Źródła niepewności w ocenie bezpieczeństwa pożarowego konstrukcji stalowych

• Autorzy: Król P. A.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.37.1.2015.6

Warianty tytułu

EN

Sources of Uncertainty in the Fire Safety Assessment of Steel Structures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: Celem niniejszego artykułu jest wskazanie źródeł niepewności oraz nakreślenie podstaw probabilistycznej oceny losowego bezpieczeństwa konstrukcji stalowych w warunkach pożaru. Świadomość istnienia niemożliwych do uniknięcia niepewności oraz losowego, niedeterministycznego charakteru wielu zjawisk i wielkości może być kluczowa dla właściwego zrozumienia zagadnień niezawodności konstrukcji w sytuacji oddziaływań ekstremalnych lub wyjątkowych. Wprowadzenie: W naturze ludzkiej leży naturalne upodobanie do porządku, bezpieczeństwa oraz pewnej normalizacji. Niepewność towarzyszy również projektowaniu konstrukcji inżynierskich. Zarówno wielkości obciążeń podawanych w normach, jak i parametry decydujące o nośności elementów czy układów konstrukcyjnych nie są wartościami deterministycznymi, lecz zmiennymi losowymi o określonym stopniu rozproszenia. Im więcej źródeł niepewności w procesie projektowania, tym kryteria dotyczące oczekiwanego poziomu bezpieczeństwa stają się trudniejsze do spełnienia, zaś wyniki uzyskane na podstawie uproszczonych procedur i modeli mniej wiarygodne i potencjalnie obarczone większym błędem, który jednak nie powinien wykraczać poza pewne akceptowalne granice przyjęte w normach. Metodologia: W pracy wskazano na różne źródła niepewności towarzyszące ocenie bezpieczeństwa konstrukcji stalowych oraz wpływających na wiarygodność oszacowań. Oddzielnie opisano czynniki o charakterze uniwersalnym, wywierające wpływ na losową nośność konstrukcji w każdych warunkach projektowych. Znaczną część opracowania poświęcono zagadnieniom, które odnoszą się wyłącznie do wyjątkowej sytuacji pożaru. Odniesiono się do niepewności analitycznego modelu opisującego nośność konstrukcji w ujęciu probabilistycznym oraz zaproponowano własną propozycję modelu nośności obowiązującego w warunkach temperatur pożarowych. Wnioski: W podsumowaniu sformułowano szereg wniosków odnoszących się do poszczególnych podrozdziałów pracy. Autor podkreśla m.in., iż z uwagi na brak odpowiednich informacji statystycznych, prowadzenie w chwili obecnej w pełni rzetelnych probabilistycznych analiz losowej nośności konstrukcji w warunkach pożaru nie jest możliwe. Unikalną częścią pracy jest sformułowana przez Autora propozycja opisu modelu losowej nośności konstrukcji w sytuacji pożaru z wykorzystaniem podejścia probabilistycznego, będąca autorską modyfikacją modeli stosowanych w warunkach normalnych.

EN

Aim: The main purpose of this article is to identify sources of uncertainty and outline the basics of a probabilistic approach to determine the reliability of steel structures exposed to a fire. An awareness of unavoidable uncertainty and random, non-deterministic nature of many events and parameters, may be crucial for a proper understanding of structural reliability issues in context of structures exposed to extreme or accidental forces. Introduction: Human nature has a natural predilection for order, safety and some form of normalization. The design process of engineering structures is accompanied by uncertainty. Both, the loads given in standards and parameters, which determine the load bearing capacity of structural elements, are not deterministic values , but random variables incorporating some specified degree of variation. Design criteria accepted as a standard provision, used for evaluation of durability and deflection of structural elements, reveal sources of uncertainty, which exist in the design process. The more sources of uncertainty, which appear during the design process, the more difficult it is to achieve the expected level of safety and results obtained from simplified procedures and models become less reliable. However, resulting errors should not exceed acceptable limits adopted in design standards. Methodology: The study highlighted various sources of uncertainty associated with estimating the safety of steel structures, which impact on the credibility of estimated results. A separate description was provided, to deal with selected universal factors, which influence the random load capacity of structures under standard conditions. Significant part of the research work was devoted solely to issues concerned with extreme fire conditions. Doubts were expressed about the probabilistic analytical model, which described the load bearing capacity of structures and the author advanced a proposed alternative model appropriate to temperature conditions generated by fires. Conclusions: The conclusion provides a range of proposals to various subsections of the paper. Among other things, the author has emphasised that, at this point in time and in the absence of suitable statistical data, it is not possible to conduct a fully credible probabilistic analysis of load bearing capacity of structures in conditions generated by fires. A unique part of the paper contains a proposal for a model to describe reliability of steel structures in conditions of fire, using a random reliability approach incorporating an authorial modification to models used for standard conditions.

Słowa kluczowe

PL

pożar; bezpieczeństwo pożarowe; element konstrukcyjny; konstrukcja stalowa; niepewność; niezawodność; podejście probabilistyczne; probabilistyczna analiza konstrukcji; losowa nośność; zmienna losowa; wartość deterministyczna

EN

fire; fire safety; structural element; steel structure; uncertainty; reliability; probability-based analytical approach; probability-based structural analysis; random resistance; random variable; deterministic value

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 1
• Strony: 65--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., il.

Twórcy

autor

Król P. A.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej

Bibliografia

• [1] PN-EN 1993-1-1:2006 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków, PKN, Warszawa 2006.
• [2] Biegus A., Probabilistyczna analiza konstrukcji stalowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
• [3] PN-EN 1993-1-2:2007 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1–2: Reguły ogólne. Obliczanie konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe, PKN, Warszawa 2007.
• [4] ANSI/AISC 360-10, An American National Standard, Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, June 22, 2010.
• [5] AISC Steel Design Guide 19, Fire Resistance of Structural Steel Framing, American Institute of Steel Construction, Chicago 2003.
• [6] NZS 3404: Part 1: 1997, Steel Structures Standard, Standards New Zealand, Wellington 1997.
• [7] PN-B-03200:1990, Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie, PKN, Warszawa 1990.
• [8] ECCS-TC3:1985, Design manual on the European recommendations for the fire safety of steel structures, European Convention for Constructional Steelwork, Technical Note No.35, Brussels 1985.
• [9] Lee J.H., Mahendran M., Mäkeläinen P., Prediction of mechanical properties of light gauge steels at elevated temperatures, “Journal of Constructional Steel Research”, 59 (2003), pp. 1517–1532.
• [10] Król P., Ocena odporności ogniowej stropów na belkach stalowych, BiTP Vol. 35 Issue 3, 2014, pp. 73-96, DOI:10.12845/bitp.35.3.2014.7.
• [11] Murzewski J., Niezawodność konstrukcji inżynierskich, Arkady, Warszawa 1989.
• [12] Woliński Sz., Wróbel K., Niezawodność konstrukcji budowlanych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2001.
• [13] Nowak A.S., Collins K.R., Reliability of Structures, 2nd Edition, CRC Press, Taylor & Francis Group, New York, 2013, s. 391.
• [14] Melchers R.E., Structural reliability analysis and prediction, 2nd Edition, John Wiley & Sons, New York, 2002, s. 437.
• [15] Thoft-Christensen P., Baker M. J., Structural reliability theory and its applications, Springer-Verlag, New York 1982, s. 267, DOI: 10.1007/978-3-642-68697-9.
• [16] Murzewski J., Sowa A., Domański T., Probabilistyczne koncepcje obliczeń odporności ogniowej konstrukcji, Materiały XXX Konferencji Naukowej KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 1984, t.1, s. 231–236.
• [17] Murzewski J., Sowa A. Domański T., Probabilistyczne koncepcje oceny bezpieczeństwa pożarowego konstrukcji, Archiwum Inżynierii Lądowej, t. XXXIII, z. 3/1987, s. 319–329.
• [18] Murzewski J., Modele probabilistyczne nośności ogniowej elementów konstrukcji stalowych, Materiały XXXV Konferencji Naukowej KILiW PAN i KN PZITB, Wrocław-Krynica 1989, s. 105–110.
• [19] Murzewski J., Probabilistyczna ocena ognioodporności konstrukcji zespolonych, Materiały VI Konferencji Naukowej „Konstrukcje Zespolone”, Zielona Góra, 20–21.06.2002, s. 125–136.
• [20] Maślak M., Trwałość pożarowa stalowych konstrukcji prętowych, Monografia 370, Seria Inżynieria Lądowa, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2008.
• [21] Ellingwood B., Galambos T.V., MacGregor J.G., Cornell C.A., Development of a Probability Based Load Criterion for American National Standard A58, National Bureau of Standards, NBS Special Publication 577, Washington, DC, 1980.
• [22] Ellingwood B., MacGregor J.G., Galambos T.V., Cornell C.A., Probability Based Load Criteria: Load Factors and Load Combinations, “Journal of the Structural Division”, ASCE, Vol. 108, No. ST5, May 1982, pp. 978–997.
• [23] Galambos T.V., Ellingwood B., MacGregor J.G., Cornell C.A., Probability Based Load Criteria: Assessment of Current Design Practice, “Journal of the Structural Division”, ASCE, Vol. 108, No. ST5, May 1982, pp. 959–977.
• [24] PN-EN ISO 6892-2:2011. Metale. Próba rozciągania. Część 2: Metoda badania w podwyższonej temperaturze, PKN, Warszawa 2011.
• [25] Bednarek Z., Kamocka R., The Heating Rate Impact on Parameters Characteristic of Steel Behaviour under Fire Conditions, “Journal of Civil Engineering and Management”, 2006, Vol. XII, No.4, pp. 269–275.
• [26] Outinen J., Mechanical Properties of Structural Steels at High Temperatures and After Cooling Down, Helsinki University of Technology, Laboratory of Steel Structures Publications 32, Espoo 2007.
• [27] RILEM 44-PHT (Properties of Materials at High Temperatures), Anderberg Y., Behaviour of Steel at High Temperatures, Division of Building Fire Safety and Technology, Report LUTVDG/TVBB-3008, Lund, Sweden, 1983.
• [28] Anderberg Y., Modelling Steel Behaviour, “Fire Safety Journal”, Vol. 13, No.1, 1988, pp. 17–26.
• [29] Król P., Kwaśniewski L., Łącki K., Wybrane zagadnienia modelowania słupów stalowych, poddanych oddziaływaniom pożarowym, BiTP Vol. 36 Issue 4, 2014, pp. 65–76, DOI:10.12845/bitp.36.4.2014.7.