NFATEC L11a Background to structural fire engineering (28/01/2004)

Transcript

1 NFATEC La Background to structural fire engineering (28//24) {LECTURE} {LTITLE} Εισαγωγή στη συµπεριφορά δοµικών µελών σε συνθήκες φωτιάς {/LTITLE} {AUTHOR} Roger {/AUTHOR} { } {/ } {LASTEDIT} IWB {/LASTEDIT} {OBJECTIVES} Για την επιτυχή ολοκλήρωση της διάλεξης αυτής θα πρέπει: Να έχει κατανοηθεί ότι και ο χάλυβας και το σκυρόδεµα χάνουν προοδευτικά την αντοχή και ακαµψία τους σε µεγάλες θερµοκρασίες. Να έχει κατανοηθεί ότι η αντοχή σε φωτιά προσδιορίζεται σε σχέση µε πειράµατα κλιβάνου όπου η θερµοκρασία δεν µειώνεται, και δεν αναφέρεται σε πραγµατική επιβίωση υπό αληθινές συνθήκες φωτιάς. Να έχει γίνει γνωστό ότι ο EC καθορίζει τρεις τέτοιες πρότυπες καµπύλες φωτιάς, οι δύο εκ των οποίων αφορούν µόνο υδρογονάνθρακες και εξωτερικές φωτιές, αλλά επίσης παρέχει µια µέθοδο µοντελοποίησης παραµετρικών φυσικών φωτιών εάν είναι γνωστές λεπτοµέρειες για πυροθερµικά φορτία, εξαερισµό κλπ. Να έχει κατανοηθεί η αρχή του ισοδύναµου χρόνου για την εκτίµηση της έντασης µιας φυσικής φωτιάς αναφορικά µε την πρότυπη καµπύλη φωτιάς. Να έχουν γίνει γνωστές οι παραδοσιακές µεθόδους παθητικής πυροπροστασίας χαλύβδινων µελών. {/OBJECTIVES}

2 {OVERVIEW} Ο χάλυβας και το σκυρόδεµα υφίστανται προοδευτικά µείωση της αντοχής και ακαµψίας τους καθώς η θερµοκρασία τους αυξάνει σε συνθήκες φωτιάς. Ο EC3 και ο EC4 παρέχουν µοντέλα υλικών µε καµπύλες τάσεωνπαραµορφώσεων και για τα δύο υλικά για ένα µεγάλο εύρος θερµοκρασιών. Η αντοχή σε φωτιά δοµικών στοιχείων ορίζεται ως ο χρόνος στον οποίο πληρούν ένα καθορισµένο κριτήριο παραµόρφωσης όταν δοκιµάζονται σε κλίβανο που θερµαίνεται σύµφωνα µε την πρότυπη καµπύλη χρόνουθερµοκρασίας ISO834. Η ένταση µιας φυσικής φωτιάς είναι δυνατό να εκτιµηθεί ως ο ισοδύναµος χρόνος µεταξύ της µεγίστης θερµοκρασίας και της ίδιας θερµοκρασίας επί της πρότυπης καµπύλης ISO834. Η συµπεριφορά µελών σε πειράµατα κλιβάνου είναι πολύ διαφορετική από αυτήν σε ένα πλαίσιο κτιρίου και ο µόνος πρακτικός τρόπος εκτίµησης της συµπεριφοράς της όλης κατασκευής είναι να χρησιµοποιηθούν προηγµένα µοντέλα υπολογισµού. Είναι δυνατόν να υπολογιστεί η αύξηση της θερµοκρασίας ενός προστατευµένου ή µη µέλους σε µικρά χρονικά διαστήµατα κατά τρόπον ώστε να µπορεί εύκολα να γραφεί σε φύλλο υπολογισµών. {/OVERVIEW} {PREREQUISITES} Βασική γνώση των Σχεδιασµός απλών µελών έναντι αντοχής και λειτουργικότητας σύµφωνα µε τον EC3 και τον EC4. Συστήµατα πλαισίων που χρησιµοποιούνται σε χαλύβδινες κατασκευές, περιλαµβανοµένων των συµµίκτων συστηµάτων. {/PREREQUISITES} {SECTION} {STITLE} Εισαγωγή {/STITLE} {SUMMARY} Οι κατασκευές υπό συνθήκες φωτιάς πρέπει να φέρουν τα φορτία τους και να εµποδίζουν τη διάδοση φωτιάς και καπνού σε γειτονικά διαµερίσµατα και κτίρια. {IMAGE}fire_res.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα. Βασικές έννοιες αντοχής σε φωτιά{/timage}

3 {DETAIL} Κάθε κατασκευή πρέπει να σχεδιάζεται και να κατασκευάζεται ούτως ώστε σε περίπτωση φωτιάς να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις: Η σχέση φέρουσας ικανότητας της κατασκευής θα πρέπει να διατηρείται κατά τη διάρκεια του απαιτούµενου χρόνου, Η ανάπτυξη και διάδοση φωτιάς και καπνού εντός του κτιρίου είναι απαγορευµένη, Η διάδοση φωτιάς σε γειτονικά κτίρια είναι απαγορευµένη, Οι άνθρωποι εντός του κτιρίου πρέπει να µπορούν να φύγουν µε ασφάλεια ή να προστατευθούν µε άλλους τρόπους όπως καταφύγια, Η ασφάλεια των πυροσβεστών να διασφαλίζεται. {ECLINK}EC4 Part.2{/ECLINK} {/DETAIL} {/SUMMARY} {TEST} {TTITLE} Κατασκευές υπό συνθήκες φωτιάς {/TTITLE} {QUESTION} {QTITLE} Κύριες απαιτήσεις {/QTITLE} {QTEXT} Ταυτοποίηση των κύριων απαιτήσεων σχεδιασµού και ανέγερσης µιας κατασκευής σε περίπτωση φωτιάς. {/QTEXT} {QTYPE} MC {/QTYPE}

4 {FEEDBACK} Οι κύριοι στόχοι δοµικού σχεδιασµού έναντι φωτιάς είναι η προστασία της ανθρώπινης ζωής και η παρεµπόδιση διάδοσης της φωτιάς από την περιοχή εκδήλωσής της. {/FEEDBACK} ιατήρηση της σχέσης φέρουσας ικανότητας της κατασκευής. Η κατασκευή πρέπει να φέρει ασφαλώς τα φορτία της. Η κατασκευή πρέπει να φέρει ασφαλώς τα φορτία της. Η διάδοση φωτιάς σε γειτονικά κτίρια είναι απαγορευµένη. Η παρεµπόδιση διάδοσης της φωτιάς µπορεί να είναι πιο σηµαντική από το να σωθεί το ήδη προσβεβληµένο κτίριο.

5 Η παρεµπόδιση διάδοσης της φωτιάς µπορεί να είναι πιο σηµαντική από το να σωθεί το ήδη προσβεβληµένο κτίριο. Η διάδοση φωτιάς εντός του κτιρίου είναι απαγορευµένη. Εάν η φωτιά είναι εντός ενός πυροδιαµερίσµατος θα πρέπει να µην µπορεί να επεκταθεί σε γειτονικά. Εάν η φωτιά είναι εντός ενός πυροδιαµερίσµατος θα πρέπει να µην µπορεί να επεκταθεί σε γειτονικά.

6 Ασφαλής έξοδος από το κτίριο. Η ασφάλεια της ζωής των κατοίκων και των εργαζοµένων είναι βασική απαίτηση των κτιριοδοµικών κανονισµών σε συνθήκες φωτιάς. Η ασφάλεια της ζωής των κατοίκων και των εργαζοµένων είναι βασική απαίτηση των κτιριοδοµικών κανονισµών σε συνθήκες φωτιάς. Ασφάλεια πυροσβεστών Οι πυροσβέστες µπορεί να παραµείνουν στο κτίριο και µετά από τους κατοίκους του, συνεπώς µπορεί να κινδυνεύσουν λόγω κατάρρευσης του κτιρίου.

7 Οι πυροσβέστες µπορεί να παραµείνουν στο κτίριο και µετά από τους κατοίκους του, συνεπώς µπορεί να κινδυνεύσουν λόγω κατάρρευσης του κτιρίου. Αποφυγή µόνιµης βλάβης στο σκελετό ή τα εσωτερικά στοιχεία του κτιρίου. Μια δευτερεύουσα συνέπεια: Επισκευές θα είναι συνήθως απαραίτητες. Μια δευτερεύουσα συνέπεια: Επισκευές θα είναι συνήθως απαραίτητες. Ελαχιστοποίηση οικονοµικών απωλειών.

8 Μια δευτερεύουσα συνέπεια: Οι απώλειες αφορούν κατά το µεγαλύτερο µέρος στα περιεχόµενα του κτιρίου. Μια δευτερεύουσα συνέπεια: Οι απώλειες αφορούν κατά το µεγαλύτερο µέρος στα περιεχόµενα του κτιρίου. Ελαχιστοποίηση του χρόνου επαναλειτουργίας του κτιρίου εν αποτελεί πρωτεύοντα στόχο, αλλά µπορεί να αφορά ειδικά κτίρια. εν αποτελεί πρωτεύοντα στόχο, αλλά µπορεί να αφορά ειδικά κτίρια.

9 {/QUESTION} {/TEST} {/SECTION} {SECTION} {STITLE} Θερµοκρασίες σε φωτιές {/STITLE} {SUMMARY} Οι χρόνοι πυραντοχής σχετίζονται µε την πειραµατική απόδοση σε αύξηση θερµοκρασίας σύµφωνα µε µια πρότυπη καµπύλη χρόνου-θερµοκρασίας αέρος που ορίζεται στον EC και στην διεθνή προδιαγραφή ISO834. Η καµπύλη αυτή δεν αντιπροσωπεύει κανένα τύπο φυσικής φωτιάς. {IMAGE}ISO_fire.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 2. ISO834/EC Πρότυπη καµπύλη φωτιάς{/timage} Στον EC µπορούν επίσης να υπολογιστούν "Παραµετρικές καµπύλες φωτιάς" σύµφωνα µε το πυροθερµικό φορτίο του διαµερίσµατος, τις συνθήκες αερισµού και τα υλικά των τοιχωµάτων. {DETAIL} {IMAGE}parametric_fire.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 3. EC Παραµετρική καµπύλη φωτιάς{/timage} Μια πραγµατική φωτιά σε ένα κτίριο εξελίσσεται και σβήνει ανάλογα µε την ισορροπία µάζας και ενέργειας εντός του διαµερίσµατος που λαµβάνει χώρα, όπως φαίνεται παρακάτω. Η ενέργεια που απελευθερώνεται εξαρτάται από την ποσότητα και το είδος του διαθέσιµου υλικού προς καύση και από τις συνθήκες εξαερισµού. {IMAGE}flashover.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 4. Φάσεις µιας φυσικής φωτιάς{/timage}

10 Είναι δυνατό να θεωρήσουµε ότι µία πραγµατική φωτιά ακολουθεί τρεις φάσεις, οι οποίες µπορούν να οριστούν ως η γέννηση, η πλήρης ανάπτυξη και η εκτόνωση. Η πιο γρήγορη αύξηση της θερµοκρασίας συµβαίνει κατά την περίοδο που ακολουθεί την πυράκτωση, η οποία είναι το σηµείο στο οποίο όλα τα οργανικά υλικά του πυροδιαµερίσµατος καίγονται.{eclink} EC Part {/ECLINK} Οι απαιτούµενοι δείκτες πυραντίστασης που καθορίζονται στους περισσότερους εθνικούς κανονισµούς κτιρίων συνδέονται µε την εκτέλεση δοκιµασίας κατά την οποία τα υλικά θερµαίνονται σύµφωνα µε µία διεθνώς αναγνωρισµένη συνάρτηση θερµοκρασίας-χρόνου που καθορίζεται στο ISO834 (ή τον EC Μέρος 2-2), η οποία δεν παριστά κανένα τύπο φυσικής φωτιάς σε κτίριο. Χαρακτηρίζεται από θερµοκρασία αέρα στο πυροδιαµέρισµα η οποία αυξάνεται συνεχώς µε το χρόνο, αλλά µε επιβραδυνόµενο ρυθµό. Η συνάρτηση αυτή έχει γίνει η πρότυπη καµπύλη σχεδιασµού, η οποία χρησιµοποιείται σε δοκιµασίες φούρνου των στοιχείων της κατασκευής. Συνεπώς, ο αναφερόµενος, βάσει της καµπύλης αυτής, δείκτης πυραντίστασης, δεν δείχνει τον πραγµατικό χρόνο κατά τον οποίο ένα στοιχείο θα επιζήσει σε µία πυρκαγιά κτιρίου, αλλά αποτελεί συγκριτική ένδειξη της πιθανότητας ενός στοιχείου να επιβιώσει σε µία σοβαρή πυρκαγιά. {IMAGE}ISO_fire.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 5. ISO834/EC Πρότυπη καµπύλη φωτιάς{/timage} Όταν η κατασκευή, για την οποία θεωρήθηκε ως απαιτούµενος δεδοµένος δείκτης πυραντίστασης, είναι εξωτερική και οι θερµοκρασίες του περιβάλλοντος αέρα είναι, ως εκ τούτου, χαµηλότερες σε κάθε δεδοµένη στιγµή (πράγµα που σηµαίνει ότι οι θερµοκρασίες των υλικών του κτιρίου θα είναι πλησιέστερα προς τις αντίστοιχες θερµοκρασίες του περιβάλλοντός τους), µπορεί να χρησιµοποιηθεί παρόµοια καµπύλη Εξωτερικής Φωτιάς. Σε περιπτώσεις όπου η αποθήκευση υδρογονανθράκων κάνει τη φωτιά εξαιρετικά σοβαρή, δίδεται επίσης Καµπύλη Φωτιάς Υδρογονανθράκων. Οι τρεις αυτές Ονοµαστικές καµπύλες φωτιάς φαίνονται στο ακόλουθο σχήµα. {IMAGE}nominal_fires.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 6. Ονοµαστικές καµπύλες φωτιάς του EC Μέρος.2 συγκρινόµενες µε παραµετρική φωτιά.{/timage} Οποιοδήποτε από τα συνήθη µέσα προσδιορισµού των δεικτών πυραντίστασης (προδιαγεγραµµένοι κανόνες, πινακοποιηµένα δεδοµένα ή υπολογιστικά µοντέλα) µπορούν να χρησιµοποιηθούν αντί αυτών των καµπυλών. Εναλλακτική µέθοδος προς τη χρήση των δεικτών πυραντίστασης, συνδεόµενη µε τις ονοµαστικές καµπύλες φωτιάς, οι οποίες µπορούν µόνο να χρησιµοποιηθούν απ ευθείας µε υπολογιστικά µοντέλα αντοχής σε συνθήκες φωτιάς, είναι να προσπαθήσουµε να προσοµοιώσουµε µία φυσική φωτιά χρησιµοποιώντας παραµετρική καµπύλη φωτιάς, για την οποία δίδονται εξισώσεις στον EC Μέρος - 2. Αυτό κάνει δυνατή την προσοµοίωση κατά απλό τρόπο των θερµοκρασιών της φωτιάς στις φάσεις θέρµανσης και ψύξης µετά την πυράκτωση (αµελώντας την

11 αρχική φάση) και τον προσδιορισµό του χρόνου στον οποίο πραγµατοποιείται η µέγιστη θερµοκρασία. Είναι αναγκαίο να διατίθενται στοιχεία για τις ιδιότητες των περιεχοµένων στο πυροδιαµέρισµα υλικών (πυκνότητα, ειδική θερµότητα, θερµική αγωγιµότητα) καθώς ακόµη και για το πυροθερµικό φορτίο και τις επιφάνειες αερισµού όταν χρησιµοποιούνται αυτές οι εξισώσεις και η εφαρµογή τους περιορίζεται σε πυροδιαµερίσµατα µικρότερα από 5m 2 µε πυροθερµικό φορτίο αποτελούµενο κυρίως από κελλουλοζικά υλικά (χαρτί, ξύλο κλπ ). {ECLINK}EC Part.2 Annex A{/ECLINK} Αποτελεί ίσως πλεονέκτηµα για το µελετητή να χρησιµοποιήσει παραµετρικές καµπύλες σε περιπτώσεις όπου η πυκνότητα των εύφλεκτων υλικών είναι χαµηλή, ενώ αν χρησιµοποιούσε την πρότυπη καµπύλη φωτιάς, θα ήταν ανώφελα συντηρητικό. {ECLINK}EC Part.2 Annex D{/ECLINK} Κατά τη χρήση παραµετρικής καµπύλης ή έννοια του ισοδύναµου χρόνου έκθεσης µπορεί να χρησιµοποιηθεί τόσο για να γίνει αξιολόγηση της σοβαρότητας της φωτιάς µε συνεπείς όρους, όσο και για να συγκριθούν οι δείκτες πυραντίστασης των δοµικών στοιχείων που αντιστοιχούν σε µία πραγµατική και µία πρότυπη φωτιά. Η αρχή φαίνεται στο παρακάτω σχήµα. {IMAGE}Time-equivalent.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 7. Σηµασία ισοδύναµου χρόνου σε φυσικές φωτιές{/timage} Αυτό είναι χρήσιµο κατά την εφαρµογή υπολογιστικών µοντέλων που βασίζονται στην πρότυπη καµπύλη θέρµανσης, αλλά η σηµαντική πλευρά της χρησιµοποίησης παραµετρικών καµπυλών φωτιάς για τον υπολογισµό των αντίστοιχων θερµοκρασιών της κατασκευής είναι το ότι παριστούν µία απόλυτη δοκιµασία της αντοχής έναντι φωτιάς, συγκρίνοντας την πραγµατοποιούµενη µέγιστη θερµοκρασία µε την κρίσιµη θερµοκρασία, και όχι απλώς µία εκτίµηση της συµπεριφοράς της κατασκευής εάν ήταν δυνατόν αυτή να υποβληθεί στην πρότυπη καµπύλη θερµοκρασίας-χρόνου που βασίζεται σε δοκιµασία φούρνου. {ECLINK}EN yyy5{/eclink} {/DETAIL} {/SUMMARY} {TEST} {TTITLE} Καµπύλες φωτιάς κατά EC {/TTITLE} {QUESTION} {QTITLE} Πρότυπες καµπύλες φωτιάς

12 {/QTITLE} {QTEXT} Ο EC καθορίζει να χρησιµοποιούνται τρεις πρότυπες καµπύλες φωτιάς και µια παραµετρική για τον προσδιορισµό της αντοχής ενός µέλους σε φωτιά, ανάλογα µε τις προβλεπόµενες συνθήκες φωτιάς στις οποίες θα εκτεθεί. Ταιριάξτε τις ακόλουθες καµπύλες φωτιάς µε την κατάσταση στην οποία θα πρέπει να εφαρµοστούν: {/QTEXT} {QTYPE} M {/QTYPE} test_firecurves.gif {/IMAGE} {FEEDBACK} {IMAGE}test_firecurves.gif{/IMAGE} {IMAGE} Η αντοχή σε φωτιά εκτιµάται συνήθως σύµφωνα µε την πρότυπη καµπύλη χρόνουθερµοκρασίας ISO834. Σε πολύ ειδικές περιπτώσεις µπορούν να χρησιµοποιηθούν καµπύλες εξωτερικής φωτιάς ή φωτιάς υδρογονανθράκων. Σε ένα καλά ορισµένο πυροδιαµέρισµα µε γνωστό πυροθερµικό φορτίο µπορεί να χρησιµοποιηθεί η παραµετρική καµπύλη για την προσοµοίωση µιας φυσικής φωτιάς. {/FEEDBACK} {MARK} {/MARK} {MATCH} Καµπύλη εξωτερικής φωτιάς {/MATCH}

13 2 {MARK} {/MARK} {MATCH} Καµπύλη φωτιάς υδρογονανθράκων {/MATCH} 3 {MARK} {/MARK} {MATCH} Πρότυπη καµπύλη φωτιάς ISO834 {/MATCH} 4 {MARK} {/MARK} {MATCH}

14 Παραµετρική καµπύλη φωτιάς EC {/MATCH} {/QUESTION} {QUESTION} {QTITLE} Μεταβλητές ελέγχου παραµετρικών καµπυλών φωτιάς {/QTITLE} {QTEXT} Κατά τη χρήση παραµετρικής καµπύλης φωτιάς απαιτούνται οι τιµές ορισµένων ιδιοτήτων για τους υπολογισµούς σχεδιασµού. Να οριστούν οι 4 κύριες ιδιότητες που απαιτούνται, σύµφωνα µε την ακόλουθη αρίθµηση. {/QTEXT} {QTYPE} M {/QTYPE} unlabelled_compartment.jpg {/IMAGE} {FEEDBACK} {IMAGE}unlabelled_compartment.jpg{/IMAGE} {IMAGE} Για τη χρήση εξισώσεων παραµετρικής φωτιάς πρέπει να διατίθενται στοιχεία για τις ιδιότητες των υλικών, καθώς και για το πυροθερµικό φορτίο (καύσιµη ύλη) και τις επιφάνειες αερισµού. Η εφαρµογή τους περιορίζεται σε πυροδιαµερίσµατα µικρότερα από 5m 2 µε πυροθερµικό φορτίο αποτελούµενο κυρίως από κελλουλοζικά υλικά. {/FEEDBACK}

15 {MARK} {/MARK} {MATCH} Αερισµός {/MATCH} 2 {MARK} {/MARK} {MATCH} Πυροθερµικό φορτίο {/MATCH} 3 {MARK} {/MARK} {MATCH} Ιδιότητες υλικών {/MATCH}

16 4 {MARK} {/MARK} {MATCH} Πυραντίσταση {/MATCH} {/QUESTION} {QUESTION} {QTITLE} εδοµένα για παραµετρικές καµπύλες φωτιάς {/QTITLE} {QTEXT} Για τη χρήση παραµετρικών καµπυλών φωτιάς πρέπει να διατίθενται στοιχεία για τις ιδιότητες των υλικών στο πυροδιαµέρισµα, για το πυροθερµικό φορτίο (καύσιµη ύλη) τις επιφάνειες αερισµού και των τοιχωµάτων του πυροδιαµερίσµατος. Να οριστούν οι ιδιότητες υλικών των τοιχωµάτων που απαιτούνται στους υπολογισµούς {/QTEXT} {QTYPE} MC {/QTYPE} {FEEDBACK} Κατά το σχεδιασµό έναντι φωτιάς συνιστάται η γνώση των τριών ονοµαστικών καµπυλών φωτιάς (όχι απλώς της πρότυπης καµπύλης) και η χρήση των παραµετρικών καµπυλών φωτιάς όταν υπάρχουν επαρκή δεδοµένα πυροθερµικού φορτίου, αερισµού κλπ.

17 {/FEEDBACK} Πυκνότητα Ναι - η πυκνότητα των υλικών των τοιχωµάτων παίζει ρόλο στο πόση θερµότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία του τοιχώµατος. Λάθος - η πυκνότητα των υλικών των τοιχωµάτων παίζει ρόλο στο πόση θερµότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία του τοιχώµατος. Ειδική θερµότητα Ναι - η ειδική θερµότητα των υλικών των τοιχωµάτων καθορίζει πόση θερµότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία του τοιχώµατος.

18 Λάθος - η ειδική θερµότητα των υλικών των τοιχωµάτων καθορίζει πόση θερµότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερµοκρασία του τοιχώµατος. Θερµική αγωγιµότητα Ναι - η θερµική αγωγιµότητα των υλικών των τοιχωµάτων καθορίζει το ρυθµό διάδοσης θερµότητας µέσα από τα τοιχώµατα προς το ψυχρότερο περιβάλλον. Λάθος - η θερµική αγωγιµότητα των υλικών των τοιχωµάτων καθορίζει το ρυθµό διάδοσης θερµότητας µέσα από τα τοιχώµατα προς το ψυχρότερο περιβάλλον. όγκος

19 Όχι - ο όγκος δεν αποτελεί βασική παράµετρο, σε αντίθεση µε τη µάζα του τοιχώµατος και το πάχος του. Ο όγκος δεν αποτελεί βασική παράµετρο, σε αντίθεση µε τη µάζα του τοιχώµατος και το πάχος του. θέση Όχι - η θέση του τοιχώµατος καθεαυτή δεν είναι σηµαντική. Η θέση του τοιχώµατος καθεαυτή δεν είναι σηµαντική.

20 ύψος Όχι - το ύψος του τοιχώµατος καθεαυτό δεν είναι σηµαντικό. Το ύψος του τοιχώµατος καθεαυτό δεν είναι σηµαντικό. χρώµα Όχι - το χρώµα του τοιχώµατος δεν παίζει κανένα ρόλο.

21 Το χρώµα του τοιχώµατος δεν παίζει κανένα ρόλο. εκποµπή ακτινοβολίας Όχι - η εκποµπή ακτινοβολίας του τοιχώµατος δεν χρησιµοποιείται στον EC για τον υπολογισµό θερµοκρασιών φωτιάς. Η εκποµπή ακτινοβολίας του τοιχώµατος δεν χρησιµοποιείται στον EC για τον υπολογισµό θερµοκρασιών φωτιάς.

22 {/QUESTION} {/TEST} {/SECTION} {SECTION} {STITLE} Συµπεριφορά δοκών και στύλων σε δοκιµές κλιβάνου {/STITLE} {SUMMARY} Στις δοκιµές κλιβάνου χρησιµοποιείται η πρότυπη καµπύλη φωτιάς ISO834/EC για τον έλεγχο µεµονωµένων µελών υπό φορτίο σχεδιασµού για την Οριακή Κατάσταση σε Φωτιά. Οι διαστάσεις κλιβάνων µειώνουν την πρακτική σηµασία, επειδή µέλη µε πρακτικές διαστάσεις πολύ σπάνια µπορούν να δοκιµαστούν. {DETAIL} {IMAGE}fire_test_furnace.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 8. Τυπική δοκιµή κλιβάνου{/timage} Τα πειράµατα κλιβάνου όπου χρησιµοποιείται η πρότυπη καµπύλη χρόνουθερµοκρασίας αέρος είναι ο παραδοσιακός τρόπος εκτίµησης της συµπεριφοράς στοιχείων πλαισίων σε φωτιά, αλλά οι δυσκολίες υλοποίησης των πειραµάτων κλιβάνου για αντιπροσωπευτικά δοµικά µέλη υπό συνήθη φορτία είναι ολοφάνερες. Οι διαστάσεις των κλιβάνων περιορίζουν το µέγεθος των µελών υπό δοκιµή, συνήθως σε λιγότερο από 5m, και εάν απαιτούνται διάφορα είδη φορτίων πρέπει να χρησιµοποιηθεί διαφορετικό δοκίµιο κάθε φορά. Πειράµατα σε µικρών διαστάσεων µέλη µπορεί να µην είναι αντιπροσωπευτικά για την συµπεριφορά µελών µεγάλων διαστάσεων. {IMAGE}beam_fire_test_.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 9. Τυπική δοκιµή δοκού - πειραµατική διάταξη{/timage} {IMAGE}beam_fire_test_2.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα. Τυπική δοκιµή δοκού - όρια{/timage} Ένα ακόµη σοβαρότερο πρόβληµα χρήσης πειραµάτων κλιβάνου σε σχέση µε την συµπεριφορά παρόµοιων στοιχείων σε πλαίσια είναι ότι η µόνη αξιόπιστη στήριξη για ένα µέλος σε πείραµα κλιβάνου είναι η άρθρωση όπου το µέλος µπορεί να εκταθεί ελεύθερα στον άξονά του. Όταν ένα µέλος αποτελεί µέρος του διαµερίσµατος και περιβάλλεται από την κατασκευή η οποία παραµένει ανεπηρέαστη από την φωτιά η

23 θερµοκρασιακή του µεταβολή περιορίζεται λόγω στηρίξεων από την περιβάλλουσα κατασκευή. Τούτο αποτελεί ιδιαίτερο πρόβληµα σε συνθήκες φωτιάς διότι σε συνήθεις θερµοκρασίες οι στατικές µετατοπίσεις είναι τόσο µικρές ώστε η αξονική µεταβολή δεν αποτελεί θέµα ιδιαίτερης σηµασίας. Η αξονική παρεµπόδιση µπορεί να παίζει διαφορετικό ρόλο σε κάθε στάδιο εξέλιξης της φωτιάς. Στα πρώτα στάδια η αξονική παρεµπόδιση είναι σηµαντική και µπορεί να προκαλέσει πολύ υψηλές θλιπτικές τάσεις στο µέλος. Στα τελευταία στάδια όµως όπου το υλικό εξασθενεί αρκετά, οι στηρίξεις µπορεί να αρχίσουν να βοηθούν το µέλος αντιστρέφοντας την δράση σε εφελκυσµό. Πειράµατα κλιβάνου που επιτρέπουν αξονική παραµόρφωση δεν µπορούν να προσοµοιώσουν καθόλου τις συνθήκες αυτές στήριξης. Ειδικότερα, στα τελευταία στάδια θα συµβεί πλήρης κατάρρευση εκτός εάν εφαρµοσθεί ένα κριτήριο διακοπής της διαδικασίας. Στην πράξη, ένα πείραµα κλιβάνου µε δοκό διακόπτεται εάν το βέλος υπερβεί το άνοιγµα 2 /4d γι αυτόν ακριβώς τον λόγο. Εκτός αυτού, ο ρυθµός µετατόπισης ελέγχεται για οποιαδήποτε τιµή µετατόπισης µεγαλύτερη από άνοιγµα/3 και η δοκιµή µπορεί να διακοπεί νωρίτερα εάν υπερβεί το άνοιγµα 2 /9d. Μόνον πρόσφατα γίνονται πειράµατα φωτιάς σε διαµερίσµατα εντός ολοκληρωµένων κατασκευών. Πιθανόν να περάσουν κάποια χρόνια έως ότου τα πειράµατα αυτά σε αληθινή κλίµακα έχουν κάποια επίδραση στους κανονισµούς σχεδιασµού. Στην πράξη, τα πειράµατα σε αληθινή κλίµακα είναι τόσο ακριβά ώστε πιθανότατα δεν θα υπάρξει ποτέ ένας µεγάλος αριθµός δεδοµένων, και αυτά που ήδη υπάρχουν θα χρησιµοποιηθούν κυρίως για την αριθµητική επαλήθευση µοντέλων στα οποία θα βασισθούν µελλοντικές εξελίξεις. Επί του παρόντος οι Ευρωκώδικες 3 και 4 επιτρέπουν τη χρήση προηγµένων µοντέλων υπολογισµού, αλλά οι βασικές διαδικασίες σχεδιασµού τους σε συνήθεις σχεδιασµούς έναντι φωτιάς είναι ακόµα σε όρους µεµονωµένων µελών και η αντοχή σε φωτιά θεωρείται κυρίως ως προς πραγµατική φωτιά ή µια προσοµοίωση µε πείραµα κλιβάνου. {/DETAIL} {/SUMMARY} {TEST} {TTITLE} οκιµές κλιβάνου {/TTITLE} {QUESTION} {QTITLE} Περιορισµοί στις δοκιµές κλιβάνου

24 {/QTITLE} {QTEXT} Προσδιορίστε τους κυριότερους περιορισµούς για τη διεξαγωγή δοκιµών κλιβάνου σε δοµικά µέλη. {/QTEXT} {QTYPE} MC {/QTYPE} Οι διαστάσεις των κλιβάνων περιορίζουν και τις διαστάσεις των µελών προς δοκιµή σε µικρότερα από 5m Ναι. Οι αρχές κλίµακας είναι περίπλοκες. Όχι. Η πειραµατική κλίµακα αποτελεί σίγουρα ένα περιορισµό. Σε κάθε δοκιµή απαιτείται ξεχωριστό δοκίµιο

25 Τούτο κάνει ακριβές τις δοκιµές και αυξάνει το µονοσήµαντο κάθε δοκιµής. Όχι. Τούτο κάνει ακριβές τις δοκιµές και αυξάνει το µονοσήµαντο κάθε δοκιµής. Πειράµατα σε µικρών διαστάσεων µέλη µπορεί να µην είναι αντιπροσωπευτικά για την συµπεριφορά µελών µεγάλων διαστάσεων Η πειραµατική κλίµακα είναι περίπλοκη. Οι καµπύλες τάσεων-παραµορφώσεων των υλικών αλλάζουν µορφή. Η πειραµατική κλίµακα είναι περίπλοκη. Οι καµπύλες τάσεων-παραµορφώσεων των υλικών αλλάζουν µορφή.

26 Ένα δοκίµιο δοκού σε δοκιµή κλιβάνου είναι απλά εδραζόµενο. Ναι. Τούτο δεν αντιπροσωπεύει τις συνθήκες στήριξης όταν η δοκός αποτελεί µέλος ενός φορέα. Όχι. Τούτο δεν αντιπροσωπεύει τις συνθήκες στήριξης όταν η δοκός αποτελεί µέλος ενός φορέα. Αδυναµία δοκιµής υπό πλήρες φορτίο Όχι. Τα µέλη φορτίζονται συνήθως σε χαµηλότερα φορτία σε συνθήκες φωτιάς.

27 Ναι. Τα µέλη φορτίζονται συνήθως σε χαµηλότερα φορτία σε συνθήκες φωτιάς. Τα αποτελέσµατα δοκιµών δεν είναι συντηρητικά Όχι. Οι δοκιµές απλών µελών παρέχουν άκρως συντηρητικά αποτελέσµατα. Ναι. Οι δοκιµές απλών µελών παρέχουν άκρως συντηρητικά αποτελέσµατα.

28 {/QUESTION} {QUESTION} {QTITLE} Όρια δοκιµών κλιβάνου δοκών {/QTITLE} {QTEXT} Σε ένα τυπικό πείραµα κλιβάνου µιας χαλύβδινης δοκού, η εξέλιξη ελέγχεται για ορισµένα βέλη και διάφορα µέτρα, όπως διακοπή της δοκιµής, λαµβάνονται σύµφωνα µε αυτά. Ταιριάξτε τους λόγους βέλος/άνοιγµα από τον παρακάτω πίνακα µε τα κατάλληλα µέτρα που πρέπει να ληφθούν. {/QTEXT} {QTYPE} M {/QTYPE} {FEEDBACK} Όταν το βέλος φθάσει το άνοιγµα/3, ο ρυθµός µετατόπισης ελέγχεται έναντι της µέγιστης τιµής άνοιγµα 2 /9d (in mm/min) έως ότου το βέλος φθάσει την µέγιστη τιµή άνοιγµα 2 /4d. {/FEEDBACK} Άνοιγµα/ {MARK} {/MARK} {MATCH} Πέραν του επιτρεπόµενου βέλους. {/MATCH}

29 Άνοιγµα/2 {MARK} {/MARK} {MATCH} Χρησιµοποιούµενο σε παλαιότερους εθνικούς κανονισµούς ως οριακό βέλος. {/MATCH} Άνοιγµα/5 {MARK} {/MARK} {MATCH} Κάτω από τα όρια βέλους. {/MATCH} Άνοιγµα 2 /4d {MARK} {/MARK} {MATCH} Μέγιστο βέλος κατά EC3.

30 {/MATCH} Άνοιγµα/3 {MARK} {/MARK} {MATCH} Πρώτος έλεγχος βέλους. {/MATCH} {/QUESTION} {/TEST} {/SECTION} {SECTION} {STITLE} Μέθοδοι πυροπροστασίας {/STITLE} {SUMMARY} Υλικά παθητικής πυροπροστασίας σχηµατίζουν µονωτικά φράγµατα στη διάδοση θερµότητας από τη φωτιά στο δοµικό χάλυβα. Οι πλέον συνήθεις τύποι αποτελούνται από πανέλα, επίστρωση από εκτοξευόµενα µονωτικά υλικά σε τσιµεντοκονίαµα και διογκούµενες βαφές. Παρόλο που οι επιστρώσεις αυτές εφαρµόζονται παραδοσιακά κατά την ανέγερση, οι βαφές εφαρµόζονται όλο και περισσότερο στο εργοστάσιο από τους κατασκευαστές. Επιπροσθέτως, µπορούν να χρησιµοποιηθούν χαλύβδινα µέλη σε διατάξεις όπου ενσωµατώνεται µέρος ή το σύνολο της διατοµής στο σκυρόδεµα. Αυτές περιλαµβάνουν τα συστήµατα "λεπτών δαπέδων" που πλεονεκτούν λόγω αύξησης του λειτουργικού χώρου µεταξύ των ορόφων σε κτίρια.

31 {DETAIL} Γενικά, οι ίδιες µέθοδοι παθητικής πυροπροστασίας µπορούν να χρησιµοποιηθούν τόσο στις σύµµικτες κατασκευές όσο και στις κατασκευές από χάλυβα. Αυτό µπορεί να γίνει µε διάφορους εναλλακτικούς τρόπους: Σταθερή επένδυση (πανέλα γυψοσανίδων ή περισσότερο εξειδικευµένα συστήµατα βασιζόµενα σε ορυκτές ίνες ή βερµικουλίτη) γύρω από τα εκτεθειµένα τµήµατα των σιδηρών µελών. Αυτό είναι σχετικά εύκολο να εφαρµοστεί και δηµιουργεί µία εξωτερική διατοµή η οποία είναι αισθητικά αποδεκτή, αλλά είναι δύσκολο να χρησιµοποιηθεί γύρω από σύνθετες λεπτοµέρειες όπως είναι, για παράδειγµα, οι συνδέσεις. Σε µερικές περιπτώσεις, µπορεί να χρησιµοποιηθεί κάλυψη µε κεραµικές ίνες, ως πλέον εύκαµπτος τρόπος µονώσεως σε µερικές περιπτώσεις. {IMAGE}board_protection.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα. Σταθερή επένδυση σε χαλύβδινες δοκούς{/timage} Εκτοξευόµενα υλικά τα οποία δηµιουργούν επένδυση προδιαγραφόµενου πάχους γύρω από τα µέλη. Συνήθως χρησιµοποιείται βερµικουλίτης ή ορυκτές ίνες µε συνδετικό υλικό τσιµέντο ή γύψο. Η επί τόπου εφαρµογή είναι σχετικά ταχεία και δεν αντιµετωπίζει προβλήµατα δυσκαµψίας γύρω από σύνθετες κατασκευαστικές λεπτοµέρειες. Ενώ το τελείωµα που προκύπτει δεν είναι συνήθως αποδεκτό σε δηµόσιους χώρους κτιρίων, τα συστήµατα αυτά χρησιµοποιούνται ως επί το πλείστον σε περιοχές που κανονικά δεν είναι ορατές, όπως για παράδειγµα δοκοί και συνδέσεις πάνω από ψευδοροφές. Είναι µερικές φορές ευπαθείς σε ρηγµάτωση και συρρίκνωση. {IMAGE}spray_protection.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 2. Μονωτικό τσιµεντοκονίαµα κατά την εκτόξευση{/timage} ιογκούµενες βαφές, οι οποίες δηµιουργούν καλαίσθητο τελείωµα σε κανονικές συνθήκες, αλλά καπνίζουν και µυρίζουν όταν θερµαίνονται, παράγοντας µονωτικό µανδύα 5 φορές παχύτερο από τον αρχικό υµένα. Εφαρµόζονται µε βούρτσα, εκτόξευση ή ρολλό, και πρέπει να αποκτήσουν συγκεκριµένο πάχος, το οποίο απαιτεί πολλά χέρια βαφής και µέτρηση του πάχους του υλικού. {IMAGE}intumescent.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 3. ιογκούµενη βαφή προ και µετά την εφαρµογή{/timage} Όλες αυτές οι µέθοδοι εφαρµόζονται συνήθως εργοταξιακά, µετά την ανέγερση των βασικών δοµικών στοιχείων. Αυτό µπορεί να προκαλέσει σηµαντική καθυστέρηση της διαδικασίας κατασκευής, πράγµα το οποίο αυξάνει το κόστος για τον πελάτη. Η µόνη εξαίρεση είναι ορισµένα πρόσφατα δηµιουργηθέντα συστήµατα, κατά τα οποία το διογκούµενο χρώµα εφαρµόζεται στη σιδηροκατασκευή στο εργοστάσιο, οπότε αποφεύγεται η εργοταξιακή εργασία. Όµως, σε παρόµοια συστήµατα υπάρχει προφανώς ανάγκη υψηλότερου βαθµού αντίστασης σε προσκρούσεις και αποξέσεις.

32 Οι παραπάνω µέθοδοι µπορούν να προσφέρουν κάθε απαιτούµενο βαθµό προστασίας των σιδηρών κατασκευών έναντι της θέρµανσης από φωτιά, και µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως µέρος της τεχνολογίας έναντι πυρκαγιάς. Εν τούτοις, το παραδοσιακό πάχος των υµένων προστασίας βασίζεται στα δεδοµένα των κατασκευαστών των υλικών, που στοχεύουν στο σχετικά απλουστευτικό κριτήριο του περιορισµού της θερµοκρασίας του χάλυβα σε λιγότερο από 55 C στον απαιτούµενο χρόνο αντοχής κατά την πρότυπη φωτιά ISO834. Τα υλικά προστασίας συνήθως ελέγχονται για τη µονωτική τους ικανότητα, την ακεραιότητα και την αντοχή σε δοκιµασία φούρνου κατά το ISO834. Οι ιδιότητες του υλικού για το σχεδιασµό προσδιορίζονται από τα αποτελέσµατα ηµι-εµπειρικών µεθόδων. Ανοικτές διατοµές από χάλυβα πλήρεις ή µερικώς ενσωµατωµένες µέσα στο σκυρόδεµα και κοίλες διατοµές γεµισµένες µε σκυρόδεµα δεν απαιτούν γενικά πρόσθετα µέτρα πυροπροστασίας. Κατά την πυρκαγιά, το σκυρόδεµα αυτό ενεργεί, ως ένα βαθµό, ως δεξαµενή θερµότητος, η οποία επιβραδύνει τη διαδικασία θέρµανσης της χαλύβδινης διατοµής. Οι πιο πρόσφατοι κώδικες σχεδιασµού αναφέρονται ρητά στο γεγονός ότι η αντοχή σε συνθήκες φωτιάς ενός µέλους εξαρτάται, σε µεγάλο βαθµό, από τη στάθµη φορτίσεώς του κατά τη διάρκεια της φωτιάς και επίσης από το ότι η φόρτιση στις συνθήκες φωτιάς έχει µεγάλες πιθανότητες να είναι πολύ µικρότερη από τα προσαυξηµένα φορτία, για τα οποία έχει γίνει ο σχεδιασµός αντοχής. Αυτό προσφέρει στους µελετητές µία άλλη επιλογή, η οποία µπορεί να χρησιµοποιηθεί µόνη ή σε συνδυασµό µε άλλα µέτρα. Μείωση της στάθµης φόρτισης µε την επιλογή σιδηρών µελών µε µεγαλύτερες διατοµές από αυτές που χρειάζονται για την εξασφάλιση της απαιτούµενης αντοχής σε κανονικές συνθήκες, ενδεχοµένως ως µέρος µιας στρατηγικής τυποποιήσεως των διατοµών, µπορεί να αυξήσει την αντοχή σε πυρκαγιά, ειδικά των δοκών. Αυτό επιτρέπει να χρησιµοποιηθούν µη προστατευµένες ή µερικώς προστατευµένες δοκοί. Η επίδραση µείωσης των φορτίων είναι ειδικότερα χρήσιµη όταν συνδυάζεται µε µείωση της εκτεθειµένης περιµέτρου χρησιµοποιώντας την επίδραση αγωγιµότητας της πλάκας σκυροδέµατος και της πλήρους ή µερικής ενσωµάτωσης σε σκυρόδεµα. Η παραδοσιακή δοκός στήριξης κάτω απ την πλάκα (Σχ.a) αποκτά κάποια πλεονεκτήµατα έναντι της πλήρους έκθεσης εάν το άνω πέλµα της ενσωµατώνεται στο σκυρόδεµα της πλάκας. οκοί πλήρως ενσωµατωµένες σε σκυρόδεµα (Σχ. b) παρέχουν υψηλή αντοχή έναντι φωτιάς (έως 8 λεπτά), αλλά το µεγαλύτερο µειονέκτηµά τους είναι περίπλοκες συνδέσεις και ανάγκη ξυλοτύπου. Καλύτερη λύση αποτελεί η χρήση δοκών µερικώς ενσωµατωµένων σε σκυρόδεµα (Σχ. c). Το σκυρόδεµα µεταξύ των πελµάτων επιβραδύνει την αύξηση θερµοκρασίας στον κορµό και το άνω πέλµα της δοκού και συνεισφέρει στην φέρουσα ικανότητα της δοκού καθώς το κάτω πέλµα της χάνει πολύ γρήγορα την αντοχή του κατά τη διάρκεια της φωτιάς. Το κύριο πλεονέκτηµα είναι ότι η µερική ενσωµάτωση της δοκού σε σκυρόδεµα µπορεί να πραγµατοποιηθεί στο εργοτάξιο χωρίς καλούπι αλλά σε δύο στάδια τοποθετώντας κατάλληλα τη δοκό κάθε φορά. Η µόρφωση των συνδέσεων είναι πάντα πολύ απλή και µπορούν να υιοθετηθούν τυπικές µορφές χαλύβδινων συνδέσεων και στην περίπτωση αυτή. Η πρόσφατη µεθοδολογία µόρφωσης δοκών σε "λεπτά δάπεδα" (Σχ. d), όπου χρησιµοποιούνται διατοµές αρκετά µικρού ύψους και η πλάκα στηρίζεται επί του

33 κάτω πέλµατος είτε µε την εκ των προτέρων συγκόλληση ελάσµατος στο κάτω πέλµα είτε µε τη χρήση ασύµµετρης διατοµής, αφήνει εκτεθειµένη µόνο την κάτω όψη του κάτω πέλµατος. {IMAGE}Inherent_protection.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 4. Φυσικά συστήµατα πυροπροστασίας χαλύβδινων δοκών{/timage} Εναλλακτικές στρατηγικές πυροπροστασίας δεν αποτελούν αντικείµενο της διάλεξης αυτής, αλλά υπάρχει ενεργός ενθάρρυνση των σχεδιαστών στους Ευρωκώδικες να χρησιµοποιούν αποδεκτά και τεκµηριωµένα προηγµένα υπολογιστικά µοντέλα για την ανάλυση της συµπεριφοράς της όλης κατασκευής ή τµηµάτων αυτής. Το βασικό νόηµα είναι ότι ο σχεδιασµός, όπου αποδεικνύεται συνολική αύξηση της αντοχής σε φωτιά µιας κατασκευής παρέχοντας εναλλακτικούς δρόµους µεταφοράς φορτίων όταν τα µέλη σε ένα διαµέρισµα έχουν χάσει εντελώς την αντοχή τους, είναι επαρκής εάν ακολουθηθούν οι οδηγίες των κανονισµών αυτών. Τούτο αποτελεί σηµαντική εξέλιξη σε σχέση µε την παραδοσιακή µεθοδολογία που βασίζεται σε πρότυπα πειράµατα αντοχής σε φωτιά κάθε στοιχείου. Τα αναφερόµενα στα Μέρη -2 των Ευρωκωδίκων 3 και 4 ενθαρρύνουν επίσης τη χρήση εξελιγµένων µοντέλων φωτιάς που περιλαµβάνουν επίσης ενεργητική (καταιονιστήρες) και παθητική πυροπροστασία. Αναφέρεται όµως ότι η συνεισφορά συστηµάτων καταιονισµού στο σχεδιασµό έναντι φωτιάς είναι επί του παρόντος θέµα εθνικών κτιριοδοµικών κανονισµών. {/DETAIL} {/SUMMARY} {TEST} {TTITLE} Παθητική πυροπροστασία {/TTITLE} {QUESTION} {QTITLE} Fill in title here {/QTITLE} {QTEXT} Ποιές από τις ακόλουθες µεθόδους πυροπροστασίας (πανέλα, εκτοξευόµενα υλικά και διογκούµενες βαφές) εφαρµόζονται µόνο επί τόπου του έργου µετά την ανέγερση των κύριων δοµικών µελών;

34 {/QTEXT} {QTYPE} MC {/QTYPE} Πανέλα Ναι. Τα πανέλα επίστρωσης εφαρµόζονται στα εκτεθειµένα τµήµατα των χαλύβδινων µελών ως πυροπροστασία µετά την ανέγερση της χαλύβδινης κατασκευής. Όχι. εν είναι εφικτή η εφαρµογή πανέλων εκτός του τόπου του έργου. Εκτοξευόµενα τσιµεντοκονιάµατα Ναι. Τα εκτοξευόµενα τσιµεντοκονιάµατα σχηµατίζουν µια προστατευτική στρώση συγκεκριµένου πάχους γύρω από τα χαλύβδινα µέλη. Είναι σωστή η άποψη ότι αυτά εφαρµόζονται συνήθως επί τόπου του έργου.

35 Όχι. εν είναι εφικτή η εφαρµογή εκτοξευόµενων τσιµεντοκονιαµάτων εκτός του τόπου του έργου. ιογκούµενες βαφές Όχι. Αυτές παραδοσιακά εφαρµόζονται µετά την ανέγερση της κατασκευής, αλλά είναι πολύ οικονοµικώτερη η εφαρµογή τους στη φάση κατασκευής των χαλύβδινων µελών. Ναι. Αυτές παραδοσιακά εφαρµόζονται µετά την ανέγερση της κατασκευής, αλλά είναι πολύ οικονοµικώτερη η εφαρµογή τους στη φάση κατασκευής των χαλύβδινων µελών.

36 Καµία Όχι. Τόσο τα πανέλα όσο και οι βαφές απαιτείται να έχει τελειώσει η κατασκευή ώστε να εφαρµοστούν. Ναι. Τόσο τα πανέλα όσο και οι βαφές απαιτείται να έχει τελειώσει η κατασκευή ώστε να εφαρµοστούν. Όλες Όχι. Οι διογκούµενες βαφές µπορούν να εφαρµοστούν κατά την κατασκευή των χαλύβδινων µελών.

37 Ναι. Οι διογκούµενες βαφές µπορούν να εφαρµοστούν κατά την κατασκευή των χαλύβδινων µελών. {/QUESTION} {QUESTION} {QTITLE} Εναλλακτικές µέθοδοι πυροπροστασίας {/QTITLE} {QTEXT} Οι µελετητές προτρέπονται να εφαρµόζουν εναλλακτικές µεθόδους πυροπροστασίας. Καθορίστε κατάλληλες εναλλακτικές µεθόδους πυροπροστασίας µιας κατασκευής. {/QTEXT} {QTYPE} MC {/QTYPE} {FEEDBACK} {/FEEDBACK} Εναλλακτικές διαδροµές φορτίων

38 Καταιονιστήρες Πρόσθετη διαµερισµατοποίηση Αυξηµένος εξαερισµός

39 {/QUESTION} {/TEST} {/SECTION} {SECTION} {STITLE} Ιδιότητες υλικών σε υψηλές θερµοκρασίες {/STITLE} {SUMMARY} {SUMTITLE} Αντοχές χάλυβα {/SUMTITLE} Τα περισσότερα δοµικά υλικά παρουσιάζουν προοδευτική απώλεια αντοχής και ακαµψίας καθώς αυξάνει η θερµοκρασία τους. Η σχέση τάσεων-παραµορφώσεων του χάλυβα γίνεται µη γραµµική σε πρώϊµο στάδιο, και η αντοχή διαρροής για παραµόρφωση 2% µειώνεται δραστικά για θερµοκρασίες πάνω από 4 C. {DETAIL} Η µεταβολή για τον χάλυβα φαίνεται στις καµπύλες τάσεων-παραµορφώσεων των EC3/4 κατωτέρω για θερµοκρασίες έως 3 C. Παρόλο που η τήξη συµβαίνει στους 5 C περίπου, µόνον το 23% της αντοχής είναι διαθέσιµο στους 7 C. Στους 8 C µειώνεται στο % και στους 9 C στο 6%. {ECLINK}EC3 Part.2{/ECLINK}, {ECLINK}EC4 Part.2{/ECLINK} {IMAGE}stress-strain_temperature.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 5. Μείωση ιδιοτήτων τάσεων-παραµορφώσεων λόγω θερµοκρασίας για χάλυβα S275 (καµπύλες EC4){/TIMAGE} {IMAGE}strength_reduction_steel.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 6. Μείωση αντοχής κατά EC3 για δοµικό χάλυβα (SS) και οπλισµό ψυχρής έλασης (Rft) σε υψηλές θερµοκρασίες{/timage}

40 Αυτά βασίζονται σε εκτεταµένες σειρές πειραµάτων, που προσοµοιώθηκαν µε εξισώσεις που έχουν ένα αρχικά γραµµικό τµήµα που αλλάζει εφαπτοµενικά σε ένα τµήµα έλλειψης, η κλίση του οποίου είναι µηδέν για παραµόρφωση 2%. Όταν καµπύλες σαν αυτήν παριστάνονται υπό αδιάστατη µορφή, όπου οι τάσεις φαίνονται σαν ποσοστό της τάσης διαρροής λόγω θερµοκρασίας, οι καµπύλες για τις ίδιες θερµοκρασίες και για χάλυβες S235, S275 και S355 είναι εξαιρετικά κοντά ή µια στην άλλη. Συνεπώς είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθεί ένα ενιαίο σετ µειωτικών συντελεστών και για τις τρεις ποιότητες χάλυβα σε δεδοµένες θερµοκρασίες και παραµορφώσεις. Στους Ευρωκώδικες 3 και 4, οι αντοχές που αντιστοιχούν στο 2% παραµόρφωσης χρησιµοποιούνται στο σχεδιασµό έναντι φωτιάς για όλους τους τύπους δοµικών µελών. Ράβδοι οπλισµού θερµής έλασης αντιµετωπίζονται στον Ευρωκώδικα 4 παρόµοια µε τους δοµικούς χάλυβες αλλά ο οπλισµός ψυχρής έλασης, ποιότητας S5, αποδιοργανώνεται ταχύτερα σε υψηλές θερµοκρασίες απ ότι οι συνήθεις χάλυβες. Οι µειωτικοί συντελεστές αντοχής του για διαρροή και µέτρο ελαστικότητας φαίνονται ανωτέρω. Οι ράβδοι ή τα πλέγµατα οπλισµού δεν φθάνουν συνήθως στις υψηλές θερµοκρασίες σε φωτιά λόγω της µόνωσης που παρέχει το σκυρόδεµα εάν διατηρούνται οι συνήθεις διατάξεις για επικάλυψη. Η πολύ χαµηλή ολκιµότητα του χάλυβα S5 (είναι εξασφαλισµένη µόνο στο 5%) µπορεί να είναι πιο σηµαντική όπου προκαλούνται µεγάλες παραµορφώσεις λόγω της προοδευτικής εξασθένισης των χαλύβδινων διατοµών στήριξης. {ECLINK}EC4 Part.2{/ECLINK} {/DETAIL} {/SUMMARY} {SUMMARY} {SUMTITLE} Αντοχές σκυροδέµατος {/SUMTITLE} Το σκυρόδεµα επηρεάζεται παρόµοια στις υψηλές θερµοκρασίες, αλλά δεν αναλαµβάνει µε την ψύξη. {DETAIL} Το σκυρόδεµα χάνει επίσης την αντοχή του µε την αύξηση της θερµοκρασίας όπως φαίνεται στο παρακάτω γράφηµα, παρόλο που ένας αριθµός παραµέτρων επηρεάζει τα σχετικά χαρακτηριστικά κάθε στοιχείου από Ω.Σ. της κατασκευής. Οι καµπύλες τάσεων-παραµορφώσεων σκυροδέµατος για διάφορες θερµοκρασίες έχουν µια σηµαντική διαφορά σε σχέση µε αυτές του χάλυβα. Όλες οι καµπύλες έχουν µια µέγιστη θλιπτική αντοχή παρά µια ενεργό αντοχή διαρροής, που συµβαίνει για παραµορφώσεις προοδευτικά αυξανόµενες µε τη θερµοκρασία ακολουθούµενες από ένα κατιόντα κλάδο. Η εφελκυστική αντοχή για όλα τα σκυροδέµατα λαµβάνεται συνήθως ίση µε µηδέν. Ως συνήθως στους Ευρωκώδικες, εναλλακτικοί καταστατικοί

41 νόµοι µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τα υλικά υπό την προϋπόθεση ότι τεκµηριώνονται πειραµατικά.{eclink}ec4 Part.2{/ECLINK} {IMAGE}EC4_stress-strain_temperature.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 7. Θερµοκρασιακές καµπύλες τάσεων-παραµορφώσεων κατά EC4 για κανονικό και ελαφροσκυρόδεµα.{/timage} Για κανονικό σκυρόδεµα (πυκνότητας 24 kg/m 3 ), εξετάζονται µόνο οι κατώτερες τιµές αντοχής που φαίνονται στο σχήµα, κατά τον Ευρωκώδικα 4 Μέρος.2. Οι τιµές αυτές είναι κατά κάποιο τρόπο συντηρητικές. Όπου απαιτείται περισσότερη λεπτοµέρεια, οι σχεδιαστές µπορούν να ανατρέξουν στον Ευρωκώδικα 2 Μέρος.2. {IMAGE}strength_reduction_concrete.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 8. Μείωση αντοχής κατά EC4 για κανονικό και ελαφροσκυρόδεµα σε υψηλές θερµοκρασίες.{/timage} Τα ελαφροσκυροδέµατα είναι αυτά που έχουν πυκνότητα µεταξύ 6-2 kg/m 3. Παρόλο που στην πράξη παράγονται χρησιµοποιώντας διάφορους τύπους αδρανών, στον Ευρωκώδικα 4 Μέρος.2 αντιµετωπίζονται ως παρόµοια από άποψη θερµοκρασίας. Συνεπώς, το ενιαίο σετ µειωτικών συντελεστών αντοχής για ελαφροσκυρόδεµα είναι αναγκαστικά πάλι συντηρητικό. Είναι αξιοσηµείωτη ότι το σκυρόδεµα µετά την ψύξη του σε θερµοκρασία αέρος δεν επανακτά την αρχική θλιπτική αντοχή του. Η παραµένουσα αντοχή του {EQN}fctheta2.gif{/EQN} µετά την ψύξη εξαρτάται από την µέγιστη θερµοκρασία που έφθασε στην φάση θέρµανσής του. Τούτο φαίνεται στο ακόλουθο σχήµα. {IMAGE}cooling_strength_loss.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 9. Παραµένουσα αντοχή κανονικού σκυροδέµατος µετά την ψύξη από διάφορες θερµοκρασίες σε 2 C.{/TIMAGE} Κατά την φάση της ψύξης, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η αντίστοιχη θλιπτική αντοχή κυλίνδρου για συγκεκριµένη θερµοκρασία {EQN}theta.gif{/EQN} {EQN}theta_ineq.gif{/EQN} µε γραµµική παρεµβολή µεταξύ {EQN}fcthetamax.gif{/EQN} και {EQN}fctheta2.gif{/EQN} καθώς φαίνεται παρακάτω. {IMAGE}concrete_cooling.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 2. Σχέσεις τάσεων-παραµορφώσεων για σκυρόδεµα C2/25 σε 4 C και 2 C κατά την θέρµανση (διακεκοµµένες γραµµές) και την ψύξη (συνεχείς γραµµές), αφού φθάσει µέγιστη θερµοκρασία 7 C.{/TIMAGE} Το σκυρόδεµα έχει χαµηλότερη θερµική αγωγιµότητα από τον χάλυβα και συνεπώς είναι ένας σχετικά καλός µονωτής για τον οπλισµό ή για ενσωµατωµένα τµήµατα διατοµών. Η αντοχή σε φωτιά µελών από Ω.Σ. κυρίως εξαρτάται από την µείωση αντοχής του οπλισµού που µε τη σειρά της εξαρτάται από τις διατάξεις επικαλύψεων

42 κατά µέγιστο µέρος. Όµως, το σκυρόδεµα υφίσταται αποσάθρωση, δηλαδή προοδευτικά θρυµµατισµό και αποκόλληση στην επιφάνεια έκθεσης σε υψηλές θερµοκρασίες και τούτο µπορεί να οδηγήσει σε έκθεση του οπλισµού καθώς εξελίσσεται η φωτιά. Η συµπεριφορά αυτή σε υψηλές θερµοκρασίες εξαρτάται επί το πλείστον από το είδος των αδρανών. Αδρανή όπως γρανίτης, χαλίκι προκαλούν άµεσο θρυµµατισµό από τα ασβεστογενή αδρανή. Το ελαφροσκυρόδεµα έχει µεγαλύτερες µονωτικές ιδιότητες απ ότι το κανονικό σκυρόδεµα.{eclink}ec4 Part.2{/ECLINK} {/DETAIL} {/SUMMARY} {TEST} {TTITLE} Καµπύλες τάσεων-παραµορφώσεων σε υψηλές θερµοκρασίες {/TTITLE} {QUESTION} {QTITLE} Χάλυβας και σκυρόδεµα {/QTITLE} {QTEXT} Ταιριάξτε το υλικό µε το σωστό σηµείο Χ στο γράφηµα τάσεων-παραµορφώσεων που φαίνεται παρακάτω. {/QTEXT} {QTYPE} MC {/QTYPE} Stressstrain_Q.gif {/IMAGE} {IMAGE}Stressstrain_Q.gif{/IMAGE} {IMAGE}

43 Σκυρόδεµα - Μέγιστη θλιπτική τάση Όχι. εν υπάρχουν πτωτικοί δρόµοι µετά τη διαρροή, άρα δεν µπορεί να είναι για το σκυρόδεµα. Ναι. εν υπάρχουν πτωτικοί δρόµοι µετά τη διαρροή, άρα δεν µπορεί να είναι για το σκυρόδεµα. Σκυρόδεµα - Εφαπτοµενικό µέτρο Όχι. εν υπάρχουν πτωτικοί δρόµοι µετά τη διαρροή, άρα δεν µπορεί να είναι για το σκυρόδεµα.

44 Ναι. εν υπάρχουν πτωτικοί δρόµοι µετά τη διαρροή, άρα δεν µπορεί να είναι για το σκυρόδεµα. Χάλυβας - Ενεργός αντοχή διαρροής Ναι. Το γράφηµα αφορά καθαρά τον χάλυβα επειδή οι γραµµές φθάνουν τη διαρροή εκεί που η κλίση είναι µηδέν. Το σηµείο X είναι η ενεργός τάση διαρροής, που αντιστοιχεί σε παραµόρφωση 2% σύµφωνα µε τους EC3 και EC4. Όχι. Το γράφηµα αφορά καθαρά τον χάλυβα επειδή οι γραµµές φθάνουν τη διαρροή εκεί που η κλίση είναι µηδέν. Το σηµείο X είναι η ενεργός τάση διαρροής, που αντιστοιχεί σε παραµόρφωση 2% σύµφωνα µε τους EC3 και EC4. Χάλυβας - Μέτρο ελαστικότητας

45 Όχι. Το µέτρο ελαστικότητας είναι η αρχική κλίση της καµπύλης. Ναι. Το µέτρο ελαστικότητας είναι η αρχική κλίση της καµπύλης. Χάλυβας - Όριο αναλογίας Όχι. Το όριο αναλογίας είναι το σηµείο µετάβασης από το γραµµικό στο µη γραµµικό µέρος. Ναι. Το όριο αναλογίας είναι το σηµείο µετάβασης από το γραµµικό στο µη γραµµικό µέρος.

46 {/QUESTION} {QUESTION} {QTITLE} Μειωµένη αντοχή χάλυβα {/QTITLE} {QTEXT} Στο σχήµα φαίνεται η µείωση των ιδιοτήτων τάσεων-παραµορφώσεων µε τη θερµοκρασία για χάλυβα S275. Ταιριάξτε κάθε τίτλο µε τον σωστό ορισµό. {/QTEXT} {QTYPE} M {/QTYPE} stressstrain_match.gif {/IMAGE} {FEEDBACK} {IMAGE}stressstrain_match.gif{/IMAGE} {IMAGE} Η αρχική κλίση του γραµµικού τµήµατος της σχέσης τάσεων παραµορφώσεων είναι το µειωµένο µέτρο ελαστικότητας (Young's), και το σηµείο τέλους του γραµµικού τµήµατος και αρχής της πλαστικότητας είναι το όριο αναλογίας. Η ενεργός τάση διαρροής ορίζεται σε συνθήκες φωτιάς κατά τους EC3 και EC4 ως η τάση για 2% παραµόρφωση. {/FEEDBACK}

47 Όριο αναλογίας {MARK} {/MARK} {MATCH} Τίτλος A {/MATCH} Μέτρο ελαστικότητας {MARK} {/MARK} {MATCH} Τίτλος B {/MATCH} Ενεργός αντοχή διαρροής {MARK} {/MARK} {MATCH} Τίτλος C {/MATCH}

48 Εφαπτοµενικό µέτρο {MARK} {/MARK} {MATCH} Μη σηµειωµένο στο σχήµα {/MATCH} {/QUESTION} {QUESTION} {QTITLE} ώσε τίτλο εδώ {/QTITLE} {QTEXT} Στο κατωτέρω σχήµα φαίνονται οι καµπύλες τάσεων-παραµορφώσεων για κανονικό σκυρόδεµα. Εκτιµήστε το ποσοστό της συνήθους αντοχής που µπορεί να φθάσει το κανονικό σκυρόδεµα στους 8 C. {IMAGE}concrete_stress_Q.gif{/IMAGE} {/QTEXT} {QTYPE} MC {/QTYPE} concrete_stress_q.gif {/IMAGE} {IMAGE}

49 9% Λάθος. Η µέγιστη αντοχή του κανονικού σκυροδέµατος µειώνεται στο 5% της συνήθους αντοχής για τους 8 C. 7% Λάθος. Η µέγιστη αντοχή του κανονικού σκυροδέµατος µειώνεται στο 5% της συνήθους αντοχής για τους 8 C. 5% Λάθος. Η µέγιστη αντοχή του κανονικού σκυροδέµατος µειώνεται στο 5% της συνήθους αντοχής για τους 8 C.

50 3% Λάθος. Η µέγιστη αντοχή του κανονικού σκυροδέµατος µειώνεται στο 5% της συνήθους αντοχής για τους 8 C. 5% Σωστό. Η µέγιστη αντοχή του κανονικού σκυροδέµατος µειώνεται στο 5% της συνήθους αντοχής για τους 8 C.

51 {/QUESTION} {/TEST} {/SECTION} {SECTION} {STITLE} Θερµοκρασιακές ιδιότητες {/STITLE} {SUMMARY} {SUMTITLE} Θερµοκρασιακή µεταβολή χάλυβα και σκυροδέµατος {/SUMTITLE} Οι σταθερές θερµοκρασιακής µεταβολής χάλυβα και σκυροδέµατος είναι παρόµοιες αλλά µεταβάλλονται µε τη θερµοκρασία. Στον χάλυβα η θερµοκρασιακή µεταβολή εκµηδενίζεται στο διάστηµα 7 C-8 C καθώς η κρυσταλλική δοµή υφίσταται µεταλλαγή. Το σκυρόδεµα χάνει τη θερµοκρασιακή µεταβολή του στους 7 C όταν η εσωτερική του δοµή αλλάζει σηµαντικά, αλλά σπάνια φθάνει σε αυτή τη θερµοκρασία. {DETAIL} Θερµοκρασιακή µεταβολή χάλυβα και σκυροδέµατος Στους πλέον απλούς υπολογισµούς για φωτιά, η θερµοκρασιακή µεταβολή των υλικών αγνοείται, αλλά σε χαλύβδινα µέλη που στηρίζουν µια πλάκα σκυροδέµατος στο άνω πέλµα τους η διαφορική θερµοκρασιακή µεταβολή λόγω µόνωσης του άνω πέλµατος και τη συνάρτηση απορρόφησης, θερµότητας της πλάκας προκαλεί µια θερµοκρασιακή "καµπύλωση" προς την φωτιά σε µέτριες θερµοκρασίες. Όταν χρησιµοποιούνται πιο προηγµένα µοντέλα υπολογισµού, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψιν ότι η θερµοκρασιακή µεταβολή των δοµικών στοιχείων εντός του διαµερίσµατος ανθίσταται από την κρύα περιβάλλουσα κατασκευή και αυτό προκαλεί συµπεριφορά η οποία είναι τελείως διαφορετική από την συνηθισµένη για τα στοιχεία αυτά σε πειράµατα κλιβάνου. Συνεπώς είναι απαραίτητο τουλάχιστον να εκτιµηθεί ο τρόπος µεταβολής των συντελεστών θερµοκρασιακής µεταβολής του χάλυβα και του σκυροδέµατος αναφορικά µεταξύ τους όσο και ως προς τη θερµοκρασία. Τούτα φαίνονται κατωτέρω. Πιθανόν το πλέον σηµαντικό σηµείο που πρέπει να τονισθεί είναι ότι οι συντελεστές θερµοκρασιακής µεταβολής του χάλυβα και του σκυροδέµατος είναι περίπου της αυτής τάξεως στο πρακτικό πεδίο εφαρµογών θερµοκρασιών φωτιάς. {ECLINK}EC4 Part.2{/ECLINK}

52 {IMAGE}EC3_4_thermal_expansion.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 2. Μεταβολή των συντελεστών θερµοκρασιακής µεταβολής µε τη θερµοκρασία για χάλυβα και σκυρόδεµα κατά τους EC 3/4.{/TIMAGE} Το σκυρόδεµα δεν είναι πιθανόν να φθάσει τους 7 C όπου η θερµοκρασιακή µεταβολή του µηδενίζεται, ενώ οι εκτεθειµένες διατοµές χάλυβος είναι σχεδόν σίγουρο ότι θα φθάσουν ακόµα υψηλότερες θερµοκρασίες όπου σε ένα τµήµα η κρυσταλλική δοµή του αλλάζει και η θερµοκρασιακή µεταβολή µηδενίζεται παροδικά. {/DETAIL} {/SUMMARY} {SUMMARY} {SUMTITLE} Λοιπές σχετικές θερµοκρασιακές ιδιότητες χάλυβα {/SUMTITLE} Η θερµική αγωγιµότητα και η ειδική θερµότητα είναι δύο σηµαντικές ιδιότητες εάν χρησιµοποιηθούν µη συγκεκριµένα σενάρια διάδοσης θερµότητας στον υπολογισµό θερµοκρασίας. {DETAIL} ύο πρόσθετες θερµοκρασιακές ιδιότητες του χάλυβα επηρρεάζουν τον ρυθµό αύξησης της θερµοκρασίας του σε φωτιά. Η θερµική αγωγιµότητα εκφράζεται µέσω συντελεστού που δείχνει τον βαθµό κατά τον οποίο η θερµοκρασία από την επιφάνεια του χάλυβα διαδίδεται στο εσωτερικό του. Μια απλουστευµένη σχέση µεταβολής της θερµικής αγωγιµότητας σε σχέση µε τη θερµοκρασία, που ορίζεται στον EC3, φαίνεται κατωτέρω. Σε απλούς υπολογισµούς σχεδιασµού επιτρέπεται η χρήση της σταθερής συντηρητικής τιµής των 45W/m K. {ECLINK}EC3 Part.2{/ECLINK}, {ECLINK}EC4 Part.2{/ECLINK} {IMAGE}thermal_conductivity.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 22. Μεταβολή της θερµικής αγωγιµότητας του χάλυβα ως προς τη θερµοκρασία κατά τον ΕC3.{/TIMAGE} Η ειδική θερµότητα του χάλυβα είναι το απαραίτητο ποσό θερµότητας που χρειάζεται για να ανέβει η θερµοκρασία του χάλυβα κατά C. Αυτή µεταβάλλεται στο µεγαλύτερο εύρος θερµοκρασιών όπως φαίνεται κατωτέρω, αλλά η τιµή υφίσταται δραµατική µεταβολή στην ζώνη 7-8 C. Η καθαρά αιχµηρή µορφή µε "άπειρη τιµή" στους 735 C είναι στην ουσία η απαιτούµενη ενέργεια µεταβολής της κρυσταλλικής δοµής του χάλυβος. Και εδώ χρησιµοποιούνται απλά µοντέλα υπολογισµών µε σταθερή επιτρεπόµενη τιµή 6J/kg K, που είναι αρκετά ακριβής

53 για το µεγαλύτερο εύρος θερµοκρασιών αλλά δεν επιτρέπει την ενδοθερµική µεταβολή αλλαγής της δοµής. {ECLINK}EC4 Part.2{/ECLINK} {IMAGE}specific_heat.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 23. Μεταβολή της ειδικής θερµότητας του χάλυβος ως προς τη θερµοκρασία.{/timage} {/DETAIL} {/SUMMARY} {SUMMARY} {SUMTITLE} Λοιπές σχετικές θερµοκρασιακές ιδιότητες σκυροδέµατος {/SUMTITLE} Η θερµική αγωγιµότητα του σκυροδέµατος µειώνεται βαθµιαία µε την αύξηση της θερµοκρασίας, καθώς η εσωτερική υγρασία εξατµίζεται. Η ειδική του θερµότητα αυξάνει βαθµιαία µε την θερµοκρασία, µετά από µια µεταβατική ζώνη γύρω στους C καθώς απορροφάται θερµότητα από τους εξατµιζόµενους υδρατµούς. {DETAIL} Η θερµική αγωγιµότητα του σκυροδέµατος εξαρτάται από τη θερµική αγωγιµότητα των επιµέρους στοιχείων και το ποσοστό υγρασίας, τύπο αδρανών, αναλογίες µίξης και ποιότητα τσιµέντου. Ο τύπος των αδρανών παίζει τον πλέον σηµαντικό ρόλο στην αγωγιµότητα του ξηρού σκυροδέµατος. Όµως, καθώς η υγρασία αυξάνει εσωτερικά, η αγωγιµότητα του ξηρού σκυροδέµατος αυξάνει επίσης. {IMAGE}thermal_conductivity_concrete.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 24. Θερµική αγωγιµότητα για κανονικό σκυρόδεµα (NC) και ελαφροσκυρόδεµα (LC) συναρτήσει της θερµοκρασίας.{/timage} Ο EC4 δίδει την µεταβολή της θερµικής αγωγιµότητας ως προς τη θερµοκρασία για το κανονικό και το ελαφροσκυρόδεµα (βλέπε ανωτέρω). Σε απλά µοντέλα υπολογισµών για κανονικό σκυρόδεµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί µια σταθερή τιµή για την θερµική αγωγιµότητα. Η ειδική θερµότητα του σκυροδέµατος {EQN}cc.gif{/EQN} επίσης επηρρεάζεται από το είδος αδρανούς, την αναλογία µίξης και το ποσοστό υγρασίας. Το είδος αδρανούς είναι σηµαντικό ειδικά στην περίπτωση ασβεστογενών αδρανών, όπου η ειδική θερµότητα αυξάνει απότοµα λόγω χηµικών αλλαγών σε θερµοκρασίες γύρω στους 8 C. Το ποσοστό υγρασίας είναι σηµαντικό για θερµοκρασίες έως 2 C διότι η ειδική θερµότητα του νωπού σκυροδέµατος είναι διπλάσια απ αυτήν του ξηρού σκυροδέµατος.

54 Ο EC4 παρέχει απλές εξισώσεις για την µεταβολή της ειδικής θερµότητας συναρτήσει της θερµοκρασίας (βλέπε κατωτέρω). Σε απλά υπολογιστικά µοντέλα όµως µπορεί να χρησιµοποιηθεί µια σταθερή τιµή. Τιµές της ειδικής θερµότητας {EQN}cc.gif{/EQN} νωπού σκυροδέµατος δίνονται για διάφορα ποσοστά υγρασίας στον Πίνακα που ακολουθεί. {IMAGE}specific_heat_concrete.gif{/IMAGE} {TIMAGE}Σχήµα 25. Ειδική θερµότητα για κανονικό σκυρόδεµα (NC) και για ελαφροσκυρόδεµα (LC) συναρτήσει της θερµοκρασίας.{/timage} Περιεχόµενο υγρασίας (%) {EQN}cc.gif{/EQN} (J/kg K) {FIGURE} Μεταβολή της ειδικής θερµότητας του σκυροδέµατος µε την υγρασία.{/figure} {/DETAIL} {/SUMMARY} {TEST} {TTITLE} Θερµοκρασιακές ιδιότητες υλικών {/TTITLE} {QUESTION} {QTITLE} Θερµοκρασιακή µεταβολή {/QTITLE} {QTEXT} Στο ακόλουθο σχήµα φαίνονται οι µεταβολές των θερµοκρασιακών σταθερών µε τη θερµοκρασία. Ταιριάξτε τις καµπύλες X, Y και Z µε τα κατάλληλα δοµικά υλικά. {IMAGE}EC3_4_thermal_expansion_Q.gif{/IMAGE}

55 {/QTEXT} {QTYPE} M {/QTYPE} {IMAGE} EC3_4_thermal_expansion_Q.gif {/IMAGE} Καµπύλη X {MARK} {/MARK} {MATCH} Κανονικό σκυρόδεµα. {/MATCH} Καµπύλη Y {MARK} {/MARK} {MATCH} οµικός χάλυβας. {/MATCH}

56 Καµπύλη Ζ {MARK} {/MARK} {MATCH} Ελαφροσκυρόδεµα. {/MATCH} {/QUESTION} {/TEST} {/SECTION} {SECTION} {STITLE} Concluding Summary {/STITLE} {SUMMARY} Ο χάλυβας και το σκυρόδεµα υφίστανται µια προοδευτική µείωση στην αντοχή και ακαµψία τους καθώς η θερµοκρασία τους αυξάνει σε συνθήκες φωτιάς. Οι EC3 και EC4 παρέχουν µοντέλα υλικών µε καµπύλες τάσεωνπαραµορφώσεων και για τα δύο υλικά σε µεγάλο εύρος θερµοκρασιών. Η αντοχή σε φωτιά δοµικών στοιχείων καθορίζεται µέσω του χρόνου κατά τον οποίο πληρούν ένα κριτήριο βέλους σε πείραµα κλιβάνου που θερµαίνεται κατά την πρότυπη καµπύλη φωτιάς ISO834 χρόνου-θερµοκρασίας. Είναι δυνατόν να εκτιµηθεί η σοβαρότητα µια φυσικής φωτιάς µέσω του ισοδύναµου χρόνου µεταξύ της µέγιστης θερµοκρασίας και της ίδιας θερµοκρασίας στην πρότυπη καµπύλη ISO834. Η συµπεριφορά των µελών σε πειράµατα κλιβάνου διαφέρει ριζικά από αυτήν σε ένα πλαισιωτό φορέα, και ο µόνος πρακτικός τρόπος εκτίµησης της συνολικής συµπεριφοράς της κατασκευής είναι µέσω προηγµένων µοντέλων υπολογισµού. Οι υπολογισµοί της αντοχής σε φωτιά κατά τον EC3 ή EC4 λαµβάνουν υπόψιν τα επίπεδα φόρτισης στο µέλος. Όµως οι συντελεστές ασφαλείας που

57 εφαρµόζονται είναι χαµηλότεροι από αυτούς που εφαρµόζονται στον σχεδιασµό αντοχής. Η κρίσιµη θερµοκρασία υπολογίζεται για όλους τους τύπους µελών κατηγορίας, 2 ή 3 από µια απλή εξίσωση συναρτήσει του επιπέδου φόρτισης σε φωτιά. Οι διατοµές κατηγορίας 4 θεωρούνται γενικά ότι έχουν κρίσιµη θερµοκρασία 35 C. Είναι δυνατός ο υπολογισµός αύξησης της θερµοκρασίας σε προστατευµένα και µη µέλη σε µικρά χρονικά διαστήµατα κατά τρόπο που είναι εύκολο να διαµορφωθεί σε ένα φύλλο εργασίας υπολογισµού. {/SUMMARY} {/SECTION} {REFERENCES} ENV 99-: Eurocode : Basis of Design and Actions on Structures. Part : Basis of Design. pren 99--2: Eurocode : Basis of Design and Actions on Structures. Part.2: Actions on Structures Exposed to Fire. ENV 992--: Eurocode 2: Design of Concrete Structures. Part.: General Rules: General Rules and Rules for Buildings. ENV : Eurocode 2: Design of Concrete Structures. Part.2: General Rules: Structural Fire Design. pren 993--: Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part.: General Rules: General Rules and Rules for Buildings. pren : Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part.2: General Rules: Structural Fire Design. pren 994--: Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures. Part.: General Rules: General Rules and Rules for Buildings. ENV : Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures. Part.2: General Rules: Structural Fire Design. EN yyy5: Method of Test for the Determination of the Contribution to Fire Resistance of Structural Members. {/REFERENCES} {/LECTURE}