10.01.2015 Views

OTPORNOST KONSTRUKCIJA NA POŽAR

OTPORNOST KONSTRUKCIJA NA POŽAR

OTPORNOST KONSTRUKCIJA NA POŽAR

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

SVEUČILIŠTE U SPLITU<br />

GRAĐEVINSKO - ARHITEKTONSKI FAKULTET<br />

Katedra za metalne i drvene konstrukcije<br />

Program stručnog usavršavanja<br />

2008./2009.<br />

<strong>OTPORNOST</strong> <strong>KONSTRUKCIJA</strong> <strong>NA</strong><br />

<strong>POŽAR</strong><br />

Prof. dr. sc. Bernardin Peroš<br />

Doc. dr. sc. Ivica Boko<br />

Split, 02. travnja 2009.


OPĆA PROBLEMATIKA ZAŠTITE OD <strong>POŽAR</strong>A<br />

Crtež 1. Industrijski objekt nakon ugašenog požara<br />

ZAKON O GRADNJI: ZAHTJEVI ZA PROJEKTIRANJE I GRAĐENJE<br />

OBJEKATA U SLUČAJU POJAVE <strong>POŽAR</strong>A<br />

• Spriječiti širenje vatre i dima unutar građevine<br />

• Spriječiti širenje vatre na susjedne građevine<br />

• Osigurati da stanari mogu neozlijeđeno napustiti građevinu<br />

(omogućiti njihovo spašavanje)<br />

•Omogućiti sigurnost u radu spasilačke ekipe<br />

ARHITEKTONSKO<br />

PROJEKTIRANJE<br />

Mjere i smjernice za<br />

zaštitu ljudi i<br />

imovine u slučaju<br />

požara<br />

•Očuvati nosivost konstrukcije tijekom određenog zahtijevanog<br />

vremena (R30, R60, R90…)<br />

PRORAČUN<br />

<strong>OTPORNOST</strong>I<br />

<strong>KONSTRUKCIJA</strong><br />

2


RAZVOJ REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

Razvoj realnog požara može se promatrati u nekoliko faza (crtež 2).<br />

• MODELI POLJA<br />

• MODELI ZO<strong>NA</strong><br />

Ovisno o karakteristikama objekta i požarnom opterećenju te mjerama i smjernicama za zaštitu<br />

ljudi i imovine može se izraditi scenario razvoja požara u objektu.<br />

Crtež 2. Faze realnog požara u vremenu<br />

3


KONCEPT SIGURNOSTI <strong>KONSTRUKCIJA</strong> U <strong>POŽAR</strong>U<br />

• Primjenom znanstvenih metoda u proračunu realnog požarnog opterećenja u<br />

objektima treba odrediti stupanj sigurnosti nosivih konstrukcija.<br />

• Odrediti vrijeme otpornosti (sigurnosti) konstrukcije na realni požar t fi,d .<br />

• S aspekta sigurnosti konstrukcije odrediti zahtijevano vrijeme potrebno za<br />

evakuiranje ljudi i zaštitu imovine t fi,requ (rad vatrogasnih i specijalnih jedinica za<br />

intervencije u slučaju požara).<br />

Format sigurnosti konstrukcije u požaru iskazuje se odnosom t fi,d > t fi,requ .<br />

Statička<br />

opterećenja<br />

Požarne<br />

karakteristike<br />

Probabilistički<br />

aspekti<br />

Zahtijevano vrijeme<br />

(evakuacija)<br />

Vjetar<br />

Vlastita težina<br />

Dodatno stalno opt.<br />

Snijeg<br />

Požarno opterećenje<br />

Uvjeti prozračivanja<br />

Geometrija<br />

Toplinske karakteristike<br />

zaštitnih elemenata<br />

Aktivne mjere zaštite<br />

od požara<br />

Požarni rizik<br />

Zahtijevana otpornost<br />

konstrukcije na požar<br />

θ<br />

Krivulja realnog požara<br />

Kombinacija s izvanrednim<br />

(udesnim) djelovanjem<br />

Temperaturna krivuljaudesno<br />

djelovanje na<br />

konstrukciju<br />

t<br />

GLOBALNO PO<strong>NA</strong>ŠANJE<br />

KONSTRUKCIJE t fi,d > t fi,requ<br />

4


KONCEPT SIGURNOSTI <strong>KONSTRUKCIJA</strong> U <strong>POŽAR</strong>U<br />

Navedeni prikaz uvodi nas u novi pristup PRORAČUNU <strong>OTPORNOST</strong>I <strong>KONSTRUKCIJA</strong> <strong>NA</strong><br />

<strong>POŽAR</strong> gdje se primjenom znanstvenih metoda i proračunskih modela na temelju realnog<br />

požarnog opterećenja provodi proračun konstrukcija izloženih požaru (visoke temperature –<br />

IZVANREDNO DJELOVANJE <strong>NA</strong> KONSTRUKCIJE).<br />

Proračun se sukladno preporukama EUROCODE provodi dokazom u tri područja:<br />

- VREMENU<br />

- TEMPERATURI<br />

- NOSIVOSTI (ČVRSTOĆI)<br />

Ovaj koncept kao što smo vidjeli temelji se metodološki na statističkim analizama i podrazumijeva<br />

primjenu suvremenih probabilističkih metoda, tj. daje mogućnost inženjerskog pristupa u<br />

proračunu zaštite i sigurnosti konstrukcija od požara. Riječ je o analizi REALNOG <strong>POŽAR</strong>A i<br />

proračunu parametarskih krivulja temperatura-vrijeme. Slijedom ovakvog pristupa moguća je i<br />

kvantifikacija i procjena rizika kod otkazivanja nosivosti konstrukcija u slučaju djelovanja požara.<br />

5


ISTRAŽIVANJA DJELOVANJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

Raniji koncept proračuna djelovanja požara temeljio se samo na primjeni modela normiranog<br />

požara – Standardni požar definiran ISO krivuljom koja daje ovisnost porasta temperature u<br />

vremenu. Standardna krivulja temperatura - vrijeme ne odgovara analizi požara u velikim<br />

prostorima - skladištima te se može koristiti u ispitnim pećima za određivanje razine otpornosti<br />

konstrukcijskih elemenata u slučaju požara. Prema EUROCODE primjenjuju se obje krivulje.<br />

ISO KRIVULJA<br />

Crtež 3. Usporedba ISO standardne temperaturne krivulje i parametarskih krivulja realnog<br />

požara u skladišnim prostorima (50 požarnih testova)<br />

6


ISPITIVANJE <strong>POŽAR</strong>NOG DJELOVANJA <strong>NA</strong> AUTOMOBILE U GARAŽAMA<br />

7


<strong>NA</strong>ČELA PRORAČU<strong>NA</strong> <strong>KONSTRUKCIJA</strong> U SLUČAJU DJELOVANJA<br />

<strong>POŽAR</strong>A<br />

• Analiza dostatne nosivosti konstrukcija u požaru temelji se na konceptu proračuna kao i<br />

za normalne temperature s tim što se ovdje u kombinaciji opterećenja uzima i djelovanje<br />

požara kao izvanredno (udesno) djelovanje.<br />

• Utjecaj djelovanja požara na konstrukcije u nekom prostoru određuje se vrijednošću<br />

maksimalne ostvarene temperature u tom prostoru ovisno o požarnom opterećenju, veličini i<br />

ventilaciji prostora.<br />

• Realno djelovanje požara na konstrukcije iskazuje se parametarskom krivuljom<br />

temperatura – vrijeme koja se odredi na temelju relevantnih fizičkih parametara i za koju se<br />

izračuna otpornost konstrukcije primjenom računskih modela po načelima<br />

termodinamike.<br />

• U proračunu se također uzima smanjenje otpornosti presjeka uslijed degradacije<br />

svojstva materijala na visokim temperaturama.<br />

T ≅ 800 0 C<br />

S<br />

W<br />

Crtež 4. Sheme opterećenja glavne nosive konstrukcije industrijske hale<br />

8


PREGLED GRAĐEVINSKE REGULATIVE S ASPEKTA DJELOVANJA<br />

<strong>POŽAR</strong>A <strong>NA</strong> KONSTRUKCIJE<br />

ZAKON O PROSTORNOM UREĐENJU I GRADNJI (2007.)<br />

HRVATSKA<br />

POSEBAN PROPIS<br />

ZAŠTITA OD <strong>POŽAR</strong>A<br />

BITNI ZAHTJEVI ZA GRAĐEVINU:<br />

• nosivost konstrukcije tijekom<br />

određenog vremena<br />

• širenje vatre i dima unutar<br />

građevine<br />

• širenje vatre na susjedne<br />

građevine<br />

• spašavanje i evakuacija ljudi<br />

MEHANIČKA <strong>OTPORNOST</strong> I<br />

STABILNOST<br />

- mehanička otpornost i stabilnost<br />

- zaštita od požara<br />

- higijena, zdravlje i zaštita okoliša<br />

- zaštita od buke<br />

- ušteda energije i toplinska zaštita<br />

- sigurnost u korištenju - ZAŠTITA <strong>NA</strong> RADU<br />

KONTROLA<br />

PROJEKTA<br />

ZAKON O <strong>POŽAR</strong>U<br />

(4 pravilnika)<br />

EN-1990<br />

EN-1991<br />

EN-1992<br />

EN-1993<br />

EN-1994<br />

EN-1995<br />

EN-1996<br />

EN-1991-1-2<br />

EN-1992-1-2<br />

EN-1993-1-2<br />

EN-1994-1-2<br />

EN-1995-1-2<br />

EN-1996-1-2<br />

djelovanja na<br />

konstrukcije<br />

betonske<br />

konstrukcije<br />

čelične<br />

konstrukcije<br />

spregnute<br />

konstrukcije<br />

drvene<br />

konstrukcije<br />

zidane<br />

konstrukcije<br />

∆t = <br />

EN-1997<br />

EN-1998<br />

EN-1999<br />

EN-1999-1-2<br />

aluminijske<br />

konstrukcije<br />

kontrola projekta<br />

(ovlašteni revident)<br />

9


(»Narodne novine« br. 112/08)<br />

TEHNIČKI PROPIS<br />

ZA ČELIČNE KONSTRUKCIJE<br />

Članak 17.<br />

(1) Iznimno od odredbi članka 16. ovoga Propisa, u razdoblju do 31. prosinca<br />

2010. godine na projektiranje čeličnih konstrukcija primjenjuju se priznata<br />

tehnička pravila i odredbe Priloga »G« ovoga Propisa.<br />

(2) Prilogom »G« iz stavka 1. ovoga članka pobliže se određuje projektiranje<br />

čeličnih konstrukcija iz toga stavka ovoga članka.<br />

(3) U razdoblju određenom stavkom 1. ovoga članka, pouzdanost čeličnih<br />

konstrukcija može se utvrditi i na temelju znanstveno potvrđenih teorija ili<br />

eksperimenata, ako se time dokazuje pouzdanost utvrđena priznatim<br />

tehničkim pravilima i odredbama priloga »G« ovoga Propisa.<br />

PRILOG G – Projektiranje čeličnih konstrukcija<br />

G.2.6 Za otpornost na požar primjenjuju se djelovanja određena HRN ENV<br />

1991-2-2.<br />

10


DJELOVANJA <strong>NA</strong> KONSTRUKCIJE - EUROCODE<br />

• STAL<strong>NA</strong> DJELOVANJA - G K<br />

• PROMJENJIVA DJELOVANJA - Q K<br />

• IZVANRED<strong>NA</strong> DJELOVANJA - A K<br />

a) Sudari,<br />

b) Eksplozije,<br />

c) Slijeganje i klizanje terena,<br />

d) Tornado,<br />

e) Potresi,<br />

f) Požar,<br />

g) Ekstremna erozija.<br />

11


DJELOVANJE REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

– EUROCODE<br />

/ PARAMETARSKE KRIVULJE – TEMPERATURA-VRIJEME /<br />

PRORAČUN<br />

KONSTRUKCIJE<br />

ϕ<br />

Dokaz sigurnosti u području nosivosti:<br />

( ) ⎤<br />

K<br />

⎡γ ⋅ G +ψ γ ⋅ Q +γ ⋅A<br />

≤<br />

⎣ G K Q K A K⎦ γR<br />

Karakteristična<br />

vrijednost<br />

stalnog<br />

djelovanja<br />

Karakteristična<br />

vrijednost<br />

promjenjivog<br />

djelovanja<br />

R<br />

Karakteristična<br />

vrijednost<br />

izvanrednog<br />

djelovanja<br />

Karakteristična<br />

vrijednost<br />

otpornosti<br />

degradacija<br />

presjeka<br />

mehaničko<br />

djelovanje<br />

degradacija<br />

mehaničkih<br />

12<br />

karakteristika


DJELOVANJE REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

– DEGRADACIJA KONSTRUKCIJE<br />

OVISNO O KVALITETI MATERIJALA<br />

degradacija<br />

mehaničkih<br />

karakteristika<br />

1.000<br />

0.900<br />

<strong>OTPORNOST</strong><br />

ČELIČNIH<br />

<strong>KONSTRUKCIJA</strong><br />

0.930<br />

ϕ<br />

R<br />

⎡<br />

G<br />

GK ( Q<br />

QK)<br />

A<br />

A ⎤<br />

⎣<br />

γ ⋅ +ψ γ ⋅ +γ ⋅<br />

K⎦ ≤ K<br />

γ<br />

R<br />

0.800<br />

0.700<br />

0.780<br />

0.698<br />

f y,Θ / f y,20 .<br />

0.600<br />

0.500<br />

0.400<br />

0.470<br />

0.436<br />

Granica popuštanja - FR30<br />

Granica popuštanja - S235<br />

0.300<br />

0.200<br />

0.230<br />

0.275<br />

0.182<br />

0.100<br />

0.000<br />

0.060<br />

0.110<br />

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200<br />

Temperatura [°C]<br />

13


DJELOVANJE REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

– DEGRADACIJA KONSTRUKCIJE<br />

OVISNO O KVALITETI MATERIJALA<br />

degradacija<br />

mehaničkih<br />

karakteristika<br />

1.000<br />

<strong>OTPORNOST</strong><br />

ČELIČNIH<br />

<strong>KONSTRUKCIJA</strong><br />

ϕ<br />

R<br />

⎡<br />

G<br />

GK ( Q<br />

QK)<br />

A<br />

A ⎤<br />

⎣<br />

γ ⋅ +ψ γ ⋅ +γ ⋅<br />

K⎦ ≤ K<br />

γ<br />

R<br />

0.900<br />

0.900<br />

0.800<br />

0.789<br />

0.800<br />

0.700<br />

0.746<br />

0.700<br />

E Θ / E 20 .<br />

0.600<br />

0.500<br />

0.400<br />

0.658<br />

0.600<br />

0.515<br />

0.466<br />

0.371<br />

Modul elastičnosti - FR30<br />

Modul elastičnosti - S235<br />

0.300<br />

0.310<br />

0.259<br />

0.200<br />

0.170<br />

0.100<br />

0.100<br />

0.080<br />

0.130<br />

0.090<br />

0.000<br />

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200<br />

Temperatura [°C]<br />

14


FORMATI PRORAČU<strong>NA</strong> <strong>KONSTRUKCIJA</strong><br />

Proračunom konstrukcije treba dokazati da ukupna djelovanja na konstrukciju u slučaju<br />

požara trebaju biti manja od otpornosti konstrukcije u kritičnim presjecima za vrijeme<br />

trajanja požara.<br />

A<br />

≤ φ R<br />

*<br />

požara f požar<br />

gdje je:<br />

*<br />

Apožara<br />

R<br />

požar<br />

φ<br />

f<br />

- opterećenje na konstrukciju uslijed djelovanja požara (udesno djelovanje) koje se<br />

iskazuje uzdužnom silom N * , momentom savijanja M * ili poprečnom silom V *<br />

- nominalna otpornost konstrukcije za vrijeme djelovanja požara<br />

- faktor redukcije naprezanja u konstrukciji u slučaju djelovanja požara<br />

Faktor φ<br />

f u stvari pokriva nepoznanice koje proizlaze iz promjena mehaničkih karakteristika<br />

materijala i geometrijskih karakteristika presjeka u slučaju djelovanja požara na konstrukciju.<br />

Većina zemalja, uključujući i Europsku uniju, ovu vrijednost uzimaju kao φ = 1,0.<br />

f<br />

15


ODREĐIVANJE <strong>POŽAR</strong>NOG DJELOVANJA<br />

U analizi djelovanja požara ukupna opterećenja se uzimaju manja od onih koja<br />

proizlaze iz dostatne otpornosti neke konstrukcije. Zbog toga je u analizi opterećenja<br />

potrebno koristiti više različitih kombinacija opterećenja prilikom udesnog<br />

djelovanja požara u vremenu. Tako na primjer, propisi Novog Zelanda daju sljedeće<br />

kombinacije opterećenja za skladišta u slučaju požara:<br />

gdje je:<br />

Lf = Gk + 0.6⋅Qk<br />

Lf = Gk + 0.4⋅Qk<br />

G k<br />

– stalno djelovanje<br />

Q k<br />

– promjenjivo djelovanje<br />

Prva kombinacija se odnosi za skladišta u kojima promjenjivo djelovanje ima<br />

dugotrajni učinak na sigurnost konstrukcije, dok u drugoj kombinaciji se uzimaju u<br />

obzir ostala promjenjiva djelovanja.<br />

Europska unija (EC) i USA daju malo drukčije vrijednosti koeficijenata, gdje se vidi da<br />

su razlike minimalne za požarno opterećenje, tj. mnogo manje nego kod proračuna<br />

kada su u pitanju normalne dnevne temperature. Vrijednosti koeficijenata vjerojatnosti<br />

istodobnog nastupanja, u udesnoj kombinaciji, više promjenjivih djelovanja za korisna<br />

djelovanja u skladištima prikazani su u sljedećoj tablici.<br />

16


Tablica 1. Koeficijenti vjerojatnosti istodobnog nastupanja više promjenjivih djelovanja za<br />

korisna djelovanja u skladištima<br />

Stalno<br />

djelovanje<br />

Promjenjivo djelovanje<br />

s dugotrajnim učinkom<br />

Ostala promjenjiva<br />

djelovanja<br />

New Zealend (SNZ,<br />

1992)<br />

EN 1990: 2002<br />

G k<br />

G k<br />

0.6 Q k<br />

0.4Qk<br />

0.9 Q k<br />

0.8 Qk<br />

USA (ASCE, 1995)<br />

1.2G k<br />

0.5 Q k<br />

0.5 Q k<br />

Ellingwood and Coroits<br />

(1991)<br />

G k<br />

0.5 Q k<br />

0.5 Q k<br />

Problem izvanredne kombinacije posebno je izražen kod kombinacija djelovanja<br />

kada je uključen vjetar, snijeg i potres. Naime, neki propisi ne uzimaju vjetar, snijeg ili<br />

potres zajedno sa udesnim djelovanjem požara. Ovakav pristup može biti dobar ako<br />

imamo slučaj da je opterećenje snijegom malo i nije učestalo. Za razliku od tih propisa,<br />

EUROCODE propisuje dodatne kombinacije djelovanja koje uključuju vjetar i<br />

snijeg. Kombinacija za djelovanje požara s aspekta krajnjeg graničnog stanja općenito<br />

se može iskazati:<br />

∑<br />

( )<br />

∑<br />

G " + "P" + "G " + " ψ iliψ Q " + " ψ Q<br />

k,j d 1,i 2,i k,1 2,i k,i<br />

j1 ≥<br />

i>1<br />

17


gdje je:<br />

G k<br />

– karakteristična vrijednost stalnog djelovanja,<br />

P – djelovanje od prednaprezanja,<br />

G d<br />

–proračunska vrijednost stalnog djelovanja,<br />

Q k<br />

– karakteristična vrijednost promjenjivog djelovanja,<br />

ψ – koeficijent koji regulira vjerojatnost istodobnog nastupanja više promjenjivih djelovanja,<br />

ψ 1,i<br />

–za promjenjiva djelovanja s dugotrajnim učinkom na granično stanje,<br />

ψ 2,i<br />

– za kvazistalne vrijednosti promjenjivih djelovanja.<br />

Međutim, s aspekta graničnog stanja uporabljivosti EUROCODE nije predvidio<br />

kombinacije s izvanrednim djelovanjem požara. U ovoj regulativi predviđene su 3 moguće<br />

kombinacije djelovanja (stalnog i promjenjivog djelovanja) obzirom na vjerojatnost pojave<br />

promjenjivog djelovanja: rijetka kombinacija, česta kombinacija i kvazistalna<br />

kombinacija. Prema vjerojatnosti pojave udesnog djelovanja moguće je usvojiti kao<br />

mjerodavnu kombinaciju za dokaz graničnog stanja uporabljivosti upravo rijetku<br />

kombinaciju, a dokaz sigurnosti moguće je provoditi po izrazu:<br />

∑<br />

∑<br />

G " + "Q " + " ψ Q<br />

k,j k,1 0,i k,i<br />

j1 ≥<br />

i>1<br />

gdje se umjesto vodećeg promjenjivog djelovanja Q k,1<br />

uzme djelovanje požara kao<br />

udesno djelovanje G d<br />

. Preporučene računske vrijednosti koeficijenta ψ za različite<br />

objekte i različita djelovanja prema EUROCODE dane su u tablici 2.<br />

18


Tablica 2. Preporučene računske vrijednosti koeficijenta ψ<br />

Promjenjiva djelovanja<br />

Ψ 0,i<br />

ψ 1,i<br />

ψ 2,i<br />

Korisno djelovanje<br />

- stambeni objekti<br />

- poslovni objekti<br />

- kongresni objekti<br />

- trgovački centri<br />

- skladišta<br />

- prometne površine za vozila do 30 kN<br />

- prometne površine za vozila od 30 kN do 160 kN<br />

- Krovovi<br />

0.7<br />

0.7<br />

0.7<br />

0.7<br />

1.0<br />

0.7<br />

0.7<br />

0<br />

0.5<br />

0.5<br />

0.7<br />

0.7<br />

0.9<br />

0.7<br />

0.5<br />

0<br />

0.3<br />

0.3<br />

0.6<br />

0.6<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.3<br />

0<br />

Djelovanje snijega<br />

- objekti iznad 1000 m NV<br />

- objekti do 1000 m NV<br />

0.7<br />

0.5<br />

0.5<br />

0.2<br />

0.2<br />

0<br />

Djelovanje vjetra<br />

0.6<br />

0.2<br />

0<br />

Djelovanje atmosferskih temperatura<br />

0.6<br />

0.5<br />

0<br />

Prema preporuci EUROCODE računske vrijednosti koeficijenata ψ potrebno je da u okviru<br />

nacionalnih dokumenata svaka država odredi za sebe, tj. usvoji NP (Nacionalni Parametri).<br />

Kod čeličnih konstrukcija djelovanje požara – visoke temperature mogu imati za posljedicu<br />

povećanja sile (naprezanja) u konstrukciji zbog spriječenosti deformacija konstrukcije ili<br />

zbog degradacije presjeka i smanjenja otpornosti (velike deformacije). Uslijed velikih<br />

temperatura slično ponašanje događa se i kod armiranobetonskih konstrukcija, dok kod<br />

drvenih konstrukcija povećanje sile nije značajno.<br />

19


OMJER OPTEREĆENJA<br />

Za vrijeme uporabe većina konstrukcija ima vrlo malen stupanj trošnosti (korozija, habanje itd.).<br />

Ako dovodimo u vezu odnos opterećenja u slučaju djelovanja požara (A požara<br />

) s opterećenjima<br />

koja se javljaju u normalnim okolnostima - atmosferske temperature (Q atmosferska temperatura<br />

)<br />

možemo sagledati omjer tih opterećenja (r opter<br />

) i iskazati ga:<br />

ropter = A<br />

požara<br />

/Qatmosferska temperatura<br />

Većina zgrada ima tu vrijednost 0.5 ili manje u vijeku trajanja. Omjer opterećenja uzima se mnogo<br />

manji za konstrukcije za koje se očekuje da će biti izložene olujama, potresu itd. Vidimo što je<br />

manji omjer opterećenja to je veća otpornost prema požaru jer se otkazivanje nosivosti neke<br />

konstrukcije može dogoditi i bez pojave požara.<br />

Ova konstatacija bitna je za definiranje koncepta sigurnosti za proračun konstrukcija u slučaju<br />

djelovanja požara.<br />

20


NUMERIČKI PRIMJER ZAŠTITE OD <strong>POŽAR</strong>A PREMA EUROKODU<br />

Za centrično opterećeni stup građevine na skici prema [7], [8] potrebno je provesti dokaz nosivosti<br />

stupa ako je sa sve četiri strane izložen požaru. Zaštita je predviđena od gipsanih ploča, a<br />

zahtijevano vrijeme otpornosti na požar je R90.<br />

21


6 (EC3)<br />

23


Zaključak:<br />

U primjeru je pokazan način na koji se djelovanje požara sukladno europskoj normi tretira kao<br />

izvanredno djelovanje (rijetka kombinacija). Ovaj suvremeni pristup u proračunu nosive<br />

konstrukcije daje mogućnost da se primjenom odgovarajućih zaštita stupa u slučaju požara<br />

može osigurati zahtijevana pouzdanost konstrukcije u vijeku trajanja.<br />

24


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

Crtež 6 RHR krivulje realnog požara u garažama<br />

25


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

RAČU<strong>NA</strong>LNI MODELI – TEMELJ<strong>NA</strong> PODJELA<br />

– Deterministički modeli - korištenje poznatih fizikalno – kemijskih<br />

zakonitosti<br />

– Probabilistički modeli - predviđanje razvoja požara na temelju zakona<br />

vjerojatnosti<br />

DETERMINISTIČKI MODELI<br />

‣ Modeli računalne dinamike fluida – modeli polja<br />

( CFD – Computational Fluid Mechanics )<br />

‣ Modeli zona<br />

* 1- ZONSKI MODEL – jedinstven prostor (mogu se primijeniti<br />

za simulaciju potpuno razvijenog požara). Nemaju značajnu<br />

praktičnu primjenu.<br />

* 2- ZONSKI MODEL<br />

26


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

RAČU<strong>NA</strong>LNI MODELI POLJA (CFD)<br />

– Predstavljaju najsofisticiranije od svih navedenih modela. Nazivaju se još i<br />

tzv. “modelima polja” (eng. Field models).<br />

– Primjena računalne simulacije u proučavanju fizikalnih procesa vezanih za<br />

fluide je poprimila značajne razmjere u posljednjih 10-20 godina → nagli<br />

razvoj računalne dinamike fluida –CFD.<br />

– Ovi modeli područje interesa, tzv. domenu dijele na niz sub-volumena, na<br />

koje se primjenjuju temeljni zakoni očuvanja:<br />

• zakon očuvanja mase<br />

• zakon očuvanja količine gibanja<br />

• zakon očuvanja energije<br />

i pripadajuće konstitutivne relacije (jednadžba idealnog plina, Fourierov<br />

zakon i dr.)<br />

27


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

– Matematički model se svodi na zatvoreni skup diferencijalnih jednadžbi i<br />

konstitutivnih relacija koje uz početne i rubne uvjete opisuju konkretni<br />

fizikalni problem.<br />

– Problem se zbog složenosti ne rješava analitički, već samo približno, s<br />

nekom od numeričkih metoda.<br />

Crtež 7 Diskretizacija domene podjelom u niz pod-volumena (kontrolnih volumena)<br />

28


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

– Zbog velike raznolikosti fizikalnih problema koji se rješavaju, CFD modeli<br />

teže specijalizaciji, tj. prilagođavaju se specifičnim područjima primjene.<br />

Oni koji se bave modeliranjem požara imaju dobro razrađene<br />

potprocese specifične za uže područje primjene (modeliranje<br />

turbulencije, izgaranja, pirolize, zračenja, razdiobe plamena i dr.).<br />

– Od izuzetne važnosti za primjenu CFD modela je prehodana validacija<br />

modela ispitivanjem u naravi!<br />

– Koristiti komercijalno provjerene CFD modele, npr.<br />

‣ FLUENT<br />

‣ PHOENICS<br />

‣ SMARTFIRE<br />

‣ SOFIE<br />

‣ FDS i dr.<br />

29


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

Crtež 8 Temperature u prostoru garaže – MODEL POLJA proračunat programom CEFICOSS<br />

(Computer Engineering of the Fire Science of Composite and Steel Strucures)<br />

30


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

MODELI ZO<strong>NA</strong> – VELIKI ZATVORENI PROSTORI<br />

Za proračun temperatura u zatvorenoj prostoriji uslijed djelovanja požara polazi<br />

se od pretpostavke da se zatvoreni prostor može podijeliti u određeni broj zona<br />

tako da svaka zona ima približno jednake fizikalne karakteristike (masu, gustoću,<br />

temperaturu, tlak i unutarnju energiju) jer je realno simuliranje veoma složena<br />

zadaća kod numeričkog modeliranja pa se zato uvode određena<br />

pojednostavljenja. Modeliranje požara u zonama je veliki izazov i trenutno se, na<br />

ovoj razini, provode istraživanja i u poznatim svjetskim institutima od kojih je<br />

najznačajniji NIST – National Institute of Standards and Tehnology. Modeliranje<br />

u zonama polazi od sustava diferencijalnih jednadžbi koje su izvedene koristeći<br />

zakon održanja mase (jednadžba kontinuiteta), zakon održanja energije (prvi<br />

zakon termodinamike) i zakon idealnih plinova. Ovi zakoni se postavljaju za<br />

svaku pojedinu zonu.<br />

31


MODELIRANJE RAZVOJA REALNOG <strong>POŽAR</strong>A<br />

• Najčešće se zatvoreni prostor dijeli u dvije zone:<br />

Gornja zona - zona vrućih plinova i dima<br />

Donja zona - zona u kojoj se zadržava sobna temperatura i sobni tlak.<br />

y D<br />

r 1<br />

r 2<br />

r 1<br />

r 2<br />

• Međusobna djelovanja zona posljedica su izmjene mase i energije.<br />

U ovakvom modeliranju uvode se još i pojednostavljenja:<br />

- specifični toplinski kapaciteti c p<br />

i c v<br />

uzimaju se konstantni,<br />

- hidrostatski uvjeti su zanemareni – zakon idealnih plinova.<br />

32

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!