PROJEKTIRANJE TRGOVAČKIH CENTARA – ZAŠTITA OD POŽARA PRORAČUN OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE GRAĐEVINE SHOPING CENTER ZAGREB (WEST GATE) NA DJELOVANJE REALNOG POŽARA Sveučilište u Splitu Građevinsko-arhitektonski fakultet dr.sc. Bernardin Peroš dipl.ing.građ. dr.sc. Ivica Boko dipl.ing.građ. Stručno proljetno savjetovanje hrvatske udruge za zaštitu od požara Zagreb 17.06.2009. Hrvatska udruga za zaštitu od požara, Hrvatska, Zagreb, R. Cimermana 64a // 099/650-6000, 01/77-79-060, fax 01/ 77-79-064 e-mail: [email protected] // MBS 2141183 // žiro račun: 2340009-1110244610 1 OPĆA PROBLEMATIKA ZAŠTITE OD POŽARA ZAKON O PROSTORNOM UREĐENJU I 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 korisnici mogu neozlijeđeno napustiti građevinu (omogućiti njihovo spašavanje) • Omogućiti sigurnost u radu spasilačke ekipe • • TEHNIČKI PROPIS ZA ČELIČNE KONSTRUKCIJE (NN112/08) OSTALI TEHNIČKI PROPISI Očuvati nosivost konstrukcije tijekom određenog zahtijevanog vremena (R30, R60, R90…) ARHITEKTONSKO PROJEKTIRANJE Mjere i smjernice za zaštitu ljudi i imovine u slučaju požara PRORAČUN OTPORNOSTI KONSTRUKCIJA 2 RAZVOJ REALNOG POŽARA Razvoj realnog požara može se promatrati u nekoliko faza. 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 Faze realnog požara u vremenu 3 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 4 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. 5 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 6 DJELOVANJE REALNOG POŽARA – EUROCODE / PARAMETARSKE KRIVULJE – TEMPERATURA-VRIJEME / PRORAČUN KONSTRUKCIJE Dokaz sigurnosti u području nosivosti: ϕ γ G ⋅ G K + ψ Karakteristična vrijednost stalnog djelovanja ( γ Q ⋅ QK ) + γ A ⋅ A K ≤ Karakteristična vrijednost promjenjivog djelovanja Karakteristična vrijednost izvanrednog djelovanja RK γR Karakteristična vrijednost otpornosti degradacija presjeka mehaničko djelovanje degradacija mehaničkih karakteristika 7 PRORAČUN OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE GRAĐEVINE SHOPING CENTER ZAGREB NA DJELOVANJE REALNOG POŽARA 8 KARAKTERISTIČNI PRESJECI 9 KARAKTERISTIČNI PRESJECI 10 ULAZNI PODACI Predmetni proračun odnosi se na prostor građevine SHOPING CENTER ZAGREB tlocrtne površine A = 77107.00 m2 i visine do vijenca zadnje etaže 14.0 m. Građevina SHOPING CENTER ZAGREB sastoji se iz 2 funkcionalne cjeline: prodajno-skladišnog centra i garažnog prostora. Prodajni centar se sastoji od podruma, prizemlja i kata, te dvije međuetaže. Garaža se koristi na pet parkirališnih nivoa (P+4) i otvorenog je tipa. ELABORATOM ZAŠTITE OD POŽARA građevina je podijeljena u više požarnih zona uz dodatne mjere zaštite od požara: Požarna zona Namjena prostora Dodatna mjera zaštite Podrum SC 01, SC 02 spremište vode za sprinkler sustav dojave požara sprinkler centrala ST 10 stubište - ST 26 stubište - A01, C01, kabelski podrum D01, G01, I01, K01 sustav dojave požara 11 ULAZNI PODACI Prizemlje 1 prodajni prostori sustav dojave požara sprinkler 2 prodajni prostori sustav dojave požara sprinkler 3 spremište sustav dojave požara sprinkler S1, S2, S3, S4, 1-1, 1-2 skladišta sustav dojave požara sprinkler ST 1-32 stubišta - TS1 – TS6 trafo stanice sustav dojave požara A03, C15, mikro napon D19, G07, I16, K29 sustav dojave požara G garaža - SM1, SMM-1, SMM-2 smeće sustav dojave požara EM1, EM2 smeće sustav dojave požara VDC vatrodojavna centrala sustav dojave požara 12 ULAZNI PODACI A06, EM-2, EM-3 tel. primopredajnik sustav dojave požara A07, EM-1 elek. primopredajnik sustav dojave požara D90, I07 generator sustav dojave požara TRM tehnika hlađenja sustav dojave požara DAM dizel agregat sustav dojave požara D31, I08 spremnik sustav dojave požara I20 preuzimanje plina sustav dojave požara K19 kompjuterski prostor sustav dojave požara TSG trafo - garaža sustav dojave požara STG 1-6 stubišta garaže - PG10 niskonaponski gl. razdjelnik sustav dojave požara PG11 mikro napon sustav dojave požara PG13 baterijski prostor sustav dojave požara PG14 slaba struja sustav dojave požara 13 ULAZNI PODACI Međukat 1 1 zračni prostor zone 1 - 2 zračni prostor zone 2 - 3 zračni prostor zone 3 - ST 1-32 stubišta - STG 1-6 stubišta garaže - A03-1, C08, prostor za baterije D01, G19, I04, K16 sustav dojave požara A04, C06, prostor za slabu struju D02, G17, I06, K14 sustav dojave požara A05, C07, glavni razvod niskog napona D03, G18, I05, K15 sustav dojave požara K13.1 spremište sustav dojave požara S5 skladište sustav dojave požara sprinkler 14 ULAZNI PODACI Kat 1 prodajni prostori sustav dojave požara sprinkler 2 prodajni prostori sustav dojave požara sprinkler 4 uredske prostorije sustav dojave požara sprinkler S2-4, S2-5 skladište sustav dojave požara sprinkler ST 1-32 stubišta - G garaža - STG 1-6 stubišta garaže - 15 ULAZNI PODACI Međukat 2 1 zračni prostor zone 1 - 2 zračni prostor zone 2 - S2-6 skladište sustav dojave požara sprinkler ST 1-32 stubišta - G garaža - STG 1-6 stubišta garaže - 16 ULAZNI PODACI Krov H1-I, H2-II, H3- plinska kotlovnica I sustav dojave požara K1-I, K3-I, K5-II rashladna stanica sustav dojave požara A03.1, I01.1, D02.1 Spremište sustav dojave požara ST 8 stubište - ST 16 stubište - ST 20 stubište - ST 26 stubište - ST 28B stubište - ST 30 stubište - STG 1-6 stubišta garaže - Prostori skladišta - ukupne zapremnine od poda do krovne ili međuetažne konstrukcije do 300 m3, požarno su odvojeni u posebne požarne sektore, te nisu obuhvaćeni ovim proračunom. 17 ULAZNI PODACI ELABORATOM ZAŠTITE OD POŽARA je također definirano realno očekivano požarno opterećenje: • Imobilno požarno opterećenje građevine, koje nastaje od ugrađenih gorivih materijala možemo zanemariti, budući da se zgrada izvodi od negorivih materijala (armirani beton, opeka, lim), • Mobilno požarno opterećenje građevine s obzirom na namjenu pojedinih sadržaja građevine, prema statističkim podacima, možemo procijeniti u slijedećim iznosima: Namjena prostora Požarno opterećenje uredski prostori 700 MJ/m2 garažni prostor 200 MJ/m2 strojarnice 200 MJ/m2 kotlovnica 200 MJ/m2 trafostanica 200 MJ/m2 prodajni prostor 400 MJ/m2 ugostiteljski sadržaji 300 MJ/m2 sportski sadržaji 200 MJ/m2 skladišta prema stvarnoj količini gorive robe, može biti i visoko 18 ULAZNI PODACI Strojarskim projektom – sprinkleri projektiran je sustav sprinkler instalacija sa sljedećim mlaznicama: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ sprinkler mlaznica “spray” , RTI≤80, T = 68°C, K = 115, R ¾“, stojeće, sprinkler mlaznica “spray” , RTI≤80, T = 68°C, K = 115, R ¾“, viseće, sprinkler mlaznica “spray” , RTI≤80, t = 68°C, K = 80, R ½“, stojeće, sprinkler mlaznica “spray” , RTI≤80, t = 68°C, K = 80, R ½“, vIseće, sprinkler mlaznica “spray” , RTI≤80, t = 93°C, K = 80, R ½“, stojeće, sprinkler mlaznica “spray” , RTI≤80, t = 93°C, K = 80, R ½“, zidne stojeće, sprinkler mlaznica “spray” , RTI≤80, t = 68°C, K = 80, R ½“, zidne stojeće. Prema gore navedenom, ELABORATOM ZAŠTITE OD POŽARA definiran je stupanj otpornosti konstrukcijskih elemenata i zahtijevana otpornost konstrukcija na djelovanje realnog požara od 60 minuta (R60). 19 KRIVULJA REALNOG POŽARA U GRAĐEVINI SHOPING CENTER Na temelju ulaznih podataka navedenih u točki 2. usvojeno je maksimalno očekivano požarno opterećenje u požarnim sektorima 1 i 2 od 400.0 MJ/m2, te ukupno požarno opterećenje u požarnom sektoru 1: Q = 400.0 MJ/m2 x 58 200.0 m2 = 23280000 MJ, a zahtijevana otpornost konstrukcije na djelovanje realnog požara je 60 minuta (R60). 1. FAZA - FAZA RAZVOJA POŽARA: Prema namjeni objekta (prodajni prostori i ugostiteljski sadržaji) požar se može okarakterizirati kao srednje brzi požar [3]. * Snaga požara u fazi razvoja požara može se prikazati izrazom: Q= αr ⋅ t 2 . Faktor razvoja požara za srednje brzi požar iznosi: αr = 0.0117 kW/s2. * t 2= Q Q 2550000 = = 217948718 s 2 ⇒ =t 14763 s αr 0.0117 14763 s ⋅ 2550MW = 12548550MJ 3 20 KRIVULJA REALNOG POŽARA U GRAĐEVINI SHOPING CENTER 2. FAZA - FAZA POTPUNO RAZVIJENOG POŽARA: Trajanje faze potpuno razvijenog požara može se izračunati prema izrazu: t = 590 ⋅ f 0.3 = 590 ⋅ 21.050.3 = 1472s ≅ 24.6min f 400.0MJ / m2 = 21.05kg / m2 - ukupne površine skladišta 19MJ / kg Q= 1472s ⋅ 2550MW = 3753600MJ 3. FAZA - FAZA DOGORIJEVANJA: Za fazu dogorijevanja pretpostavlja se linearni pad snage požara. Q2 = 6984000MJ 21 KRIVULJA REALNOG POŽARA U GRAĐEVINI SHOPING CENTER Sustav zaštite sprinkler instalacijom djeluje na požar u samoj fazi razvoja požara. Djelovanje sprinklera u građevini SHOPING CENTER ZAGREB na realni požar prikazano je na sljedećem dijagramu: 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 22 KRIVULJA REALNOG POŽARA U GRAĐEVINI SHOPING CENTER Uključujući djelovanje sprinklera na požar može se prikazati KRIVULJA POŽARA za sve 3 faze djelovanja požara: 2500.0 Snaga požara [MW] 2000.0 BEZ SPRINKLERA SA SPRINKLERIMA R60 1500.0 1000.0 500.0 0.0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Vrijeme [min] 23 TEMPERATURE U PROSTORIMA GRAĐEVINE SHOPING CENTER I NOSIVOJ ČELIČNOJ I SPREGNUTOJ KONSTRUKCIJI Na temelju ulaznih parametara u programskom paketu „JET“ izvršena je simulacija realnog požara te je dobiven odnos temperatura – vrijeme u zatvorenim prostorima požarnog sektora 1 i 2. Grafički prikaz odnosa temperatura – vrijeme za Standardnu krivulju ISO-834 i krivulju realnog požara (dobivenu simulacijom realnog požara) za požarne sektore 1 i 2 prikazan je na sljedećim grafikonima: 24 TEMPERATURE U PROSTORIMA GRAĐEVINE SHOPING CENTER I NOSIVOJ ČELIČNOJ I SPREGNUTOJ KONSTRUKCIJI Čelična i spregnuta konstrukcija na GKP +5.86 1200 R60 1000 Temperatura ( °C ) Θ=945.3°C 800 600 400 Θ=126.4°C 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Vrijeme (min) REALNI POŽAR STANDARD 25 TEMPERATURE U PROSTORIMA GRAĐEVINE SHOPING CENTER I NOSIVOJ ČELIČNOJ I SPREGNUTOJ KONSTRUKCIJI Čelična i spregnuta konstrukcija na GKP +12.78 1200 R60 1000 Temperatura ( °C ) Θ=945.3°C 800 600 400 200 Θ=111.2°C 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Vrijeme (min) REALNI POŽAR STANDARD 26 TEMPERATURE U PROSTORIMA GRAĐEVINE SHOPING CENTER I NOSIVOJ ČELIČNOJ I SPREGNUTOJ KONSTRUKCIJI Dobiveni rezultati u pojedinom poprečnom presjeku (profilu) na GKP (gornjoj koti ploče) +5.86 m u požarnim sektorima 1 i 2 prikazani su na sljedećim grafikonima: HEA550 1200.0 Θmax =945.3°C Temperatura [°C] 1000.0 800.0 600.0 400.0 Θmax = 71.7°C 200.0 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Vrijeme [min] STAND REALNI POŽAR 27 TEMPERATURE U PROSTORIMA GRAĐEVINE SHOPING CENTER I NOSIVOJ ČELIČNOJ I SPREGNUTOJ KONSTRUKCIJI IPE400 1200.0 Θmax =945.3°C Temperatura [°C] 1000.0 800.0 600.0 400.0 200.0 Θmax = 85.1°C 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Vrijeme [min] STAND Temperatura u armirano-betonskoj ploči: REALNI POŽAR Θmax < 60.0 °C. 28 ODREĐIVANJE OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE U GRAĐEVINI SHOPING CENTER Dokaz nosivosti prema EN 1990/2002 treba provoditi ovisno o proračunskoj situaciji za 2 granična stanja: krajnje granično stanje i granično stanje uporabljivosti. Kod krajnjeg graničnog stanja potrebno je dokazati: Ed ≤ R d , gdje je Ed računska vrijednost djelovanja (rezne sile), a Rd računska vrijednost otpornosti. Krajnje granično stanje potrebno je dokazati za 2 proračunske kombinacije: - osnovna kombinacija: ∑γ j≥1 - izvanredna kombinacija: G,jGk,j + γ Q,1Qk,1 + ∑ γ Q,iψ 0,iQk,i ≤ i>1 k,j + A d + ( ψ11 , ili ψ 2,1 ) Qk,1 + ∑ ψ 2,iQk,i ≤ ∑G j≥1 Rk , γR i>1 Rk,θ . γ R,fi 29 ODREĐIVANJE OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE U GRAĐEVINI SHOPING CENTER Kod graničnog stanja uporabljivosti potrebno je dokazati: Ed ≤ Cd , gdje je Ed računska vrijednost djelovanja, a Cd granična računska vrijednost bitnog kriterija uporabljivosti. Granično stanje uporabljivosti potrebno je dokazati za 3 proračunske kombinacije: - rijetka kombinacija: ∑G + Qk,1 + ∑ ψ 0,iQk,i ≤ Cd , ∑G + ψ11, Qk,1 + ∑ ψ 2,iQk,i ≤ Cd , k,j j≥1 - česta kombinacija: j≥1 - k,j kvazi-stalna kombinacija: i>1 i>1 ∑G j≥1 k,j + ∑ ψ 2,iQk,i ≤ Cd . i≥1 30 ODREĐIVANJE OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE U GRAĐEVINI SHOPING CENTER Faktori redukcije mehaničkih karakteristika za pojedine profile dani su u sljedećoj tablici: Požarni sektori 1 i 2 – konstrukcija na GKP +5.86 m Profili Maksimalna temeratura Θmax (°C) kE,θ = EΘ E20 k y,θ = fy,Θ fy,20 HEA 550 71.7 1.00 1.00 HEA 600 71.3 1.00 1.00 HEA 650 70.4 1.00 1.00 HEA 700 68.6 1.00 1.00 HEA 800 68.3 1.00 1.00 HEA 900 66.6 1.00 1.00 HEA 1000 65.6 1.00 1.00 HEB 1000 61.4 1.00 1.00 IPE 400 85.1 1.00 1.00 IPE 500 80.2 1.00 1.00 IPE 550 77.5 1.00 1.00 IPE 600 75.3 1.00 1.00 31 ODREĐIVANJE OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE U GRAĐEVINI SHOPING CENTER Međukatna konstrukcija na koti +5.86 u požarnim sektorima 1 i 2 Spregnute grede pozicije D210/1, D211/1 – HEA 550 a) Statički sustav je slobodno oslonjena greda, l = 13.60 m Djelovanja na nosač KRAJNJE GRANIČNO STANJE - osnovna kombinacija: MSd = 1668.44 kNm - izvanredna kombinacija (djelovanje požara): Mfi,d = 1198.33 kNm 32 ODREĐIVANJE OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE U GRAĐEVINI SHOPING CENTER DOKAZ NOSIVOSTI – MEĐUKATNA KONSTRUKCIJA HEA550: ∑γ j≥1 "+ " G k, j G, j Proračunska vrijednost stalnog djelovanja ∑G j≥1 k, j "+ " Ad γ Q,1Q k,1 Proračunska vrijednost prometnog djelovanja "+ " ψ 2,1 Q k,1 Proračunska Proračunska vrijednost stalnog vrijednost djelovanja djelovanja požara Proračunska vrijednost prometnog djelovanja Rk γR ≤ Proračunska vrijednost otpornosti ≤ R k,θ γ R ,fi Proračunska vrijednost otpornosti 33 ODREĐIVANJE OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE U GRAĐEVINI SHOPING CENTER KRAJNJE GRANIČNO STANJE: ∑γ j≥1 "+ " G k, j G, j γ Q,1Q k,1 0.64 ∑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: 1.76 > 0.056 → Otkazivanje nosivosti Realni požar – sa sprinklerima: 0.40 < 1.0 → Dostatna nosivost 34 ODREĐIVANJE OTPORNOSTI NOSIVE ČELIČNE I SPREGNUTE KONSTRUKCIJE U GRAĐEVINI SHOPING CENTER GRANIČNO STANJE UPORABLJIVOSTI: ∑G j³1 k, j + Q k,1 + ∑ ψ 0,iQ k,i ≤ Cd i>1 f max = 4.5cm < f dop 1360 = = 4.53cm 300 - djelovanje požara kE,θ = 1.0 f max = 4.5cm < f dop 1360 = = 4.53cm 300 35 ZAHVALJUJEM NA PAŽNJI ! 36
© Copyright 2024 Paperzz
