Puitkonstruktsioonide tulepüsivus Kandevõime Alar Just 18. oktoober 2016
Temperatuur Tulekahju Lahvatus Jahtumisfaas Algfaas: Süttivustundlikkus Aeg Väljaarenenud tulekahju Konstruktsioonide tulepüsivus
Michael Green:
Puidu kandevôime tules I. Elemendi söestumine (ristlôike vähenemine) II. Elemendi kuumenemine (tugevuse vähenemine) Kandevôime R
Puidu söestumine 300 C 20 C
Ehituskonstruktsiooni tulepüsivus Vôimalused Euroopas: R Ohutuse nôue (CPR/rahvuslikud nôuded) Konstruktsiooni täismôôdus katsetamine Liigitus vastavalt EN 13501-2 Konstruktsiooni projekteerimine vastavalt standarditele Näiteks vastavalt EN 1995-1-2 Konstruktsiooni tuleohutu kasutamine
Projekteerimine Tulekatsed Ajamahukad ning kulukad Vajalik iga konstruktsiooni jaoks eraldi Konstruktsiooni optimeerimine Arvutusmeetodid Ajasäästlikud ning odavad Tulemused konservatiivsed võrreldes katsetega
Puitkonstruktsioonid tules Suured ristlôiked Väiksed ristlôiked Postid, talad, plaadid Puitkarkassseinad ja -vahelaed
POSTID JA TALAD, PLAADID
Söestumine d char,0 timber slab puitplaat Ühemõõtmeline söestumine: söestumismäär b 0 d char,0 = b 0 t
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
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
Söestumise algus Söestumissügavus Tôrketekkeaeg Puidu söestumine Söekiht 25 mm Kaitsmata puit Kaitsefaas Järelkaitsefaas t ch t f Aeg
Efektiivristlôikemeetod d o 18
Efektiivristlôikemeetod d 0 kompenseerib puidu tugevuse muutumise kôrgetel temperatuuridel EN 1995-1-2 -> d 0 =7mm Zero-strength layer d 0 [mm] 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 120 Time [min]
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
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
Efektiivristlõike meetod Teostatakse kandevõime kontroll leitud tugevuste, koormuste, ristlõigetega
Puitkarkass-seinad ja -vahelaed Puitelement Puitelement
Söestumise algus Söestumissügavus Tôrketekkeaeg Puidu söestumine Söekiht 25 mm Kaitsmata puit Kaitsefaas Järelkaitsefaas t ch t f Aeg
Puidupôhised plaadid Söestumise algusaeg t ch = h p /b 0,ρ,t h p - plaadi paksus
Kaitsefaas Järelkaitsefaas
Kipsplaatide kaitsevôime h p EN 1995-1-2 Söestumise algus Tôrketekkeaeg Tüüp A t ch =2,8h p -14 t f =t ch Tüüp F t ch =2,8h p -14 Katsetamine
Kipsplaadid t ch = 2,8h p -14 2 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
Kipsplaatide kaitsevôime 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Täismôôdus tulekatsed 154 62 42 35 28 22 10 9 6 6 3 3 3 2 2 1 30 Kraudok, K. (2015) Protective effect of gypsum plasterboards for the fire design of timber structures. Master thesis. TUT. Tallinn, Estonia.
Söestumise algusaeg t ch [min] Kipsplaatide kaitsevõime 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Numbriline analüüs EN 1995-1-2 Katseandmete analüüs 5 10 15 20 25 30 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.
Tõrketekkeaeg Kinnitite väljatômme
Söestumise algus Söestumissügavus Puidu söestumine Söekiht 25 mm Kaitsmata puit Järelkaitsefaas Aeg t ch = t f
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
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.
Uued materjalid
Isolatsioonimaterjalid
Mineraalvill Eurokoodeks 5 teeb vahet kivivilla ja klaasvilla vahel. klaasvill kivivill tühikud
Vähendatud tugevusomaduste meetod 2 3 1 4 6 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
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
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
Söestumissügavus Puidu söestumine Söekiht 25 mm k 3 Kaitsmata puit k 2 Aeg t ch t f
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
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
t = 60 min
Arvutusmudel klaasvillaga Charred cross-section of timber v rec,ins =30 mm/min
Mineraalvilla kinnitamine Ülemõõt Liimimine Kinnitusvahenditega Terasvôrk
Efektiivristlõikemeetod Käsiraamatus Tuleohutud puitmajad 1 h 3 6 5 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
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
Söestunud ristlôiked Söestumine 1 küljest MST1 MST3 MST4 Söestumine 3 küljest MST5 MST6 MST8 MST10 Erinev söestumine erinevatel külgedel MST7 MST9 MST2 51
EN 1995-1-2:2020 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)
Termilised simulatsioonid TERMILISED SIMULATSIOONID JÄÄKRISTLÔIKED MUDELI DEFINEERIMINE TEMPERATUURIPROFIIL
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
Ristkihtpuidu arvutusmudel Efektiivristlôike arvutusmudel, EN 1995-1-2, 4.2.2: Jääkristlôige (h res ) Efektiivne plaadi paksus? (h ef = h res - d 0 ) null-tugevusega kiht d 0 d0 [mm] 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 t [min]
Ristkihtpuidu arvutusmudel EN 1995-1-2 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
Simulatsioonid n = i h n = i-1 n = 3 n = 2 n = 1 hef dchar d0,residual 100 200 300
Temperatuurijaotus ristlôikes
Tulekatsed w = 150 mm Küljelt kaetud puidu ja kipsiga 150 mm 15 mm 20 mm 150 mm
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 100 + 10 Kui 75 mm h 100 mm: 34 h 4 Kui h > 100 mm: h 35 + 6 Ebaoluline Ebaoluline Surveküljel h 20 + 11 18 h 15 + 10, 5 20
d 0 7 mm Ristkihtpuidu arvutusmudel R
Tänan kuulamast! Alar.Just@ttu.ee