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

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

Zachowanie stropów stalowych i zespolonych w warunkach pożarowych Obserwacje z badań ogniowych w pełnej skali Olivier VASSART - Bin ZHAO

Plan prezentacji Badanie belki z zastosowaniem palników Badanie ramy z zastosowaniem palników Badania narożnika z zastosowaniem stosów drewna Badania demonstracyjne z rzeczywistym wyposażeniem biura Badania lokalnych pożarów samochodów Dane dotyczące pożarów w istniejących budynkach i innych badań ogniowych spoza Europy Pożary rzeczywiste Inne badania ogniowe

Ośmiopiętrowy budynek o stalowej konstrukcji ramowej Badania ogniowe Połączenie belka - belka Połączenie belka - słup

Główne parametry budynku Badania ogniowe Długość: 45 m przy 5 przęsłach 9 m Szerokość: 21 m przy 3 przęsłąch 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

Badanie belki utwierdzonej: rozpiętość = 9.0 m Badania ogniowe POMIESZCZENIE BADAWCZE

Przemieszczenie pionowe (mm) Temperatura maksymalna ( C) Badanie belki utwierdzonej: wyniki doświadczalne Badania ogniowe 250 200 150 1000 800 600 100 50 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Czas (min) Obserwacje Maksymalna temperatura belki 900 C Ugięcie belki: < 250 mm 400 200

Ugięcie (% rozpiętości) Porównanie ze standardowym badaniem ogniowym Badania ogniowe 3.0 2.0 Ugięcie = Rozpiętość/30 Badanie ramy Konkluzja 1.0 0 Standardowe badanie ogniowe 0 200 400 600 800 1000 Temperatura ( C) Brak oznak zniszczenia w całym systemie stropu zespolonego Załamanie przy 650 C jeśli strop swobodnie podparty

Badanie ramy płaskiej Badania ogniowe POMIESZCZENIE BADAWCZE

Maksymalne pionowe przemieszczenie (mm) Maksymalna temperatura nagrzewanego słupa ( C) Badanie ramy płaskiej: wyniki doświadczalne Badania ogniowe 400 350 300 250 200 150 100 50 Maks. przemieszczenie pionowe Temperatura słupa 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Obserwacje Maksymalna temperatura słupa 750 C Ugięcie belki 300 mm Czas (min) 1000 800 600 400 200

Stan deformacji nagrzewanej części stropu Badania ogniowe Wnioski Nastąpiło zgniecenie niezabezpieczonej części słupa Nie nastąpiło dalsze załamanie pomimo powyższego lokalnego zniszczenia

Badanie narożnika w pomieszczeniu Badania ogniowe POMIESZCZENIE BADAWCZE WENTYLACJA

Badanie narożnika w pomieszczeniu: układ Badania ogniowe Obciążenie ogniowe od stosów drewna równe 45 kg/m² Ściany pomieszczenia z bloczków drążonych

Badanie narożnika w pomieszczeniu: wyniki doświadczalne Badania ogniowe Zdeformowany strop po badaniu Ogień podczas badania

Maksymalne pionowe przemieszczenie (mm) Maksymalna temperatura stali ( C) Badanie narożnika w pomieszczeniu: wyniki doświadczalne Badania ogniowe 600 500 400 300 200 100 0 0 Maksymalne przemieszczenie pionowe 0 50 100 150 200 250 300 350 Czas (min) Temperatura maksymalna Obserwacje Maksymalna temperatura stali 1014 C Maksymalne ugięcie stropu 428 mm 1200 1000 800 600 400 200

Badanie narożnika w pomieszczeniu: konstrukcja po badaniu Badania ogniowe 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

Badanie demonstracyjne (powierzchnia ponad 130 m²) Badania ogniowe WENTYLACJA POŻAR BIURA

Badanie demonstracyjne: układ Badania ogniowe Otwory okienne ze szkleniem zwykłym Obciążenie ogniowe - rzeczywiste wyposażenie biura

Badanie demonstracyjne: wyniki doświadczalne Badania ogniowe Pożar w pełni rozwinięty Wczesna faza pożaru

Temperatura pożaru ( C) Badanie demonstracyjne: wyniki doświadczalne 1400 Badania ogniowe 1200 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Czas (min) Obserwacje Maksymalna temperatura spalin 1200 C Maksymalna temperatura stali 1150 C

Przemieszczenie pionowe (mm) Temperatura ( C) Badanie demonstracyjne: wyniki doświadczalne Badania ogniowe 700 600 500 400 300 200 100 0 Obserwacje Maksymalne pionowe przemieszczenie 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Czas (min) Poważne ugięcie stropu 640 mm Nie nastąpiło zawalenie stropu Temperatura stali 1200 1000 800 600 400 200 0

Badanie demonstracyjne: konstrukcja po badaniu Badania ogniowe Stan deformacji nagrzewanej części stropu zespolonego Wniosek Stan deformacji elementów stalowych wokół zabezpieczonego słupa stalowego Brak oznak globalnego zniszczenia stropu pomimo poważnego nagrzania stali i ugięcia stropu

Badania ogniowe Inne badania ogniowe Drugie badanie narożnika Badanie dużego pomieszczenia Nowe badanie narożnika

Badania ogniowe Uwagi ogólne Duża liczba badań ogniowych w surowych warunkach przeprowadzonych w tym budynku o ramowej konstrukcji stalowej bez zawalenia globalnej konstrukcji Znacznie lepsze obserwowane zachowanie w warunkach pożarowych w porównaniu do standardowych badań odporności ogniowej izolowanych elementów stalowych Doskonałe globalne zachowanie stropu zespolonego nawet jeśli belki stalowe zostały nagrzane do ponad 1000 C Oczywiste podwyższenie odporności ogniowej stropu zespolonego zawdzięczane wywołanemu efektowi membranowemu przy dużym ugięciu Wysoka trwałość systemu stropu zespolonego w przypadku poważnych pęknięć betonu

Jednokondygnacyjny budynek o szkielecie stalowym 15 m 5m 16m 3 m 32m

Jednokondygnacyjny budynek o szkielecie stalowym 2.5m 2.33m 5.0 m

Główne parametry budynku Długość: 32 m przy 2 przęsłach 16 m Szerokość: 15 m przy 3 przęsłach 5 m Wysokość kondygnacji: 3.0 m Elementy stalowe: belki IPE i słupy H Płyta zespolona: beton zwykły o całkowitej grubości 120 mm i stalowy szalunek tracony o wklęsłych narożach Siatka stalowa: Połączenia stalowe: na nakładki z podwójnych kątowników dla połączeń belka-belka i na blachy czołowe dla połączeń belka-słup Zastosowane obciążenie: rzeczywiste samochody

Dwa badania ogniowe obejmujące po trzy samochody 16 m Kierunek wiatru Test 2 5 m Test 1 IPE400 IPE500 IPE550 Słupy skrajne: HEA 180 Słupy środkowe: HEB 200

Wyniki doświadczalne (test 1) 0 min

Temperatura pożaru ( C) Wyniki doświadczalne: temperatura spalin 1200 1000 800 600 400 200 0 Test 1 Test 2 0 30 60 90 120 150 180 210 Czas (min)

Temperatura stali ( C) Wyniki doświadczalne: temperatura stali 800 600 400 200 Belka 1 - Test 1 Belka 2 - Test 1 Belka 1 - Test 2 Belka 2 - Test 2 0 0 30 60 90 120 150 180 210 Czas (min)

Pion. przemieszczenie (mm) Wyniki doświadczalne: deformacje stali 50 0-50 -100-150 Belka 2 - Test 1 Belka 1 - Test 1 Belka 2 - Test 2 Belka 1 - Test 2 0 30 60 90 120 150 180 210 Czas (min)

Pion. przem. (mm) Poz. przem. (mm) Efekt membranowy 3D 0 Czas (min) 0 15 30 45 60 75 60-40 -80-120 -160-200 Badanie Obl. 3D Obl. 2D 40 20 0 0 20 40 60 80 Czas (min) Wniosek Redukcja przemieszczeń przy 3D efekcie membranowym porównywalna do 2D zachowania ramy portalowej

i innych badań ogniowych Pożar w Broadgate 14 piętrowy budynek biurowy z systemem stropów zespolonych Temperatura pożaru powyżej 1000 C Istotne ugięcie stropu (ponad 600 mm), ale zawalenie nie nastąpiło

i innych badań ogniowych Australijskie badania ogniowe Strop zespolony w pełnej skali Obciążenie ogniowe: 52 kg/m² od stosów drewna Temperatura pożaru powyżej 1228 C Zawalenie stropu nie nastąpiło