Używamy cookies i podobnych technologii m.in. w celach: świadczenia usług, reklamy, statystyk. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień Twojej przeglądarki oznacza, że będą one umieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. Pamiętaj, że zawsze możesz zmienić te ustawienia. Szczegóły znajdziesz w Polityce Prywatności.

Eurokody projektowania konstrukcji obciążonych pożarem - cz. II

20.09.2012

Norma PN-EN 1992-1-2:2008 dotycząca projektowania konstrukcji betonowych narażonych na ogień powinna być stosowana łącznie z częścią 1-1 tego Eurokodu, gdyż podano w niej tylko wymagania uzupełniające do wymagań określonych dla konstrukcji niezagrożonych pożarem.

Projektowanie konstrukcji z betonu

Norma PN-EN 1992-1-2:2008 dotycząca projektowania konstrukcji betonowych narażonych na ogień powinna być stosowana łącznie z częścią 1-1 tego Eurokodu, gdyż podano w niej tylko wymagania uzupełniające do wymagań określonych dla konstrukcji niezagrożonych pożarem.

W rozdziale 3 podano właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe oraz fizyczne betonu i stali zbrojeniowej i sprężającej w wysokich temperaturach. Norma dopuszcza (rozdział 4) projektowanie na podstawie danych tabelarycznych, uproszczonych metod obliczeniowych lub metod zaawansowanych symulujących zachowanie się elementów lub całej konstrukcji w pożarze. Dla ułatwienia obliczeń podano wykresy i wzory na ubytek wytrzymałości charakterystycznej betonu i stali w stosunku do ich wytrzymałości w temperaturze normalnej. W rozdziale dotyczącym projektowania według danych tabelarycznych użytkownik znajdzie zalecenia do wymiarowania przekrojów (minimalnej odległości prętów zbrojeniowych), tablice danych do projektowania słupów, ścian, belek w zależności od ich wymaganej odporności ogniowej.

W załącznikach znajdują się: wykresy (profile, izotermy) rozkładu temperatury w przekrojach płyt, belek i słupów w funkcji ich odporności ogniowej, uproszczona metoda obliczeń, tzw. metoda izotermy 500ºC, oraz tablice do projektowania słupów z uwzględnieniem wyboczenia w warunkach pożarowych.

Użytkownicy tej normy powinni pamiętać, że podane w załączniku C tablice od C.1 do C.9 wyboczenia słupów są błędnei nie mogą pominąć dwu istotnych poprawek do tej normy, tj. PN-EN 1992-1-2:2008/AC:2008 i PN--EN 1992-1-2:2008/Ap1:2010, opublikowanych oddzielnie. Pierwsza liczy 7 stron i koryguje zapisy w 79 miejscach normy, druga zawiera właśnie skorygowane tabl. C.1–C.9.

 

Projektowanie konstrukcji stalowych

W normie PN-EN 1993-1-2:2007 odnoszącej się do obliczania konstrukcji stalowych w pożarze podano wymagania uzupełniające do wymagań dla konstrukcji nienarażonych na ogień oraz określono właściwości mechaniczne i fizyczne stali konstrukcyjnej w temperaturze do 1200ºC. Normę tę należy stosować wraz z PN-EN 1993-1-1 oraz z innymi częściami tego Eurokodu. Podano w niej zalecenia obliczania nośności elementów rozciąganych oraz ściskanych z uwzględnieniem wyboczenia (słupów) i belek w zależności od klasy przekroju. Omówiono metodę oceny przyrostu temperatury w elementach stalowych o różnym przekroju, nieosłoniętych oraz z izolacją ogniochronną.

W załącznikach projektanci znajdą dane umożliwiające uwzględnianie wzmocnienia stali w temperaturach do 400ºC oraz rozbudowany załącznik określania przepływu ciepła ze strefy rozgorzałego pożaru do zewnętrznych elementów stalowych, słupów i belek nieogarniętych płomieniami, ogarniętych częściowo lub całkowicie, różnie usytuowanych względem otworów. Podano także właściwości mechaniczne i fizyczne stali nierdzewnych oraz metody oceny nośności połączeń spawanych lub na śruby, poddanych działaniu ognia.

Również w tym przypadku projektanci muszą brać pod uwagę błędy w normie i konieczność uwzględnienia poprawekopublikowanych przez PKN oddzielnie, tj. PN-EN 1993-1-2:2007/AC:2009 i PN-EN 1993-1-2:2007/Ap1:2009. Bez tych dokumentów nie jest możliwe ani odnalezienie błędów we wzorach, najczęściej empirycznych, ani bezbłędne obliczenie konstrukcji.

 

Projektowanie zespolonych konstrukcji stalowo-betonowych

Norma PN-EN 1994-1-2:2008 uzupełnia wymagania części 1-1 na wypadek pożaru. Z tego względu pierwszej normy nie da się stosować bez drugiej.

Konstrukcja zespolona to według PN element złożony ze sztywnego kształtownika stalowego obetonowanego w całości lub częściowo. Zespolenie obu materiałów musi być trwałe – nie powinno nastąpić ani ich oddzielenie, ani wzdłużny poślizg w ich styku zarówno w warunkach normalnych, jak i w ogniu. Do zespolenia służą łączniki przyspawane do elementów stalowych i zabetonowane. Istnieje kilka odmian konstrukcji zespolonych i wariantów zespolenia betonu ze stalą. Z elementów zespolonych wykonuje się: belki, słupy, płyty stropowe, ramy i węzły. Płyty zespolone to najczęściej warstwa betonu ułożona na blachach fałdowych, które w czasie betonowania pełnią funkcję szalunku, a po stwardnieniu betonu stają się zbrojeniem rozciąganym. Współpraca betonu z blachą jest osiągana przez nacięcia blachy, deformację fałd, przyspawane łączniki. Słupy zespolone to także kształtowniki obetonowane lub rury o przekrojach prostokątnych albo kołowych wypełnione betonem.

W normie PN-EN 1994-1-2:2008 przedstawiono typowe przykłady konstrukcji zespolonych i określono również gatunki stali, do których mogą być stosowane te metody. W rozdziale 3 określono właściwości mechaniczne i termiczne stali konstrukcyjnej (również w załączniku) oraz betonu zwykłego i lekkiego. Norma dopuszcza projektowanie i sprawdzanie konstrukcji na podstawie danych tabelarycznych dla określonych typów elementów, zaleca też stosowanie prostych lub zaawansowanych modeli obliczeniowych. W tablicach podano, w zależności od wymaganej odporności ogniowej, minimalne wymiary przekrojów belek zespolonych z kształtownikiem częściowo obetonowanym oraz słupów zespolonych z kształtownikiem całkowicie obudowanym lub wykonanych z profili zamkniętych wypełnionych betonem.

Norma podaje zasady zastosowania prostych modeli obliczeniowych w projektowaniu odporności ogniowej niezabezpieczonych i zabezpieczonych płyt zespolonych na blachach profilowanych oraz obliczania belek zespolonych nieobetonowanych, częściowo obetonowanych i słupów zespolonych. Bardzo pomocny może być rozdział odnoszący się do kształtowania szczegółów konstrukcyjnych, takich jak: obetonowanie stalowych belek, połączenie zespolonych belek ze słupami przy różnym stopniu obetonowania.

W załącznikach zamieszczono informacje dotyczące odkształcalności betonu na kruszywie krzemianowym w temperaturze do 1200ºC, model obliczania odporności ogniowej niezabezpieczonych płyt zespolonych i belek narażonych na działanie ognia od dołu (na blachę profilowaną), sposób obliczania odporności ogniowej słupów częściowo obetonowanych z uwzględnieniem wyboczenia oraz podano prosty model obliczania profili stalowych wypełnionych betonem.

 

Konstrukcje drewniane

O projektowaniu konstrukcji drewnianych zagrożonych pożarem traktuje norma PN-EN 1995-1-2:2008. Przewidziana jest do łącznego stosowania z częścią 1-1. Do drewnianych Eurokod 5 zalicza konstrukcje wykonane z drewna litego, klejonego warstwowo oraz z materiałów płytowych produkowanych na bazie drewna. Do materiałów tych, zwanych drewnopochodnymi, należą takie, jak: sklejka, fornir klejony warstwowo, płyty drewnopochodne, płyty wiórowe płaskoprasowane (np. trójwarstwowe), płyty pilśniowe twarde, półtwarde itp. wyroby.

Projektowanie konstrukcji drewnianych pod względem pożarowym ma w odróżnieniu od konstrukcji z innych materiałów kilka osobliwości,główną jest palność drewna i materiałów drewnopochodnych, a więc samych konstrukcji nośnych. W czasie działania pożaru powierzchnie drewniane bezpośrednio narażone na działanie ognia ulegają zwęglaniu, wskutek czego maleje przekrój elementu i tym samym jego nośność. Głębokość warstwy zwęglonej zależy od czasu oddziaływania pożaru i prędkości zwęglania. Norma zaleca odliczać od przekroju warstwę zwęgloną, a jej głębokość ustalać na podstawie izotermy 300ºC. W normie podano zalecenia do obliczania grubości warstwy zwęglonej dla kilku różnych przekrojów poddanych działaniu płomienia na powierzchnie zabezpieczone i niezabezpieczone okładzinami ochronnymi, materiałami izolacyjnymi lub innymi elementami konstrukcyjnymi.

W rozdziale dotyczącym metod obliczania nośności norma podaje zasady uproszczonego określania parametrów przekroju przez odejmowanie warstwy drewna zwęglonego oraz reguły uproszczonych obliczeń części składowych: belek, słupów, usztywnień, zestawów ściennych i stropowych oraz łączników i różnych rodzajów złączy.

W załącznikach projektanci znajdą wskazania do określania prędkości i głębokości zwęglania drewna w pożarze parametrycznym, omówienie zaawansowanej metody obliczeń oraz metodę obliczania nośności belek, słupków i stropów z przestrzeniami pustymi lub wypełnionymi całkowicie izolacją z wełny mineralnej lub szklanej. Oddzielny załącznik pomoże ocenić metodą uproszczoną izolacyjność zestawów ściennych i stropowych.

Do tej normy została opublikowana poprawka PN-EN 1995-1-2:2008/AC:2009, która koryguje istotne błędy w treści normy.

 

Konstrukcje murowe

Do analizy konstrukcji murowych poddanych działaniu pożaru służy PN-EN 1996-1-2:2010. W normie tej sprecyzowano wymagania odnoszące się do projektowania zbrojonych i niezbrojonych elementów murowych w temperaturze pożarowej. Podano w niej wymagania zmodyfikowane lub uzupełniające w stosunku do wymagań sformułowanych w części 1-1. Część pożarowa jest przewidziana do stosowania łącznie z częściami 1-1, 2 i 3. Przez konstrukcję murową w normie PN-EN 1996-1-1 rozumie się mury wykonane z elementów drobnowymiarowych: ceramicznych, silikatowych, betonu kruszynowego, betonu komórkowego, kamienia naturalnego i sztucznego.

Rozdział 3 zawiera właściwości wytrzymałościowe, odkształceniowe oraz cieplne elementów murowych w wysokiej temperaturze. Podaje też procedury projektowania ścian o wymaganej odporności ogniowej, z rozróżnieniem na ściany nośne, nienośne, oddzielające i  inne. W wymaganiach konstrukcyjnych podano zalecane rozwiązania połączeń ścian z innymi elementami konstrukcyjnymi, ścian z  bruzdami i wnękami oraz z instalacjami rurowymi i kablowymi.

W normie zamieszczono pięć załączników. Dużą wartość praktyczną ma wielostronicowy (33) załącznik B, w którym zamieszczono tabelaryczne zestawienie parametrów ścian murowanych (z różnych materiałów przy użyciu różnych zapraw) dla założonej odporności ogniowej (od REI 30 do REI 240). Jest to materiał łatwy do zastosowania: na jego podstawie można określić odporność ogniową ściany istniejącej lub dobrać jej konstrukcję, wymiary i materiały tak, aby uzyskać wymaganą odporność ogniową. Odporność ogniową prostych konstrukcji nieujętych w tym załączniku można obliczyć metodą uproszczoną (załącznik C) lub zaawansowaną (załącznik D). Pożyteczną funkcję może spełnić załącznik E z przykładami połączeń ścian murowanych ze stropem, ścian murowanych ze ścianą betonową lub z konstrukcją stalową.

Trzeba też koniecznie pamiętać, że zamieszczony w normie cały załącznik B oraz kilka rysunków w załączniku D są błędnei powinny być zastąpione wydrukowaną przez PKN oddzielnie 40-stronicową poprawką PN-EN 1999-1-2:2010/AC:2011, która wprowadza siedem zmian w normie, koryguje cały błędny załącznik B oraz zastępuje błędne rysunki w załączniku D.

 

Konstrukcje aluminiowe

Do projektowania konstrukcji aluminiowych ze względu na warunki pożarowe jest przewidziana norma PN-EN 1999-1-2:2007. Jest to jedyna część pożarowa dostępna nadal w języku oryginału, zresztą do niedawna wszystkie części Eurokodu 9 były dostępne w tej wersji językowej. Obecnie PKN/KT 128 pracuje nad tłumaczeniem norm – opracował już polską wersję PN-EN 1999-1-1:2011, której zastosowanie jest nieodzowne wraz z częścią pożarową. Zawartość i układ PN-EN 1999-1-2 są podobne do wszystkich części pożarowych, a to oznacza, że i metodyka projektowania jest analogiczna.

W normie podano wymagania, które konstrukcja ze stopów aluminium powinna spełniać dodatkowo w warunkach pożaru. Rozdział 3 zawiera właściwości mechaniczne stopów poddanych działaniu temperatury do 550ºC w czasie dwóch godzin. W rozdziale 4 podano zalecenia dotyczące obliczania odporności ogniowej konstrukcji bez i z izolacją ogniochronną oraz elementów osłoniętych ekranami cieplnymi.

Do oceny zachowania elementów i konstrukcji w pożarze norma zaleca stosować proste lub zaawansowane modele obliczeniowe oraz wykorzystywać badania. Przez proste modele norma rozumie obliczenia pojedynczych elementów na podstawie klasycznych założeń przy nominalnej krzywej temperatura–czas, z uwzględnieniem równomiernego lub nierównomiernego rozkładu temperatury na długości elementu. W metodach zaawansowanych zaleca się modelować rzeczywisty przebieg pożaru.

W normie sformułowano ogólny warunek na nośność przekrojów aluminiowych w warunkach pożarowych oraz podano jego interpretację dla elementów rozciąganych, belek o przekrojach różnych klas, belek narażonych na zwichrzenie, ścinanie oraz dla słupów z uwzględnieniem wyboczenia – podano zalecenia do wyznaczania długości wyboczeniowych. Projektanci znajdą w normie tablice wskaźników ekspozycji elementów aluminiowych niezabezpieczonych i z izolacją ogniochronną.

W załączniku A podano właściwości mechaniczne i termiczne stropów innych niż wymienione w części 1-1, a w B – zalecenia do uwzględniania wpływu ciepła z pomieszczenia objętego ogniem na elementy konstrukcyjne zlokalizowane w jego pobliżu. Jest to załącznik podobny do załącznika B dla konstrukcji stalowych.

 

mgr inż. Witold Ciołek

www.piib.org.pl

www.kreatorbudownictwaroku.pl

www.izbudujemy.pl

Kanał na YouTube