EUROKOODI 5 -KOULUTUS 29.-30.11.2007 Tuuli Oksanen VTT
YLEISTÄ Palon vaiheet Lämpötila tms Ilmaisu Sammutus Aika Palokäyttäytyminen Palonkestävyys 12.12.2007 2
Palomääräykset Rakennusten paloturvallisuutta koskevat vaatimukset on esitetty Suomen Rakentamismääräyskokoelman (SRakMK) osassa E1, Rakennusten paloturvallisuus, Määräykset ja ohjeet, 2002 koskevat uuden rakennuksen paloturvallisuutta korjausrakentamisesta ohjeita Ympäristöopas 39, Rakennusten paloturvallisuus & Paloturvallisuus korjausrakentamisessa 12.12.2007 3
Paloturvallisuusvaatimuksen täyttyminen voidaan osoittaa kahdella eri tavalla: Todentaminen E1:n määräysten ja ohjeiden mukaan käyttäen paloluokkia ja lukuarvoja Todentaminen tapauskohtaisesti muulla luotettavaksi osoitetulla tavalla ottaen huomioon rakennuksen ominaisuudet ja käyttö (perustuu oletettuun palonkehitykseen ja kattaa kyseisessä rakennuksessa todennäköisesti esiintyvät tilanteet) 12.12.2007 4
Rakenteiden palonkestävyys Rakenteille asetetaan palonkestovaatimuksia kantavuuden R tai osastoivuuden EI tai sekä kantavuuden että osastoivuuden REI suhteen Osastoivuusvaatimus täyttyy jos sekä tiiviys- E että eristävyysvaatimukset I täyttyvät Merkintöjen jälkeen esitetään palonkestoaika minuutteina: 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240 12.12.2007 5
12.12.2007 6
Kantavuutta koskevat luokkavaatimukset on esitetty taulukossa 6.2.1 Kantavuus R todennetaan laskennallisesti, kokeellisesti tai näiden yhdistelmällä Osastoivuutta koskevat luokkavaatimukset on esitetty taulukossa 7.2.1 Osastoivuus EI todennetaan pääsääntöisesti kokeellisesti 12.12.2007 7
PALOMITOITUS EUROKOODI 5 (EN 1995-1-2:2004) MUKAAN Esitys perustuu RIL 205 osa 2: 2007 ohjeeseen Ohjeet koskevat: Rakenteita, jotka kuuluvat RIL 205 osan 1: 2007 soveltamisalaan ja jotka suunnitellaan sen mukaisesti Passiivisia palosuojausmenetelmiä (ei aktiivisia) Standardoitua lämpötila-aikakäyrän mukaista palorasitusta (SFS EN 1991-1-2) eli vaatimukset on esitetty REI-luokkina 12.12.2007 8
1200 1100 1000 900 800 700 600 LÄMPÖTILA ( oc) 500 400 300 200 100 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 AIKA (min) standardoitu lämpötila-aikakäyrä SFS EN 1991-1-2 12.12.2007 9
Vaatimustenmukaisuuden osoittaminen Rakenteen on täytettävä seuraava ehto vaaditun palonkestoajan t E d,fi R d,t,fi E d,fi palotilanteen kuormien aiheuttama rasitus mukaan lukien lämpölaajenemisen ja muodonmuutosten aiheuttamat rasitukset ja R d,t,fi vastaava kestävyyden mitoitusarvo palotilanteessa Kun palonkestovaatimukset on esitetty SRakMK:n osan E1 luokkia käyttäen, rakenneosatarkastelu on riittävä palonkestävyyden osoittamiseen 12.12.2007 10
Kuormitukset Palomitoituksessa käytetään onnettomuustilanteen kuormitusyhdistelyä kun luonnonkuorma on määräävä muuttuva kuorma (Q k,1 = lumi, jää tai tuuli): G + A + ψ Q + ψ Q kj d kun hyötykuorma on määräävä muuttuva kuorma G kj + A d 1,1 k,1 G kj pysyvän kuorman ominaisarvo Q k,i muuttuvan kuorman ominaisarvo Ad onnettomuuskuorman mitoitusarvo Ψ 1,1 ja Ψ 2,i taulukon mukaisia yhdistelykertoimia + i 1 ψ 2,i Q i > k,i 1 2,i k,i 12.12.2007 11
Yhdistelykertoimet Ψ 1,1 ja Ψ 2,i Kuorma ψ 0 ψ 1 ψ 2 Hyötykuormat rakennuksissa (ks. taulukko 2.5) Luokka A: asuintilat Luokka B: toimistotilat Luokka C: kokoontumistilat Luokka D: myymälätilat Luokka E: varastotilat Luokka F: liikennöitävät tilat, esim. autotallit Luokka G: liikennöitävät tilat, raskaat ajoneuvot 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0,5 0,5 0,7 0,7 0,9 0,7 0,5 Luokka H: vesikatot (kunnossapito) 0 0 0 Jääkuorma 0,7 0,3 0 Lumikuorma * ), kun s k < 2,75 kn/m 2 0,7 s k > 2,75 kn/m 2 0,7 Rakennusten tuulikuormat 0,6 0,2 0 Rakennusten sisäinen lämpötila (ei tulipalossa) 0,6 0,5 0 * ) Ulkotasoilla ja parvekkeilla ψ 0 = 0 luokkien A, B, F ja G yhteydessä. 0,4 0,5 0,3 0,3 0,3 0,6 0,8 0,6 0,3 0,2 0,2 12.12.2007 12
Materiaaliominaisuudet Lujuus- ja jäykkyysominaisuuksien mitoitusarvot määritetään kaavoista: f d,fi = k mod,fi k γ fi f k M,fi S d,fi mod,fi f d,fi lujuuden mitoitusarvo palotilanteessa, S d,fi jäykkyysominaisuuden mitoitusarvo palotilanteessa, k mod,fi muunnoskerroin palotilanteessa (arvo annetaan mitoitusmenetelmän yhteydessä) f k lujuuden ominaisarvo, S 05 jäykkyysominaisuuden 5 % fraktiili normaalilämpötilassa k fi esitetään taulukossa γ M,fi = 1,0 puun osavarmuusluku palotilanteessa. = k k γ fi S 05 M,fi 12.12.2007 13
Kerroin k fi Sahatavara 1,25 Liimapuu 1,15 Puulevyt 1,15 Kertopuu, LVL 1,1 Leikkausliittimien avulla muodostettu liitos, jossa 1,15 sivukappaleet ovat puuta tai puulevyä Leikkausliittimien avulla muodostettu liitos, jossa 1,05 sivukappaleet ovat terästä Liitokset, joissa liittimet kuormittuvat pitkittäin 1,05 k fi 12.12.2007 14
Hiiltymissyvyys Kaikkien niiden puupintojen ja puulevypintojen hiiltyminen on huomioitava, jotka joutuvat palorasitukselle alttiiksi Hiiltymisnopeudet ovat erilaiset seuraavissa tapauksissa pinnoilla, jotka ovat palolle alttiina koko palorasituksen ajan (suojaamattomat pinnat), suojatuilla pinnoilla, jotka alkavat hiiltyä lämmön vaikutuksesta ennen suojauksen putoamista ja suojatuilla pinnoilla, suojauksen putoamisen jälkeen Hiiltymissyvyys (d char,0 tai d char,n ) lasketaan palorasituksen keston t ja kyseisen hiiltymisnopeuden avulla 12.12.2007 15
Suojaamattomat pinnat Hiiltymänopeus oletetaan ajasta riippumattomaksi vakioarvoksi. Tasomaiselle rakenteelle käytetään yksidimensionaalista hiiltymänopeutta β 0 ja suorakaidepoikkileikkaukselle nimellistä hiiltymänopeutta β n hiiltymäsyvyyden mitoitusarvon laskemiseen (t = aika): d char, 0 0 = β t tai d = β t char, n n Hiiltymänopeudet β 0 ja β n saadaan taulukosta sekä rakennepuutavaralle että puulevyille 12.12.2007 16
Puutavaran, kertopuun, lautatavaran ja puulevyjen hiiltymänopeuden mitoitusarvot β 0 ja β n mm/min mm/min a) Havupuu Liimapuu, jonka ominaistiheys 290 kg/m 3 0,65 0,7 Sahatavara, jonka ominaistiheys 290 kg/m 3 0,65 0,8 b) Lehtipuu Lehtipuusta valmistettu sahatavara tai 0,65 0,7 liimapuu, jonka ominaistiheys on 290 kg/m 3 Lehtipuusta valmistettu sahatavara tai 0,50 0,55 liimapuu, jonka ominaistiheys 450 kg/m 3 c) LVL a) : jonka ominaistiheys on 480 kg/m 3 0,65 0,7 d) Levyt ja lautatavara b) Lautatavara 0,9 Vaneri 1,0 Muut puulevyt kuin vaneri 0,9 a) Standardin EN 14374 mukainen LVL (Kerto-S ja Kerto-Q) b) Standardien EN 309, EN 313-1, EN 300 ja EN 316 mukaisille puulevyille ja laudoitukselle pätevät arvot, kun ominaistiheys on 450 kg/m 3 ja levyn paksuus 20 mm; ks. kohta (g) tiheyden tai paksuuden poiketessa näistä arvoista. Puulevyjen ominaistiheydet on esitetty standardissa EN 12369. β 0 β n 12.12.2007 17
Palosuojatut palkit ja pilarit Hiiltymänopeudet: ennen palosuojauksen murtumista (t ch t t f ) k 2 β 0 tai k 2 β n (palokipsilevylle ja kivivillalle taulukoidut k 2 arvot) suojauksen murtumisen jälkeen (t f t t a ) k 3 β 0 tai k 3 β n, kun k 3 = 2 suojauksen murtumisen jälkeen (t > t a ) k 3 β 0 tai k 3 β n, kun k 3 = 1 t ch hiiltymisen alkamishetki t f palosuojauksen murtumishetki t a aika, jolloin hiiltymäsyvyys on edennyt vastaavan palosuojaamattoman rakenteen hiiltymissyvyyden verran tai 25 mm 12.12.2007 18
Hiiltymäsyvyy s d char,0 tai d char,n [mm] tai Selite: 1 Suojaamattoman rakenteen hiiltymäsyvyyden kasvu palorasituksen aikana, kun hiiltymisnopeus on β n (tai β 0 ) 2 Palosuojatun rakenteen hiiltymäsyvyyden kasvu palorasituksen aikana: 2a 2b Palosuojauksen irrottua hiiltyminen alkaa kiihtyneellä nopeudella Hiiltymäsyvyyden ylitettyä 25 mm paksuuden hiiltymänopeus pienenee taulukossa 11.4 esitettyyn arvoon Hiiltymäsyvyyden Kuva 11.4 - Hiiltymäsyvyyden kasvu ajan kasvu funktiona, ajan funktiona, kun kun t ch t ch = = t f t f ja hiiltymäsyvyys hetkellä hetkellä t a t a on vähintään 25 mm. on vähintään 25 mm. 12.12.2007 19
Hiiltymäsyvyys d char,0 tai d char,n [mm] tai Aika t Selite: 1 Suojaamattoman rakenteen hiiltymäsyvyyden kasvu palorasituksen aikana, kun hiiltymisnopeus on βn (tai β0) 2 Palosuojatun rakenteen hiiltymäsyvyyden kasvu palorasituksen aikana: 2a Hiiltyminen alkaa hetkellä tch pienentyneellä nopeudella palosuojauksen ollessa vielä paikoillaan 2b Palosuojauksen irrottua hiiltyminen alkaa kiihtyneellä nopeudella 2c Hiiltymäsyvyyden ylitettyä 25 mm paksuuden hiiltymänopeus pienenee alkuperäiseen arvoon. Hiiltymäsyvyyden kasvu ajan funktiona, kun t ch < t f. 12.12.2007 20
t ch (hiiltymisen alkamishetki) arvoja taulukoitu kipsilevyille ja niiden yhdistelmille, puulevyille ja kivivillalle lasketaan kaavasta t f (palosuojauksen murtumishetki) = t ch puulevyille ja tavalliselle kipsilevylle, palokipsilevylle määritettävä kokeellisesti 12.12.2007 21
Palonkestävyyden mitoitusmenetelmät Ellei rakenteiden palonkestävyyden suunnitteluun ole annettu erityisohjeita, pätevät normaalilämpötilaa varten annetut ohjeet siten, että kuormat ja yhdistelykertoimet, osavarmuusluvut ja materiaaliominaisuudet, poikkileikkaussuureet sekä kertoimet, jotka kuvaavat rakennesysteemiä, korvataan palotilannetta vastaavilla arvoilla Kantavien rakenteiden siirtymiä tulee tarkastella, mikäli niistä on vaaraa esim. palosuojauksen tai osastoivien rakennusosien toiminnalle 12.12.2007 22
Palkit ja pilarit Mitoituksessa käytetään ns. tehollista poikkileikkausta, joka saadaan vähentämällä alkuperäisestä poikkileikkauksesta tehollisen hiiltymäsyvyyden d ef verran kaikilta niiltä sivuilta, jotka ovat palolle alttiina d = d + ef char,n k 0 d 0 d char,n nimellinen hiiltymäsyvyys d 0 7 mm k 0 kerroin 0 1, ks. kuva Selite 1 Alkuperäinen poikkileikkaus 2 Jäännöspoikkileikkaus (hiiltymäraja) 3 Tehollinen poikkileikkaus 12.12.2007 23
Kertoimen k 0 muutos: a) suojaamattomille rakenneosille ja suojatuille rakenneosille, kun t ch 20 minuuttia, b) suojatuille rakenneosille, kun t ch > 20 minuuttia Hiilikerroksessa sekä lähellä hiiltymärajaa olevassa puukerroksessa lujuus- ja jäykkyysominaisuuksien oletetaan olevan nolla. Muulle poikkileikkaukselle käytetään normaalilämpötilan lujuus ja jäykkyysarvoja. Tehollisen poikkileikkauksen lujuus- ja jäykkyysominaisuuksien mitoitusarvot lasketaan k mod,fi = 1,0 arvolla 12.12.2007 24
Seinä- ja välipohjarakenteet Kantavat rakenteet, joilla ei ole osastointivaatimusta, tulee suunnitella molemmilta puolilta samanaikaisesti vaikuttavalle palorasitukselle. Kantavat ja osastoivat rakenteet mitoitetaan palorasitukselle, joka vaikuttaa samanaikaisesti ainoastaan rakenteen toisella puolella Eri mitoitusmenetelmät riippuen siitä onko ontelotila eristetty 12.12.2007 25
Kantavuuden osoittaminen, kun rakenteen ontelotila on eristetty Menetelmä pätee korkeintaan 60 minuutin standardipalorasitukselle Ontelot kokonaan tai vähintään 100 mm paksulla kivivillalla eristettyjä, eristeen tiheys vähintään 30 kg/m 3. Mikäli eriste on lasivillaa, käytetään eristämättömän seinän ja välipohjan mitoitusmenetelmää Eristeen paikoillaan pysyminen tärkeää Menetelmässä käytetään nimellistä jäännöspoikkileikkausta sekä mekaanista kestävyyttä laskettaessa lujuus- ja jäykkyysarvoja pienennetään muuntokertoimella k mod,fi, joka riippuu hiiltymäpaksuuden ja poikkileikkauksen korkeuden suhteesta. 12.12.2007 26
4 5 1 5 h 3 d 2 char,n 4 Selite: b 1 Nimellinen jäännöspoikkileikkaus 2 Nimellinen hiilikerros 3 Eriste 4 Levytys 5 Ontelo Ontelossa olevan eristeen suojaaman puukannattajan nimellinen jäännöspoikkileikkaus 12.12.2007 27
Kantavuuden osoittaminen, kun rakenteen ontelotila on eristämätön Mitoituksessa käytetään tehollista jäännöspoikkileikkausta, joka saadaan vähentämällä alkuperäisestä poikkileikkauksesta tehollisen hiiltymäsyvyyden verran palolle alttiina olevilta sivuilta Mekaanista kestävyyttä laskettaessa lujuus- ja jäykkyysarvojen muuntokerroin k mod,fi = 1 12.12.2007 28
4 5 h 3 1 2 5 d char,n k 0 d 0 d ef 4 Selite: 1 Alkuperäinen poikkileikkaus 2 Jäännöspoikkileikkaus 3 Tehollinen poikkileikkaus 4 Levytys 5 Ontelo b Ontelossa olevan puukannattajan (ei eristtettä) tehollinen jäännöspoikkileikkaus 12.12.2007 29
Osastoivuuden osoittaminen Laskentamenetelmä soveltuu ainoastaan kantavien ja kantamattomien seinärakenteiden osastoivuuden osoittamiseen Tarkastelussa otetaan huomioon eri materiaalien osuus ja sijainti rakenteessa Säännöt koskevat seinärakenteita, jotka ovat alttiina enintään 60 minuutin standardipalorasitukselle 12.12.2007 30
Liitokset Ohjeet pätevät korkeintaan 60 min pituiselle standardipalorasitukselle Liittimet nauloja, pultteja, tappivaarnoja, ruuveja, rengasvaarnoja, lautasvaarnoja ja hammaslevyvaarnoja Teräsosat hiiliterästä. Teräsosien ollessa ruostumatonta terästä suunnitteluohjeet on esitetty raportissa Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen puurakenteiden liitosten suunnittelu, Yleiset ohjeet ja palomitoitus. VTT Working papers 38, 2005. 12.12.2007 31
Palkkikenkäliitos uuniin asennettuna ennen koetta. 12.12.2007 32
Palkkikenkä kokeen jälkeen. 12.12.2007 33
Palkkikenkäliitos kokeen jälkeen, kun hiiltymä poistettu 12.12.2007 34
Tappivaarnaliitoskoekappale liimapuussa. 12.12.2007 35
Tappivaarnaliitoskoekappaleet 12.12.2007 36
Liimapuun tappivaarnaliitos palon jälkeen. 12.12.2007 37
Kertopuun tappivaarnaliitos palon jälkeen. 12.12.2007 38