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

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

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

Michalina Szymczak
6 lat temu
Przeglądów:

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

2 Zachowanie stropów stalowych i zespolonych w warunkach pożarowych Numeryczne sprawdzenie uproszczonej metody projektowania

3 Plan prezentacji analizy Właściwości analizy Rozmiary siatki stropu Poziomy obciążenia Połączenie stropu ze słupami stalowymi Odporność ogniowa: R30, R60, R90 i R120 Model numeryczny stropu Właściwości termo-mechaniczne materiałów użyte w MES termiczna konstrukcyjna Efekt ciągłości na brzegu stropu Ugięcie stropu Wydłużalność prętów zbrojeniowych

4 analizy Podstawy Cel standardowe badanie odporności ogniowej w pełnej skali w ramach projektu FRACOF Doskonałe zachowanie systemów stropów zespolonych w warunkach pożarowych (występowanie rozciągającego oddziaływania membranowego) Maks. stali 1000 C, oddziaływanie ognia 120 min Szczegóły konstrukcyjne Ugięcie 450 mm Weryfikacja uproszczonej metody projektowania w całej dziedzinie zastosowania (z użyciem zaawansowanych modeli obliczeniowych) Ograniczenie ugięcia stropu Wydłużenie stali zbrojeniowej

5 Właściwości analizy (1/3) Rozmiar siatki stropu Niezabezpieczone belki pośrednie Belki główne Zabezpieczone belki drugorzędne 6 m x 6 m 6 m x 9 m 9 m x 9 m 6 m x 12 m 9 m x 12 m Poziomy obciążenia 7.5 m x 15 m 9 m x 15 m Zgodnie z EC0 kombinacja obciążeń w warunkach pożarowych dla budynków biurowych jest równa: G (Obciążenie Stałe) Q (Obciążenie Zmienne) G= Ciężar własny kn/m² Q= 2.5 & 5 kn/m²

6 Właściwości analizy (2/3) Połączenie stropu ze słupami stalowymi Płyta Płyta Słup Słup Przy mechanicznym połączeniu stropu ze słupami Bez mechanicznego połączenia stropu ze słupami

Nagrzewanie Heating of belek boundary obwodowych (maks.

7 Temperatura Temperature [ [ C] C] Właściwości analizy (3/3) Odporność ogniowa: R30, R60, R90 and R R120 R90 R60 R30 Nagrzewanie Heating of belek boundary obwodowych (maks. beams 550 C) (Max. 550 C) Czas Time [min]

Model MES Model hybrydowy oparty na kilku typach elementów skończonych oprogramowania ANSYS SHELL91 (6 DOF wielowarstwowy): masywna część płyty betonowej

8 Model MES Model hybrydowy oparty na kilku typach elementów skończonych oprogramowania ANSYS SHELL91 (6 DOF wielowarstwowy): masywna część płyty betonowej BEAM24 : słup stalowy PIPE16 (6 DOF element jednoosiowy): połączenie pomiędzy belką stalową i płytą betonową Beam24: belka stalowa, stalowy szalunek i betonowe żebro

9 58 mm Właściwości płyty stropowej Belki S235 Stalowe trapezowe deskowanie COFRAPLUS60 (0.75 mm grubości) Beton zwykły C30/37 Siatka zbrojeniowa S500 Położenie siatki, średnio (od górnej powierzchni) = 45 mm mm mm 120 mm (R30) 130 mm (R60) 140 mm (R90) 150 mm (R120) 62 mm

10 Naprężenie [MPa] Stress [MPa] Właściwości termomechaniczne (1/2) Właściwości termomechaniczne stali: Właściwości termiczne według EC4-1.2 Gęstość niezależna od temperatury (ρ a = 7850 kg/m 3 ) Zależność naprężenie-odkształcenie: C 100 C 200 C 300 C 400 C 500 C 600 C 700 C 800 C 900 C 1000 C 1100 C 1200 C Odkształcenie Strain [%] [%]

11 Reduction factor Właściwości termomechaniczne (2/2) Właściwości termomechaniczne betonu: Właściwości termiczne według EC4-1.2 Gęstość w funkcji temperatury według EC4-1.2 Warunek plastyczności Druckera-Pragera Współczynniki redukcyjne wytrzymałości przy ściskaniu według EC4-1.2: 1.2 1, , , , , Temperatura Temperature [ C] [ C]

12 (1/2) Porównanie z badaniem ogniowym (analiza przepływu ciepła) C B A C B A Niezabezpieczone belki stalowe Zabezpieczone belki drugorzędne C B A E D C A F B Zabezpieczone belki główne Płyta zespolona

Displacement Przemieszczenie (mm) (2/2) Porównanie z badaniem ogniowym (ugięcie) Symulowany kształt zdeformowanego stropu po badaniu 500 400 300 200 100 0 Środek Central part Mid-span of Środkowa

13 Displacement Przemieszczenie (mm) (2/2) Porównanie z badaniem ogniowym (ugięcie) Symulowany kształt zdeformowanego stropu po badaniu Środek Central part Mid-span of Środkowa rozpiętości of the floor unprotected część stropu niezabezpieczonej belki central środkowej secondary beams Środek rozpiętości Mid-span zabezpieczonych of protected belek primary beams głównych Test Simulation Środek Mid-span rozpiętości of protected zabezpieczonych edge secondary skrajnych beams belek drugorzędnych Time Czas (min) Porównanie ugięcia (płyta i belki)

14 Efekt ciągłości na brzegu stropu Warunki zamocowania S1 S2 9 m S1 S2 S3 S4 C O R N E R 9 m S3 S4 9 m 9 m Siatka konstrukcyjna rzeczywistego budynku Wniosek Model ANSYS Znacznie ważniejsze są przewidywane ugięcia w narożniku siatki z 2 ciągłymi krawędziami niż w pozostałych 3 polach siatki z 3 lub 4 ciągłymi krawędziami.

15 Ograniczenie SDM limit SDM [mm] [mm] Niebezpiecznie Unsafe (1/4) Porównanie ugięcia obliczonego MES z maksymalnym dopuszczalnym ugięciem obliczonym według SDM (uproszczona metoda projektowania) 1000 Bezpiecznie Safe R 30 R 60 R 90 R Zaawansowany Advanced numerical model numeryczny model [mm] Przy mechanicznym połączeniu stropu ze słupami w zaawansowanych obliczeniach

16 Ograniczenie SDM limit SDM [mm] [mm] Niebezpiecznie Unsafe (2/4) Porównanie ugięcia obliczonego MES z maksymalnym dopuszczalnym ugięciem obliczonym według SDM (uproszczona metoda projektowania) Bezpiecznie Safe R 30 R 60 R 90 R Zaawansowany Advanced numerical model numeryczny model [mm] Bez mechanicznego połączenia stropu ze słupami w zaawansowanych obliczeniach 10%

17 (3/4) Porównanie czasu, gdy ugięcie obliczone MES osiąga rozpiętość/30 przy odporności ogniowej obliczonej według SDM (uproszczona metoda projektowania) 3 6m x 6m 6m x 9m 9m x 9m 6m x 12m 9m x 12m 7.5m x 15m 9m x 15m t rozpiętość/30 t Span/30 / t / Fire t odporność Resistance ogniowa 2 R 30 R 60 R 90 R 120 Wniosek 1 0,5 2,5 4,5 6,5 8,5 10,5 12,5 14,5 Kryterium rozpiętość/30 nie jest osiągane w obliczeniach MES dla wszystkich okresów odporności ogniowej wyznaczonych przy pomocy SDM

18 Maks. mech. odkształcenie stali zbrojeniowej (4/4) Wydłużalność prętów zbrojeniowych 6m x 6m 6m x 9m 9m x 9m 6m x 12m 9m x 12m 7.5m x 15m 9m x 15m 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 5% 4% 3% 2% 1% 0% R 30 R 60 R 90 R 120 Wniosek Wydłużalność stali zbrojeniowej 5 % = Minimum dopuszczalnej wydłużalności zgodnie z EC4-1.2.

19 SDM (uproszczona metoda projektowania) jest po bezpiecznej stronie w porównaniu z wynikami obliczeń metodami zaawansowanymi. Wydłużenie stalowej siatki zbrojeniowej pozostaje generalnie poniżej 5 %. Mechaniczne powiązania stropu ze słupami mogą zredukować ugięcie stropu zespolonego w warunkach pożarowych, ale nie są one konieczne jako detal konstrukcyjny. SDM jest w stanie przewidzieć, w bezpieczny sposób, konstrukcyjne zachowanie stropu zespolonego stalowobetonowego poddanego oddziaływaniu pożaru standardowego.

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 zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja Praca naukowa finansowana ze środków finansowych na naukę w roku 2012 przyznanych