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 na realizację projektu międzynarodowego współfinansowanego
Plan prezentacji Badanie belki z zastosowaniem palników Badanie ramy z zastosowaniem palników narożnika z zastosowaniem stosów drewna demonstracyjne z rzeczywistym wyposażeniem biura Dane dotyczące pożarów w istniejących budynkach Pożary rzeczywiste 2
Ośmiopiętrowy budynek o stalowej konstrukcji ramowej Połączenie belka - belka Połączenie belka - słup 3
Główne parametry budynku Długość: 45 m przy 5 przęsłach 9 m Szerokość: 21 m przy 3 przęsłach 6 m, 9 m i 6 m Wysokość kondygnacji: 4.2 m Elementy stalowe: belki UB i słupy UC Płyta zespolona: beton lekki o całkowitej grubości 130 mm i blacha trapezowa jako szalunek tracony Siatka stalowa: 142 mm²/m Połączenia stalowe: na blachy zakładkowe dla połączeń belka-belka i na blachy czołowe dla połączeń belka-słup Zastosowane obciążenie: worki z piaskiem (obciążenie zależne od badania) 4
5
Badanie belki utwierdzonej: rozpiętość = 9,0 m POMIESZCZENIE BADAWCZE 6
Przemieszczenie pionowe (mm) Temperatura maksymalna ( C) Badanie belki utwierdzonej: wyniki doświadczalne 250 200 150 100 50 0 Przemieszczenie pionowe Temperatura maksymalna 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Time (min) 1000 800 600 400 200 Obserwacje Maksymalna temperatura belki 900 C Ugięcie belki: < 250 mm 7
Ugięcie (% rozpiętości) Porównanie ze standardowym badaniem ogniowym 3.0 2.0 Badanie ramy 1.0 0 Standardowe badanie 0 200 400 600 800 1000 Temperatura ( C) Wnioski Brak oznak zniszczenia w całym systemie stropu zespolonego Załamanie przy 650 C jeśli strop swobodnie podparty 8
Badanie ramy płaskiej POMIESZCZENIE BADAWCZE 9
Maksymalne pionowe przemieszczenie (mm) Maksymalna temperatura nagrzewanego słupa ( C) Badanie ramy płaskiej: wyniki doświadczalne 400 350 300 Maks. przemieszczenie pionowe Temperatura słupa 1000 800 250 600 200 150 100 50 400 200 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Czas (min) Obserwacje Maksymalna temperatura słupa 750 C Ugięcie belki 300 mm 10
Stan deformacji nagrzewanej części stropu Wnioski Nastąpiło zgniecenie niezabezpieczonej części słupa Nie nastąpiło dalsze załamanie pomimo powyższego lokalnego zniszczenia 11
Badanie narożnika w pomieszczeniu POMIESZCZENIE BADAWCZE WENTYLACJA 12
Badanie narożnika w pomieszczeniu: układ Obciążenie od stosów drewna równe 45 kg/m² Ściany pomieszczenia z bloczków drążonych 13
Badanie narożnika w pomieszczeniu: wyniki doświadczalne Zdeformowany strop po badaniu Ogień podczas badania 14
Maksymalne pionowe przemieszczenie (mm) Maksymalna temperatura stali ( C) Badanie narożnika w pomieszczeniu: wyniki doświadczalne 600 500 400 Maksymalne przemieszczenie pionowe 1200 1000 800 300 600 200 100 Temperatura maksymalna 400 200 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Czas (min) Obserwacje Maksymalna temperatura stali 1014 C Maksymalne ugięcie stropu 428 mm 15
Badanie narożnika w pomieszczeniu : konstrukcja po badaniu Stan deformacji nagrzewanej części stropu zespolonego Stan deformacji elementów stalowych wokół zabezpieczonego słupa stalowego Wniosek Brak oznak globalnego zniszczenia stropu jak również osiągnięcia granicznego ugięcia pomimo znacznego nagrzania stali 16
Badanie demonstracyjne (powierzchnia ponad 130 m²) WENTYLACJA POŻAR BIURA 17
Badanie demonstracyjne: układ Otwory okienne ze zwykłym przeszkleniem Obciążenie - rzeczywiste wyposażenie biura 18
Badanie demonstracyjne: wyniki doświadczalne Pożar w pełni rozwinięty Wczesna faza pożaru 19
Temperatura pożaru ( C) Badanie demonstracyjne: wyniki doświadczalne 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Obserwacje Średnia 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Czas (min) Maksymalna temperatura spalin 1200 C Maksymalna temperatura stali 1150 C 20
Przemieszczenie pionowe (mm) Temperatura ( C) Badanie demonstracyjne: wyniki doświadczalne 700 1200 600 1000 500 400 300 200 100 Maksymalne pionowe przemieszczenie Temperatura stali 800 600 400 200 0 Obserwacje 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Czas (min) Znaczne ugięcie stropu 640 mm Nie nastąpiło zawalenie stropu 0 21
Badanie demonstracyjne: konstrukcja po badaniu Stan deformacji nagrzewanej części stropu zespolonego Stan deformacji elementów stalowych wokół zabezpieczonego słupa stalowego Wniosek Brak oznak globalnego zniszczenia stropu pomimo znacznego nagrzania stali i ugięcia stropu 22
Inne badania Drugie badanie narożnika Badanie dużego pomieszczenia Nowe badanie narożnika 23
Uwagi ogólne Duża liczba badań przeprowadzonych w budynku o ramowej konstrukcji stalowej, w ostrych warunkach pożarowych bez zawalenia globalnej konstrukcji Znacznie lepsze zachowanie obserwowane w warunkach pożarowych w porównaniu do standardowych badań odporności j izolowanych elementów stalowych Doskonałe globalne zachowanie stropu zespolonego nawet przy nagrzaniu belek stalowych do temperatury przekraczającej 1000 C Oczywiste podwyższenie odporności j stropu zespolonego w wyniku wywołania efektu membranowego przy dużym ugięciu Wysoka trwałość systemu stropu zespolonego w przypadku poważnych pęknięć betonu 24
Pożar w Broadgate 14 piętrowy budynek biurowy z systemem stropów zespolonych Temperatura pożaru powyżej 1000 C Znaczne ugięcie stropu (ponad 600 mm); zawalenie nie nastąpiło 25