Seinää vasten olevat liittopilarit tulipalossa

Transkriptio

1 TERÄSRAKENTAMISEN T&K-PÄIVÄT 2013 Seinää vasten olevat liittopilarit tulipalossa Timo Jokinen, Tampereen teknillinen yliopisto, Metallirakentamisen tutkimuskeskus 1

2 Putkiliittopilareita on tutkittu paljon Liittopilarien käyttäytyminen palossa on myös pääosin hyvin tunnettu Mitoittamiseen on julkaistu hyviä suunnitteluohjeita Valtaosa tutkimuksista ja ohjeista olettaa, että pilari sijaitsee keskellä huonetta ja altistuu tulipalolle tasaisesti joka puolelta Todellisuudessa kuitenkin monet pilarit sijaitsevat seinän vieressä tai rakennuksen nurkassa, eivätkä pääse tulipalossa lämpenemään tasaisesti 2

3 Alempi pilari: - Käyristyy - Lämpenee hitaammin - Kuormitukseen tulee epäkeskisyyttä Yhteisvaikutus on tuntematon => Nykyiset mitoituskäytännöt saattavat johtaa turvallisuus- tai taloudellisuusriskiin 3

4 Ongelmaa tutkittu diplomityössä Tutkimus on suoritettu kokonaan numeerisesti FEM-mallien avulla (ABAQUS) Malli solid elementeistä Materiaaliarvot eurokoodi 4:stä (epälineaariset) Standardipalo, jossa pystysuunnassa sama lämpötila Lämmönsiirtymis- ja kuormitustarkastelut on suoritettu erikseen 4

5 Liittopilari Pituus [m] Teräsputki Raudoitus Betoni I 2 CFRHS150x150x5, S355 4T12, A500HW C40/50 II 3 CFRHS150x150x5, S355 4T12, A500HW C40/50 III 3 CFRHS250x250x6, S355 4T20, A500HW C40/50 IV 5 CFRHS250x250x6, S355 4T20, A500HW C40/50 V 3 CFRHS400x400x10, S355 8T25, A500HW C40/50 VI 6 CFRHS400x400x10, S355 8T25, A500HW C40/50 Tutkittavana kuusi raudoitettua neliöliittopilaria Tutkitaan yhden, kahden (vierekkäisen) ja kolmen sivun tulipaloja, ja verrataan tuloksia neljän sivun paloon Valittiin kolme eri tapaa eristää pilari tulipalolta: - Adiabaattinen eristys (ideaalitilanne) - Betoniseinä - Sandwich-paneeli 5

6 Vertailulämpötiloja: - TRY:n suunnitteluohje, vain neljän sivun palo - CIDECT:n tutkimus, vain neljän sivun palo - Markus Kivimaan opinnäytetyö, kaikki tapaukset (SAFIR) 6

7 250x250, kahden sivun palo, 60 min palon jälkeen Täysi eristys (adiabaattinen) Betoniseinä Sandwich-paneelit 87 C 40 C 96 C Betoniseinät toimivat lämpönieluina, jonne pilarin lämpö pääsee karkaamaan Sandwich-paneeleilla suurimmat lämpötilat, mutta kuitenkin lähellä adiabaattisen eristyksen lämpötiloja 7

8 Kuormitustarkasteluissa tutkitaan palonkestoaikoja kuormituksen pysyessä vakiona Jokainen tapaus tutkittu neljällä eri kuormituksella Kuormituksen suuruus valittu niin, että palonkesto olisi neljän sivun tapauksessa n. 30, 60, 90 tai 120 minuuttia Alkukäyryys L/666 Pilarit nivelellisesti tuettuja 8

9 TULOKSET 250x250, 5m, 2S, 1171kN 250x250, 3m, 2S, 1094kN Keskipisteen vaakasiirtymä (diag.) [mm] alkukäyryys Keskipisteen vaakasiirtymä (diag.) [mm] Aika [min] Aika [min] Alkukäyryyteen verrattuna suuria siirtymiä Hoikat pilarit nurjahtavat kohti paloa (suhteellinen hoikkuus > 0.8) Tukevat pilarit nurjahtavat poispäin palosta (suhteellinen hoikkuus < 0.4) 9

10 TULOKSET Verrataan saatuja palonkestoaikoja neljän sivun palon tapaukseen Palonkestoajat paranivat keskimäärin 1.3-kertaisiksi kolmen sivun palossa, 2.2-kertaisiksi kahden sivun palossa ja 3.5-kertaisiksi yhden sivun palossa Minimissään vastaavat arvot ovat 1.0, 1.4 ja

11 TULOKSET Eri eristämistapojen palonkestoajat noudattavat lämmönsiirtymisanalyysin havaintoja Betonilla saadaan selvästi parhaimmat arvot ja sandwich-paneeleilla saadaan hieman adiabaattisia heikommat tulokset 11

12 TULOKSET Tarkastelut on tehty pääosin vain positiivisella (kohti paloa) alkukäyryydellä Muutama tapaus on tarkasteltu myös negatiivisella alkukäyryydellä Positiivinen alkukäyryys heikentää kohti paloa nurjahtavien tapausten kestävyyttä, parantaa poispäin palosta nurjahtavien tapausten kestävyyttä ja joissain tilanteissa vaikuttaa jopa nurjahdussuuntaan => Alkukäyryyden suunnalla on merkittävä vaikutus; kaikki tapaukset olisi hyvä tarkastella kummallakin alkukäyryydellä 12

13 TULOKSET Palonkestoajoista saadaan johdettua karkeat kantavuuskäyrät 13

14 YHTEENVETO Liittopilarien palonkestoajat paranivat keskimäärin 1.3-kertaisiksi kolmen sivun palossa, 2.2-kertaisiksi kahden sivun palossa ja 3.5-kertaisiksi yhden sivun palossa verrattuna normaaliin neljän sivun tilanteeseen. Hoikat pilarit nurjahtavat kohti paloa ja tukevat pilarit nurjahtavat poispäin palosta Betoniseinät voivat toimia tehokkaina lämpönieluina ja parantaa kestävyyttä entisestään Alkukäyryyden suunnalla on merkittä vaikutus liittopilarin palonkestoon Kuormituskokeita kaivataan kipeästi laskujen varmistamiseksi 14

15 Diplomityö tulee luettavaksi kesän aikana osoitteeseen KIITOS! Lisätietoa: 15