Fire resistance assessment of the long-span steel truss girder

• Autorzy: Woźniczka P.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.131796

Warianty tytułu

PL

Ocena odporności ogniowej stalowej kratownicy o dużej rozpiętości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The performance-based analysis of the large-space steel sports hall is presented. Load-bearing structure of the hall consists of spatial long-span truss girders that are made of modern square hollow sections. Both fire development analysis and mechanical response analysis are discussed in detail. Fire Dynamics Simulator and Safir programs are used. Main focus is put on the factors that could affect the final fire resistance of the structure. Uniform and non-uniform heating, different boundary conditions and local imperfections are taken into account. Structures with and without fireproof insulation are considered. Values of the critical temperature, failure modes and fire resistance estimated for various cases are presented. Computer simulations were carried out both for fire growth and decay phase. As a result it is clearly shown that some reductions of the required fireproof insulation are possible. Moreover, the structure without complete traditional fireproof insulation is able to survive not only the direct fire exposure but also the cooling phase.

PL

Aktualne normy europejskie EN 1991-1-2 i EN 1993-1-2 dopuszczają do stosowania różnorodne metody oceny odporności ogniowej, które mogą być wykorzystane zarówno w odniesieniu do pojedynczych elementów jak i całych ustrojów nośnych. Podejście obliczeniowe bazujące na właściwościach danej strefy pożarowej (tzw. performance-based approach) powinno uwzględniać zarówno analizę rozwoju pożaru jak i odpowiedzi mechanicznej konstrukcji. Wykorzystanie tego typu metody może być szczególnie istotne w przypadku obiektów o stosunkowo dużych kubaturach stref pożarowych, takich jak na przykład wielkogabarytowe hale o konstrukcji stalowej. Możliwy jest wówczas nie tylko lepszy wgląd w zachowanie się konstrukcji w warunkach pożaru ale istnieje także możliwość dostosowania izolacji ogniochronnej do rzeczywistego zapotrzebowania. Jednocześnie przeprowadzenie kompletnych symulacji typu "performance-based" jest niezwykle czasochłonne oraz wymaga połączenia wiedzy z zakresu inżynierii pożarowej oraz inżynierii lądowej. Dodatkowo wpływ niektórych czynników (takich jak przykładowo lokalne imperfekcje łukowe) na prognozowaną odporność ogniową nie został do tej pory w pełni rozpoznany. W tej sytuacji w artykule przedstawiono opartą na charakterystyce danej strefy pożarowej analizę odporności ogniowej wielkogabarytowej hali sportowej o konstrukcji stalowej. Rozpatrywana hala charakteryzuje się zarówno znacznymi wymiarami w rzucie (70m x 60m) jak i stosunkowo dużą wysokością (16.5m). Główny ustrój nośny składa się z trójpasowych dźwigarów kratowych o rozpiętości 60m, rozmieszczonych w rozstawie co 6m. Obliczenia rozwoju pożaru wykonano za pomocą programu Fire Dynamics Simulator. Do opracowania analizy odpowiedzi mechanicznej konstrukcji wykorzystano program Safir.

Słowa kluczowe

EN

fire resistance; large-space hall; long-span; fire; performance analysis

PL

odporność ogniowa; hala wielkokubaturowa; rozpiętość duża; pożar; analiza właściwości

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 2
• Strony: 63--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Woźniczka P.

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

Bibliografia

• 1. EN 1991-1-2 Eurocode 1: Actions on structures exposed to fire. CEN, Brussels, Belgium, 2005.
• 2. EN 1993-1-2 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-2: General rules - Structural fire design, CEN, Brussels, Belgium, 2005.
• 3. S-G. Fan, G-P. Shu, G-J. She, J.Y.R. Liew, "Computational method and numerical simulation of temperature field for large-space steel structures in fire", Advanced Steel Construction 10(2): 151-178, 2014
• 4. J-M. Franssen, B. Cowez, T. Gernay, "Effective stress method to be used in beam finite elements to take local instabilities into account", Fire Safety Science, Proceedings of the 11th IAFSS Symposium, Christchurch, New Zealand: 544-557, 2014.
• 5. J-M.Franssen, T. Gernay, "Modelling structures in fire with SAFIR: Theoretical background and capabilities", Journal of Structural fire Engineering 8(3): 300-323, 2017.
• 6. J-M. Franssen , P. Vila Real, "Fire Design of Steel Structures". Second ed.: ECCS, Ernst & Sohn, 2015.
• 7. G. Li, P. Wang, "Advanced analysis and Design for Fire Safety of Steel Structures". Heidelberg: Springer, 2013.
• 8. L. Lu, G. Yuan, Z. Huang, Q. Shu, Q. Li, "Performance-based analysis of large steel truss roof structure in fire", Fire Safety Journal 93: 21-38, 2017.
• 9. M. Maślak, G. Żwirski, "Changes in structural steel microstructures following heating and cooling episodes in fire", BiTP 48(4): 34-52, 2017.
• 10. C. Maraveas, Z. Fasoulakis, "Post-fire mechanical properties of structural steel", 8th National Steel Structure Conference, Tripoli, Greece.
• 11. K. McGrattan, S. Hostikka, R. McDermott, J. Floyd, C. Weinschenk, K. Overholt, "Fire Dynamics Simulator User's Guide". Sixth ed.: NIST Special Publication 1019, 2017.
• 12. L. Pyl, L. Schueremans,W. Dierckx, I. Gieorgieva, "Fire safety analysis of a 3D frame structure based on a fullscale fire test", Thin-Walled Structures 61: 204-212, 2012.
• 13. G. Zhang, G. Zhu, G. Yuan, Q. Li, "Overall stability analysis of oversized steel-framed building in a fire", Fire and Materials 40: 273-288, 2016

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).