Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi. 14 czerwca 2011 r.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi. 14 czerwca 2011 r."

Katarzyna Kozieł
7 lat temu
Przeglądów:

1 Zasady systemów z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi 14 czerwca 011 r.

2 stalowych i w warunkach pożarowych Podstawy uproszczonej metody Olivier VASSART - Bin ZHAO

3 Plan prezentacji w warunkach pożarowych zbrojonych płyt betonowych 0 C Model płyty stropowej Mechanizmy zniszczenia w temperaturze Nośność płyt betonowych z plastycznymi liniami załomów Efekt membranowy w temperaturze Wzmocnienie w obecności stalowych belek podpierających

4 Tradycyjna Belki zabezpieczone zbrojonych płyt betonowych w temperaturze zbrojonych płyt betonowych w temperaturze Słup Belka Strop Istniejące metody zakładają, że elementy izolowane będą zachowywać się w podobny sposób w rzeczywistych budynkach Strefa pożarowa

5 Rzeczywiste zachowanie z mocną stalową siatką zbrojeniową w płycie betonowej Przyrost temperatury podczas pożaru (a) (b) (c) (d) Proste zginanie Działanie efektu membranowego

6 0 C Płyta stropowa z 4 bokami bez możliwości pionowego przesuwu (Plastyczne linie załomów) Plastyczne linie załomów Swobodne podparcie na 4 krawędziach

7 0 C Model płyty stropowej Efekt membranowy powoduje podwyższenie nośności w liniach załomów Obszar rozciągany Plastyczne linie załomów Swobodne podparcie na 4 krawędziach Ściskanie w poprzek linii załomów Rozciąganie w poprzek linii załomów

8 0 C Siły membranowe wzdłuż plastycznych linii załomów (1) k b K T 0 D S T C L E Element 1 C F B C nl A S T T 1 b K T 0 Element 1 Element Element l

9 0 C Siły membranowe wzdłuż plastycznych linii załomów () k, b parametry definiujące wielkość sił membranowych, n K współczynnik wzięty z teorii plastycznych linii załomów, stosunek zbrojenia krótszego przęsła do zbrojenia dłuższego przęsła, T 0 zbrojenie na jednostkę szerokości w dłuższym przęśle, T 1, T, C, S wynikowe siły membranowe wzdłuż plastycznych linii załomów.

10 0 C Wpływ działania membranowego (1) Element 1 Widok w płaszczyźnie na wynikowe siły membranowe Widok z boku na wynikowe siły membranowe przy ugięciu równym w

11 0 C Wpływ działania membranowego () Element Widok w płaszczyźnie na wynikowe siły membranowe Widok z boku na wynikowe siły membranowe przy ugięciu równym w

12 0 C Wpływ działania membranowego (3) Współczynnik wzmocnienia dla każdego elementu e im : nośność na zginanie nad podporą elementu i e i, i=1, = + e ib : nośność na zginanie dla linii załomów elementu i Całkowite wzmocnienie e e 1 e1 e 1 a gdzie: μ jest współczynnikiem ortotropii zbrojenia a jest stosunkiem boków płyty = L/l

13 Nośność 0 C Wpływ działania membranowego (4) Nośność z uwzględnieniem działania membranowego Nośność obliczona na podstawie teorii plastycznych linii załomów w 1 Współczynnik wzmocnienia wynikający z sił membranowych dla danego przemieszczenia (w 1 ) Przemieszczenie (w)

14 0 C Mechanizmy zniszczenia (zniszczenie przy rozciąganiu zbrojenia) Rysa na pełnej głębokości Zniszczenie betonu od ściskania Zerwanie zbrojenia wzdłuż większej rozpiętości Linia załomu Krawędź płyty przesuwa się w kierunku środka płyty i zmniejsza odkształcenia w zbrojeniu w kierunku krótszego boku

15 0 C Mechanizmy zniszczenia (zniszczenie przy ściskaniu betonu) Bardziej prawdopodobny w przypadku mocnej siatki zbrojeniowej Zgniatanie betonu spowodowane naprężeniami działającymi w płaszczyźnie Linia załomu

16 0 C Mechanizmy zniszczenia (wyniki doświadczalne) Zniszczenia przy rozciąganiu zbrojenia Zniszczenie przy ściskaniu betonu

17 Model płyty stropowej w temperaturze (1) Oparty na tym samym modelu jak dla temperatury otoczenia Uwzględnia wygięcie termiczne wynikające z gradientu temperatury po grubości płyty, które jest równe: w (T T1 ) 19. h gdzie: h jest efektywną grubością płyty jest krótszą rozpiętością płyty

18 Model płyty stropowej w temperaturze () i: jest współczynnikiem rozszerzalności termicznej betonu Dla betonu lekkiego, przyjmuje się wartość z EN : LWC = K -1 Dla betonu zwykłego, przyjmuje się konserwatywną wartość: NWC = K -1 < K -1 (EN ) T T 1 jest temperaturą dolnej powierzchni płyty (strona nagrzewana) jest temperaturą górnej powierzchni płyty (strona nienagrzewana)

19 Model płyty stropowej w temperaturze (3) Zakładając średnie odkształcenie przy naprężeniu równym połowie naprężenia plastycznego w temperaturze otoczenia Ugięcie płyty na podstawie parabolicznego kształtu ugiętej płyty wynikającego z poprzecznego obciążenia: gdzie: E s jest modułem sprężystości zbrojenia f sy jest granicą plastyczności zbrojenia L w 0.5 f Es sy 3L 8 jest dłuższą rozpiętością płyty 30

20 Model płyty stropowej w temperaturze (4) Zatem, maksymalne ugięcie płyty stropowej jest równe: w (T T1 ) 19. h 0.5 f Es 3L 8 Jednakże, maksymalne ugięcie płyty stropowej jest ograniczane do: w L 30 sy

21 Konserwatywność modelu płyty stropowej w temperaturze Oszacowane pionowe przemieszczenia powodowane krzywizną termiczną są niedoszacowane w porównaniu z wartościami teoretycznymi Krzywizna termiczna jest obliczana na podstawie krótszej rozpiętości płyty Wszelkie dodatkowe przemieszczenia pionowe wywołane ograniczoną rozszerzalnością termiczną w wyboczonej płycie są pomijane Pomijany jest wpływa stalowego deskowania Wzrost ciągliwości siatki ze wzrostem temperatury jest pomijany

22 Nośność płyty stropowej dla modelu wzmocnionego wskutek obecności niezabezpieczonych belek stalowych (1) Działanie łańcuchowe belek niezabezpieczonych jest pomijane Nośność na zginanie niezabezpieczonych belek jest brana pod uwagę przy następujących założeniach: Swobodne podparcie na obu końcach Nagrzewanie przekroju stalowego obliczone zgodnie z EN , z uwzględnieniem efektu cienia Właściwości termiczne i zarówno stali jak i betonu według EN

23 Nośność płyty stropowej dla modelu wzmocnionego wskutek obecności niezabezpieczonych belek stalowych () Zwiększenie nośności od niezabezpieczonych belek jest równe: 8M Rd, fi n 8M ub Rd, fi 1 n L B L ub ub ub B ub gdzie: n ub M Rd,fi L ub jest liczbą niezabezpieczonych belek jest nośnością na zginanie każdej z niezabezpieczonych belek

24 Obliczenia temperatury płyty zespolonej Na podstawie zaawansowanych modeli obliczeniowych h D różnic skończonych Właściwości termiczne materiałów według EN zarówno dla stali jak i dla betonu Efekt cienia w odniesieniu do płyty zespolonej jest brany pod uwagę p x Element i =1.0 side top b 1 y L i Element i

25 Nośność zabezpieczonych belek obwodowych Poziom obciążenia η fi,t Dodatkowe obciążenie belek drugorzędnych Metoda temperatury krytycznej Belki zespolone (EN ) R 30 Inne klasy odporności ogniowej Belki stalowe (EN ) 0.9 fi,t fi,t fi,t f f f ay, cr f ay ay, cr f ay ay, cr f ay M M M M M M Rd, fi,b,i Rd,b,i Rd, fi,b,i Rd,b,i Rd, fi,b,i Rd,b,i i1, i1, i1,

26 Nośność zabezpieczonych belek obwodowych na podstawie globalnego mechanizmu plastycznego Belki główne i belki drugorzędne są projektowane oddzielne Zarówno dla belek głównych jak i dla belek drugorzędnych Brana jest pod uwagę alternatywna jedna linia załomów łącząca przeguby plastyczne Wymagana nośność na zginanie M Rd,fi,b jest taka sama dla wszystkich równoległych belek obwodowych niezależnie od ich rzeczywistego przekroju poprzecznego Analizuje się przypadki belki skrajne co najmniej 1 belka wewnętrzna Stosuje się zasadę pracy wirtualnej

27 Nośność belek głównych (1) Krawędź płyty o M Rd,fi,b,1 belki skrajne 1 belka wewnętrzna M Rd,fi M Rd,fi Oś obrotu o Krawędź płyty Linia załomów M Rd,fi,b,1 l o M Rd,fi,b,1 Stropowa strefa projektowa L M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b,1 L M Rd,fi M Rd,fi o M Rd,fi,b,1 Linia załomów o o Oś obrotu l o o Oś obrotu

28 Nośność belek głównych () belki skrajne Co najmniej jedna belka wewnętrzna gdzie: p M M Rd, fi,b,1 Rd, fi,b,1 pl 8M 16 pl 8M 1 jest maksymalnym przyłożonym obciążeniem i nośnością stropu 0 0 L L eff eff

29 Nośność belek głównych (3) i: L eff jest efektywną długością linii załomów stalowe belki skrajne tylko 1 belka zespolona belki zespolone L eff L L eff L eff L min L L min ; 8 L ; 8

30 Nośność zabezpieczonych belek drugorzędnych (1) Oś obrotu belki skrajne 1 belka wewnętrzna o o M Rd,fi,b, M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b, Linia załomów o o Oś obrotu. Zero pionowego przemieszczenia l l o o M Rd,fi,b, Stropowa strefa projektowa L M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b, M Rd,fi M Rd,fi M Rd,fi,b, o o L

31 Nośność zabezpieczonych belek drugorzędnych () belki skrajne M Co najmniej jedna belka wewnętrzna M gdzie: p Rd, fi,b, Rd, fi,b, pl pl 8 8 M M 0 0 eff 16 eff 1 n n jest maksymalnym przyłożonym obciążeniem i nośnością stropu ub ub M M Rd, fi Rd, fi

32 Nośność zabezpieczonych belek drugorzędnych (3) i: eff jest efektywną długością linii załomów stalowe belki skrajne eff nub min 1 n tylko 1 belka zespolona eff n belki zespolone eff ub 1 min ub 1 n ub L ; 4 L nub 1min ; 1 nub 4 L ; 4

33 Powołania Johansen, K.W. Yield-line formulae for slabs. Cement and Concrete Association. London: Taylor & Francis, 197. Bailey, C.G. Membrane action of slab/beam composite floor systems in fire. Engineering Structures, October 004, Vol. 6, Issue 1, pp EN : Eurocode 4 : Design of composite steel and concrete structures Part 1- : General rules Structural fire design, CEN. Fire Resistance Assessment of partially protected COmposite Floors (FRACOF): Engineering background. Technical Report, CTICM, SCI, 009.

Podobne dokumenty

Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja

Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja Praca naukowa finansowana ze środków finansowych na naukę w roku 2012 przyznanych na