Az AXISVM tűzvédelmi tervező moduljai

Bevezető #

Az elmúlt évek során jelentős fejlesztéseket végeztünk, hogy létrehozzuk az AXISVM acél-, vasbeton- és fa szerkezetek tűzvédelmi tervezéséhez szükséges moduljait. Ezek a modulok teljeskörű, egyszerű és azonnal használható megoldást kínálnak szerkezeteink Eurocode, SIA és NTC szabvány konform tűzvédelmi méretezéséhez.

A modulok kialakítása során célunk az volt, hogy azok zökkenőmentesen illeszkedjenek a megszokott AXISVM munkafolyamatokba, a modellezéstől a szabványos méretezésen át a dokumentálásig bezárólag.

Ebben a cikkben a tűzméretező moduljainkról adunk áttekintést, bemutatva az egyes tűzméretező modulok használatának általános munkafolyamatát, és kiemelve az egyes modulok jellegzetességeit.

A tűzméretező modulok használatával kapcsolatos előkövetelmények:

  • SD8: acélszerkezetek tűzhatásra való méretezése a hagyományos acélméretezésre épül, ezért az SD8 modul használatához az SD1 modul is szükséges
  • RC8-S: Vasbeton felületszerkezetek tűzállósági méretezése a hagyományos vasbeton méretezésre épül, ezért az RC8-S modul használatához az RC1 modul megléte is szükséges
  • RC8-B: Vasbeton gerendák és oszlopok tűzállósági méretezése a hagyományos vasbeton méretezésre épül, ezért az RC8-B modul használatához az RC2 modul megléte is szükséges
  • TD8: Faszerkezetek tűzhatásra való méretezése a hagyományos faszerkezet méretezésre épül, így a modul használatához szükséges a TD1 Fa rúdszerkezet méretező modul

Munkafolyamat #

Általánosan, és erősen leegyszerűsítve az AXISVM tervezési munkafolyamata a ‘Szerkezet Modellezés’, ‘Terhek és hatások definiálása’, ‘Szerkezeti analízis’, ‘Szabványos tervezés’ és ‘Dokumentálás’ lépésekből áll össze, ebbe a munkafolyamatba simulnak bele a tűzméretező modulok is. A modulok használata a következő lépéseket érinti:

A tűzvédelmi tervezés végrehajtásához szükség van:

  • Tűz tehercsoport(ok) és tehereset(ek) definiálására
  • Tűzhatás definiálására a tűznek kitett szerkezeti elem(ek)en
  • Számítási eredményekre épülő szabványos méretezésre

Terhek és hatások #

Tűz tehercsoport és tehereset #

A tűzhatás definiálásának folyamata szerkezeti anyagtól függetlenül minden tűztervező modul esetében ugyanaz, első lépésként a tűz tehercsoport és tűz tehereset felvételét kell elvégezni a ‘Terhek’ fül ‘Teheresetek és tehercsoportok’ dialógján. A terhelési esetek számos különböző forgatókönyv modellezésére használhatók. Például tűz csak az I-es tűztérben, vagy egyidejűleg az I-es és II-es tűztérben van, például tűzvédelmi ajtó meghibásodása miatt.

Tűz tehercsoport és tehereset definiálása

Tűzhatás definiálása #

A tűz tehercsoport majd tehereset felvétele után a kiválasztott szerkezeti elemre definiálható a vonalmenti (SD8, RC8-B, TD8) vagy felületi (RC8-S) tűzhatás, a ‘Tűzteher paraméterek’ dialógon. Ezen a dialógon van lehetőség többek között a szerkezeti elem tűznek való kitettségének beállítására, a tűzvédelmi burkolat paramétereinek megadására, illetve a tűzgörbe kiválasztására is. A tűzgörbék lényegében olyan függvények, amelyek a helyiségben lévő gáz hőmérsékletét az idő függvényében adják meg. Jelentős közelítéseket tartalmaznak, például azt az egyszerűsítést, hogy a helyiség minden pontján azonos a hőmérséklet.

A programban számos szabványos tűzgörbe közül választhatunk, továbbá egyedi tűzgörbe is definiálható.

Tűzgörgbe kiválasztása ‘Tűzteher paraméterek’ ablakban, acél keresztmetszet esetén

Szabványos méretezés #

Méretezési elv #

A számítási módszerek tárgyalása előtt fontos megemlíteni, hogy az “Előíró szabályok”-ra épülő tervezési eljárásokon belül a szabvány megkülönbözteti egy szerkezeti elem vizsgálatát, a szerkezet egy részének vizsgálatát és a teljes szerkezet vizsgálatát. Egyszerűsége okán egy szerkezeti elem vizsgálata egyelőre a legelterjedtebb igazolási forma a mérnökök körében, ugyanis a szerkezet egy részének vizsgálata, illetve a teljes szerkezet vizsgálata rendszerint nemlineáris numerikus modellt és nemlineáris statikai analízist igényel.

Az AxisVM tűzvédelmi méretező moduljai tehát az “Előíró szabályok”-ra épülnek, azon belül pedig az “Egyetlen szerkezeti elem vizsgálata” eljárást használják, tűzgörbék és egyszerűsített számítási módszerek alkalmazásával.


Alkalmazott egyszerűsített számítási módszerek
#

SD8 – Szilárdság és merevség csökkentő tényezők #

Az Eurocode EN 1993-1-2 szabvány felépítésében, megközelítésében és az ismertetett méretezési módszerekben is jelentős hasonlóságot mutat az EN 1993-1-1 szabvánnyal, amely a” hagyományos” acélméretezéssel foglalkozik, de a méretezéshez a következő csökkentett szilárdsági és merevségi értékeket használja:

  • ky,θ – folyáshatár csökkentő tényező 1., 2. és 3. osztályú szelvények esetében;
  • ky,θ,4 – folyáshatár csökkentő tényező 4. osztályú szelvények esetében;
  • kE – rugalmassági modulus csökkentő tényező

Az egyéb, hagyományos acélméretezéshez viszonyított eltéréseket a kézikönyv 6.6.2. fejezete taglalja.

EN 1993-1-2

RC8-S/RC8-B – 500°C-os izotermák módszere #

A tűzhatásnak kitett vasbeton szerkezet igazolás során számolni kell a beton és az acél merevségének és szilárdságának csökkenésével, illetve a külső, károsodott beton réteg leválásával. Ezen hatások a szabványi előírások szerint számszerűsíthetők, amennyiben ismert a szerkezeti elemen belül a hőmérséklet eloszlása. A szoftver véges differenciák módszerének segítségével egy 2D hővezetési feladatot oldj meg, a szükséges hőmérsékletfüggő jellemzőket és tényezőket az EN 1992-1-2 szabvány előírásai alapján választja meg.

Az alkalmazott egyszerűsített számítási módszer az ún. 500°C-os izotermák módszere, mely során az 500°C hőmérsékletet meghaladó hőmérsékletű beton részeket károsodott zónáknak tekintjük és figyelmen kívül hagyjuk a keresztmetszeti ellenállás számításakor. A nem károsodott beton magot normál hőmérsékletre megadott szilárdságával és merevségével vesszük figyelembe. A betonacélok merevségét és szilárdságát csökkentjük a hőmérsékletük alapján. A beton és acél anyagok hőmérséklettől függő merevségi és szilárdsági jellemzőit a szoftver az Eurocode 2 és SIA 262 szabványok előírásai szerint veszi fel.

EN 1992-1-2

TD8 – Csökkentett keresztmetszet módszere #

Az AXISVM az EEN 1995-1-2 alapján a keresztmetszeti jellemzők egyszerűsített meghatározására, és a méretezésre a csökkentett keresztmetszet módszerét alkalmazza. Ennek első lépésként a teher definiálása során számított névleges beégési mélységből (𝑑𝑐𝑎𝑟,𝑛) egy ún. hatékony beégési mélységet számolunk. Az így számított hatékony beégési mélységgel csökkenti a program a keresztmetszetet minden tűznek kitett oldalon a beállított kitettségnek megfelelően. Ezt a keresztmetszetet nevezi a szabvány hatékony keresztmetszetnek.

EN 1995-1-2

Méretezés végrehajtása #

A tűzvédelmi méretezés végrehajtásához minden modul tűzméretező modul esetében az adott elem(ek)hez tartozó ‘Tervezési paraméterek’ felületen szükséges bekapcsolni a tűzhatás alatt történő tervezés lehetőségét. Modultól függően egyéb tervezési paraméterek megadására lehet szükség.

SD8 modul
#

Szabványos tűzvédelmi méretezési paraméterek megadásához a ‘Tervezési paraméterek’ dialógus ablakban a következő képen pirossal jelölt gombra kell kattintani. A gomb csak akkor látható, ha van SD8 modul, és a beállított szabvány szerinti méretezést támogatja a program. A gombra kattintva az ablak kiszélesedik. Azoknál az elemeknél, amelyeknél a Stabilitási paraméterek tűzhatás alatt panel nem látható, a tűzhatással szembeni méretezés nem hajtódik végre.

Acélszerkezetek tűzállósági méretezésére vonatkozó bővebb infrormáció a kézikönyv “Acélrúd ellenőrzése tűzhatásra Eurocode 3 szerint – SD8 modul” fejezetében olvasható.

Az SD8 modul alapvetően adott igénybevételekkel terhelt és adott hőmérsékletű rúdelem megfelelőségét vizsgálja. A gyakorlatban azonban számos esetben szükség van az ún. kritikus hőmérsékletre is, mely azt az acélhőmérsékletet jelenti, amelynél az elem tűzhatás alatt elveszti a teherbíró képességét. Többek között a hőre habosodó tűzvédelmi festékek szükséges vastagságát is az elem kritikus hőmérséklete és szelvénytényezője alapján választják meg.

Acélszerkezetek kritikus hőmérsékletének és szelvénytényezőjének AXISVM-ben történő meghatározásáról készült tudásbázis cikkünkért kattintson a következő linkre: https://axisvm.hu/tudasbazis/a-legfrissebb-cikkek/acel-szerkezeti-elem-kritikus-homersekletenek-meghatarozasa-axisvm-segitsegevel-2/

Acél rúdelem tűzállósági méretezésének aktiválása

RC8-S modul
#

Vasbeton felületszerkezetek tűzállósági méretezéséhez a ‘Felületvasalási paraméterek’ dialóg ‘Anyagok’ fülén van lehetőség bekapcsolni a ‘Tűzállósági méretezés’-t. Így a szükséges vasalás meghatározása során az AXISVM figyelembe veszi a vonatkozó szabvány tűzállósági méretezésre vonatkozó előírásait, egyebek mellett a csökkentett betonkeresztmetszetet, és az acélbetétek csökkentett szilárdsági és merevségi paramétereit. A program vasbeton felületszerkezetek feszültséganalízisénél, valamint az alkalmazott vasalás kihasználtságának számításánál is figyelembe veszi a tűzállósági méretezést, valamint a módosított keresztmetszeti és anyagi jellemzőket.

A következő esetekben a program nem veszi figyelembe a tűzterhet a számításokban:

  • A program nem számol repedéstágasságot, nyírási ellenállást, valamint fajlagos nyírási vashányadot tüzes kombinációban olyan elemekre, amelyekre tűzterhet definiáltunk és aktiváltuk a tűzállósági méretezést.
  • Vasbeton felületek nemlineáris számítása nem számol a tűzteher hatásával.
  • Az átszúródásvizsgálat nem számol a tűzteher hatásával.
  • Vasbeton falak és falmagok méretezése során a program nem veszi figyelembe a tűzterhet a számításokban.

Vasbeton oszlopok tűzállósági méretezésére vonatkozó bővebb infrormáció a kézikönyv “Vasbeton felületszerkezetek tűzállósági méretezése – RC8-S modul” fejezetében olvasható.

Vasbeton lemez tűzállósági méretezésének aktiválása

RC8-B modul
#

Vasbeton oszlop: A tűzállósági méretezést az RC2 modul ‘Tervezési paraméterek’-et megadó ablakában kell aktiválni. A program figyelmeztet, ha tűzterhet tartalmazó kombinációra végeznénk el a méretezést és az elemre van tűzteher definiálva, de a tűzállósági méretezést elfelejtettük bekapcsolni.

Vasbeton oszlopok tűzállósági méretezésére vonatkozó bővebb infrormáció a kézikönyv “Vasbeton oszlopok és gerendák tűzállósági méretezése – RC8-B modul“ fejezetében olvasható.

Vasbeton oszlop tűzállósági méretezésének aktiválása

Vasbeton gerenda: A tűzállósági méretezést az RC2 modul ‘Gerendavasalás paraméterek’ dialógon kell aktiválni.

A program figyelmeztet, ha tűzterhet tartalmazó kombinációra végeznénk el a méretezést és az elemre van tűzteher definiálva, de a tűzállósági méretezést elfelejtettük bekapcsolni.

Vasbeton gerenda esetén a tűzállósági méretezés nem végezhető el, ha:

  • felülbordás gerendaként méretezzük a gerendát (felülbordás gerendához tűzteher jelenleg nem adható meg),
  • alulbordás gerendaként méretezzük a gerendát, de a tűzteher paramétereknél a kitettség beállításakor nem az alulbordás gerendát választottuk,
  • alulbordás, vagy felülbordás gerendaként méretezzük a gerendát, és a méretezési igénybe vételeknél Vy-Mz esetet állítottunk be.

Vasbeton oszlopok tűzállósági méretezésére vonatkozó bővebb infrormáció a kézikönyv “Vasbeton oszlopok és gerendák tűzállósági méretezése – RC8-B modul“ fejezetében olvasható.

Vasbeton gerenda tűzállósági méretezésének aktiválása

TD8 modul
#

A szabvány szerinti tűzállósági méretezéshez szükséges tűzhatás alatti stabilitási paraméterek megadásához a Tervezési paraméterek dialógusablakban a lángot és egy fa keresztmetszetet ábrázoló gombra kell kattintani. A gomb csak akkor látható, ha van TD8 modul és a beállított szabvány szerinti tűzméretezést támogatja a program. A gombra kattintva az ablak kiszélesedik. Azoknál az elemeknél, amelyeknél a Stabilitási paraméterek tűzhatás alatt panel nem látható, a tűzhatással szembeni méretezés nem hajtódik végre.

Faszerkezetek tűzállósági méretezésére vonatkozó bővebb infrormáció a kézikönyv “Faszerkezetek ellenőrzése tűzhatásra -TD8 modul l“ fejezetében olvasható.

Fa rúdelem tűzállósági méretezésének aktiválása

Dokumentáció #

Részletes tervezési számítások #

Azokhoz a modulokhoz, melyekhez elérhető részletes tervezési számítás (SD1/SD8, RC2/RC8-B és TD1/TD8), ott a részletes tervezési számítás tartalmazza a tűzméretezéshez használt egyszerűsített számítási módszer használata során meghatározott és a méretezéshez felhasznált paramétereket, referálva a vonatkozó szabványrészekkel. Ilyenek SD8 esetén a csökkentett szilárdsági és merevségi értékek, a tervezési és kritikus hőmérsékletek, RC8-B esetén az 500 Celsius fok alatti beton keresztmetszet, és az acélbetét csökkentett szilárdsági és merevségi értékei, vagy TD8 esetén a beégési mélység.

Ezek a részletes ‘Tervezési számítások’ exportálhatók külön PDF fájlba, vagy elmenthetőek az AXISVM-ben összeállított tervezési dokumentáció mellékletének.

példa - RC8-B részlet vasbeton oszlop tűzállósági méretezésének részletes tervezési számításából (narancs - 500Celsius alatti beton keresztmetszet, piros - acélbetétek csökkentett szilárdsági és merevségi értékei, zöld - számítás mentése .pdf-be, vagy exportálás tervezési dokumentációba)