Страница 4: ДСТУ-Н Б EN 1999-1-2:2010. Єврокод 9. Проектування алюмінієвих конструкцій. Частина 1-2. Розрахунок конструкцій на вогнестійкість (60233)

2 ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ

2.1 Вимоги

2.1.1 Загальні вимоги

(1)Р Якщо встановлені вимоги до механічного опору під час пожежі, алюмінієві конструкції проектують та зводять таким чином, щоб вони зберігали несучу здатність протягом відповідного вогневого впливу – граничний стан з вогнестійкості за ознакою втрати несучої здатності R.

(2)Р При розподілі на протипожежні відсіки відповідні конструкції мають бути запроектовані і зведені таким чином, щоб вони зберігали огороджувальну здатність протягом відповідного вогневого впливу, тобто:

- не відбувалась втрата цілісності внаслідок утворення тріщин, прорізів або інших отворів, достатньо великих для проникнення вогню у вигляді гарячих газі чи полум’я – граничний стан з вогнестійкості за ознакою втрати цілісності Е;

- не відбувалась втрата теплоізолювальної здатності внаслідок температур необігріваної поверхні, що перевищують температури займання – граничний стан з вогнестійкості за ознакою втрати теплоізолювальної здатності І.

(3) Граничний стан з вогнестійкості за ознакою втрати теплоізолювальної здатності І може вважатись досягнутим у тих випадках, коли середнє зростання температури під час стандартного вогневого впливу на необігрівану поверхню не перевищує 140 ºС, а максимальне зростання в будь-якому місці цих поверхонь не перевищує 180 ºС.

(4)Р Конструкції мають відповідати граничним станам з вогнестійкості R, Е та І таким чином:

• огороджувальні: Е та І;

• несучі: R;

• огороджувальні та несучі: R, Е та І.

ПРИМІТКА EN 1999-1-2 стосується лише граничного стану з вогнестійкості за ознакою втрати несучої здатності R. Властивості матеріалів, що наведені в стандарті, можуть використовуватись для розрахунку за граничним станом з вогнестійкості за ознакою втрати теплоізолювальної здатності І.

(5) Критерій деформації застосовують у випадках, коли засоби захисту або критерії розрахунку для огороджувальних елементів потребують урахування деформацій несучих конструкцій.

(6) За виключенням (5) деформації несучих конструкцій не враховуються:

- для оцінки ефективності засобів захисту згідно з 3.3.2;

- якщо огороджувальні конструкції відповідають вимогам під час номінального вогневого впливу.

2.1.2 Номінальний вогневий вплив

(1) Для стандартного температурного режиму конструкції мають відповідати граничному стану з вогнестійкості за ознакою втрати несучої здатності R таким чином:

• несучі: механічний опір (граничний стан з вогнестійкості за ознакою втрати несучої здатності R).

(2) Граничний стан з вогнестійкості за ознакою втрати несучої здатності R вважається забезпеченим, якщо забезпечена несуча здатність протягом потрібного часу під час вогневого впливу.

(3) За температурного режиму вуглеводневої пожежі застосовуються ті самі граничні стани з вогнестійкості, але посилання на цю криву ідентифікується літерами НС.

2.1.3 Параметричний вогневий вплив

(1) Несуча здатність забезпечена протягом всієї пожежі, включаючи фазу затухання, або визначеного проміжку часу.

2.2 Впливи

(1) Теплові та механічні впливи приймаються згідно з EN 1991-1-2.

(2) Значення ḣ_net,d визначаються за EN 1991-1-2 враховуючи, що:

ε_m = 0,3 для чистих незахищених поверхонь та

ε_m = 0,7 для пофарбованих та покритих(наприклад сажею) поверхонь,

2.3 Розрахункові значення властивостей матеріалів

(1) Розрахункові значення механічних властивостей матеріалів X_fi,d наведені нижче:

2 BASIS OF DESIGN

2.1 Requirements

2.1.1 Basic requirements

(1)P Where mechanical resistance in the case of fire is required, aluminium structures shall be designed and constructed in such a way that they maintain their load bearing function during the relevant fire exposure – criterion R.

(2)P Where compartmentation is required, the respective members shall be designed and constructed in such a way, that they maintain their separating function during the relevant fire exposure, i.e.:

- no integrity failure due to cracks, holes or other openings, which are large enough to cause fire penetration by hot gases or flames – criterion E;

- no insulation failure due to temperatures of the non-exposed surface exceeding ignition temperatures – criterion I.

(3) Criterion I may be assumed to be met where the average temperature rise during the standard fire exposure at the non-exposed surface does not exceed 140 ºC and the maximum rise at any point on the nonexposed surface does not exceed 180 ºC.

(4)P Members shall comply with criteria R, E, I as follows:

- separating only: E and I;

- load bearing only: R;

- separating and load bearing: R, E and I.

NOTE EN 1999-1-2 deals only with the R-criterion. The material properties given in this standard may be used when calculating temperatures for the I-criterion.

(5) Deformation criteria should be applied where the protection aims, or the design criteria for separating elements, require consideration of the deformation of the load bearing structure.

(6) Except from (5), consideration of the deformation of the load bearing structure is not necessary in the following cases, as relevant:

- the efficiency of the means of protection has been evaluated according to section 3.3.2;

- the separating components have to fulfil requirements according to a nominal fire exposure.

2.1.2 Nominal fire exposure

(1) For the standard fire exposure, members should comply with criteria R as follows:

- load bearing only: Mechanical resistance (criterion R).

(2) Criterion R is assumed to be satisfied where the load bearing function is maintained during the required time of fire exposure.

(3) With the hydrocarbon fire exposure curve the same criteria should apply, however the reference to this specific curve should be identified by the letters HC.

2.1.3 Parametric fire exposure

(1) The load-bearing function is ensured if collapse is prevented during the complete duration of the fire including the decay phase or during a required period of time.

2.2 Actions

(1) The thermal and mechanical actions should be taken from EN 1991-1-2.

(2) The values of ḣ_net,d should be obtained from EN 1991-1-2 using:

ε_m = 0,3 for clean uncovered surfaces and

ε_m = 0,7 for painted and covered (e.g. sooted) surfaces,

2.3 Design values of material properties

(1) Design values of mechanical material properties X_fi,d are defined as follows:

де

X_k – характеристичне значення міцнісних чи деформаційних властивостей (зазвичай f_k чи E_k) для розрахунку за нормальних температур згідно з EN 1999-1-1

X_k,θ – значення властивості матеріалу для розрахунку на вогнестійкість, що залежить від температури матеріалу, див. Розділ 3

k_θ – коефіцієнт зниження міцнісних чи деформаційних властивостей (X_k.θ/X_k) залежних від температури матеріалу, див. розділ 3

ПРИМІТКА Для термомеханічних властивостей алюмінію коефіцієнт надійності для пожежі див. Національний додаток. Рекомендовано використовувати γ_M,fi = 1,0.

(2) Розрахункові значення теплофізичних властивостей матеріалу X_fi,d визначають таким чином:

- збільшення значень властивостей в цілях безпеки:

where

X_k is the characteristic value of a strength or deformation property (generally f_k or E_k) for normal temperature design according to

EN 1999-1-1

X_k,θ is the value of a material property in fire design, generally dependent on the material temperature, see section 3

k_θ is the reduction factor for a strength or deformation property (X_k,θ / X_k), dependent on the material temperature, see section 3

NOTE For mechanical properties of aluminium, the partial safety factor for the fire situation see National Annex. The use of γ_M,fi = 1.0 is recommended.

(2) Design values of thermal material properties X_fi,d are defined as follows:

- if an increase of the property is favourable for safety:

- зменшення значень властивостей в цілях безпеки:

- if an increase of the property is unfavourable for safety:

ПРИМІТКА Для теплофізичних властивостей алюмінію коефіцієнт надійності для пожежі див. Національний додаток. Рекомендовано використовувати γ_M,fi = 1,0.

2.4 Методи перевірки

2.4.1 Загальні положення

(1)Р Модель конструктивної системи, прийнята для розрахунку за EN 1999-1-2, відображає очікувану роботу конструкцій під час пожежі.

ПРИМІТКА Якщо правила, що наведені в EN 1999-1-2, використовуються тільки для стандартного вогневого впливу, це позначено у відповідних пунктах.

(2)Р Необхідно перевірити вплив пожежі на визначеному проміжку часу t:

NOTE For thermal properties of aluminium, the partial safety factor for the fire situation see National Annex. The use of γ_M,fi = 1,0 is recommended.

2.4 Verification methods

2.4.1 General

(1)P The model of the structural system adopted for design to EN 1999-1-2 shall reflect the expected performance of the structure in fire.

NOTE Where rules given in EN 1999-1-2 are valid only for the standard fire exposure, this is identified in the relevant clauses.

(2)P It shall be verified that, during the relevant duration of fire exposure t:

де

E_fi,d – розрахунковий навантажувальний ефект під час пожежі, що визначається згідно з EN 1991-1-2, і включає результат від теплового розширення та деформації

R_fi,d,t – відповідний розрахунковий опір під час пожежі

(3) Розрахунок конструктивної системи на вогнестійкість мають виконувати відповідно до EN 1990, 5.1.4 (2).

ПРИМІТКА 1 Для розрахунку окремої конструкції див. 2.4.2. Для розрахунку частини конструктивної системи див. 2.4.3. Для загального розрахунку конструктивної системи див. 2.4.4.

ПРИМІТКА 2 Для перевірки відповідності вимогам нормованої вогнестійкості достатньо провести розрахунок окремої конструкції.

(4) Як альтернатива проектуванню за розрахунком, розрахунок на вогнестійкість може базуватись на результатах вогневих випробувань або на сполученні результатів вогневих випробувань з розрахунками.

2.4.2 Розрахунок конструкції

(1) Навантажувальний ефект визначають з розрахунку конструкцій в момент часу t = 0 з використанням коефіцієнтів сполучення ψ_1,1 або ψ_2,1 відповідно до EN 1991-1-2 пункт 4.3.1.

(2) Як спрощення до (1) навантажувальний ефект E_fi,d можна отримати з розрахунку конструкцій за нормальної температури:

where

E_fi,d is the design effect of actions for the fire situation, determined in accordance with EN 1991-1-2, including the effects of thermal expansions and deformations

R_fi,d,t is the corresponding design resistance in the fire situation

(3) The structural analysis for the fire situation should be carried out according to EN 1990, 5.1.4 (2).

NOTE 1 For member analysis, see 2.4.2. For analysis of parts of the structure, see 2.4.3. For global structural analysis, see 2.4.4.

NOTE 2 For verifying standard fire resistance requirements, a member analysis is sufficient.

(4) As an alternative to design by calculation, fire design may be based on the results of fire tests, or on fire tests in combination with calculations.

2.4.2 Member analysis

(1) The effect of actions should be determined for time t = 0 using combination factors ψ_1,1 or ψ_2,1 according to EN 1991-1-2 clause 4.3.1.

(2) As a simplification to (1), the effect of actions E_fi,d may be obtained from a structural analysis for normal temperature design as:

де

E_d – розрахункове значення відповідного зусилля чи моменту за нормальних температур на основні сполучення дій (EN 1990)

(3) Коефіцієнт зниження η_fi для сполучення навантажень за формулою (6.10) в EN 1990 має визначатись за:

where

E_d is the design value of the corresponding force or moment for normal temperature design, for a fundamental combination of actions (see EN 1990)

(3) The reduction factor η_fi for load combination (6.10) in EN 1990 should be taken as:

або для сполучень навантажень (6.10а) та (6.10b) в EN 1990 як менше значення в наведених нижче формулах:

or for load combination (6.10a) and (6.10b) in EN 1990 as the smaller value given by the two following expressions:

де

Q_k,1 – головне змінне навантаження

G_k – характеристичне значення постійної дії

γ_G – частковий коефіцієнт постійної дії

γ_Q,1 – частковий коефіцієнт змінного навантаження 1

ψ_fi –коефіцієнт сполучення навантажень для циклічних та квазіпостійних значень, наведених як ψ_1,1 або ψ_2,1

ξ – коефіцієнт зниження для несприятливої постійної дії G

ПРИМІТКА 1 Значення _{G, Q,1, fi та може бути наведені в Національному додатку. Рекомендоване значення наведене EN 1990. EN 1991-1-2 рекомендує використовувати2,1 як fi.}

ПРИМІТКА 2 Приклади зміни значень коефіцієнтів зниження η_fi залежно від відношення навантажень Q_k,1/G_k для різних значень коефіцієнта сполучення ψ_fi=ψ_1,1 відповідно до формули(2.5), наведено на рисунку 1 з наступними припущеннями, що γ_GA=1,0, γ_G=1,35 та γ_Q=1,5. Коефіцієнти надійності можуть бути визначені в Національному додатку EN 1990. Формули (2.5а) та (2.5b) надають більш точні значення.

where

Q_k,1 is the principal variable load

G_k is the characteristic value of a permanent action

_{G is the partial factor for permanent actions}

_{Q,1 is the partial factor for variable action 1}

_{is the combination factor for frequent values, given either by 1,1 or 2,1}

is a reduction factor for unfavourable permanent actions G

NOTE 1 The values of _{G, Q,1, fi and may be given in the National Annex. Recommended values are given in EN 1990. EN 1991-1-2 recommends using 2,1 for fi.}

NOTE 2 An example of the variation of the reduction factor η_fi versus the load ratio Q_k,1/G_k for different values of the combination factor ψ_fi=ψ_1,1 according to expression (2.5), is shown in Figure 1 with the following assumptions: γ_GA=1,0, γ_G=1,35 and γ_Q=1,5. Partial factors may be specified in the National Annexes of EN 1990, where recommended values are given. Equations (2.5a) and (2.5b) give slightly higher values.

Рисунок 1 – Зміна коефіцієнта зниження η_fi залежно від співвідношення навантажень Q_k,1/G_k

ПРИМІТКА 3 Як спрощення може використовуватись рекомендоване значення η_fi = 0,65, за виключенням прикладених навантажень категорії Е згідно з EN 1991-1-1 (ділянки, що сприйнятливі до накопичення виробів, включаючи ділянки доступу), для яких рекомендоване значення становить 0,7.

(4) Потрібно брати до уваги лише вплив температурних деформацій, що є наслідком температурних градієнтів поперечного перерізу. Вплив теплового поздовжнього або поперечного розповсюдження не враховується.

(5) Граничні умови на опорах і кінцях конструкції вважаються незмінними протягом пожежі.

(6) Спрощені або уточнені методи розрахунку, наведені у 4.2 та 4.3 відповідно, застосовуються для перевірки окремих конструкцій під час пожежі.

2.4.3 Аналіз частини конструктивної системи

(1) Застосовується 2.4.2 (1).

(2) Як альтернатива загальному розрахунку конструкцій під час пожежі в момент часу t = 0 опорні реакції, внутрішні зусилля та моменти на межі частини конструктивної системи можна отримати з розрахунку конструкцій за нормальних температур, як наведено в 2.4.2.

(3) Частина конструкцій, що розраховується має визначатися на основі ймовірного розповсюдження тепла та температурних деформацій таким чином, щоб їх взаємодія з іншими частинами конструкцій була представлена незалежними від часу опорними та граничними умовами під час вогневого впливу.

(4) В межах частини конструктивної системи, що аналізуються, необхідно враховувати характерний вид відмови під впливом пожежі, залежні від температури властивості матеріалу та жорсткість окремого елементу, вплив розповсюдження тепла та температурні деформації (непрямий вплив пожежі)

(5) Граничні умови на опорах, зусилля та моменти на межі частини конструктивної системи вважаються незмінними під час пожежі.

2.4.4 Загальний розрахунок конструктивної системи

(1) При проведенні загального розрахунку конструктивної системи під час пожежі необхідно враховувати характерний вид відмови під час пожежі, властивості матеріалу, що залежать від температури, та жорсткість елементу, розповсюдження тепла та температурні деформації (непрямий вплив пожежі).

Figure 1 — Variation of the reduction factor η_fi with the load ratio Q_k,1/G_k

NOTE 3 As a simplification the recommended value of η_fi = 0,65 may be used, except for imposed load according to load category E as given in EN 1991-1-1 (areas susceptible to accumulation of goods, including access areas) where the recommended value is 0,7.

(4) Only the effects of thermal deformations resulting from thermal gradients across the cross-section need to be considered. The effects of axial or in-plain thermal expansions may be neglected.

(5) The boundary conditions at supports and ends of member may be assumed to remain unchangedthroughout the fire exposure.

(6) Simplified or advanced calculation methods given in clauses 4.2 and 4.3 respectively are suitable for verifying members under fire conditions.

2.4.3 Analysis of part of the structure

(1) 2.4.2 (1) applies.

(2) As an alternative to carrying out a structural analysis for the fire situation at time t = 0, the reactions at supports and internal forces and moments at boundaries of part of the structure may be obtained from a structural analysis for normal temperature as given in clause 2.4.2.

(3) The part of the structure to be analysed should be specified on the basis of the potential thermal expansions and deformations such, that their interaction with other parts of the structure can be approximated by time-independent support and boundary conditions during fire exposure.

(4) Within the part of the structure to be analysed, the relevant failure mode in fire exposure, the temperature-dependent material properties and member stiffness, effects of thermal deformations (indirect fire actions) should be taken into account

(5) The boundary conditions at supports and forces and moments at boundaries of part of the structure may be assumed to remain unchanged throughout the fire exposure.

2.4.4 Global structural analysis

(1) Where a global structural analysis for the fire situation is carried out, the relevant failure mode in fire exposure, the temperature-dependent material properties and member stiffness, effects of thermal deformations (indirect fire actions) should be taken into account.