Prezentacja programu PowerPoint - sitp.poznan.pl · skutecznościdziałaniajest nośnośćogniowa...

2017-02-10

1

Zakład Badań Ogniowych ITB

Poznań, 08 lutego 2017 r.

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Pożarnictwa

Oddział Wielkopolski

„DREWNO W BUDOWNICTWIE – KIEDY BEZPIECZNIE?”

Konstrukcje drewniane Konstrukcje drewniane

Doświadczenie ITB

Odporność ogniowa

Odporność ogniowa konstrukcji drewnianych zależy od:

• Obciążenia elementu (wykorzystania nośności, układu statycznego),

• Geometrii elementu, w tym przekroju,

• Materiału (drewno miękkie, twarde, gęstość),

• Miejsca wbudowania (dach, strop, słup),

• Pożaru (mocy, stron nagrzewania, przebieg w czasie).

Odporność ogniowa

Zjawiska występujące w czasie pożaru:

• Powolny wzrost temperatury w elemencie niezabezpieczonym,

• Stopniowe odparowywanie wody,

• Zwęglanie zewnętrznej warstwy elementu,

• Zabezpieczenia palne i niepalne, płytowe

2017-02-10

2

Odporność ogniowa Odporność ogniowa

Właściwości materiałów

Kryteria R, E, I

W odniesieniu do konstrukcji drewnianych najistotniejszą charakterystyką

skuteczności działania jest nośność ogniowa „R”.

Pozostałe charakterystyki, w tym szczelność ogniowa „E” oraz

izolacyjność ogniowa „I”, podlegają ocenie wg PN-EN 1995-1-2 w

ograniczonym zakresie

Właściwości drewna Właściwości drewna

2017-02-10

3

Właściwości drewna Właściwości drewna Właściwości drewna

Właściwości drewna Właściwości drewna Właściwości drewna

2017-02-10

4

Właściwości drewna

W przekroju przez element konstrukcji drewnianej poddany działaniu ogniawyróżnić można pewne wyodrębnione obszary, w których występują różnetemperatury i zachodzą różne procesy: Jądro przekroju, w którym stopniowo wzrasta temperatura, nie przekraczając

jednak 100oC. Obrzeże jądra, w którym w temperaturze 100 do 200oC rozpoczyna się

endotermiczny proces pirolizy połączony z wydzieleniem dużych ilości gazów. Obszar w przedziale temperatur 200 do 280oC, w którym rozpoczyna się

zwęglanie; produkty pirolizy powstają w temperaturze ponad 225oC mogą uleczapaleniu pod wpływem zewnętrznego płomienia.

Obszar zwęglenia w temperaturze ponad 280oC, w którym drewno rozkłada sięcałkowicie na węgiel drzewny oraz palne i niepalne gazy.

Obszar żarzenia, w którym w temperaturze do 1100oC węgiel drzewny tli sięi spala wydzielając dwutlenek węgla i inne produkty lotne.

Właściwości drewna Właściwości drewna

Dla większości gatunków drzew temperatura zapalenia, tzn. punkt zapłonu,waha się w granicach 250 do 300oC.

Temperatura samozapalenia się (punkt zapalenia bez dostępu płomienia) wahasię w granicach 330 do 470oC.

W zwykłych warunkach pożar drewna następuje przeważnie od źródła ognia otemperaturze700 do 800oC.

Po ugaszeniu płomienia zachodzi często ostatni etap procesu spalania, żarzeniesię drewna, przy którym następuje bezpłomiennie zwęglanie i spopielenie drewna.

Metody oceny

Procedury projektowania

Eurokod 5 ma zastosowanie przyprojektowaniu budynków i obiektówinżynierskich z drewna (litego, tarcicy,struganego lub okrągłego, klejonegowarstwowo) oraz wyrobów budowlanych zmateriałów drewnopochodnych (np. LVL,OSB) łączonych za pomocą kleju lubłączników mechanicznych.


Wartość efektu oddziaływań na element nośny w sytuacji pożarowej, Efi,d, można obliczyć dwiema metodami:Metodą uproszczoną w przypadku, kiedy pomija się pośrednie efekty pożaru.Można wtedy stosować współczynnik redukcyjny hfi co upraszcza analizy. Wartośćtego współczynnika wylicza się z zależności:

1,k1,QkG

1,kfik

fiQG

QG

h

gdzie: Gk – wartość charakterystyczna oddziaływania stałego,

yfi – współczynnik kombinacji obciążeń dla wartości częstej oddziaływania zmiennego w

warunkach pożarowych określony jako y1,1 lub y2,1. Zaleca się przyjmować y2,1,

Qk,1 – wartość charakterystyczna dominującego oddziaływania zmiennego,

gG – współczynnik częściowy dla oddziaływania stałego. Można przyjmować równy 1,35,

gQ,1 – współczynnik częściowy dla pierwszego oddziaływania zmiennego. Można

przyjmować równy 1,50,

2017-02-10

5


Dla większości powierzchni (kategoria użytkowania A, B, C, D) jest wartość 0,6 z

wyłączeniem powierzchni magazynowych zaliczanych do kategorii E, dla którego

wartość współczynnika hfi zaleca się przyjmować na poziomie 0,7.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Qk/Gk (proporcja obciążenia zmiennego do stałego)

hfi

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1


Jeżeli jest znana wartość efektu oddziaływań w temperaturze pokojowej Ed

według wzoru: Efi,d = hfi Ed

Metodą dokładną według wzoru: Efi,d = Gk,j + 1,1 Qk,1 + 2,1 Qk,i

Wartości podstawowych parametrów obliczeniowych dla sytuacji ogniowej

wyznacza się z następujących zależności:

fi,m

20fimod,fi,d

SkS

fi,m

20fimod,fi,d

fkf

gdzie: Sd,fi – charakteryzuje obliczeniowe właściwości z zakresu sztywności w sytuacji

pożarowej, np. Ed,fi – moduł sprężystości, Gd,fi – moduł przy ścinaniu

kmod,fi – jest współczynnikiem modyfikacyjnym w sytuacji pożarowej zależnym od rodzaju

wyznaczanych charakterystyk (np. wytrzymałość przy zginaniu, ściskaniu, rozciąganiu itp.)

oraz ilorazu obwodu wystawionego na działanie ognia p i pola przekroju poprzecznego Ar,

S20 – jest 20% kwantylem odpowiedniej charakterystyki sztywnościowej w temperaturze

normalnej,


m,fi – jest częściowym współczynnikiem bezpieczeństwa równym 1. W normalnej sytuacji

projektowej wartość tego współczynnika bez oznaczenia w indeksie fi dla drewna wynosi 1,3

fd,fi – jest wytrzymałością obliczeniową w sytuacji pożarowej,

f20 – jest 20% kwantylem wytrzymałości w temperaturze normalnej.

05fi20SkS

kfi20fkf

Rodzaj materiału kfi

Drewno lite 1,25Drewno klejone warstwowo 1,15Płyty z materiałów drewnopochodnych 1,15Fornir klejony warstwowo 1,10Połączenia z elementami bocznymi z drewna i płytdrewnopochodnych

1,15

Połączenia z bocznymi elementami stalowymi 1,05


1. Kombinacja podstawowa obciążeń (warunki normalne)Obciążenie obliczeniowe w warunkach normalnych:Ed = 1,35 Gk + 1,50 Qk,1

Obciążenie stałe: Gk = 3,00 kN/m2.Podstawowe obciążenie zmienne: Qk,1 = 3,00 kN/m2.Podstawowa kombinacja obciążeń w warunkach normalnych:Ed = 1,35 · 3,00 + 1,50 · 3,00 = 4,05 + 4,50 = 8,55 kN/m2.

2. Kombinacja wyjątkowa obciążeń (warunki pożarowe)Ed,fi = Gk + Ψ1,1 Qk,1

Współczynnik kombinacyjny Ψ1,1 = 0,5 (jak dla powierzchni biurowej).Wyjątkowa kombinacja obciążeńEd,fi = 3,00 + 0,5 · 3,0 = 4,50 kN/m2 .3. Współczynnik redukcyjny obciążeń w warunkach pożarowychηfi = Ed,fi / Ed = 4,50 / 8,55 = 0,526Warto zauważyć, iż zredukowane obciążenia w przytoczonym przykładzie (ηfi = 0,526) są istotnieniższe od tych, które należałoby przyjąć bez dokonywania obliczeniowej analizy (ηfi = 0,60).Dotyczy to większości realnie projektowanych konstrukcji. W konsekwencji obliczenie i późniejszestosowanie współczynnika redukcyjnego ηfi zazwyczaj pozwala na spełnienie kryteriów nośnościogniowej elementów konstrukcji w oszczędniejszy, a zarazem technicznie uzasadniony sposób.


Częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla materiału:

OkreśleniamStany graniczne nośności /wg Tablicy 2.3/

Drewno lite 1,3Drewno klejone warstwowo 1,25

LVL, sklejka, płyty OSB 1,2Płyty wiórowe, pilśniowe /twarde, półtwarde, MDF/ 1,3

Złącza 1,3Płytki kolczaste 1,25

Sytuacje wyjątkowe 1Stany graniczne użytkowania 1


2017-02-10

6


Rodzaje drewna i wyrobów z materiałów drewnopochodnych o n

Drewno miękkie (topola i gatunki iglaste) oraz buczynalite o gęstości charakterystycznej k 290 kg/m3

klejone warstwowo o gęstości charakterystycznej k 290 kg/m3

0,650,65

0,800,70

Drewno twarde1) (gatunki liściaste bez topoli) i bez buczynylite lub klejone o gęstości charakterystycznej k 290 kg/m3

lite lub klejone o gęstości charakterystycznej k 450 kg/m3

0,650,50

0,700,55

Fornir klejony warstwowo o gęstości charakterystycznej k 500 kg/m3 0,65 0,70Płyty2)

drewnianesklejkapłyty drewnopochodne inne niż sklejka (np. wiórowe, pilśniowe itp.)

0,91,00,9

---

1) Prędkości zwęglania drewna twardego o wartościach gęstości charakterystycznejzawartych między 290 i 450 kg/m3 można obliczać przy zastosowaniu interpolacji liniowej.2) Prędkości zwęglania odnoszą się do gęstości charakterystycznej 450 kg/m3 i grubości płyty 20 mm.

Prędkości zwęglania drewna i materiałów drewnopochodnych, mm/min


Okładziny ogniochronneDla opóźnienia momentu zapoczątkowania zwęglania elementu drewnianego można

stosować okładziny z płyt palnych (np. drewnianych lub drewnopochodnych) lub niepalnych

(np. gipsowo-kartonowych, silikatowo-cementowych, krzemianowo-wapniowych itp.)

względnie warstwy z materiałów izolacyjnych, takich jak wełna skalna.

Okładziny z materiałów palnych

Czas zniszczenia ogniochronnych okładzin drewnianych lub drewnopochodnych można

określać według wzoru:

tf = -4 np. 25,4 mm zabezpiecza przez około 24 min.0

ph

gdzie:

hp – całkowita grubość wszystkich warstw okładziny [mm],

o – podstawowa prędkość zwęglania płyty [mm/min], (gęstość, grubość).

Dla płyt drewnianych i drewnopochodnych można przyjąć, że zwęglanie osłanianego elementu

drewnianego rozpoczyna się wraz z upływem czasu zniszczenia płyty, to znaczy tch = tf. (czas

rozpoczęcia zwęglania elementów zabezpieczonych/czas zniszczenia zabezpieczenia)


Okładziny z materiałów niepalnych

Dla okładzin składających się z jednej warstwy płyty gipsowo-kartonowej typu A,

F lub H według PN-EN 520 (czyli odpowiednio GKB, GKF lub GKBI i GKFI, w

miejscach oddalonych od złącz płyt lub przylegających do wypełnionych lub nie

wypełnionych szczelin o szerokości 2 mm lub mniejszej, czas początku zwęglania

można przyjmować według wzoru:

tch = 2,8 hp – 14 np. 12,5 mm zabezpiecza przez około 21 min.

gdzie:

hp – całkowita grubość płyt w mm.

Według wzoru można obliczać czas początku zwęglania dla okładzin

składających się z dwóch warstw płyty gipsowo-kartonowej, jeżeli obydwie

pozostają na miejscu i obydwie jednocześnie odpadają, w miejscach oddalonych

od złącz płyt w warstwie zewnętrznej.


W miejscach przylegających do złącz z nie wypełnionymi szczelinami o szerokości

powyżej 2 mm, czas początku zwęglania należy obliczać według wzoru:

tch = 2,8 hp – 23 np. 12,5 mm zabezpiecza przez około 12 min.

Według wzoru należy obliczać czas początku zwęglania w miejscach przylegających do złącz w

warstwie zewnętrznej. Na przykład jeżeli warstwa zewnętrzna jest typu F (GKF) a warstwa

wewnętrzna typu A lub H (GKB lub GKBI), obydwie warstwy zwykle odpadają jednocześnie.

Wzory nie mają zastosowania do okładzin składających z dwóch warstw, które odpadają

oddzielnie. Taka sytuacja ma zwykle miejsce w przypadku zastosowania dwóch warstw płyty

gipsowo-kartonowej typu A lub H (GKB lub GKBI).

Na ogół zniszczenie na skutek uszkodzenia mechanicznego zależy od temperatury, wymiarów

płyt i ich kierunku. Położenie pionowe jest zwykle bardziej korzystne od poziomego. Czas

zniszczenia zależy również od długości łączników zapewniających zakotwienie w nie

zwęglonym rdzeniu drewnianym.


Dla belek lub słupów zabezpieczonych płytami z wełny skalnej o grubości

powyżej 20 mm i gęstości pozornej powyżej 26 kg/m3, zachowującymi swą

integralność do temperatury 1000oC, czas skuteczności ogniochronnej można

obliczać według wzoru:

instch = 0,07 (hins – 20) np. 50 mm (100 kg/m3) zabezpiecza przez 21 min.

gdzie:

tch – czas początku zwęglania w minutach,

hins – grubość materiału izolacyjnego w mm,

ins – gęstość izolacji w kg/m3.

Warstw izolacyjnych o grubości nie przekraczającej 20 mm nie uwzględnia się.


Elementy drewniane osłonięte okładzinami ogniochronnymi

Mechanizm zniszczenia stropu drewnianego z belką stropową osłoniętą ogniochronną płytą

sufitową. Obejmuje on 3 fazy:

1. Zapoczątkowanie niszczenia (ewentualnie zwęglania) płyty ogniochronnej (t0 = 0).

2. Zapoczątkowanie zwęglania elementu drewnianego (t1 = t1 = tf).

3. Osiągnięcie wymaganej nośności ogniowej (t2 = tfi,req; t2 = tfi,req – tf).

2017-02-10

7


Elementy drewniane nieosłonięte

Mechanizm zniszczenia stropu drewnianego obejmuje dwie fazy:

1. Zapoczątkowanie zwęglania elementu drewnianego (t0 = 0).

2. Osiągnięcie wymaganej nośności ogniowej (t1 = tfi,req).

Głębokość warstwy zwęglonej pod działaniem ognia i wysokiej temperatury można obliczyć przy

założeniu zwęglania:

Jednokierunkowego, według wzoru:

dchar,0 = 0 * t

gdzie:

dchar,0 – obliczeniowa głębokość zwęglania jednokierunkowego [mm],

0 – podstawowa obliczeniowa prędkość zwęglania jednokierunkowego [mm/min],

t – czas wystawienia na działanie ognia [min].


Wyidealizowanego z uwzględnieniem efektu zaokrąglania naroży, według wzoru:

dchar,n = n * t

gdzie:

dchar,n – wyidealizowana obliczeniowa głębokość zwęglania [mm],

n – wyidealizowana obliczeniowa prędkość zwęglania [mm/min].

Obliczeniowe głębokości zwęglania wyidealizowanego dchar,n przekroju prostokątnego

poddanego wielostronnemu działaniu ognia. 1 – powierzchnia pierwotna, 2 - granica rdzenia,

3 – granica przekroju skutecznego (idealnego przekroju prostokątnego)


Przy założeniu przekroju efektywnego –

ZREDUKOWANEGO PRZEKROJU –

ZALECANA METODA z uwzględnieniem

efektu zaokrąglania naroży (n)

Przy założeniu zredukowanej wytrzymałości

i sprężystości – METODA

ZREDUKOWANYCH WŁAŚCIWOŚCI (0)

Ćwiczenia praktyczne

Przykład – dane podstawowe

Klasa trwania obciążenia

Czas trwania obciążenia charakterystycznego

Stałe Powyżej 10 lat, np. obciążenie ciężarem własnym

Długotrwałe 6 miesięcy -10 lat, np. obciążenie magazynu

Średniotrwałe1 tydzień – 6 miesięcy, np. obciążenie użytkowe, śnieg

w górach

Krótkotrwałe Mniej niż 1 tydzień, np. śnieg, wiatr

Chwilowe Np. wiatr, obciążenie awaryjne


Wartości współczynnika kmod Wartości współczynnika kdef

Tablica: 3.1 EC5 Tablica: 3.2 EC5

Klasa użytkowania Klasa użytkowania

Materiał / klasa

trwania obciążenia

Wilgotność

Drewno 12 %

Powietrze do

65 %

Wilgotność

Drewno 20 %

Powietrze do

85 %

Wilgotność

Drewno > 20

%

Powietrze >

85 %

Wilgotność

Drewno 12 %

Powietrze do 65

%

Wilgotność

Drewno 20 %

Powietrze do

85 %

Wilgotność

Drewno > 20

%

Powietrze >

85 %

Drewno lite i klejone warstwowo

Stałe 0,6 0,6 0,5

0,6 0,8 2

Długotrwałe 0,7 0,7 0,55

Średniotrwałe 0,8 0,8 0,65

Krótkotrwałe 0,9 0,9 0,7

Chwilowe 1,1 1,1 0,9

2017-02-10

8

Przykład – dane podstawowe Przykład – dane podstawowe Przykład – dane podstawowe

OkreśleniamStany graniczne nośności /wg Tablicy 2.3/

Drewno lite 1,3

Drewno klejone warstwowo 1,25

LVL, sklejka, płyty OSB 1,2

Płyty wiórowe, pilśniowe /twarde, półtwarde, MDF/ 1,3

Złącza 1,3

Płytki kolczaste 1,25

Sytuacje wyjątkowe 1

Stany graniczne użytkowania 1


MPaMPa

Cdlafk

kfm

km

hdm 5,183,1

308,0130

,mod

,

Wytrzymałość obliczeniowa na zginanie – sytuacja zwykła

MPaMPa

Cdla

fiM

kmfimfi fkk5,37

1

3025,1130

,

,,mod,

Wytrzymałość obliczeniowa na zginanie – sytuacja ogniowa

ffi,m,d =

gdzie: M,fi = 1,0 drewno lite kfi = 1,25 drewno klejone kfi = 1,15

Przykład – belka zginana Przykład – belka zginana

2017-02-10

9

Przykład – belka zginana Przykład – słup Przykład – słup

Przykład – słup Przykład – słup

Podsumowanie i najważniejsze

kwestie

2017-02-10

10

Czynniki wpływające

na odporność ogniową

• Geometria – przekrój poprzeczny,

• Materiał – rodzaj drewna, im twardsze tym lepiej,

• Statyka i oddziaływania – charakter pracy elementu,

poziom wykorzystania nośności,

• Pożar – moc i przebieg temperatury w czasie.

Zabezpieczenia ogniochronne

• Zazwyczaj nie wymagane w konstrukcjach

ciesielskich, w konstrukcjach inżynierskich często

wymagane.

• EC5 dopuszcza zabezpieczenia płytowe np. typowa

płyta gk typu F zabezpiecza na 21 min.

• Inne metody zabezpieczeń np. impregnacja

wymagają sprawdzenia badawczego ale pozwalają

na przejście z klasy D reakcji na ogień do klasy B

Zakład Badań Ogniowych ITBLaboratorium Badań Ogniowych

ul. Ksawerów 21, Warszawa

ul. Przemysłowa 2, Pionki

f i re @it b .p l

Prezentacja programu PowerPoint - sitp.poznan.pl · skutecznościdziałaniajest nośnośćogniowa...

Documents

Transcript of Prezentacja programu PowerPoint - sitp.poznan.pl · skutecznościdziałaniajest nośnośćogniowa...