Start time of charring of timber members protected with gypsum plasterboards

Väljavõte

1 Puitkonstruktsioonide tulepüsivus Kandevõime Alar Just 18. oktoober 2016

2 Temperatuur Tulekahju Lahvatus Jahtumisfaas Algfaas: Süttivustundlikkus Aeg Väljaarenenud tulekahju Konstruktsioonide tulepüsivus

3

4 Michael Green:

5 Puidu kandevôime tules I. Elemendi söestumine (ristlôike vähenemine) II. Elemendi kuumenemine (tugevuse vähenemine) Kandevôime R

6 Puidu söestumine 300 C 20 C

7

8

9

10 Ehituskonstruktsiooni tulepüsivus Vôimalused Euroopas: R Ohutuse nôue (CPR/rahvuslikud nôuded) Konstruktsiooni täismôôdus katsetamine Liigitus vastavalt EN Konstruktsiooni projekteerimine vastavalt standarditele Näiteks vastavalt EN Konstruktsiooni tuleohutu kasutamine

11 Projekteerimine Tulekatsed Ajamahukad ning kulukad Vajalik iga konstruktsiooni jaoks eraldi Konstruktsiooni optimeerimine Arvutusmeetodid Ajasäästlikud ning odavad Tulemused konservatiivsed võrreldes katsetega

12 Puitkonstruktsioonid tules Suured ristlôiked Väiksed ristlôiked Postid, talad, plaadid Puitkarkassseinad ja -vahelaed

13 POSTID JA TALAD, PLAADID

14 Söestumine d char,0 timber slab puitplaat Ühemõõtmeline söestumine: söestumismäär b 0 d char,0 = b 0 t

15 Söestumine d char,n d char,n = b n t d char,0 d char,0 liimpuittala glued laminated beam Tinglik söestumine: söestumismäär b n Ekvivalentne ristkülikuline jääkristlõige

16 Söestumiskiirused b o, mm/min mm/min Okaspuit Liimpuit 0,65 0,7 Saepuit 0,65 0,8 Lehtpuit ρ > 290 kg/m 3 0,65 0,7 ρ > 450 kg/m 3 0,5 0,55 b n Spoonliimpuit 0,65 0,7

17 Söestumise algus Söestumissügavus Tôrketekkeaeg Puidu söestumine Söekiht 25 mm Kaitsmata puit Kaitsefaas Järelkaitsefaas t ch t f Aeg

18 Efektiivristlôikemeetod d o 18

19 Efektiivristlôikemeetod d 0 kompenseerib puidu tugevuse muutumise kôrgetel temperatuuridel EN > d 0 =7mm Zero-strength layer d 0 [mm] Time [min]

20 Efektiivristlôikemeetod Pôhimôte Kuuma ja külma ristlôike vôrdlus Vôrdne kandevôime Erinevus -> null-tugevusega kiht d o s c h f m t > 0 min T > 20 C s t > 0 min T = 20 C d 0 s t h res f m h ef

21 arv Arvutustugevus tulekahjuolukorras f d,fi = k mod,fi f 20 M,fi tugevuse 20 % fraktiil f = 20 k fi f k k fi väärtused Saepuit 1,25 Lamell-liimpuit 1,15 Spoonliimpuit 1,1

22 Efektiivristlõike meetod Teostatakse kandevõime kontroll leitud tugevuste, koormuste, ristlõigetega

23 Puitkarkass-seinad ja -vahelaed Puitelement Puitelement

24

25 Söestumise algus Söestumissügavus Tôrketekkeaeg Puidu söestumine Söekiht 25 mm Kaitsmata puit Kaitsefaas Järelkaitsefaas t ch t f Aeg

26 Puidupôhised plaadid Söestumise algusaeg t ch = h p /b 0,ρ,t h p - plaadi paksus

27 Kaitsefaas Järelkaitsefaas

28 Kipsplaatide kaitsevôime h p EN Söestumise algus Tôrketekkeaeg Tüüp A t ch =2,8h p -14 t f =t ch Tüüp F t ch =2,8h p -14 Katsetamine

29 Kipsplaadid t ch = 2,8h p kihti, tüüp F h p = h p,1 + 0,8h p,2 2 kihti, tüüp A h p = h p,1 + 0,5h p,2

30 Kipsplaatide kaitsevôime Täismôôdus tulekatsed Kraudok, K. (2015) Protective effect of gypsum plasterboards for the fire design of timber structures. Master thesis. TUT. Tallinn, Estonia.

31 Söestumise algusaeg t ch [min] Kipsplaatide kaitsevõime Numbriline analüüs EN Katseandmete analüüs Plaadi paksus h p [mm] Kipsplaadid, 1 kiht Kraudok, K. (2015) Protective effect of gypsum plasterboards for the fire design of timber structures. Master thesis. TUT. Tallinn, Estonia.

32 Tõrketekkeaeg Kinnitite väljatômme

33 Söestumise algus Söestumissügavus Puidu söestumine Söekiht 25 mm Kaitsmata puit Järelkaitsefaas Aeg t ch = t f

34 Tõrketekkeaeg charring depth char layer 25 mm start of charring failure cladding phase 3 Söestumine järelkaitsefaasis phase 1 phase 2 β = k 3 β 0 time k 3 = 2

35 Savikrohv t ch =1,2h p -10 Liblik, J. (2015) Protective effect of clay plaster for the fire design of timber structures. Master thesis. TUT. Tallinn, Estonia.

36 Uued materjalid

37 Isolatsioonimaterjalid

38 Mineraalvill Eurokoodeks 5 teeb vahet kivivilla ja klaasvilla vahel. klaasvill kivivill tühikud

39 Vähendatud tugevusomaduste meetod h 2 dchar b 5 dchar,n b 7 a) b) c) 1 Puitelement 2 Katteplaat 3 Isolatsioon 4 Jääkristlôige (tegelik) 5 Söestumissügavus (tegelik) 6 Ekvivalentne ristkülikuline ristlôige 7 Effektiivne söestumissügavus

40 Söestumismäär Kaitsefaas d char,n = β n t β n =k 2 k s k n β 0 k 2 isolatsioonitegur Nii kivi- kui klaasvilla puhul k 2 =1,05-0,0073h p ilma vuugita k 2 =0.96-0,0037h p vuugiga

41 Söestumismäär Järelkaitsefaas d char,n = β n t β n =k 3 k s k n β 0 k 3 järelkaitsetegur Kivivilla jaoks k 3 = 0,036t f +1

42 Söestumissügavus Puidu söestumine Söekiht 25 mm k 3 Kaitsmata puit k 2 Aeg t ch t f

43 Söestumismäär d char,n = β n t β n =k 3 k s k n β 0 k s ristlõiketegur k s = β / β 0 β on määratud 30 mm söestumissügavusel

44 Söestumismäär d char,n = β n t β n =k 3 k s k n β 0 k n konverteerimistegur k n = d char,n / d char

45 t = 60 min

46 Arvutusmudel klaasvillaga Charred cross-section of timber v rec,ins =30 mm/min

47 Mineraalvilla kinnitamine Ülemõõt Liimimine Kinnitusvahenditega Terasvôrk

48 Efektiivristlõikemeetod Käsiraamatus Tuleohutud puitmajad 1 h dchar d0 b 2 dchar,n b 4 def b a) b) c) k mod,fi = 1 1 Jääkristlôige 2 Söekiht 3 Ekvivalentne ristkülikuline ristlôige 4 Efektiivne söestumissügavus 5 Effektiivristlôige 6 Null-tugevusega kiht

49 13,5 17 0, 0,1h 25h d 0 Tarind Tulele avatud Nôtkumine Limitations d 0 Seinapost 1 külg Seinatasandist välja (tugevam suund) b 38 mm h 95 mm 13,5+0,1h Seinapost 1 külg Seinatsandis (nôrgem suund) b 38 mm h 95 mm 17+0,25h Seinapost 2 külge Seinatasandist välja (tugevam suund) b 38 mm h = 145 mm 25 mm Seinapost 2 külge Seinatsandis (nôrgem suund) b 38 mm h = 145 mm 44 mm

50 Söestunud ristlôiked Söestumine 1 küljest MST1 MST3 MST4 Söestumine 3 küljest MST5 MST6 MST8 MST10 Erinev söestumine erinevatel külgedel MST7 MST9 MST2 51

51 EN :2020 h hfi d 0 Charring depth d char,n,1 PHASE 1 Start of charring fire side PHASE 2 PROTECTION PHASE Fall-off of the cladding PHASE 3 Start of charring lateral side POST-PROTECTION PHASE dchar,1,n d char,2,n d char,n,2 POST- PROTEC TION PHASE b fi b t ch t f t ch,2 t Time d char,1,n = β 0 k s,n k pr t k pr = k 2 for t ch,1 < t < t f k pr = k 3 for t > t f (BOARD) (INS) d char,2,n = β 0 k pr t k pr = k 3,2 for t > t ch,2 (INS)

52 Termilised simulatsioonid TERMILISED SIMULATSIOONID JÄÄKRISTLÔIKED MUDELI DEFINEERIMINE TEMPERATUURIPROFIIL

53 Ristkihtpuit (CLT) Vähendatud ristlõike meetod: Lihtsad valemid d 0 arvutamiseks n = i n = i 15mm n = i-1 hef n = i-1 n = 3 n = 2 h n = 3 n = 2 d0 3mm h n = 1 dchar n = 1

54 Ristkihtpuidu arvutusmudel Efektiivristlôike arvutusmudel, EN , 4.2.2: Jääkristlôige (h res ) Efektiivne plaadi paksus? (h ef = h res - d 0 ) null-tugevusega kiht d 0 d0 [mm] t [min]

55 Ristkihtpuidu arvutusmudel EN ei saa kasutada (ebaturvaline) Söe kihi eemaldumine: liimi ja lamelli suuna mõju Vähendatud tugevus- ja jäikusomaduste meetodit võib kasutada d o =7 mm efektiivristlõikemeetodi jaoks on ebaturvaline

56 Simulatsioonid n = i h n = i-1 n = 3 n = 2 n = 1 hef dchar d0,residual

57 Temperatuurijaotus ristlôikes

58 Tulekatsed w = 150 mm Küljelt kaetud puidu ja kipsiga 150 mm 15 mm 20 mm 150 mm

59 Ristkihtpuidu arvutusmudel d d k d ef char,0 0 0 Näide: d 0 viiekihilise RKP jaoks Tulele avatus Tõmbeküljel Vahelaed Seinad Kaitsmata Kaitstud b Kaitsmata Kaitstud h Kui 75 mm h 100 mm: 34 h 4 Kui h > 100 mm: h Ebaoluline Ebaoluline Surveküljel h h , 5 20

60 d 0 7 mm Ristkihtpuidu arvutusmudel R

61 Tänan kuulamast!