Fire resistance evaluation for a steel hall transverse frame depending on the simplification degree of the computational model applied

• Autorzy: Maślak Mariusz , Pazdanowski Michał , Suchodoła Maciej , Woźniczka Piotr

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.143035

Warianty tytułu

PL

Ocena odporności ogniowej ramy poprzecznej hali stalowej w zależności od stopnia uproszczenia zastosowanego modelu obliczeniowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It is presented in detail how the selection of a structural model describing the behaviour of a steel hall transverse frame when subject to fire exposure in a more or less complex way may affect the fire resistance evaluation for such a frame. In the examples compiled in this paper the same typical one-aisle and single-story steel hall is subjected to simulated fire action, each time following the same fire development scenario. A resultant fire resistance is identified individually in each case, using various computational models, on an appropriate static equilibrium path obtained numerically. The resulting estimates vary, not only in the quantitative sense, but also in terms of their qualitative interpretation. It is shown that the greater the simplification of the model used, the more overstated the estimated fire resistance is in relation to its real value. Such an overestimation seems to be dangerous to the user, as it gives him an illusory but formally unjustified sense of the guaranteed safety level.

PL

Pokazano jak dobór schematu statycznego pojedynczej ramy poprzecznej typowego ustroju nośnego hali stalowej determinuje uzyskaną z obliczeń dla tej ramy wartość poszukiwanej odporności ogniowej. Odporność tę interpretuje się z reguły jako czas przez który badana rama w warunkach ekspozycji pożarowej zachowuje zdolność do bezpiecznego przenoszenia przyłożonych do niej obciążeń. W celach porównawczych, dla tego samego scenariusza rozwoju pożaru, odpowiadającego standardowym warunkom nagrzewania, i dla tej samej ramy, rozpatrzono odpowiadające sobie rozmaite modele obliczeniowe o różnym stopniu złożoności. Reprezentatywną miarą odporności na oddziaływanie monotonicznie narastającej w czasie pożaru temperatury elementów stalowych było w każdym z rozpatrywanych przypadków wyczerpanie możliwości efektywnego przenoszenia obciążeń, identyfikowane na ścieżce równowagi statycznej. Zestawienie i porównanie uzyskanych wyników doprowadziło do konstatacji, że im większy stopień uproszczenia zastosowanego modelu obliczeniowego tym bardziej zawyżone otrzymane na jego podstawie oszacowanie poszukiwanej odporności, przeszacowujące realnie gwarantowany użytkownikowi poziom bezpieczeństwa. Wykazano, że znaczący wpływ na finalny wynik analizy może mieć formalne uwzględnienie w zastosowanym modelu obliczeniowym mimośrodów wynikających ze sposobu oparcia płatwi na ryglu, co na ogół nie jest dostrzegane. Generują one bowiem dodatkowy moment skręcający, który w sytuacji zmniejszonej wskutek oddziaływania temperatury pożarowej sztywności rygla może przyspieszać jego utratę stateczności. Szczególne znaczenie dla wynikowej odporności ogniowej analizowanej ramy ma również zachowanie się w pożarze płatwi dachowych usztywniających rygiel. Płatwie te, z uwagi na mniejszy przekrój, nagrzewają się bowiem znacznie szybciej niż rygiel i słupy ramy poprzecznej. Stosunkowo wcześnie zatem, przy monotonicznym wzroście temperatury, przestają efektywnie podtrzymywać ten rygiel, w efekcie czego narastanie jego ugięcia, często decydujące o nośności ramy, nie jest już w żaden sposób hamowane. W rozważanych modelach formalnych pominięto wpływ potencjalnie możliwych imperfekcji geometrycznych, zarówno tych o charakterze globalnym jak i tych lokalnych. W prowadzonej przez autorów analizie nie wydaje się on bowiem mieć istotnego znaczenia. Nie uwzględniono również faktu narastania wraz z rozwojem pożaru podatności węzłów.

Słowa kluczowe

EN

steel hall; transverse frame; fire resistance; structural model; equilibrium path; static equilibrium; safety evaluation

PL

hala stalowa; rama poprzeczna; odporność ogniowa; model konstrukcji; ścieżka równowagi; równowaga statyczna; ocena bezpieczeństwa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 4
• Strony: 219--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., il.

Twórcy

autor

Maślak Mariusz

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3592-429X

autor

Pazdanowski Michał

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1344-1342

autor

Suchodoła Maciej

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4972-597X

autor

Woźniczka Piotr

• Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5471-9526

Bibliografia

• [1] J.M. Franssen, T. Gernay, “Modelling structures in fire with SAFIR: Theoretical background and capabilities”, Journal of Structural Fire Engineering, 2017, vol. 8, no. 3, pp. 300-323; DOI: 10.1108/JSFE-07-2016-0010.
• [2] EN 1991-1-2: Eurocode 1 - Actions on structures, Part 1-2 - General actions. Actions on structures exposed to fire.
• [3] E.-F. Du, G.-P. Shu, Y.-Q. Tang, et al., “Experimental investigation on temperature evolution on steel beams in natural fires”, Advanced Steel Construction, 2020, vol. 16, no. 4, pp. 328-336; DOI: 10.18057/IJASC.2020.16.4.5.
• [4] M. Maslak, M. Pazdanowski, M. Suchodola, P. Wozniczka, “Fire resistance of simple steel hall carried out by using various computational models”, in: Modern trends in research on steel, aluminium and composite structures, Proceedings of the XIV International Conference on Metal Structures (ICMS 2021), Poznan, June 16-18.2021, M. Gizejowski, et al., Eds. Routledge, Taylor & Francis Group, 2021, pp. 507-513; DOI: 10.1201/9781003132134.
• [5] J. Jiang, C. Wang, G. Lou, G.-Q. Li, “Quantitative evaluation of progressive collapse process of steel portal frames in fire”, Journal of Constructional Steel Research, 2018, vol. 150, pp. 277-287; DOI: 10.1016/j.jcsr.2018.08.020.
• [6] EN 1993-1-2: Eurocode 3 - Design of steel structures, Part 1-2 - General rules. Structural fire design.
• [7] M. Maslak, M. Pazdanowski, M. Suchodola, “Impact of the structural model used on the steel hall fire resistance assessment”, in: Proceedings of the IABSE Congress Ghent 2021 “Structural Engineering for Future Societal Needs”, Ghent, Belgium, September 22-24, 2021, H.H. Snijder, et al., Eds. Zurich, Switzerland: IABSE, 2021, pp. 909-916.
• [8] P. Wozniczka, “Zastosowanie zaawansowanej metody oceny odporności ogniowej w budownictwie przemysłowym”, Builder, 2020, vol. 273, no. 4, pp. 58-60; DOI: 10.5604/01.3001.0013.8785.
• [9] M. Maslak, A. Tkaczyk, P. Wozniczka, “The usability of a computational model of a single transverse frame in the fire resistance assessment of an entire steel hall”, Safety & Fire Technology, 2017, vol. 45, no. 1, pp. 52-67; DOI: 10.12845/bitp.45.1.2017.4.
• [10] P. Wozniczka, “Performance-based analysis of older-type large-space hall in fire”, Archives of Civil Engineering, 2019, vol. 65, no. 1, pp. 17-29; DOI: 10.2478/ace-2019-0002.
• [11] O. Vassart, M. Brasseur, L.G. Cajot, et al., Fire safety of industrial halls and low-rise buildings: realistic fire design, active safety measures, post-local failure simulation and performance based requirements. EUR 22568 EN Final Report. Brussels, 2007.
• [12] R. Obiala, O. Vassart, B. Zhao, et al., Fire safety of industrial halls. A valorization project. EUR 24222 EN Final Report. Luxembourg, 2010.