250 m2 I VISINA H=12,0 m A – POVRŠINA 1 POŽARNOG SEKTORA 2890 m2 (skladište srednje veličine) Q – UKUPNO POŽARNO OPTEREĆENJE < 1000 MJ/m2 (nisko požarno opterećenje) U SKLADIŠTU SU PREDVIĐENI: - SUSTAV ODIMLJAVANJA - STABILNI AUTOMATSKI SUSTAV ZA GAŠENJE POŽARA – sprinkleri PREMA ‘’PRAVILNIKU’’ SLIJEDI: • Zbog ugrađenih sprinklera stupanj otpornosti konstrukcijskih elemenata se smanjuje za jedan ZAKLJUČAK: ZA PRETPOSTAVKU 6 SEKTORA U OBJEKTU I NAVEDENE PARAMETRE O POŽARNOM OPTEREĆENJU I MJERAMA ZAŠTITE OD POŽARA KONSTRUKCIJU REGALNOG SKLADIŠTA NE TREBA ŠTITITI ZA SLUČAJ POJAVE POŽARA III VARIJANTA: NUMERIČKO MODELIRANJE DJELOVANJA REALNOG POŽARA U SKLADIŠTU B) ANALIZA ZAŠTITE REGALNOG SKLADIŠTA OD POŽARA PREMA NOVOJ EUROPSKOJ NORMI III VARIJANTA: NAPOMENA: 1 POŽARNI SEKTOR – NUMERIČKO MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG POŽARA U SKLADIŠTU Varijanta III se temelji na novom pristupu koji podrazumijeva korištenje znanstvenih metoda i spoznaja u ‘’POŽARNOM INŽENJERSTVU’’, te na načelima novih Europskih normi u ovom području. FORMAT SIGURNOSTI KONSTRUKCIJE SKLADIŠTA U POŽARU → gdje je: tfi,d tfi,d – Otpornost konstrukcije skladišta na realni požar tfi,requ – Zahtijevano vrijeme potrebno za evakuiranje ljudi i zaštitu imovine (u našem slučaju je to R60). > tfi,requ NUMERIČKO MODELIRANJE REALNOG POŽARA U SKLADIŠTU (III VARIJANTA) Postupak dokaza nosivosti konstrukcija izloženih djelovanju požara EN 1991-1-2 (crtež 1): Proračun toplinskih djelovanja uslijed pojave požara može se provoditi na dva načina koristeći: - nazivne krivulje temperatura – vrijeme (krivulje definirane izrazima), - parametarske krivulje temperatura – vrijeme (krivulje dobivene primjenom fizikalnih modela), odnosno dokazivanje nosivosti računskim modelima. Nazivne krivulje temperatura – vrijeme definiraju zakonitost razvoja temperature u vremenu u građevinskom objektu ne uzimajući u obzir uvjete u samom objektu (požarno opterećenje, sustave ventiliranja objekta, sustave aktivne zaštite i sl.) Ove krivulje mogu se podijeliti na: - krivulju standardnog požara, - krivulju vanjskog požara, - krivulju ugljikovodika. Proračun temperatura u zatvorenom prostoru može se vršiti i primjenom različitih fizikalnih modela, kao što su: - jednostavni požarni modeli, - napredni požarni modeli. Jednostavni požarni modeli, kao što i sama riječ govori bazirani su na jednostavnim fizikalnim modelima s ograničenim područjem primjene. Ovi modeli mogu se podijeliti na dvije vrste modela: - modeli požara u zatvorenim prostorima, - modeli ograničenih požara. Napredni požarni modeli mogu se podijeliti na dva tipa modela: - modele zona, - modele polja. Kod primjene modela zona za proračun temperatura u zatvorenoj prostoriji uslijed djelovanja požara polazi se od pretpostavke da se zatvoreni prostor može podijeliti u određeni broj zona tako da svaka zona ima približno jednake fizikalne karakteristike (masu, gustoću, temperaturu, tlak i unutarnju energiju) jer je realno simuliranje veoma složena zadaća kod numeričkog modeliranja pa se zato uvode određena pojednostavljenja. Modeliranje u zonama polazi od sustava diferencijalnih jednadžbi koje su izvedene koristeći zakon održanja mase (jednadžba kontinuiteta), zakon održanja energije (prvi zakon termodinamike) i zakon idealnih plinova. MODELI ZONA Najčešće se zatvoreni prostor dijeli u dvije zone: - Gornja zona - zona vrućih plinova i dima – razvijaju se visoke temperature, - Donja zona - zona u kojoj se zadržava sobna temperatura i sobni tlak. Međusobna djelovanja zona posljedica su izmjene mase i energije. U ovakvom modeliranju uvode se još i pojednostavljenja: - specifični toplinski kapaciteti cp i cv uzimaju se konstantni, - hidrostatski uvjeti su zanemareni – zakon idealnih plinova. MODEL ZONA r yD r 2 1 r 1 r 2 MODELI POLJA Osim modela zona, u svijetu se još koriste i modeli polja, koji su mnogo složeniji od modela zona. Jednadžbe koje se koriste u ovim modelima opisuju vremensku promjenu sastava i temperature plinske sredine u svakoj točki prostora. Kao rezultat ovih modela dobiju se temperaturna polja, polja brzine i koncentracije plinova u prostoriji u svakoj točki prostora. Ovi modeli daju bolje rezultate kod modeliranja požara u posebnim zatvorenim prostorima i zatvorenim prostorima gdje su prisutne veće mase ljudi, te se podrazumijeva poznavanje velikog broja ulaznih parametara, a zbog veličine problema potrebni su kompjutori velikih kapaciteta tako da se ovakvi modeli rijetko koriste. FAZE POŽARA Raz v pož ijanje ar a Do go Temperatura - T Potpuno razvijeni požar rije va Zapaljenje nje Vrijeme - t KRIVULJA SNAGA POŽARA – VRIJEME (BEZ SUSTAVA AKTIVNE ZAŠTITE – SPRINKLERA) 2500.0 Snaga požara [MW] 2000.0 1500.0 1000.0 500.0 0.0 0 20 40 60 80 100 120 Vrijeme [min] Faza razvoja požara 140 160 180 Faza potpuno Faza dogorijevanja razvijenog požara 200 KRIVULJA SNAGA POŽARA – VRIJEME (SA SUSTAVOM AKTIVNE ZAŠTITE – SPRINKLERIMA) 2500.0 Snaga požara [MW] 2000.0 1500.0 1000.0 Djelovanje sprinklera 500.0 0.0 0 20 40 60 80 100 120 140 Vrijeme [min] Faza razvoja požara 160 180 200 Faza potpuno Faza razvijenog dogorijevanja požara 220 240 KRIVULJA SNAGA POŽARA – VRIJEME (SA SUSTAVOM AKTIVNE ZAŠTITE – SPRINKLERIMA) 14.0 8.0 6.0 4.0 Aktiviranje 2. sprinklera 10.0 Aktiviranje 1. sprinklera Snaga požara [MW] 12.0 SA SPRINKLERIMA BEZ SPRINKLERA 2.0 0.0 0.00 5.00 10.00 15.00 Vrijeme [min] 20.00 25.00 TEMPERATURE U SKLADIŠTU 1200 1000 Temperatura ( °C ) 945.3 800 644.3 600 479.2 400 200 0 0 15 30 45 60 75 Vrijeme (min) ISO834 BEZ SPRINKLERA SA SPRINKLERIMA 90 PROVOĐENJE TOPLINE U NOSIVOJ KONSTRUKCIJI Toplinska djelovanja na konstrukciju dana su kao neto toplinski tok, koji se određuje razmatranjem toplinskog zračenja i konvekcije u i iz požarnog okoliša. Pri proračunu temperatura na promatranom elementu koristeći krivulje temperatura – vrijeme dobivene na jedan od prethodno navedenih načina uzima se neto toplinski tok od konvekcije i zračenja: ⋅ ⋅ ⋅ h net,d = h net,c + h net,r h net ,c - neto tok konvekcijom, ⋅ ⋅ h net ,r - neto tok zračenjem. Neto tok konvekcijom na jedinicu površine dan je izrazom: ⋅ ( h net ,c = α c ⋅ Θ g − Θ m ) α c - koeficijent prijenosa topline konvekcijom [W/m2K], Θ g - temperatura plina u okolišu elementa u požaru [°C], Θm - površinska temperatura promatranog elementa [°C]. Komponenta toplinskog toka zračenjem na jedinicu površine određuje se iz: ⋅ h net,r 4 4 ⎡ = Φ ⋅ ε res ⋅ σ ⋅ ( Θr + 273° ) − ( Θm + 273° ) ⎤ ⎣ ⎦ Φ - faktor konfiguracije, ε res - rezultantno isijavanje, σ - Stefan - Boltzmannova konstanta – 5.667·10-8 [W/m2K4] , Θ r - temperatura okoliša elementa od zračenja [°C], Θm - površinska temperatura promatranog elementa [°C]. MODELIRANJE NESTACIONARNOG NELINEARNOG PROVOĐENJA TOPLINE Proračun temperatura u nosivom elementu konstrukcije vrši se uz pomoć modela nestacionarnog nelinearnog provođenja topline. Diferencijalna jednadžba provođenja topline u vektorskom obliku: ∂ ( E ) + FT = Fq + FQ ∂t • E - vektor entalpije ili toplina akumulirana u elementu pridružena susjednim čvorovima, • FT - vektor čvornog provođenja topline, • Fq - vektor rubnog toplinskog dotoka, • FQ - vektor toplinskog opterećenja. Toplinske karakteristike čelika standardne kvalitete dane su izrazima: - specifični toplinski kapacitet čelika standardne kvalitete u ovisnosti od temperature θa proračunava se prema izrazima [EN 1993-1-2] (izrazi 3.2a, 3.2b, 3.2c i 3.2d): - za 20D C ≤ θa < 600D C : ca = 425 + 7.73 ⋅ 10−1 ⋅ θa − 1.69 ⋅ 10−3 ⋅ θa2 + 2.22 ⋅ 10−6 ⋅ θ3a [ J / kgK ] - za 600D C ≤ θa < 735D C : 13002 [ J / kgK ] 738 − θa - za 735D C ≤ θa < 900D C : 17820 ca = 545 + [ J / kgK ] θa − 731 - za 900D C ≤ θa ≤ 1200D C : ca = 666 + ca = 650 [ J / kgK ] θa – temperatura čelika [°C] - koeficijent toplinske vodljivosti čelika standardne kvalitete u ovisnosti od temperature čelika θa proračunava se prema izrazima [EN 1993-1-2] (izrazi 3.3a i 3.3b): - za 20D C ≤ θa < 800D C : λ a = 54 − 3.33 ⋅ 10−2 ⋅ θa [ W / mK ] - za 800D C ≤ θa ≤ 1200D C : λ a = 27.3[ W / mK ] Grafički prikaz specifičnog toplinskog kapaciteta čelika standardne kvalitete u ovisnosti od temperature: 5.0 Specifični toplinski kapacitet (kJ/kgK) 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 200 400 600 Temperatura (°C ) 800 1000 1200 Grafički prikaz koeficijenta toplinske vodljivosti čelika standardne kvalitete u ovisnosti od temperature: . 60 Koeficijent toplinske vodljivosti ( W/mK ) 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 Temperatura ( °C ) 800 1000 1200 TEMPERATURE U NOSIVOJ KONSTRUKCIJI 1200 1000 Θg = 20 + 345log (8t + 1) Temperatura ( °C ) 919.3 800 600 451.9 400 206.9 200 0 0 15 30 45 60 75 90 Vrijeme (min) ISO834 HEB800-ISO HEB800-BEZ SPRINKLERA HEB800-SA SPRINKLERIMA DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE Dokaz nosivosti u području čvrstoće može se prikazati [EN 1990]: ∑G j≥1 k, j "+ " A d "+ " ( ψ1,1 ili ψ 2,1 ) Q k,1 "+ " ∑ ψ 2,iQ k,i i >1 Karakteristična Karakteristična vrijednost vrijednost izvanrednog stalnog djelovanja djelovanja mehaničko djelovanje Karakteristična vrijednost prevladavajućeg promjenjivog djelovanja R k,θ ≤ γ R ,fi Karakteristične vrijednosti pratećih promjenjivih djelovanja degradacija presjeka ψ - koeficijent istodobnog nastupanja više promjenjivih djelovanja Karakteristična vrijednost otpornosti degradacija mehaničkih karakteristika [ 0 – 0.6 ] DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE PRORAČUN KONSTRUKCIJE MEHANIČKO DJELOVANJE OTPORNOST KONSTRUKCIJE ∑ G k, j "+ " P"+ " A d "+ " ( ψ1,1 ili ψ 2,1 ) Q k,1 "+ " ∑ ψ 2,iQk,i j≥1 i>1 Rk γ R , fi DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE MEHANIČKO DJELOVANJE ∆l Toplinsko izduženje čelika u ovisnosti od temperature θa proračunava se prema l izrazima [EN 1993-1-2] (izrazi 3.1a, 3.1b i 3.1c): D D - za 20 C ≤ θ a < 750 C : ∆l = 1.2 ⋅ 10−5 θa + 0.4 ⋅ 10−8 θa2 − 2.416 ⋅ 10−4 l D D - za 750 C ≤ θ a ≤ 860 C : ∆l = 1.1 ⋅ 10−2 l - za 860 D C < θ a ≤ 1200 D C : ∆l = 1.2 ⋅ 10−5 θa + 0.4 ⋅ 10−8 θa2 − 2.416 ⋅ 10−4 l DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE Grafički prikaz toplinskog izduženja čelika u ovisnosti od temperature: 20.0 18.0 . 16.0 Toplinsko izduženje 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 0 200 400 600 800 Temperatura (°C ) 1000 1200 DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE OTPORNOST KONSTRUKCIJE ČELIČNE KONSTRUKCIJE Kod dokaza nosivosti čeličnih nosivih elemenata proračunske vrijednosti mehaničkih svojstava materijala (naponska i deformacijska svojstva) Xd,fi definiraju se na sljedeći način [EN 1993-1-2] (izraz 2.1): X d,fi = k θ Xk γ M,fi X k - karakteristična vrijednost naponskog i deformacijskog svojstva (fk ili Ek), za proračun konstrukcije pri atmosferskoj temperaturi, k θ - koeficijent redukcije naponskog i deformacijskog svojstva, koji ovisi o promatranoj temperaturi u odnosu na atmosfersku temperaturu, γ M,fi- parcijalni faktor sigurnosti za odgovarajuće svojstvo materijala, za slučaj požara [1.00]. DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE 1.000 1.000 0.900 0.890 0.800 f y,Θ / f y,20 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.056 0.000 0 100 206.9300 200 451.9 400 500 600 700 Temperatura [°C] 800 919.31000 1100 1200 900 DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE 1.000 0.900 0.890 0.800 0.700 0.650 E Θ / E 20 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.063 0.000 0 100 206.9300 200 451.9 400 500 600 700 Temperatura [°C] 800 919.3 900 1000 1100 1200 DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE DOKAZ NOSIVOSTI – KROVNA KONSTRUKCIJA: ∑γ j≥1 "+ " G k, j G, j Proračunska vrijednost stalnog djelovanja ∑G j≥1 k, j "+ " Ad γ Q,1Q k,1 Rk γR ≤ Proračunska vrijednost djelovanja snijega "+ " ψ 2,1 Q k,1 Proračunska Proračunska Proračunska vrijednost djelovanja vrijednost vrijednost stalnog snijega djelovanja djelovanja požara Proračunska vrijednost otpornosti ≤ R k,θ γ R,fi Proračunska vrijednost otpornosti DJELOVANJE POŽARA NA KONSTRUKCIJE DOKAZ NOSIVOSTI – KROVNA KONSTRUKCIJA: ∑γ j≥1 "+ " G k, j G, j γ Q,1Q k,1 < 0.95 ∑G j≥1 k, j "+ " Ad ≤ "+ " ψ 2,1 Q k,1 ≤ Rk γR 1.00 R k,θ γ R ,fi Djelovanje ISO-834: 1.85 > 0.056 → Otkazivanje nosivosti Realni požar – bez sprinklera: 1.10 > 0.890 → Otkazivanje nosivosti Realni požar – sa sprinklerima: 0.87 < 1.0 → Dostatna nosivost Z A K LJ U Č A K NOVE EUROPSKE NORME ZNANSTVENE METODE NUMERIČKO MODELIRANJE DJELOVANJA REALNOG POŽARA U SKLADIŠTIMA • SIGURNOST KONSTRUKCIJE U POŽARU DOKAZANA JE NA RAZINI: - VREMENA tfi > tfi,requ - OTPORNOSTI (Gd+Ad+Qd) < Rd • ISO STANDARDNA KRIVULJA NIJE PRIMJENJIVA ZA VELIKE SKLADIŠNE PROSTORE REZULTATI ISTRAŽIVANJA NEDVOJBENO UKAZUJU NA POTREBU DALJNJIH ISTRAŽIVANJA U PODRUČJU POŽARA NACIONALNE NORME POŽARNO INŽENJERSTVO