VASBETON SZERKEZETEK TERVEZÉSE TŰZÁLLÓSÁGRA

Az előadások a következő témára: "VASBETON SZERKEZETEK TERVEZÉSE TŰZÁLLÓSÁGRA"— Előadás másolata:

1 VASBETON SZERKEZETEK TERVEZÉSE TŰZÁLLÓSÁGRA
KÖVETELMÉNYEK. TERVEZÉSI MÓDSZEREK Dr. Visnovitz György 2014. április 24.

2 A tűz: áldás és átok

3 Történelem fordító tűzkatasztrófák
Róma i.sz. 64

4 Történelem fordító tűzkatasztrófák
6 nap/ 6 éjjel 14- ből 10 kerület leég keresztényüldözés Róma márványba öltözik Nero Róma i.sz. 64

5 A londoni tűzvész

6 A londoni tűzvész 1666. Christopher Wren 13200 ház ég le
87 templom + 1 katedrális pusztul el Pestisjárvány megszűnése A modern London kialakulása A várostervezés tűzvédelmi elveinek megszületése

7 A tabáni tűzvész 1810

8

9 A hamburgi tűzvihar 1943.

10 A hamburgi tűzvihar 1943. 2300 bombázó 9000t bomba (robbanó és gyújtó)
ház ég le 58 templom + 24 kórház 30-50ezer áldozat

11

12 TŰZVÉDELEM CÉLJAI (OTSZ,2008):
Teherbíró képesség megőrzése (bizonyos ideig) Tűz továbbterjedés és füstképződés korlátozása Az épületben tartózkodók menekülésének vagy mentésének biztosítása Tűzoltók biztonságos munkavégzése

13 A védekezés klasszikus módszerei A szerkezet védelme a tűz hatásától
Tűzoltás, tűzoltóság A szerkezet védelme a tűz hatásától Aktív védelem Passzív védelem nem éghető anyag használata (kőboltozat) (túl)méretezés (fa, vb, tégla) „ellentűz” vízfüggöny sprinkler vizes bőr védőburkolat, körbebetonozás védőfesték Közvetett Közvetlen

14 VB SZERKEZETEK TŰZVÉDELMI ELŐNYEI
(acéllal szemben)

15 VB SZERKEZETEK TŰZVÉDELMI ELŐNYEI
(acéllal szemben) Hagyományos értelmezés (XX. század elejétől): A beton nem éghető A beton védi az acélt (hőszigetel, hűt) Tűzre kritikus szerkezetekben az acél szerepe kicsi (oszlopok, lemezek) Gerendákban többsoros vasalás segít Kisebb karcsúság (kisebb stabilitásvesztés veszély)

16 VB SZERKEZETEK TŰZVÉDELMI ELŐNYEI
(acéllal szemben) A beton nem éghető A beton védi az acélt (hőszigetel, hűt) Kritikus szerkezetekben az acél szerepe kicsi (oszlopok, lemezek) Gerendákban többsoros vasalás segít Kisebb karcsúság (kisebb stabilitásvesztés veszély) A Párizsi Áruház égése, 1903. Ipari, sőt közösségi épületekhez is kiváló (ZAK 1905, Párizsi Nagyáruház 1910) Ipari, sőt közösségi épületekhez is kiváló (Zeneakadémia1905, Párizsi Nagyáruház 1910)

17 VB SZERKEZETEK TŰZVÉDELMI ELŐNYEI
(acéllal szemben) Ipari, sőt közösségi épületekhez is kiváló (Zeneakadémia1905, Párizsi Nagyáruház 1910)

18 VB SZERKEZETEK TŰZVÉDELME
Modern szempontok: Sokkal nagyobb tüzek (olaj, gáz, háború) Acél szerepe nagyobb (külső feszítés, nagyszil. acél) Beton is tönkremehet (robbanásszerű leválás, vegyi bomlás VÉDEKEZNI KELL! → Méretezés tűzállóságra Országos Tűzvédelmi Szabályzat, (2011.) MSZ EN :2005 Eurocode 2: Betonszerkezetek tervezése. Tervezés tűzteherre MSZE :2008 Nemzeti Melléklet

19 Építmények tűzvédelmi követelményei. Építmények tűzvédelme.
A VASBETON TARTÓSZERKEZETEKKEL SZEMBEN TÁMASZTOTT TŰZVÉDELMI KÖVETELMÉNYEK OTSZ 5.rész: Építmények tűzvédelmi követelményei. Építmények tűzvédelme. Lépések: Tűzveszélyességi osztályba sorolás (A-E) Tűzállósági fokozatba sorolás (I-V) Tűzállósági követelmények és tűzállósági határértékek meghatározása (pl. REI 120) Tervezés EC2 szerint

20 Helyiségek, tűzszakaszok, épületek, műtárgyak,
építmények tűzveszélyességi osztályai OTSZ 5.rész: Építmények tűzvédelmi követelményei Építmények tűzvédelme. Tűzveszélyes-ségi osztályba sorolás (A-E) Tűzállósági fokozatba sorolás (I-V) Tűzállósági követelmények és tűzállósági határértékek Tűzveszélyességi osztály Példák jele megnevezése A Fokozottan tűz- és robbanásveszélyes Bármely halmazállapotú tűz- és robbanásveszélyes anyag, jelenlétét feltételező helyiségek, terek, épületek, (pl. nagyteljesítményű akkumulátor töltő helyiség, 21˚C alatti lobbanáspontú folyadék jelenléte) B Tűz- és robbanásveszélyes Levegővel robbanásveszélyes keveréket képező por, 21-50˚C közötti lobbanáspontú folyadékjelenlétét feltételező helyiségek, terek, épületek( pl. porkamra) C Tűzveszélyes 300˚C alatti gyulladáspontú szilárd anyagok, ˚C közötti lobbanáspontú folyadékok ásványolaj származékok (pl. gázolaj, petróleum), nem égő, de égést tápláló gázok jelenlétét feltételező helyiségek, terek, épületek (pl. üzemanyagtöltő állomás., 500 főnél nagyobb befogadóképességű közösségi épület) D Mérsékelten tűzveszélyes 300˚C feletti gyulladáspontú szilárd anyagok (pl. kőszén), 150˚C feletti lobbanáspontú folyadékok jelenlétét feltételező helyiségek, terek, épületek;. nyílt lánggal üzemelő fűtő-berendezésű helyiségek, „nem tűzveszélyes” anyagokat technológiai okokból 300˚C feletti hőmérsékleten használó helyiségek, terek, épületek; 50 főnél kisebb befogadóképességű iroda-, lakó- és szállásépületek, állattartási épületek E Nem tűzveszélyes kizárólag „nem tűzveszélyes” anyagokat tartalmazó helyiségek, terek, épületek, ahol az anyagok hőmérséklete nem kerül 300˚C fölé.

21 Tűzszakaszok, épületek, műtárgyak,
építmények tűzállósági fokozatba sorolása OTSZ 5.rész: Építmények tűzvédelmi követelményei Építmények tűzvédelme. Tűzveszélyességi osztályba sorolás (A-E) Tűzállósági fokozatba sorolás (I-V) Tűzállósági követelmények és tűzállósági határértékek a) Tűzveszélyességi osztály alapján Építmény/tűzszakasz tűzveszélyességi osztálya Előírható leggyengébb tűzállósági fokozat jel megnevezés - A Fokozottan tűz és robbanásveszélyes II. B Tűz és robbanásveszélyes C Tűzveszélyes III. D Mérsékelten tűzveszélyes IV. E Nem tűzveszélyes V.

22 Tűzszakaszok, épületek, műtárgyak,
építmények tűzállósági fokozatba sorolása OTSZ 5.rész: Építmények tűzvédelmi követelményei Építmények tűzvédelme. Tűzveszélyességi osztályba sorolás (A-E) Tűzállósági fokozatba sorolás (I-V) Tűzállósági követelmények és tűzállósági határértékek b) Az épület tulajdonságai alapján Építmény/tűzszakasz rendeltetése, kialakítása, magassága stb. (jellemző épületfajták) Előírható leggyengébb tűzállósági fokozat Magasház, tömegtartózkodásra szolgáló középmagas épület 13,65 m feletti padlószinttel I. Bölcsőde, óvoda,. középmagas épület, többszintes pincék, mozgáskorlátozottakat szolgáló két-szintesnél magasabb épület II. Iskola, kétszintesnél magasabb lakó és középület 13,65 m alatti legfelső padlószinttel, mozgás-korlátozottakat szolgáló max. kétszintes épület III. Függőleges térelhatárolás nélküli fedett terek, p+fszt+1 szintes (vagy beépített tetőteres) lakó és üdülőépület, fős egyszintes közösségi épület IV. max.25 fős egyszintes üdülő, lakó és közösségi épület V.

23 Építmény/tűzszakasz tűzveszélyességi osztálya
Tűzszakaszok, épületek, műtárgyak, építmények tűzállósági fokozatba sorolása OTSZ 5.rész: Tűzveszélyességi osztályba sorolás (A-E) Tűzállósági fokozatba sorolás (I-V) Tűzállósági követelmények és tűzállósági határértékek Építmény/tűzszakasz tűzveszélyességi osztálya Előírható legala-csonyabb tűzállósági fokozat) Építmény/tűzszakasz rendeltetése, kialakítása, magassága (jellemző épületfajták) jel megnevezés - Magasház, tömegtartózkodásra szolgáló középmagas épület 13,65 m feletti padlószinttel I. A Fokozottan tűz és robbanásveszélyes II. Bölcsőde, óvoda,. középmagas épület, többszintes pincék, mozgáskorlátozottakat szolgáló kétszintesnél magasabb épület B Tűz és robbanásveszélyes C Tűzveszélyes III. Iskola, kétszintesnél magasabb lakó és középület 13,65 m alatti legfelső padlószinttel, mozgáskorlátozottakat szolgáló max. kétszintes épület D Mérsékelten tűzveszélyes IV. Függőleges térelhatárolás nélküli fedett terek, p+fszt+1 szintes (vagy beépített tetőteres) lakó és üdülőépület, fős egyszintes közösségi épület E Nem tűzveszélyes V. max.25 fős egyszintes üdülő, lakó és közösségi épület A végleges besorolás alapja a fentiek szerint meghatározható szigorúbb (kisebb római számú) tűzállósági fokozat. Bármely, ennél szigorúbb tűzvédelmi fokozat is előírható, amennyiben azt az építmény/tűzszakasz tűzvédelmi, biztonsági, fontossági stb. sajátosságai alapján a megbízó, a felelős tervező, a tűzvédelmi szakértő vagy a tűzvédelmi hatóság szükségesnek tartja. Összesítve

24 Tűzállósági határértékek
OTSZ 5.rész: Építmények tűzvédelmi követelményei Építmények tűzvédelme. Tűzveszélyességi osztályba sorolás (A-E) Tűzállósági fokozatba sorolás (I-V) Tűzállósági követelmények és tűzállósági határértékek Tűzállósági határérték Az adott tűzállósági követelmény (pl. R) teljesítésére előírt minimális időtartam Jellemzően: 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 perc Példák: R 60 (gerenda, födémlemez) REI 90 (fal) REI-M 240 (tűzfal) Megj.: R 60+EI30 > REI 60 A tűzállósági határértéket is tartalmazó tűzállósági követelmény az alapja (bemenő adata) az EC2 szerinti tűzállóságra méretezésnek!

25 Tartószerkezetek tűzállósági követelményei
OTSZ 5.rész: Építmények tűzvédelmi követelményei Építmények tűzvédelme. Tűzveszélyességi osztályba sorolás (A-E) Tűzállósági fokozatba sorolás (I-V) Tűzállósági követelmények és tűzállósági határértékek A tartószerkezet anyaga általában: tűzállósági osztály függvényében előírt tűzállóság (A, B, C, D, E) Beton,vasbeton: nem éghető (A1, a legjobb) b) A tartószerkezet tűzállósági feladatai (tűz közben) R : teherhordó képesség megőrzése E : szerkezeti integritás (tűzzárás) I : szigetelés (korlátozott átmelegedés) M : mechanikai ütésállóság Több tűzállósági funkció REI : teherhordás+integritás+szigetelés (falak) REI-M : teherhordás+integritás+szigetelés+ütésállóság (tűzfalak)

26 Szerkezeti ellenállás igazolása
MÉRETEZÉS TŰZTEHERRE AZ EUROCODE SZERINT Követelmény (pl. A1 R 120) OTSZ, 2008 Szerkezeti ellenállás igazolása EUROCODE-ok

27 Szerkezeti ellenállás igazolása
MÉRETEZÉS TŰZTEHERRE AZ EUROCODE SZERINT Követelmény (pl. R 120) OTSZ, 2008 Szerkezeti ellenállás igazolása EUROCODE-ok EC0EC1 MSZ EN hatáskombinációk, anyagok biztonsági tényezői MSZ EN általános terhek, hatások MSZ EN Tűzhatás jellege

28 VB SZERKEZET MÉRETEZÉSE TŰZTEHERRE
AZ EUROCODE SZERINT Követelmény (pl. R 120) OTSZ, 2008 Szerkezeti ellenállás igazolása EUROCODE-ok EC0EC1 MSZ EN hatáskombinációk, anyagok biztonsági tényezői MSZ EN általános terhek, hatások MSZ EN Tűzhatás jellege EC2 Normál állapot MSZ EN Tűz közbeni állapot MSZ EN és MSZ EN Tűz utáni állapot MSZ EN

29 TŰZTEHERRE MÉRETEZÉS ELVI MENETE
Tűzteher/hőterhelés meghatározása Hőmérséklet eloszlás meghatározása (térben és időben) A tartószerkezet mechanikai ellenállásának ellenőrzése megfelelő méretezési módszerrel

30 SZERKEZETRE HATÓ KÜLSŐ TŰZTEHER DEFINIÁLÁSA
Normatív tűzgörbe Idő (t, perc) Hőfok (Q, C) b) Szénhidrogén tűzgörbe c) Parametrikus tűzgörbék (MJ/m2 függvényében) d) „pontos” tűzmodellek

31 ANYAGTULAJDONSÁGOK VÁLTOZÁSA
Betonacél Részben visszafordítható (reverzibilis) változások gyors hőtágulás Szilárdságcsökkenés Beton Visszafordíthatatlan (irre-verzibilis) fizikai és kémiai változások Méretcsökkenés a felületen (lerobbanás, leválás) Szilárdságcsökkenés Melegen hengerelt Hidegen hűzott Kis duktlitású Kvarckavics adalék Mészkő adalék kc - t ks - t

32 ANYAGTULAJDONSÁGOK VÁLTOZÁSA
Betonacél Részben visszafordítható (reverzibilis) változások gyors hőtágulás Szilárdságcsökkenés Beton Visszafordíthatatlan (irre-verzibilis) fizikai és kémiai változások Méretcsökkenés a felületen (lerobbanás, leválás) Szilárdságcsökkenés Melegen hengerelt Hidegen hűzott Kis dukzilitású Kvarckavics adalék Mészkő adalék kc - t ks - t Normatív tűzgörbe Idő (perc) Hőfok (˚C)

33 ??? De hát akkor hogyan véd mégis a beton a tűz ellen?

34 A MÉRETEZÉSI MÓDSZEREK HIERARCHIÁJA
VB ÉPÍTMÉNYEK TŰZÁLLÓSÁGI MÉRETEZÉSÉNEK MÓDSZEREI Normatív tűzmodell Kísérleti vizsgálat Elkülönített elem táblázatos módszer (EC1, EC2) Szerk. szabályok

35 A MÉRETEZÉSI MÓDSZEREK HIERARCHIÁJA
VB ÉPÍTMÉNYEK TŰZÁLLÓSÁGI MÉRETEZÉSÉNEK MÓDSZEREI Normatív tűzmodell Parametrikus vagy „pontos” tűzmodell Kísérleti vizsgálat Elkülönített elem Szerkezeti rész táblázatos módszer (EC1, EC2) Szerk. szabályok Egyszerűsített számítási módszerek (izoterma vonalak, EC1,EC2)

36 A MÉRETEZÉSI MÓDSZEREK HIERARCHIÁJA
VB ÉPÍTMÉNYEK TŰZÁLLÓSÁGI MÉRETEZÉSÉNEK MÓDSZEREI Normatív tűzmodell Parametrikus vagy „pontos” tűzmodell Kísérleti vizsgálat Elkülönített elem Szerkezeti rész Teljes szerkezet táblázatos módszer (EC1, EC2) Egyszerűsített számítási módszerek (izoterma vonalak, EC1,EC2) Numerikus számítás számítógépes VEM modell

37 A TÁBLÁZATOS MÉRETEZÉSI MÓDSZER
Lényeg: szerkesztési szabályok a vizsgált elem keresztmetszetének geometriai adataira Alkalmazási feltételek: Normatív tűzgörbe (szabványtűz) Bemenő adat az előírt tűzállósági igény (Pl. REI 120) Ellenőrizendő / tervezendő : A betonkeresztmetszet minimális mérete (bmin vagy t min) Az acélbetétek minimális tengelytávolsága a felülettől mérve (amin) Az acélbetétek mennyisége (pilléreknél) Az MSZ EN :2005-ben kidolgozott esetek: Oszlopok, pillérek Falak Kéttámaszú és többtámaszú gerendák Peremein támaszkodó lemezek Pontokon megtámasztott lemezek

38 h ≥ b l a b EC2 Táblázatos módszer Oszlopok, pillérek Falak
Kéttámaszú gerendák b l a h ≥ b A szerkezeti rendszer merevített (nem ellendülő) Az oszlop igénybevétele közel központos nyomás: e ≤ 0,15h (ill. 0,15b), ahol e=M0Ed/N0Ed lo,fi ≤3,0 m, ahol általában lo,fi = l t>30 percnél nagyobb tűzállósági határértéknél közbenső szinteknél lo,fi = 0,5l tetőszintnél ,5l ≤ lo,fi ≤ 0,7l As<0,04 Ac

39 EC2 Oszlopok, pillérek Falak Kéttámaszú gerendák
Táblázatos módszer

40 EC2 Oszlopok, pillérek Falak Kéttámaszú gerendák
Táblázatos módszer

41 EGYSZERŰSÍTETT SZÁMíTÁSI MÓDSZEREK
Lényeg: a hatás jellegének és tartósságának ismeretében hőmérsékleti profilok (izotermák) használata Az izotermák alapján módosított keresztmetszet és/vagy anyagszilárdságokkal „normál” hőmérsékletnek megfelelő ellenállás számítás: 500˚C-os izoterma módszer (csökkentett keresztmetszet) Zóna módszer: csökkentett keresztmetszet és szilárdságok Az MSZ EN :2005-ben kidolgozott esetek: lemezek gerendák pillérek köroszlopok

42 TERHEK, HATÁSKOMBINÁCIÓ TŰZ ESETÉN
Rendkívüli hatáskombináció Közelítés: Biztonságos felső érték: ηfi = 0,7 (Feltétel: Qk,1/Gk>0,5 )

43 EGYSZERŰSÍTETT SZÁMíTÁSI MÓDSZEREK
b=160 20˚C 945˚C h=300 Hőmérsékleti profil (izotermák) gerendára R 60 , h x b = 300 x 160 mm

44 EGYSZERŰSÍTETT SZÁMíTÁSI MÓDSZEREK
b=160 20˚C 945˚C h=300 <500˚C Hőmérsékleti profil (izotermák) gerendára R 60 , h x b = 300 x 160 mm

45 Előadás vége

46

47

48

49 A progresszív összeomlás jelensége

50 Az összeomlás szempontjából kritikus rész „kulcsfontosságú elem”
Előadás vége „kulcsfontosságú elem”

51 Tűzvédelmi Műszaki Irányelv (TvMI)
Új OTSZ tervezete ( ) Tűzvédelmi Műszaki Irányelv (TvMI) Új szempontrendszer: kockázati osztályok előzetes besorolás többféle szempont szerint NAK Nagyon Alacsony Kockázat AK Alacsony Kockázat KK Közepes Kockázat MK Magas Kockázat

52 Kockázati osztályba sorolás – építészeti kialakítás
NAK AK KK MK

53 Kockázati osztályba sorolás - tárolás

54 Szerkezetek tűzvédelmi osztálya és tűzállósági követelményei
NAK AK KK MK

55 Előadás vége