Wpływ obciążeń na bezpieczeństwo pożarowe dachów drewnianych na polskich obszarach górskich

• Autorzy: Domański T.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.37.1.2015.7

Warianty tytułu

EN

The Impact of Loads on Fire Safety of Timber Roofs in Mountain Regions in Poland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: Celem pracy jest pokazanie metod pozwalających uwzględnić historię obciążeń dla oszacowania parametrów bezpieczeństwa pożarowego dachów drewnianych wykonanych z drewna litego oraz materiałów drewnopochodnych takich jak sklejka lub LVL (tworzywo ze sklejonych warstwowo fornirów). Wprowadzenie: W obowiązującej normie do projektowania konstrukcji drewnianych w przypadku pożaru PN-EN 1995-1-2 [1] nie uwzględnia się obniżenia własności mechanicznych drewna w czasie, spowodowanych działaniem obciążeń stałych i zmiennych. Ma to duże znaczenie dla oszacowania bezpieczeństwa pożarowego dachów drewnianych przy różnej intensywności występowania obciążeń zmiennych takich jak obciążenie śniegiem. Metody: Opracowano dane statystyczne opadów śniegu na terenach górskich ze stacji meteorologicznych w Zakopanem, Świeradowie, Lesku z ostatnich 50 lat [2–3]. Oszacowano metodami probabilistycznymi [4] charakterystyki statystyczne tzw. pakietów [5] śnieżnych takich jak częstość, okres występowania, wartości maksymalnych obciążeń śniegiem. Wyznaczono stany graniczne nośności dla chwili początkowej i końcowej. Zastosowano rozkłady prawdopodobieństw Poissona, eksponencjalny dla parametrów występowania „pakietów” śnieżnych oraz rozkład Gumbela dla opisu wartości maksymalnych obciążeń śniegiem. Efekt obniżenia własności mechanicznych drewna został wyznaczony przy zastosowaniu metody JCSS [6]. Wyniki: Obniżenie własności mechanicznych drewna w czasie wpływa na bezpieczeństwo pożarowe konstrukcji. Obniżone zostają wskaźniki niezawodności i zwiększa się prawdopodobieństwo awarii w wyniku pożaru. Wprowadzenie do obliczeń współczynnika redukcyjnego k_mod [7] wpływa na zwiększenie bezpieczeństwa pożarowego dachów o konstrukcji drewnianej w fazie projektowania. Przedstawiono wyniki badań statystycznych obciążeń śniegiem na polskich terenach w postaci parametrów stochastycznych dla rozkładów Poissona, wykładniczego, Gumbela. Parametry te zostały przedstawione dla różnych materiałów drewnianych stosowanych w konstrukcjach dachów – typu drewno lite, sklejka, drewno klejone typu LVL. Wnioski: Zastosowane metody probabilistyczne oceny bezpieczeństwa pożarowego dachów drewnianych oraz wyniki obliczeń i zaprezentowane wykresy wskazują na konieczność uwzględnienia obniżenia własności mechanicznych elementów drewnianych spowodowanych destrukcją mikrowłókien drzewnych. Zastosowane metody oraz wyniki wykazały konieczność uwzględnienia wpływu obciążeń stałych i zmiennych na bezpieczeństwo dachów drewnianych w warunkach pożaru.

EN

Aim: The aim of the paper is to expose methods which take into account load history for estimating the parameters of fire safety of wooden roofs made of solid wood, wood-based materials such as plywood or Laminated Veneer Lumber (LVL) products. Introduction: Current standard for the design of timber structures, which are exposed to a fire EN 1995-1-2 [1] does not mention the impact of permanent and variable loads on the strength of wood elements. However, it is a vital factor for estimating the fire safety of wooden roofs exposed to variable loads of different intensity e.g. snow load. Methods: The author prepared snowfall data for Polish mountain regions [2-3], covering the last 50 years, from weather stations in Zakopane, Świeradów and Lesko. From the source data and with the aid of probabilistic techniques, statistical characteristics [4] were estimated for so-called “packages” [5] of snow such as: frequency, duration and maximum value of snow loads. Limit parameters were determined for the initial and final stage of timber carrying capacity. The Poisson, exponential, Gumbel probability functions were used to determine stochastic parameters of maximum snow loads. The effective reduction in mechanical properties of wood was determined with the use of JCSS methods [6]. Results: The reduction of mechanical properties of wood over time has an impact on the fire safety of structures. The reliability index falls over time and the probability of failure, caused by a fire, increases. Incorporation into calculations, at the design stage, of a reduction factor [7] increases the fire safety of timber structure roofs. The paper presents results from statistical calculations for snow loads in Polish mountain regions in the form of stochastic parameters for Poisson, exponential and Gumbel distributions. These parameters were used to describe changes in the strength of different materials used in the construction of wooden roofs, such as: solid wood, plywood, and LVL products. Conclusions: The results from probabilistic calculations and graphs reveal that it is necessary to take into account the reduction of mechanical properties of timber elements caused by damage to wood micro-fibres. The methods and results presented in the article showed the need to consider the impact of permanent and variable loads on the safety of timber roofs in fire conditions.

Słowa kluczowe

PL

niezawodność; wytrzymałość drewna; zapas bezpieczeństwa; konstrukcje drewniane; bezpieczeństwo pożarowe

EN

reliability; timber strength; safety margin; timber structures; fire safety

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 1
• Strony: 87--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il.

Twórcy

autor

Domański T.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej

Bibliografia

• [1] PN-EN 1995-1-2, Eurokod 5: Projektowanie konstrukcji drewnianych, Część 1–2: Postanowienia ogólne, Projektowanie konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe, PKN Warszawa 2008.
• [2] IMiGW Kraków. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Krakowie, Raport obciążeń śniegiem za lata 1960–2008.
• [3] IMiGW Wrocław. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej we Wrocławiu, Raport obciążeń śniegiem za lata 1960–2008.
• [4] Benjamin J. R., Cornell C. A., Probability, Statistics and Decision for Civil Engineers, Mc-Graw-Hill, Inc., Nowy Jork 1970.
• [5] Sorensen J., Svensson S., Stang B., Reliability – based calibration of load duration factors for timber structures, “Structural Safety” Vol. 27 Issue 2, 2005, pp. 153–169.
• [6] Köhler J., Sørensen J., Faber M., Probabilistic modeling of timber structures, “Structural Safety” Vol. 29 Issue 4, 2007, pp. 255–267.
• [7] Faber M., Köhler J., Sørensen J., Probabilistic modeling of graded timber material properties, “Structural Safety” Vol. 26 Issue 3, 2004, pp. 295–309.
• [8] PN-EN 1995-1-1, Eurokod 5: Projektowanie konstrukcji drewnianych, Część 1-1: Postanowienia ogólne i zasady dla budynków, PKN, Warszawa 2008.
• [9] Maślak M, Domański T., Safety factors in design of steel members for accidental fire situation, Proceedings of International Conference “Design, Fabrication and Economy of Welded Structures”, Miskolc, Horwood Publishing, Chichester, s. 563–570.
• [10] Domański T., Maślak M., Probabilistyczna ocena nośności belki drewnianej w pożarze rozwiniętym, IX konferencja „Drewno i materiały drewnopochodne w konstrukcjach budowlanych”, Szczecin 2011, s. 45–55.
• [11] PN-EN 1990, Eurokod 0, Podstawy projektowania konstrukcji. PKN Warszawa 2004.
• [12] Rosowsky D., Bulleit M., Load duration effect in wood members and connections order statistics and critical loads, “Structural Safety” 2002, Vol. 24 Issue 2-4, pp. 347–362.
• [13] Gerhard C. C., Time related effects on wood strength: a linear cumulative damage theory, Wood Sci., Vol. 11 Issue 3, 1979, pp. 139–144.
• [14] Barret J.D, Foschi R.O., Duration of load and probability of failure in wood. Part 1; Modelling creep rupture, “Canadian Journal of Civil Engineering: Vol. 5 Issue 4, 1978, pp. 505–514.
• [15] Foschi R.O., Folz B. R., Yao F., Reliability-based design of wood structures. Structural research series. Rep. no 34. Dep. of Civil Eng., Univ. of British Columbia. Vancouver, Canada 1989.
• [16] Joint Committee of Structural Safety (JCSS, 2001). Probabilistic Model Code, Internet Publication: www.jcss.ethz.ch [dostęp 12.06. 2014].