Ověření teploty při požáru pro ztužující plech
Úvod
Požární analýza není pro stavebního inženýra rutinním úkolem. Tento článek představuje řešení v pozadí IDEA StatiCa, které automaticky vypočítává teplotu plechů v modelu přípoje při požárním zatížení.
Komponenty svarů a šroubů přebírají teplotu připojeného plechu s nejvyšší teplotou. Více o předpokladech: https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
Model & předpoklady
Bude ověřena teplota výztuhy v tomto místě přípoje. Přípoj bude vystaven požáru a musí odolat nejméně 15 minut R15. Požární křivka použitá pro simulaci je „Křivka vnějšího požáru (EN 1993-1-2)." Je důležité upozornit, že požární ochrana nebyla aplikována.
Normové vzorce
Předpoklady vycházejí z EN 1993-1-2 pro nechráněné ocelové materiály. Protože neexistuje žádná ochranná izolace, je materiál přímo vystaven teplu z konvekce a záření plamenů, což způsobuje jeho mnohem rychlejší ohřev.
Eurocode definuje několik nominálních teplotně-časových požárních křivek používaných při konstrukčním návrhu na požár:
- Normová teplotní křivka (ISO 834 / EN 1991-1-2, rovnice 3.1)
- Představuje konvenční, intenzivní požár v prostoru.
- Použití: Pro standardní klasifikaci požární odolnosti (R30, R60, R90, …). Typicky se používá při preskriptivním návrhu a laboratorním zkoušení.
- Uhlovodíková požární křivka
- Rychlý nárůst teploty, dosahující přibližně 1100 °C během 5 minut.
- Použití: Pro požáry zahrnující uhlovodíky (ropa, plyn, skladování paliv, petrochemický průmysl, tunely s hustým provozem).
- Křivka vnějšího požáru
- Nižší nárůst teploty ve srovnání s normovou křivkou, max. přibližně 680 °C.
- Použití: Pro fasády a vnější stěny vystavené požáru.
- Parametrické požární křivky (nejsou zahrnuty v IDEA StatiCa)
- Vycházejí z velikosti prostoru, větrání a hustoty požárního zatížení.
- Zobrazují fáze ohřevu i ochlazování.
- Použití: Pro návrh na základě výkonnosti skutečných stavebních prostorů, kde je známo požární zatížení a větrání.
Jak by měli inženýři vybírat požární křivku
Požadavek na shodu s normou / stupeň požární odolnosti: → Použijte normovou teplotní křivku.
Petrochemie, tunely, skladování hořlavých kapalin: → Použijte uhlovodíkovou požární křivku.
Fasády, vnější prvky vystavené venkovnímu požáru: → Použijte křivku vnějšího požáru.
Realistický požární scénář (návrh na základě výkonnosti): → Použijte parametrickou požární křivku (pokud jsou k dispozici dostatečné vstupní údaje).
Součinitel průřezu Am/V
Obecná citlivost
Součinitel průřezu (Am/V) je významnou konstantou pro každý plech. V řídící rovnici se vyskytuje jako čitatel, což naznačuje, že zvýšení teplotního přírůstku ovlivňuje teplotu na konci simulace. Sledujme citlivost tohoto součinitele v rozsahu [50; 300] s krokem 25.
Jak vypočítat hodnotu pro výztuhu
Výpočet součinitele průřezu pro posuzované výztuhy by měl objasnit metodiku výpočtu výztuh. Pokud je plocha, která není zarovnána s hranou plechu, zakryta jiným plechem, musí být zakrytá plocha vyloučena z výpočtu součinitele průřezu. Opomenutí tohoto aspektu může vést k zavádějícím výsledkům ve srovnání s ručním ověřením.
Postup výpočtu krok za krokem
Popsaný postup zachycuje průběh nárůstu teploty v čase pro křivku vnějšího požáru.
Porovnání IDEA StatiCa s ručním výpočtem
Teplota vypočtená pomocí IDEA StatiCa dosáhla 608 stupňů Celsia.
Při použití ručního postupu krok za krokem dosáhla teplota 609 stupňů Celsia.
Závěr
Cílem bylo zvýšit transparentnost pracovního postupu při návrhu na požár a povzbudit stavební inženýry, aby s důvěrou používali IDEA StatiCa pro požární návrh a normové posouzení ocelových přípojů a prvků ve srovnání s ručními výpočty.
Při návrhu na požár se teplota stává kritickou stavovou proměnnou. Přímo ovlivňuje tuhost a pevnost materiálů prostřednictvím teplotně závislých vlastností definovaných v EN 1993-1-2.