Wprowadzenie
Analiza pożarowa nie jest rutynowym zadaniem dla inżyniera konstruktora. Niniejszy artykuł przedstawia rozwiązanie zastosowane w IDEA StatiCa, które automatycznie oblicza temperaturę płyt w modelu połączenia podczas ekspozycji na ogień.
Komponenty spoin i śrub przyjmują temperaturę połączonej płyty o najwyższej temperaturze. Więcej informacji na temat założeń: https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
Model i założenia
Sprawdzona zostanie temperatura usztywnienia w tym węźle połączenia. Połączenie będzie narażone na działanie ognia i musi wytrzymać co najmniej 15 minut R15. Krzywa pożarowa zastosowana w symulacji to "Zewnętrzna krzywa pożarowa (EN 1993-1-2)." Należy zwrócić uwagę, że nie zastosowano zabezpieczenia przeciwpożarowego.
Wzory normowe
Założenia opierają się na EN 1993-1-2 dla niezabezpieczonych materiałów stalowych. Ponieważ nie zastosowano izolacji ochronnej, materiał jest bezpośrednio narażony na ciepło z konwekcji i promieniowania płomieni, co powoduje jego znacznie szybsze nagrzewanie się.
Eurokod definiuje kilka nominalnych krzywych temperatura–czas stosowanych w projektowaniu konstrukcji na warunki pożarowe:
- Standardowa krzywa pożarowa (ISO 834 / EN 1991-1-2, wzór 3.1)
- Reprezentuje konwencjonalny, intensywny pożar w pomieszczeniu.
- Zastosowanie: Do standardowej klasyfikacji odporności ogniowej (R30, R60, R90, …). Stosowana typowo w projektowaniu według przepisów i badaniach laboratoryjnych.
- Krzywa pożarowa węglowodorów
- Szybki wzrost temperatury, osiągający ~1100 °C w ciągu 5 minut.
- Zastosowanie: Do pożarów z udziałem węglowodorów (ropa, gaz, magazyny paliw, przemysł petrochemiczny, tunele z intensywnym ruchem).
- Zewnętrzna krzywa pożarowa
- Niższy wzrost temperatury w porównaniu z krzywą standardową, maks. ~680 °C.
- Zastosowanie: Do ekspozycji elewacji i zewnętrznych ścian na działanie ognia.
- Parametryczne krzywe pożarowe (niedostępne w IDEA StatiCa)
- Oparte na wymiarach pomieszczenia, wentylacji i gęstości obciążenia ogniowego.
- Uwzględniają fazy nagrzewania i chłodzenia.
- Zastosowanie: Do projektowania opartego na ocenie rzeczywistych pomieszczeń budynku, gdy znane są obciążenie ogniowe i warunki wentylacji.
Jak inżynierowie powinni dobierać krzywą pożarową
Wymagana zgodność z normą / klasa odporności ogniowej: → Zastosuj standardową krzywą pożarową.
Przemysł petrochemiczny, tunele, magazyny cieczy łatwopalnych: → Zastosuj krzywą pożarową węglowodorów.
Elewacje, elementy zewnętrzne narażone na pożar zewnętrzny: → Zastosuj zewnętrzną krzywą pożarową.
Rzeczywisty scenariusz pożarowy (projektowanie oparte na ocenie): → Zastosuj parametryczną krzywą pożarową (jeśli dostępne są wystarczające dane wejściowe).
Wskaźnik masywności Am/V
Ogólna wrażliwość
Wskaźnik masywności (Am/V) jest istotną stałą dla każdej płyty. W równaniu podstawowym występuje jako licznik, co oznacza, że zwiększenie przyrostu temperatury wpływa na temperaturę na końcu symulacji. Przeanalizujmy wrażliwość tego wskaźnika w zakresie [50, 300] przy przyroście co 25.
Jak obliczyć wartość dla usztywnienia
Obliczenie wskaźnika masywności dla rozpatrywanych usztywnień powinno wyjaśniać metodologię obliczania usztywnień. Jeśli powierzchnia niepokrywająca się z krawędzią płyty jest zakryta przez inną płytę, zakryta powierzchnia musi zostać wyłączona z obliczenia wskaźnika masywności. Pominięcie tego aspektu może prowadzić do mylących wyników w porównaniu z weryfikacją ręczną.
Procedura obliczeniowa krok po kroku
Opisana procedura przedstawia przebieg przyrostu temperatury w czasie dla zewnętrznej krzywej pożarowej.
Porównanie IDEA StatiCa z obliczeniami ręcznymi
Temperatura obliczona przez IDEA StatiCa wyniosła 608 stopni Celsjusza.
Przy zastosowaniu ręcznej procedury krok po kroku temperatura wyniosła 609 stopni Celsjusza.
Wnioski
Celem było zwiększenie przejrzystości procesu projektowania na warunki pożarowe oraz zachęcenie inżynierów konstruktorów do pewnego stosowania IDEA StatiCa do projektowania i sprawdzenia normowego połączeń stalowych i elementów w warunkach pożarowych w porównaniu z obliczeniami ręcznymi.
W projektowaniu pożarowym temperatura staje się krytyczną zmienną stanu. Bezpośrednio wpływa na sztywność i wytrzymałość materiałów poprzez właściwości zależne od temperatury, zdefiniowane w EN 1993-1-2.