Phương pháp và quy định - Kiểm tra khả năng chống cháy, ứng dụng với IdeaStatica Concrete

26/07/2021

Lượt xem 22

Khả năng chống cháy là khả năng của một kết cấu tòa nhà chống lại các tác động của đám cháy đã phát triển toàn diện mà không làm mất đi khả năng chịu tải, tính ổn định, tính toàn vẹn và cách nhiệt của nó. Chúng ta phải đối mặt với những trạng thái giới hạn nào, và làm thế nào để một kỹ sư kết cấu đánh giá đúng ảnh hưởng của lửa?

Các trạng thái giới hạn khả năng chống cháy

Trạng thái giới hạn của khả năng chống cháy chủ yếu dựa trên loại công trình. Dù là phần tử chịu lực hay không chịu lực, hay là tường, cột, cửa. Các quy định xác định một số trạng thái giới hạn. Bốn loại được sử dụng phổ biến nhất là R, E, I, W.


Giới hạn trạng thái chống cháy
(a) R = Điện trở và độ ổn định, (b) E = Tính toàn vẹn, (c) I = Chức năng cách điện, (d) W = Tường lửa

 

Trạng thái giới hạn "R" (điện trở và ổn định)

Trạng thái giới hạn 'R' áp dụng cho tất cả các kết cấu chịu lực (bao gồm cả những kết cấu bên trong khoang cháy). Đặc biệt là những công trình đảm bảo sự ổn định của tòa nhà. Chúng phải tồn tại trong chức năng chịu tải của chúng ngay cả khi hỏa hoạn. Đối với trạng thái giới hạn 'R', không quan trọng kết cấu là loại dầm hay tấm. Trạng thái giới hạn R phải được đáp ứng cho tường, cột, dầm, giàn mái, xà gồ, mà còn bằng chất làm cứng, v.v.

 

Trạng thái giới hạn „E“ (tính toàn vẹn)

Trạng thái giới hạn 'E' áp dụng cho tất cả các bề mặt của kết cấu ngăn cách lửa. Trong khi cháy, không được phép hình thành một vết nứt trong kết cấu ngăn cháy mà ngọn lửa có thể đi qua hoặc qua đó khí nóng có thể xâm nhập vào ngăn khác. Tính toàn vẹn về khả năng chống cháy phải được đáp ứng bằng tường lửa và trần ngăn cách các ngăn lửa, các vách ngăn hoặc vách ngăn lửa khác (phía sau có thể là các ống dẫn quy trình, v.v.), và các cửa ngăn cháy (ví dụ: cửa ra vào), nếu thích hợp.

 

Trạng thái giới hạn “I” (Chức năng cách điện)

Trạng thái giới hạn 'I' có hiệu lực đối với các cấu trúc ngăn cách lửa bề mặt, nhằm ngăn chặn sự gia nhiệt quá mức của không gian ở phía đối diện với đám cháy. Vật liệu trên hoặc liền kề bên không được làm nóng sẽ không bắt lửa. Khả năng cách nhiệt phải được đáp ứng cụ thể bởi các kết cấu phẳng được xây dựng kiên cố như tường lửa và trần giữa các ngăn lửa. Điều này có nghĩa là đây chủ yếu là các yếu tố bên trong, nơi hỏa hoạn có thể xảy ra ở cả hai phía của kết cấu và nơi những người ở phía không được sưởi ấm có thể gặp rủi ro. Lửa ngừng mở đối với phương tiện thoát hiểm được bảo vệ cũng phải tuân theo Trạng thái Giới hạn 'I'.

 

Trạng thái giới hạn "W" (giới hạn bức xạ nhiệt)

Việc hạn chế bức xạ nhiệt áp dụng cho các cấu trúc ngăn cách lửa bề mặt, nó tương tự như chữ "I", nhưng với các yêu cầu ít nghiêm ngặt hơn. Trạng thái giới hạn 'W' không có khả năng ngăn cản sự gia tăng nhiệt độ, nó chỉ hạn chế ở một mức độ nào đó thông lượng nhiệt tỏa ra từ mặt bên của kết cấu quay ra khỏi đám cháy. Tuy nhiên, thông lượng nhiệt bức xạ này không được gây ra sự lan rộng của ngọn lửa hoặc gây nguy hiểm cho những người thoát ra trong vùng lân cận của kết cấu đó. Do đó, nó được giới hạn ở 15 kW / m2.

 

Thời gian chống cháy

Thời gian chịu lửa được định nghĩa là khoảng thời gian mà kết cấu phải chống lại các tác động của lửa hoặc đạt được trạng thái giới hạn yêu cầu (hoặc nhiều trạng thái giới hạn hơn). Thời gian chịu lửa được xác định bằng phút. Các thời gian phân loại cơ bản được thiết lập là 15, 30, 45, 60, 90, 120 và 180 phút.

 

Tải trong thời gian chống cháy

Theo Eurocode, bạn có thể coi một cách đơn giản tải trọng cực hạn khi hỏa hoạn là 70% của tổ hợp tải trọng cho ULS.

 

 

Các phương pháp chống cháy

Các phương pháp thiết kế khác nhau tùy theo cách tiếp cận, độ chính xác và độ phức tạp của tính toán. Khi phân tích một yếu tố quan trọng, chúng ta có thể sử dụng phương pháp Lập bảng, đây là phương pháp thận trọng nhất.

 


Kiểm tra tiết diện chữ T

 

Nếu việc kiểm tra mã không đạt yêu cầu, có khả năng chuyển sang các phương pháp chính xác hơn như Isotherm 500 hoặc Phương pháp Vùng. Trong trường hợp phân tích một phần của cấu trúc hoặc thậm chí toàn bộ cấu trúc, có thể sử dụng các mô phỏng số như dẫn truyền, đối lưu hoặc bức xạ.


Phương pháp số - giải pháp tiên tiến trong tương lai

 

Các giả định cơ bản của phương pháp Lập bảng

Chủ yếu tất cả các giá trị dành cho cốt liệu silic (dễ bị tác động của lửa nhất)

Đối với cốt liệu đá vôi, kích thước đá yêu cầu nhỏ nhất có thể giảm 10%

Độ ẩm của bê tông phải nhỏ hơn 3%, nếu không sẽ có nguy cơ gây nổ.

Nhiệt độ tới hạn của cốt thép bê tông là 500 ° C

Nhiệt độ tới hạn đối với cốt thép ứng suất trước là 400 ° C (thanh) hoặc 350 ° C (gân và dây)

Khoảng cách dọc trục của cốt thép so với bề mặt phải nhỏ hơn 70 mm, nếu không, phải xem xét đến việc gia cố bề mặt.

Trong trường hợp có nhiều lớp gia cố, khoảng cách trục trung bình từ mép phải được tính toán, với khoảng cách trục nhỏ nhất của bất kỳ lớp nào đáp ứng ít nhất tiêu chí R30

Có thể nội suy tuyến tính giữa các giá trị trong bảng

Các giá trị được đưa ra trong bảng là giá trị tối thiểu và các nguyên tắc thiết kế theo Eurocode cũng phải được tuân thủ


Cột

Các cột thường được kiểm tra mã bằng phương pháp A hoặc B. Việc quyết định sử dụng phương pháp nào hoàn toàn phụ thuộc vào lựa chọn kỹ thuật. Việc kiểm tra mã có hiệu lực đối với các cột chủ yếu chịu áp suất bình thường và đối với các kết cấu cứng.

 

Phương pháp A

Chiều dài hiệu dụng tối đa đạt 3 m.

Chiều dài hiệu dụng bằng 0,7 * L cho tầng trên cùng và 0,5 * L cho mỗi tầng bổ sung.

Các khuyết tật ban đầu nhỏ hơn 15% chiều cao mặt cắt.

Diện tích cốt thép tối đa nhỏ hơn 4% diện tích mặt cắt ngang bê tông.

 


Methods A for folumn code - check

 

 

Phương pháp B

Phương pháp này chỉ áp dụng cho các cấu trúc cứng.

Chiều dài hiệu dụng của cột có thể hơn 3 mét.


Hỗ trợ các dạng tiết diện trên

 

Tấm

Như với các phần tử dầm, bạn phải chọn giữa một tấm được hỗ trợ đơn giản hoặc một tấm liên tục. Một khía cạnh khác phân biệt giữa các giá đỡ được tạo bởi tường hoặc cột.


 

a) One-way slab, b) Two-way slab, c) Continues plate - walls, d) Continues plate - columns

 

Tường

Tỷ lệ giữa chiều cao và độ dày phải thấp hơn 40
Khả năng chống cháy EI - tính toàn vẹn và chức năng cách điện, không chịu lực
Chống cháy REI - tính toàn vẹn và chức năng cách nhiệt, chức năng chịu lực

 


Kiểm tra tường

 

Tóm lược

Để kiểm tra mã khả năng chịu lửa của các kết c, phương pháp Lập bảng chủ yếu được ưa chuộng hơn, theo đó kỹ sư nhận được trạng thái đạt / không đạt rất nhanh chóng. Các phương pháp tiên tiến hơn như Isotherm 500 hoặc Phương pháp vùng cũng là những phương pháp thường được sử dụng. Các phương pháp nâng cao được sử dụng khi các yếu tố quan trọng như cột, dầm, tường hoặc sàn bị lỗi trong phương pháp lập bảng. Các phương pháp mô phỏng số như dẫn truyền, đối lưu hoặc bức xạ chủ yếu được áp dụng trong các môi trường học thuật. IDEA StatiCa RCS chứa các phương pháp được lập bảng nói trên. Sự phát triển tại IDEA StatiCa chuyển phân tích từ phương pháp theo bảng sang cấp độ phương pháp số. Vì vậy, bạn có thể phân tích dẫn nhiệt không cố định trong mô đun IDEA StatiCa Member trong tương lai gần.