acÉlszerkezetek tŰzvÉdelme

• Piaci trendek az acélszerkezet-gyártásban

• Az acélépítészet csodája a „BMW Welt” kommunikációs központja

• A hazai legmodernebb és legnagyobb tűzihorganyzóról

• A Pentele híd próbaterhelése

• Csavarozott kapcsolatok tervezése

• Acél főtartós hidak tervezése az M6 autópályán

• Nagyszilárdságú acélok alkalmazása

2008K Ü L Ö N S Z Á M

Magyar Acélszerkezeti Szövetség lapja – Journal of the Hungarian Steel Structure Association

ww

w.m

ages

z.hu

(fo

tó:

Do

ma

no

vszk

y)

A „BMW Welt” müncheni épületkomplexuma – az acélvázas

építészet legújabb stílusirányzata

ACÉLSZERKEZETEK TŰZVÉDELME

SzövetSégünk célja:

• Atűzvédelemterületéndolgozóvállalkozókérdekeinekvédelme ésképviseleteországosszinten

• Közreműködésajogszabályokkidolgozásában,véleményezésében,atapasztalatokalapjánjavaslatamódosításokra

• Szakmaiésetikaiajánlások

• Atagságtájékoztatásaajogszabályokváltozásairól,szakmaielőadásokkalajogkövetéssegítése,avégrehajtástámogatása

• Szakmaifelkészítések,oktatásokszervezése,atagok„többlábon”állásánaktámogatása,tevékenységükbővítésénekelősegítése

1142 Budapest, Erzsébet királyné útja 67.Tel.: 1/221-6114 • www.tszvsz.hu • [email protected]

Ivóvíz csővezeték külső és belső bevonatainak készítése a Szabadság hídon

��Poliuretán feldolgozás grACo berendezésekkel eljárások: nehéz korrózióvédelem, hőszigetelés, tartós bevonatok, automatizált eljárások GRACO berendezések: értékesítés, szerviz, szaktanácsadás

Korrózióvédelem külső ipari környezetben, sPeCiális bevonAtoK acél- és betonfelületeken

Tűzvédő bevOnATOk készíTése fémet, fát, műanyagot fölemésztő tűzzel szemben

Cső kÜLső és beLső bevOnATAInAk készíTése FesTőAUTomAtáKKAl

ww

w.be

vona

ttec

hnik

a.hu

O s t O r h á z iBevOnattechnikai kft .

2030 Érd, Dunai utca 27/c, IparterületTel.: +36 23/521-100 Fax:+36 23/521-117

E - m a i l : k f t @ o s t o r h a z i . h u

2051 Biatorbágy, Állomás u. 1/A.Tel.: (23) 531-300, Fax: (23) 310-703

A Lindab Profi l a Lindab Csoport egyik üzletága, amely hatékony, gazdaságos és esztétikus acél- és fémlemez megoldásokat fejleszt, gyárt és értékesít az építőipar számára.

A Lindab kínálata a szerkezeti komponensek széles választékától a könnyűszerkezetes acél épületrendszerekig terjed, amelyek ipari, kereskedelmi és lakossági céloknak egyaránt megfelelnek.

A Lindab Profi l több, mint 25 országban képviselteti magát Európa-szerte. Központi irodája a délsvédországi Båstadban található.

Maradandót alkotunk!Eredeti

svédacélból

205x295_MAGESZ kiadvany.indd 1 2008.09.26. 15:21:20

Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008 �

ELŐSZÓ

�Előszó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..1Acélszerkezetek�termikus� .viselkedése�tűz�esetén. . . . . . . . . . . . . ..2Thermal�Response�of�Steel�Structures� .in�Case�of�Fire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..2Acélszerkezetek�mechanikai� .viselkedése�tűz�esetén..Nyomott�körcsőszelvényű�rúd� .optimális�méretezése�tűzállóságra� . . . ..9Mechanical�Response�of�Steel� .Structures�in�Case�of�Fire.Optimum�Design�for�Fire�Resistance� .of�a�Compressed�Strut�of�Circular�Hollow�Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..9

Öszvérszerkezetek�tûzállósága. . . . . . . 13Fire�Resistance�of�Composite� .Structures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Acélszerkezetek�tervezése�tűzteherre.az�Eurocode�3�szerint .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 17Fire�Engineering�Design�of�Steel�Structures�with�Eurocode�3. . . . . . . . . 17

Szoftverek�acélszerkezetek� .vizsgálatára�tűz�esetén� . . . . . . . . . . . . 27Softwares�for�Investigation� .of�Steel�Structures�in�Case�of�Fire . . . 27

A�tűzvédelmi�jogszabályok� .változásai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Changes�of�Fire�Safety�Laws . . . . . . . . 45

Acélszerkezetek�tűzvédelme..Tűzvédelmi�festékrendszerek,� .szórt�bevonatok,�burkolás� .tűzgátló�lapokkal . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Fire�Protection�of�Steel�Structures..Fire-protecting�Paint�Systems,� .Sprinkled�Coatings,�Revetment� .with�Fire-protecting�Sheets . . . . . . . . . 47

Tűzvédőbevonatok�készítésének� .folyamata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Fire�Retardant�Coating�Process. . . . . . 51

Vékony�falú�acélszerkezetek�tűzvédelme� . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Fire�Protection�of�Light-gauge� .Steel�Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Felhabzó�festékek� .végeselemes�modellezése�. . . . . . . . . . 59Finite�Element�Approach�of�Steel� .Structures’�Intumescent�Coatings. . . . 59

Az elmúlt években a tűzvédelem témája egyre hangsúlyosabban került előtérbe több sajnálatos esemény kapcsán. A világon nagyon sok helyen, számos kutatóintézetben, egyetemeken, cégeknél foglalkoznak a témával. A folyóirat jelen száma erre a témára koncentrál.Acélszerkezeteknél ez azért is hangsúlyozottan fontos téma, mert az anyag hőmérsékletének növekedésével az acél szilárdsági és merevségi jellemzői fokozatosan leépülnek. Az európai szabványok (EC3, EC4) feszültség–alakváltozás görbék formájában megadják ezen anyagok viselkedését egy meglehetősen tág hőmérsékleti tartományra.A tűznek kitett épület szerkezeteire mind mechanikai, mind termikus hatások érvényesülhetnek. A mechanikai hatások az önsúlyból és a járulékos terhekből származnak, melyek a tűz kitörésekor is már hatnak a szerkezetre. A termikus hatások követik a gáz hőmérsékletének növekedését a tűz terében és meghatározza őket a szerkezeti elemek felületén végbemenő hőátadás mértéke. A termikus hatások eredményeként a szerkezet hőmérséklete emelkedni fog. Ezt nevezik termikus reagálásnak, ami általában hőtáguláshoz és anyagkárosodáshoz vezet a szerkezet felhevült részeiben. A helyzettől függően, a hőtágulást valami megakadályozhatja, ami hőfeszültségekhez vezet. A mechanikai hatásokkal karöltve fontos alakváltozások történhetnek és az épület szerkezete, vagy azok részei még össze is omolhatnak. Ez a folyamat a mechanikai reagálás. A szerkezeti elemeknek a kemencében elvégzett vizsgálatok során megfigyelt, illetőleg a magasépítési keretszerkezetekben tapasztalható viselkedése között jelentős különbség van, azonban a teljes szerkezet viselkedését a gyakorlatban csak a részletes számítási modellekkel tudjuk megítélni.Az acélszerkezeteket hagyományosan úgy védik a tűztől, hogy az építés során hőszigetelő anyaggal burkolják be őket. Az EC3 azonban megengedi a megfelelő tűzzel szembeni ellenállás elérésére az aktív és a passzív védekezés módszereinek együttes alkalmazását is. A védett vagy védelem nélküli szerkezeti elemek hőmérsékletnövekedését ki lehet számítani kis időnövekmények szerint. A módszer jól programozható táblázatkezelő szoftverekben.Nagyszámú szoftver áll rendelkezésre szilárdsági számítások, hőeloszlások meghatározására, szimulációk végzésére. Fontosak azon előírások, minősítési módszerek is, melyek segítenek a megbízhatóság elérésében.Az Acélszerkezetek Tűzvédelme szimpózium kötődik a DIFISEK+ programhoz (Dissemination of Fire Safety Engineering Knowledge), melynek keretében az ArcelorMittal Long Carbon Europe Research Centre vezetésével egy európai projekt folyik, melynek célja az acélszerkezeti tűzvédelmi kutatások eredményeinek elterjesztése. A projektben 18 partner vesz részt, egyetemek, kutatóintézetek, mérnökirodák.A szimpóziumon elhangzó előadások és a beküldött cikkek mind elméleti, mind gyakorlati oldalról rávilágítanak a problémákra, hogyan lehet megbízható szerkezeteket tervezni, gyártani és üzemeltetni a tűzvédelem figyelembevételével hosszú távon.

Dr. Jármai Károly

Magyar Acélszerkezeti Szövetség lapja – Journal of the Hungarian Steel Structure Association

Kiadja a Magyar Acélszerkezeti Szövetség 1161 Budapest, Béla u. 84.

Tel./fax: (1) 405-2187, E-mail: [email protected]

Felelôs kiadó: Markó Péter Felelôs szerkesztô: Dr. Csapó Ferenc A szerkesztô munkatársa: Nagy József

ISSN: 1785-4822

Készült: TEXT Nyomdaipari Kft. Dunaújváros, Papírgyári út 49., 2401 Pf. 262 Telefon: (25) 283-019, Fax: (25) 283-129

E-mail: [email protected]

w w w. m a g e s z . h u

2 Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008

A tűzvédelmi tervezést, a tűz alatti fontos hatások számí-tásait az 1. részben taglaltuk. A mechanikai reagálás ismer-tetése a 3. részben történik. Az alábbiakban – a 2 részben – a termikus reagálást részletezzük. A téma az acél-, a kompozit vasbeton elemekre korlátozódik, és az Eurocode [1], [2] előírásait vesszük figyelembe.

2.�ALAPOK�ÉS�BEMUTATÁSOKA hőátadás egy épületrészben meghatározható a kö

vetkező differenciálegyenlettel, melyet Fourierféle differenciálegyenletnek nevezünk, a kezdeti határértékekkel és kiinduló adatokkal:

(1)

ahol:x, y, z koordináták [m]Θ hőmérséklet az x, y, z pontban [˚C]ρ sűrűség [kg/m3]c fajlagos hőkapacitás, fajhő [J/kg]λ hővezető képesség [W/m ˚K]

A hőegyensúly számításánál a hővezetési tényezőnek és a hőkapacitásnak, ami a sűrűség és a fajhő szorzata, van nagy szerepe.”

Az (1) egyenletben arra tudunk következtetni, hogy az anyagok alábbi termikus tulajdonságai befolyásolják a tűznek kitett épületelemek hőmérsékletének emelkedését: – hővezető képesség,– fajlagos hőkapacitás.

Általában kombinálják a fajhőt és a sűrűséget.Megjegyzés: a hőkapacitás mértékegysége: J/m3. A legtöbb építőanyag hővezető képessége és fajhője erősen a függ a hőmérséklettől. Ezt szemlélteti a 2. ábra acél és beton esetén.

ACÉLSzERKEzETEK�TERMIKUS�VISELKEDÉSE�Tűz�ESETÉN

THERMAL�RESPONSE�OF�STEEL�STRUCTURES� .IN�CASE�OF�FIRE

Dr. Jármai Károly egyetemi tanárMiskolci Egyetem

1.�BEVEzETÉS�Tűznek kitett épület szerkezeteire mind mechanikai, mind termikus hatások érvényesülhetnek. A mechani-kai hatások az önsúlyból és a járulékos terhekből származnak, melyek a tűz kitörésekor is már hat-nak a szerkezetre. A termikus hatások követik a gáz hőmérsékletének növekedését a tűz terében és megha-tározza őket a szerkezeti elemek felületén végbemenő hőátadás mértéke. A termikus hatások eredményeként a szerkezet hőmérséklete emelkedni fog. Ezt nevezik termikus re-agálásnak, ami általában hőtáguláshoz és anyag-károsodáshoz vezet a szerkezet felhevült részeiben. A helyzettől függően, a hőtágulást valami megakadályozhatja, ami hőfeszültségekhez vezet. A mechanikai hatásokkal karöltve fontos alakváltozások történhetnek, és az épület szerkezete, vagy azok részei még össze is omolhatnak. Ez a folyamat a mechanikai reagálás. Ezt az eseményláncot mutatja az 1. ábra.

INTRODUCTION:.When exposed to fire conditions, a building construc-tion is subjected to both mechanical and thermal ac-tions. The mechanical actions follow from the dead weight and the superimposed loads, working on the structure at the moment of fire outbreak. The ther-mal actions follow from the increase of the gas tem-perature in the fire compartment and are governed by the heat transfer conditions at the surface of the construction elements. As a result of the thermal actions, the temperatures in the construction will increase. This is called “thermal response” and po-tentially leads to thermal elongation and deteriora-tion of the mechanical properties in the heated parts of the construction. Depending on the situation, the thermal elongation may (partly) be restrained lead-ing to thermal induced stresses. In combination with the mechanical actions, significant deformations may occur and under circumstances the building con-struction, or parts of it, may even collapse. This pro-cess is called “mechanical” response.

1.�ábra:�Ellenállás�a�tűznek�–�eseménylánc


A grafikonon 730 ºC-ig meredeken emelkedik az acél hőkapacitása, itt éri el a csúcsát, aztán bekövetkezik a fázisátmenet. A beton grafikonjának alakját a beton nedves-ségtartalmával magyarázzuk, ami a hő hatására elpárolog az anyagból. Megjegyzés: az acél termikus hővezető képessége egy nagyságrenddel nagyobb a betonénál. Ezért a hőmérsékleteloszlás tűz esetén sokkal egyenletesebb az acélelemekben, mint a vasbeton elemek beton részeiben. Egyszerűsítés gyanánt az acélelemek hőmérsékleteloszlását egyenletesnek vesszük, lásd 3. fejezet.

Ha egy szerkezeti elem anyagainak a termikus jellemzői ismertek, a hőmérsékleteloszlás mint elem – a termikus hatás megadásával – kiszámítható az (1) egyenlet alapján.

Habár, kivételes (egyszerű) esetekben az elemző eljárá-sok is használhatóak (3. ábra).

Valós helyzetekben hasznosak lehetnek a numerikus mód-szerek (számítógépes modell). Jelenleg több modell létezik (4. ábra).

A 3., 4. és 5. ábrán néhány lehetséges termikus hatásvizs-gálati modell látható.

A 3. ábrán egy bevonat nélküli acélgerenda, tetején beton-lappal látható és a termikus reagálása természetes tűzben. Az ábrán a hőmérséklet az alacsonyabb övlemezben és az acélgerenda gerinclemezében gyakorlatilag azonos, habár a hőmérsékleteloszlás a felső övlemeznél nem egyenletes. Ehhez tartozik a relatív hideg betonlap felső peremén levő hőveszteség. Az egyszerű számítási modelleket az EN 1993-1.2 szabvány tartalmazza, az acél keresztmetszetének alsó részén az egyenletes hőmérsékleteloszlás elfogadott. A felső perem alacsony hőmérsékletéhez beszámoljuk a mechanikai terhelés korrekciós tényezőjét κ .

A 4. ábrán 2Dben egy betonlap és egy acél profilnézetű hőmérsékleteloszlása látható, 120 perces szabványtűzben tartás után, a számításokat DIANA-val végezték (5. ábra). Az elmélet és a vizsgálat eredménye megegyezik, különösen a kritikus területeknél, a borda felső részeinél (a 4. ábrán a D pontnál).Megjegyzés: A hőmérsékleteloszlás nem egyenletes. A beton hővezető képessége egy relatíve kis értéket mutat.

Az 5. ábrán egy kompozit gerenda 3D-s termikus re-agálása látható. Az acél metszete egyik oldalt védőborítás nélküli, a másik oldalt védőborítással van ellátva. A 3Ds számítások sokkal bonyolultabb és csak ritkán használt

tervezési módszerek. Az értékek megadásának célja, hogy kiválaszthassuk a jelenleg létező számítási módszerek közül a legmegfelelőbbet.

2.�ábra:�Acél�és�beton�fő�hőjellemzői

3.�ábra:� �Termikus�reagálás:�acélgerenda/betonlap�(2D)

4.�ábra:� �Termikus�reagálás:�kompozit�tábla�(2D)

fire insu la tionstee l beam fire insu la tionstee l beam

5.�ábra:� �Termikus�reagálás:�kompozit�gerenda�(3D)

� Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008

3.��ACÉLSzERKEzETEK�SzÁMÍTÁSÁNAK�SzABÁLYAI

3.1�CélkitűzésAz acélszerkezetek termikus reagálásának vizsgálati célja, hogy tűzállóságukat meghatározhassuk. Amióta az acélele-mek normalizáltak, nincs szükség a külön kezelésükre, csak a teherbírásra vonatkozólag fontos a tűzállósági kri-tériumuk.

Az EN 1993.1.2 szabvány a következő lehetőségeket tar-talmazza az acélelemek viselkedésének vizsgálatakor:

– egyszerű számítási modellek;– fejlett számítási modellek.

A termikus reagálás a fejlett modellben az (1) egyenleten alapszik, az adott termikus hatással kombinálva.

Ezen modellek általános érvényűek. Az alapfeltevés az egyszerű modelleknél az egyenletes hőmérsékleteloszlás. Ez csak közelítőleg igaz a magas hővezető képességű acé-loknál.

A következő három lépést kell megtenni:

1. lépés: Meghatározni a kritikus acélhőmérsékletet (amely tönkremenetelt okoz).Ez a hőmérséklet az elem aktuális terhelésének és a szobahőmérsékletű szerkezet teherbíró képességének arányától függ, majd ebből meghatározhatjuk a mechanikai reagá-lást.

2. lépés: Meghatározzuk a hőmérsékleteloszlást az acél kereszt-metszetében, ez a termikus reagálás vizsgálatából adódik.

3. lépés: Meghatározzuk az acélelemek tűzállóságát, ez az 1. és 2. lépés kombinációjával történik.

Először a 2. lépés szempontjait tekintjük át. Az acél vezetőképességére egy végtelen magas értéket veszünk fel. Ezek után az acél hőmérséklete egyenlőtlen eloszlású és az 1. egyenlet redukálódik a következőre:

(2)

θa acél hőmérséklete [°C] t idő [s]ρa acél sűrűsége [kg/m3] ca fajhő [J/kg]

hnet,tot acélelem teljes hőfluxusa [W/m2]Am az acélelem tűznek kitett felülete [m2/m’]V az acélelem térfogata [m3/m’]

A (2) egyenlet jobb oldalán szereplő elemek:

–“hnet,tot” a termikus behatást foglalja magába, az adott tűz típusától (szabványtüzek, szénhidrogéntüzek, természetes tüzek) és az acélelemvédelemtől (ha van) függően (az 1. részben tárgyaltuk).

–“ρaca” az acél fizikai és kémiai adatai.

–“Am/V” az acél geometriai adatai, és a tűznek kitett oldalak aránya (minden oldal, vagy 3 oldal stb.). Ezt a hányadost nevezzük keresztmetszeti tényezőnek.

A (2) egyenlet a számítási szabályok alapja az acél hőmérsékletének meghatározásának, különösen az egyszerű számítási modellnek, mely az Eurocode acélszerkezetek [1] részében szerepel, használható, ha adottak a kezdeti és peremfeltételek.

Általános feltevés a kezdeti állapotokra vonatkozóan, hogy a fő esemény a tűz, a kezdeti hőmérséklet a szobahőmérséklet 20 °C.

A határfeltételek meghatározottak a tűz környezetében levő elemek teljes tiszta hőáramlásból (= termikus ha-tás). A hőáramlás hősugárzás és hővezetés révén lép fel. A 7. ábrán szereplő alapegyenletekkel kapcsolatban lásd 1. rész.

A következők figyelhetők meg:

A Stephan–Bolzmann sugárzási törvényből adódik a sugárzási hőátadás. Ezzel a törvénnyel meghatározhatjuk az acélelemek maximális sugárzási értékét, ebből adódóan a sugárzás hőmérséklete megegyezhet a gáz hőmérsékletével és követi a tűz modellét.

Ez a sugárzási hőátadás egyenletének alapja az EN 1993.1.2. [1] szabványban.

Ebben az egyenletben a következő fizikai tényezők játszanak szerepet:– Stephan–Bolzmann-állandó (σ = 5.67 10-8 W/m2K4):

ez egy fizikai állandó.– Az elem felületének kibocsátó képessége (εm): ez az

anyag felületétől függ.– Az alaki tényező (Φ): a geometriai tényező ≤ 1; sok

valós esetben (szabványtűz szimulációjakor) ez a tényező sokszor 1nek vehető. Lokális tűz esetén Φ <1.

Megjegyzendő, hogy a felület hőmérséklete (Θm) a pil-lanatnyi időközökként követi az (1) egyenlet szerint meghatározott hőmérsékletet.

6.�ábra:� �Egyszerű�számítási�eljáráson�alapuló�módszer� .az�acélelemek�tűzállóságához

7.�ábra:� �Hőátadás�a�védett�oldalon

.

.


A nettó konvektív (hővezetés általi) hőátadás körülbelül arányos a hőmérsékletkülönbséggel (Θg–Θm) és ezt a hővezetési tényező (αc) értéke befolyásolja; ez a gyakorlatban 25től (szabványtűz feltételek) 50 W/m2K-ig (szénhidrogéntűz) változik. Természetes tűz esetén αc=35 W/m2K.

Néhány gyakorlati következtetés a következőkben lesz tárgyalva a fenti számítási szabályokkal kapcsolatban a nem védett és a védett acél esetén.

3.2�Tűzvédelem�nélküli�acélelemekA hőmérsékleteloszlás számítási szabályát tűzvédelem

nélküli acélelemekre az ENV EC3-1.2 szabványrész tar-talmazza, mely a sugárzási és konvektív hőátadás szokványos paraméterértékein alapul [8]. Ezen értékek teszteken ala-puló elfogadott értékek, azonban – fizikai szempontból – nem nagyon meggyőzőek. Ezek kiemelten tartalmazzák a sugárzási hőátadást, az eredő kibocsátás kisebb mint: 0.5(=εf.εm), aminek megfelelően kell közelítenie a vizsgálati értékeket. A tűzkörnyezet kibocsátását εf-el jelöljük.

Ez a probléma sokkal egyszerűsödik, mikor a le-mez hőmérőt alkalmazunk (hőelempár helyett), mint mérőeszközt a gáz hőmérsékletének szabályozására a szab-vány tűzellenállás teszt során [1], [9].

A burkolatlan acélszerkezetek hőmérsékletének vizsgála-tára vonatkozó számítások valósághűbb és ellentmondás-mentes kialakítása során az EN EC3-1.2 [1] alapján figye-lembe véve a jövőbeni tűztesztek gyakorlatát is, a valóság-hoz közelebbi értéket alkalmak a kibocsátási tényezőhöz, mint az acél felületi kibocsátása: (єa): 0.7 (egy viszonylag alacsony, de valós érték) és a tűz környezete: (єfi): 1.0 (egy közvetlen eredmény, hogy lemez hőmérőt alkalmaznak a kemence vezérléséhez a fűtés szabályzásra [9]).

Az ezen módosításokkal számított hőmérsékleteknek „emelő hatása” van, melyet ellensúlyoz az ún. árnyékha-tás, ami nem közvetlenül van figyelembe véve az ENV előírásokban. Teljesen beépített elemet feltételezve (mint az egyszerű számítási modell esetében) az árnyékhatást okozhatják a sugárzástól védett helyek az acél profilján, ami az alakjából adódik.

Szerepet játszik az acélelemek konkáv formája is, úgymint az I szelvénynél. A konvex alakú szelvényeknél, valamint a csövek, az árnyékhatás nem létezik (nincs helyi takarás).

A hőmérséklet növekedése ∆θa,t, egy védelem nélküli acélelem esetén ∆t időközönként meghatározható, a következő egyenlet segítségével:

(3)

ksh árnyékhatás korrekciós tényezője

hnet,d a burkolatlan acélfelületre eső hőfluxusa єa = 0.7 ésєfi= 1.0 [W/m2].

Új a kifejezésben – összehasonlítva az ENV EC3-1.2-el – a változtatott tényező ksh az árnyékhatáshoz. A korrekciós tényező nem tesz különbséget a hőáramlás és hővezetés között. A hővezetésre az árnyékhatás nincs olyan hatás-sal, mint a hőáramlásra. Ezt a hatást elhanyagoljuk, mert tűz esetén a hővezetés szerepe kicsi. Ez mutatja, hogy az I szelvénynél a névleges tűz hatására az árnyékhatás jól leírható [9].

(4a)

[Am/V]box a keresztmetszeti tényező doboz (box) értéke, értelmezés szerint a szelvényt magába foglaló elképzelt doboz nagyságának és az acél térfo-gatának aránya.

Minden más esetben a kshértékmeghatározható:(4b)

A ksh fenti definíciójából következik, hogy cső esetén az árnyékhatás nem létezik, mivel

3.3�Védelemmel�ellátott�acélelemek

A szigetelt acélelemek hőmérsékletnövekedésének számítási egyenlete hasonló a (3) egyenlethez. Azonban ebben az esetben a szigetelés hatását figyelembe kell venni, mikor a nettó hőkibocsátást számítjuk. Valós esetekben a hőmérsékletesés a szigetelésnél viszonylag nagy. Következésképpen a szigetelés felszíni hőmérséklete közeli a gáz hőmérsékletéhez.

Mivel a hősugárzás értéke kicsi, ezért normál esetben el-hanyagolható. Ez azt jelenti, hogy nem fontos az árnyékha-tás, amiért nem szükséges a korrekciós tényező (ksh) mint a védelem nélküli acéloknál. Lásd [1].

A fentieket mutatja be a 9. ábra. Az ábrán megadott alap-összefüggések szigetelt acélokra vonatkoznak.

8.�ábra:� �Védelem�nélküli�acélelemek�hőmérséklet-növekedése

9.�ábra:� �Szigetelt�acél�hőmérséklet-növekedése

.

� Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008

Burkolatlan acéloknál, egy átfogó, teljes felületre kiterjedő hőátadási együttható határozható meg Kins.Nyilvánvalóan befolyásolja ezt a szigetelés vastagsága (dp),az acél termi-kus tulajdonsága (ρa, ca) és a szigetelés anyaga (λp, ρp,cp).

Az (1) egyenlet figyelembe veszi a fent említett hatásokat. Ha a szigetelés termikus kapacitása kicsi az acéléhoz képest, akkor közelítőleg Kins≈λp/dplineáris hőmérsékleteloszlást kapunk. Ezt szintén mutatja a 9. ábra. A keresztmetszeti tényező a szigetelt acélelemek eseténAp/V.

Lásd 3.4. fejezet.

3.4��Hőmérséklet-növekedés� .tervezési�paraméterei

3.4.1�Alapok

A hőmérsékletnövekedés egy acélelemnél – adott tűztípus esetén – két tervezési paramétertől függ:–keresztmetszeti tényezőAm/V,Ap/V(a nemszigetelt és

a szigetelt (védett) elemek figyelembevételével),–a szigetelés jellemzői dp, λp, ρp, cp (csak szigetelt ele-

meknél).

A következő bekezdésekben minden ilyen paramétert megismerünk, tömören. Kihangsúlyozzuk a szabvány-tüzet, mert a valóságban ezen feltételekre terveznek általában.

Szempontokat adunk meg mind a nem szigetelt, mind a szigetelt acéloknál a természetes tűzbiztonság fogalmának használatára a 3.4.4. fejezetben.

3.4.2��A�keresztmetszeti�tényező�meghatározása�.és�hatása

A 10. ábra a keresztmetszeti tényező hatását ábrázolja, a hőmérséklet növekedésekor burkolatlan acélnál.

A kedvező arány a keresztmetszeti tényezőnél 50 és 400 m-1 között van.

Hasonló információt, habár egy általánosabb esetben a 11. a) és b) ábrákon is láthatunk. A 11. a) ábra a bevo-nat nélküli acélokra vonatkozik. A 11. b) ábrán a bevo-nattal ellátott acélelemek szerepelnek, melyek 90 percre szabványtűznek vannak kitéve. Ezeken az ábrákon a keresztmetszeti tényező hatása látható az acél hőmérsékletváltozásánál, minden görbe egy bizonyos szigetelésvastag-sághoz tartozik.

Mint azt már korábban említettük, a keresztmetszeti tényező meghatározható, mint a hőátadás felszínének és az acél térfogatának hányadosa.

Még pótlólagosan a következő szabályok vonatkoznak rájuk:– dobozolás esetén az acél kerülete egyezzen meg a határoló

dobozéval, – az acélszelvény és a felette lévő betonfödém hőcseréjét

elhanyagoljuk.

A fogalmat magyarázza a 12. ábra, melyben számadatokat és néhány példát láthatunk. Átfogóbb áttekintés az [1]-ben található.

10.�ábra:��Acélprofilok�hőmérsékleti�eloszlása�az�idő�függvényében

11.�a)�b)�ábra:� �Acél-hőmérsékletek�a�keresztmetszeti�tényező�szerint

12.�ábra:� �Acélprofil�keresztmetszeti�tényezői

a)�kialakítás

b)�adatok


3.4.3��Szerkezeti�acélok� .tűzvédelmi�burkolatainak�jellemzése

A 3.4.1 bekezdésben már említett szigetelés főbb jellemzői a következők:–hővezető képesség (λp),– fajhő (cp),–sűrűség (ρp),–vastagság (dp).

Az első három tulajdonság fizikai jellemző. Tudni kell azonban, hogy aktuális értékük folyamatosan változhat, mely összefügg a tűz hatásával, mint a repedések, rétegelválás és a nedvesség elpárolgása. Ez főként a hővezető képességre igaz.

Ráadásul az általában használt tűzvédelemre használt anyagok hővezető képessége jelentősen változik a hőmérséklet függvényében. Ezért azon λp értékek, melyek adottak a táblázatokban a szobahőmérsékleti felhasználáshoz, nem használhatóak tűzvédelmi tervezéshez.

A λpmeghatározásához egy speciális fél-tapasztalati köze-lítést használunk [10]. A közelítésekben két különböző vizsgálati eljárás jöhet szóba:(a) terhelt és terheletlen gerendák vizsgálata,(b) terheletlen, rövid oszlopok vizsgálata.

ad. a: Ezeknek a vizsgálatoknak a célja, hogy a szigetelési rendszerről kiderítse, hogy összefüggő marade és a rögzítéseken megmaradóe a tűz hatása folyamán, mint ahogy szükséges 3.4ben [1]. Két pár egyező keresztmetszetű gerenda van kitéve a szabványtűznek. Egy pár gerenda maximális vastagságú, a szigetelés-rendszernek megfelelően, a másik pár pedig a minimális vastagsággal rendelkezik. A különbség a terhelt és a terheletlen gerenda termikus reagálásban az, hogy a terhelt pár felvette a terhelést és deformáló-dott. A bevezetett korrekciós tényező éppen ezen hatásokat veszi figyelembe.

ad. b: Ezeknek a vizsgálatoknak a célja, hogy meghatározzuk a λpértéket amelyek érvényesek a tűz hatása alatt. 10 terheletlen, rövid oszlop (tipikus magasság: 1 m) van kitéve szabványtűznek. A szigetelés vastagsága, valamint a keresztmetszeti tényező szisztematikusan változnak. A mért acél hőmérséklete, ahol szükséges, a gerendatesztek alapján korrigált. Az eredményeket összegezték, melyek egy tervezési grafikonhoz vezettek, amit a 11. b) ábrán mutattunk be. A számítógépes programok, mint analizáló eszközök elérhetők, alkalmazhatók és az ábrázolást is képesek megoldani.

A 13. a) és b) ábrákon látható képek egy terhelt gerendát ábrázolnak tűzteszt előtt és után. A legnagyobb deformációk „átszúrást” okozhatnak.

A vizsgálat és értékelés módszere alkalmas az acél szigetelés rendszerének meghatározására. A szigetelések különböző változatai érhetők el:– aeroszol sprayek,– lapok,– felhabosodó bevonatok.

A tűzvédelemben több más típus is létezik. Használhatóak függőlegesen (acélokra rögzíthető részekből) vagy vízszintes (gerendák, emelet vagy tetőszerkezet álmennyezeteként

rögzítve). Európai szabványok léteznek a fent ismertetett tűzvédelmi burkolatokra acélszerkezetek tűzvédelmére [11, 12].

Ezen szabványok ismertetése meghaladja ezen anyag célkitűzését.

A fentiekből adódóan a szigeteléseket használati szem-pontból megkülönböztetjük, de előírásoknak megfelelően bírniuk kell az esetleges tűz behatásait a feltüntetett ha-tárokig. Bizonyos körülmények között a tűznek kitett acél „gyors és könnyű” közelítése hasznos lehet a hőmérsékletelemzés szempontjából.

Ennek megfelelően a Szerkezeti Acélok Európai Szövetsége (ECCS) kifejlesztette az „Euro-monogramokat” [13]. A 14. ábra illusztrálja a monogramokat, melyeken feltüntették a tűzállóság idejét és a hőmérsékleteket is a keresztmetszeti tényezőknek Am/Vértéknek megfelelően.

A szigetelt tagnak a következő tényezők a jellemző paraméterei: (λp/dp),(Ap/V).

Megjegyzés: Az Euromonogramok meghatározása az ENV EC31.2 része alapján történt. Ezért ezeket bizonyos fenntartásokkal kell kezelni.

13.�ábra:�tűznek�kitett�terhelt�gerenda

a)�tűzvizsgálat�előtt

b)�tűzvizsgálat�után


3.4.4�A�nem�szabványos�tűz�eseteAz 1. részben a számítások a természetes tűz biztonsági

szempontja megközelítés alapján kerültek meghatározásra. Hasonlóan a védelem nélküli acéloknál is a közelítés elfo-gadott, a termikus (és mechanikai) jellemzők hasonlóak a természetes tűz esetén is. Nem egyértelmű a hasonlóság az acéloknál használt különböző szigetelőrendszerek között. Ahogyan az előző részben leírtuk, sok jellemző került meghatározásra a szabványtűz esetén. Szigorúan nézve olyan acéljellemzőket alkalmaznak, melyek jelentősen kül-önböznek a nem szabványtűz esetén.

A természetes tűz fogalma tartalmaz a védett szerkezeti acélok tervezésére vonatkozóan néhány figyelmeztetést. Másrészről, be kell látnunk, hogy jelenleg a termikus jellemzők elfogadottak annak ellenére, hogy a tűz jellemzői sokban eltérhetnek a szabványostól. Ennek okáért vitat-ható, hogy a természetes tűz esetén is használhatók ezen jellemzők.

KÖSzÖNETNYILVÁNÍTÁSA cikk a DIFISEK+ program (Dissemination of Fire Safety Engineering Knowledge) keretében, annak WP 2. része: Vassart, O.: Thermal Response, ArcelorMittal Long Carbon Europe Research Centre, GrandDuchy of Luxembourg fel-használásával történt.

HIVATKOzÁSOK

[1] EN 1993.1.2: “Eurocode 3: Design of Steel Structures, part 1.2: General Rules - Structural fire design”. CEN TC 250, 2004.

[2] EN 1994.1.2: “Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures, part 1.2: General Rules – Fire Design”. CEN TC 250, 2004.

[3] Welty, J.R., Wicks, C.E. and Wilson, R.E.: “Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer”. John Wiley & Sons, New York, 1976.

[4] Twilt, L. et al: “Design tools for the behaviour of multistorey steel-framed buildings exposed to natural fires”. Report EUR 20953 EN, European Commission, Science Research and Development, 2004.

[5] Both, C., Stark, J.W.B. and Twilt, L.: “Numerical simulation of thermal and structural response of composite steel/con-crete structures to fire”. Proceedings 4th Pacific Structural Steel Conference, pp 171-178, Singapore, 1995

[6] Both, C.: “3D analysis of fire exposed composite slabs”. Proceedings 3rd CIB/W14 Workshop on Modelling, Delft, 1993.

[7] EN 1991.1.2: “Eurocode 1: Actions on Structures, part 1.2: General Actions – Actions on structures exposed to fire”. CEN TC 250, 2002.

[8] ENV 1993.1.2: “Eurocode 3: Design of Steel Structures, part 1.2: General Rules – Structural fire design”. CEN TC 250, 1995.

[9] Twilt, L., Leur, P.H.E. v.d., and Both, C.: “Characteristics of the heat transfer for calculating the temperature develop-ment in structural steelwork exposed to standard fire con-ditions under plate thermocouple control”. Proceedings of the first international workshop “Structures in Fire”, Copenhagen, June 19 and 20, 2001.

[10] ENV13381-4: “Test method for determining the contri-bution to the fire resistance of structural members Part 4: Applied protection to steel members”. CEN TC 127, 2002.

[11] prENV13381-1: “Test method for determining the contri-bution to the fire resistance of structural members Part 1: Horizontal protective membranes”. CEN TC 127, (under preparation).

[12] ENV13381-2: “Test method for determining the contribu-tion to the fire resistance of structural members Part 1: Vertical protective membranes”. CEN TC 127, 2002.

[13] ECCS TC3: Eurono-monograms for fire exposed steel-work

[14] EN 1363-1: Fire resistance tests – Part 1: General require-ments”, CEN TC 127, 1999.

[15] Both, C.: The Fire Resistance of Composites Steel-Concrete Slabs”, Dissertation TU Delft, 1998.

[16] ENV 1994.1.2: “Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures, part 1.2: General Rules – Structural fire design”. CEN TC 250, 1995.

[17] Twilt, L. et al: “Design Guide for Structural Hollow Section Columns Exposed to Fire”. CIDECT, Verlag TUV Rheinland,1994.

[18] POTFIRE Manual, version 1-1, CTICM, Paris, 2000.[19] Twilt, L., Both, C, Kruppa, J., Zoa, B.: “Fire Design of

Unprotected Concrete Filled SHS Columns: The further development and extension of application of user friend-ly PC software”. Proceedings of the ISTS conference, Dűsseldorf, April 2001.

[20] REAFO/CAFIR: “Computer assisted analysis of the fire resistance of steel and composite concrete structures”. CEC Research 7210SA/502, Final Report, Luxembourg, March 1986.

14.�ábra:��Euromonogramok


BEVEzETÉSMagas hőmérsékletek esetén az acélok folyáshatára (fy)

és rugalmassági modulusa (E) jelentősen csökken, így az acélszerkezetekben nagy alakváltozás és teherbírás-csökkenés következik be. Az Eurocode 3 (a továbbiakban EC3) [1] megadja a kyΘ és kEΘ csökkentő tényezők értékeit.

Érdemes megjegyezni, hogy a rozsdamentes acélok csök-kentő tényezői kedvezőbbek a szénacélokéinál. A rozsdamentes acélokról az angol acélszerkezeti intézetben 2007-ben tartottak szemináriumot, ahol foglalkoztak a négyzet-csőszelvényű oszlopok teherbírásával tűz esetén [2].

A 2008. évi Eurosteel konferencián 23 előadás foglalko-zott a tűzbiztos méretezéssel, többek között Lopes [3]. Japánban speciális tűzálló acélokat fejlesztettek ki, amelyek folyáshatára 600 ºC -on a 20 ºC -os folyáshatár 2/3-a [4].

A csőgyártók nemzetközi szövetsége (CIDECT) tervezési irányelveket dolgozott ki csőszelvényű szerkezetek tűzbiztos tervezésére [5]. Jelen tanulmányban ezen irányelvek alap-ján tárgyaljuk a nyomott csőszelvényű rudak ellenőrzését és optimális méretezését, felhasználva az EC3 képleteit is.

A�KRITIKUS�HőMÉRSÉKLET�móDSzEREAz 1. ábra a hőmérsékleteket mutatja az idő függvé-

nyében. A tűz során keletkező gázok hőmérsékleti görbéjét kísérletek alapján az EC függvénnyel adja meg:

(1)

aholt az idő sec-ban.

A gáz hőmérsékleti görbéjére végeztek vizsgálatokat Ghojel és Wong [6].

ACÉLSzERKEzETEK�MECHANIKAI�VISELKEDÉSE�Tűz�ESETÉN�Nyomott�körcsőszelvényű�rúd� .

optimális�méretezése�tűzállóságra�

MECHANICAL�RESPONSE�OF�STEEL�STRUCTURES� .IN�CASE�OF�FIRE.

Optimum�design�for�fire�resistance�of�a�compressed�strut�of�circular�hollow�section

Farkas József Prof. emeritus, a műszaki tudományok doktora, Dr.h.c.Miskolci Egyetem

A kritikus hőmérséklet módszerével meghatározható egy acélszerkezeti elem tűzállósági időtartama az Eurocode képleteivel. 600 ºCig a ΔΘa–Δthőmérséklet–idő összefüggés közelítőleg lineárisnak tekinthető, így az időintervallumokkal való számítás helyett a képlet közvetlenül alkalmazható a Θcr–R összefüg-gésre. E módszerrel ellenőrzésként egy számpéldában meghatározzuk egy nyomásra terhelt körcsőszelvényű acélrúd tűzállósági idejét.Az optimális méretezés magasabb rendű a tervezés-nél, mert a méretezési feltételek teljesítése mellett kiválasztja a leggazdaságosabb szerkezetvariánst. Az optimálást egy nyomott körcsőszelvényű rúdra mutatjuk be.

The fire resistance time of a steel structure can be determined by the method of critical temperature and by using the formulae of Eurocodes. Till 600 ºC the ΔΘa–Δt temperaturetime correlation can be as-sumed linear, thus, instead of the calculation with time intervals the formula can be applied for the correlation of Θcr–R. Using this method the fireresistance time of a compressed strut of circular hollow section (CHS) is determined.The optimum design is superior to simple design, since it determines not only a structure fulfilling the design constraints, but also the most economic struc-tural version. The optimum design of a compressed strut of CHS is worked out.

1.�ábra:� �A�tűz�gázának�és�az�acélszerkezeti�elem�hőmérsékletének�görbéje�az�idő�függvényében.�A�szerkezeti�elem�tűzállósági�ideje�(R)�és�a�kritikus�hőmérséklet�(Θcr)�összefüggése

(1)

�0 Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008

Az acélszerkezetekben keletkező hőmérséklet görbéjének képlete egyΔt időintervallumra vonatkozóan [7]

(2)

A tényleges hőáram a konvekciós és sugárzási részből áll

(3)a konvekciós rész

(4)a sugárzási rész

(5)5.67x10-8 a Stefan–Boltzmann-állandó,

az acél fajhője

(6)

Ebben a szerkezeti elem keresztmetszetére jellemző adat az Am /V, ahol állandó keresztmetszetű rúd esetén Am a lángokkal körülvett rúd felülete, Va rúd térfogata.Állandó keresztmetszetű, állandó t0 vastagságú, egyszeresen zárt szelvényű rúd esetén

(7)ahol t0 a szelvényvastagság.

A 2. ábra mutatja, hogy minél nagyobb az Am /V érték, annál jobban közelíti az acélelem hőmérséklete a gázét, vagyis annál veszélyesebb az acélelem helyzete.

A kritikus hőmérséklet nyomott rudaknál a μ0 = Nfi /N0kihasználtsági tényezőtől függ, ahol. Nfi a tűz során alkalmazott nyomóerő (a fi index az angol fire = tűz rövidítése), N0a rúd teherbírása 20 °C nál.

(8)

A 2. ábra a kritikus hőmérséklet és az idő összefüggését érzékelteti.

Kihajlás esetén

(9)

a kihajlási tényező

(10)

(11)

Körcsőszelvénynél

(12)

Tűz esetén a c jelű kihajlási görbe [8] használandó, így α = 0.49.

Épületvázaknál a felső szinti oszlopoknál a kihajlási hossz L = 0.7h, közbülső szinti oszlopoknál L = 0.5h, h az oszlopmagasság.

Ha meghatározzuk az acél hőmérsékleti görbéjét és a kritikus hőmérsékletet, ezt kivetítve az acél görbéjére, az 1. ábra szerint megkapjuk azt az időtartamot (R– resistance), amíg a szerkezet teherbíróképes (tűzállósági idő). Ezt az előírások megadják 30, 60, vagy 120 percben.

Θa (C o)

gáz

t (m in)2.�ábra:� �Az�acélszerkezeti�elem�hőmérséklete� .

különböző�Am /V értékekre�az�idő�függvényében

Θcr (C o)

µ03.�ábra:� �A�kritikus�hőmérséklet�a�kihasználtsági�tényező� .

függvényében

Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008 ��

NYOMOTT�KÖRCSőSzELVÉNYű�OSzLOP�ELLENőRzÉSE�Tűz�ESETÉRE

Az ellenőrzés során adott csőkeresztmetszetre (t0vastag-ság, D átmérő), kihajlási hosszra (L), tűz melletti terhelésre (Nfi) meghatározzuk a kritikus hőmérsékletet (Θcr) és a tűzállósági időt (R).

Adatok: D = 355.6, t0 = 28 mm, L = 0.5x5000 = 2500 mm,Nfi=3000kN,fy=235MPa.

A (9)–(12) képletekkel N0=6.669x106[N],μ0=0.45.A kritikus hőmérséklet a (8) szerint Θcr=601 ºC.A nyomott acélcső hőmérséklet–idő görbéjének pontos meghatározásához a (2) szerint Δt = 5 időközönként haladva kellene végezni, azonban 600 ºCig az összefüggést közelítőleg lineárisnak tekintve a (2)ből ΔΘa = Θcrhelyettesítéssel a tűzállósági idő kiszámítható. A vonatkozó képletekbe Θa helyett Θcr-thelyettesítve hnetc=6008,hnetr=43530,hnetd=49540,ca=761, és

min. (13)

Vagyis a rúd megfelel a tűzállósági követelménynek.

Az EC3 szerint ellenőrizni kell, hogy Nfi < Nfi.t vagyis hogy a terhelés kisebb mint at időponti teherbírás.

Az utóbbi képlete az 1, 2 és 3 szelvénycsoportra

(14)

a γMfi biztonsági tényezőre az EC3 1et javasol,

(15)

(16)

A kyΘi és kEΘi tényezőket az EC3 táblázatosan adja meg, ezekre a Θa hőmérséklet függvényében lineáris közelítő képleteket használhatunk:

(17)ha 20 ºC < Θa< 400 ºC

(18)

ha 400 ºC < Θa < 500 ºC

(19)

ha 500 ºC < Θa< 600 ºCés

(20)

ha 20 ºC < Θa <100 ºC

(21)

ha 100 ºC < Θa < 500 ºC

(22)

ha 500 ºC < Θa < 600 ºC

A Θa értékét a Θcrból számítjuk az előírt R = 30 minnak megfelelően:

(23)

ahol R a kritikus hőmérséklethez tartozó tűzállósági idő.

Az ellenőrzött rúd esetén Θa= 532 ºC és Nfi.t=3883 kN > 3000 = Nfi, tehát a rúd ennek a követelménynek is megfelel.

Az�OPTIMÁLIS�MÉRETEzÉSRőLAz optimálás során meghatározzuk azokat a szerkezet-

paramétereket (változókat), amelyek minimálják a célfügg-vényt és kielégítik a méretezési feltételeket. A változók rendszerint a szerkezet fő méretei, a célfüggvény lehet a szerkezet tömege vagy költsége. A méretezési feltételek előírják a szerkezet biztonságát a tönkremenetellel szemben (törés, instabilitás, fáradás, nagy alakváltozás) és gyártha-tóságát (méretkorlátozások, méretpontatlansági korlátok).

Ha a célfüggvényt és a méretezési feltételeket a válto-zók függvényében meg tudjuk fogalmazni, az optimálás matematikai feltételes szélsőértékszámítási módszerekkel végrehajtható.

Az optimális méretezés magasabb rendű mint az egyszerű tervezés, mert a tervezés csak a méretezési feltételek telje-sítésére törekszik, míg az optimálás a célfüggvényt is mi-nimálja. Amíg a méretezési feltételeknek sok szerkezet-variáns is megfelelhet, addig az optimálás ezek közül ki-választja legmegfelelőbbet, vagyis azt, amely minimálja a célfüggvényt. Költségfüggvény esetén a kiválasztás a gaz-daságosság szempontja szerint történik a költségek össze-hasonlításával.

A [9] könyvben keretek optimális méretezése szerepel tűz esetére is.

NYOMOTT�KÖRCSőSzELVÉNYű�RúD�OPTIMÁLIS�MÉRETEzÉSE�TűzÁLLóSÁgRA

Az optimálás során a több megfelelő szerkezetvariáns közül kiválasztjuk azt a körcsőszelvényt, amelynek leg-kisebb a keresztmetszeti területe. A szelvényválasztékot a Dutta–Wörkerféle csőszerkezeti kézikönyvből [10] vesszük (DIN 2448 és 2458).

Adatok (az előbbi ellenőrzési számpéldának megfelelően):

Nfi=3000kN,fy=235MPa,L=2500mm.Ismeretlen változók : D,t0.A célfüggvény:

A méretezési feltétel az előírt tűzállósági idő R=30min.


Bár csak kétváltozós a probléma, de a bonyolult össze-függések miatt a két változó nem választható szét. Ezért a MathCAD számítógépi eljárást alkalmazzuk iterációval. Felvett D és t0 értékekkel számítjuk a Θcr-t, majd ezzel a (13) képletből egy új t01vastagságot

(24)

és ez alapján a szelvénytáblázatból új kerekített vastagságot veszünk fel, ha az előző kisebb t01nél. Ezután ellenőrizzük, hogy az Nfi<Nfi.t feltétel fennáll-e.

Az 1. táblázat mutatja a számítás eredményeit.

Látható, hogy a tömegminimum és a tűzállóság feltétele nagy szelvényvastagságokat eredményez. A 177.8x55-ös szelvény már nem felel meg, mert Nfi.t < Nfi. Tehát az optimális szelvény a 193.7x50 mm. Az eredeti 355.6x28-as szelvény helyett a sokkal kisebb keresztmetszeti területű 193.7x50 szelvény gazdaságosabb, amennyiben ez a vastag szelvény gyártható.

KÖSzÖNETNYILVÁNÍTÁSA cikk a DIFISEK+ program (Dissemination of Fire Safety Engineering Knowledge) keretében, annak WP 3. része: Zhao, B.: WP 3 Mechanical response, CTICM – Centre Technique de la Construction Métallique, France részbeni felhasználásával történt.

Irodalom

[1] Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-2. General rules – Structural fire design. Brussels, 2005.

[2] Uppfeldt,B., Ala-Outinen,T., Veljkovic,M. A design model for stainless steel box columns in fire. J. Constr. Steel Research 64 (2008) No.11. 1294-1301.

[3] Lopes,N. et al. Flexural buckling of axially loaded ferritic stainless steel columns in case of fire. In “5th European Conference on Steel and Composite Structures, Graz, Austria, 2008. Brussels, ECCS” Vol.B. 989-994.

[4] Sakumoto,Y. et al. High-temperature properties of fire-resistant steel for buildings. J. Struct. Eng. ASCE 118 (1992) No.2. 392-407.

[5] Twitt,L. et al. (CIDECT) Design guide for structural hollow section columns exposed to fire. Köln, TÜV Rheinland, 1996.

[6] Ghojel,J.I., Wong,M.B. An improved heat transfer model for the thermal analysis of unprotected steel members. In” 4th European Conference on Steel and Composite Structures, Maastricht, The Nederlands, 2005. Aachen, Druck und Verlagshaus Mainz” Vol.C. 5.1-111-118.

[7] Eurocode 1: A tartószerkezeteket érő hatások. 12. rész. Általános hatások. A tűznek kitett szerkezeteket érő hatá-sok. MSZ EN 199112:2005.

[8] Eurocode 3. Part 1-1. General structural rules. Brussels, 2005.

[9] Farkas,J., Jármai,K. Design and optimization of metal structures. Chichester, Horwood Publ.Ltd. 2008.

[10] Dutta,D., Würker,KG. Handbuch Hohlprofile in Stahlkonstruktionen. TÜV Rheinland, Köln, 1988.

D mm t0 mm A mm2 Θc °C Θa Nfi.t kN355.6 28 28820 601 532 3883

323.9 30 27700 593 516 3945

298.5 32 26790 585 499 4007

273 36 26800 582 449 4420

244.5 36 23580 557 495 3346

219.1 40 22510 543 469 3244

193.7 50 22570 531 391 3444

177.8 55 21220 504 386 2958

1.�táblázat:�A�feltételeknek�megfelelő�körcsőszelvények�adatai


ÖSzVÉRSzERKEzETEK�TûzÁLLóSÁgA

FIRE�RESISTANCE�OF�COMPOSITE�STRUCTURES

Szabó Lívia – Dr. Horváth LászlóBME

Hazánkban egyelõre nem alkalmaznak széles körben öszvérszerkezeteket a tûzállósági problémák orvoslására. Hasonló példákat NyugatEurópában már láthatunk. Napjainkban a tûzteherre való méretezés egyre inkább fontos kérdéssé válik, erre azonban nem csak a vasbeton szerkezetek felelnek meg, hanem a pusztán acél, illetve az öszvér irányba mozdult szerkezetek is.

In Hungary the applycation of composit structures is not widespread, to overcome fire resistance problems. There are similar examples of it in WesternEurope. Nowdays design for fire resistance is becoming more and more important. As a solution, steel and com-posit structures can be applied, not only structures made of concrete.

Ahogy egyre fontosabbá válik az épületek tûz elleni védelme, úgy egyre inkább szükséges hatékonyabb mód-szerek kidolgozása a hatékonyság valamint a gazdaságosság növelésére. Gyakorlatban egyelõre az aktív védelem az elterjedtebb. Az acélszerkezeteket jellemzõen festékek-kel vagy táblás hõszigetelõ anyagokkal védik a felmelege-déstõl. Ezek azonban jelentõs költséget jelentenek, vala-mint a kivitelezési idõt is meghosszabbítják. Ezek az okok teszik indokolttá a passzív védelmi megoldások keresését. Megoldást jelenthet az aktív és passzív védelem kombiná-lása is. Olyan technológiák, anyagválasztások jelentenek elõrelépést, amelyek minimális költséget jelentenek az üzemszerû használatra történõ méretezésen felül. Ha az acélt és a betont úgy kombináljuk, hogy a beton védelmet nyújthasson az acélnak magas hõmérsékleti hatások esetén és a szerkezet még így sem túlméretezett élettartama során, akkor elértük a célunkat. A kérdésre, hogy az elõbbi elmé-let gyakorlatban gazdaságosan alkalmazható-e, egy konkrét épület Európai Uniós szabvány szerinti számításával igye-keztünk megadni a választ.

Az�ÉPüLET

A vizsgálat tárgya egy parkolóház, melynek 3 szintjén összesen 209 személygépkocsi kaphat helyet, ebbõl 18 par-kolóhely mozgássérültek részére van fenntartva. Az épület két szintje fedett, míg a legfelsõ szabad. Az egyes szintek megközelítése az épület közepén, hosszirányban elhelye-zett rámpán történik, mely kétirányú forgalmat bonyolít. A gyalogosközlekedés az épület négy sarkán kialakított lépcsõházakban, illetve lifteken zajlik. Ezek befoglaló szer-kezete biztosítja egyben az épület merevítését is. Az épüle-ten körben acélkorlát kerül kialakításra, tömör mellvéd nincs. A parkolóház befoglaló mérete mintegy 54 m x 38 m, magassága 8,5 m.

A választás azért erre a kialakításra esett, mert így a letisztult geometria mellett egyszerû szerkezeti elemeket lehet vizsgálni. A szerkezetet prEN 1994-1-1 (Design of composite steel and concrete structures - Part 1.1: General rules and rules for buildings) szabvány szerint méreteztük.

1. 1.

1.1.

2.

3.

Alaprajzi�elrendezés

Oszlop�és�gerenda�szelvénye

�� Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008

A számítás eredményeképp az alábbi szerkezeti méretek adódtak:

A födém trapézlemezzel együttdolgozó öszvérfödém. A trapézlemez Comfloor 70 típusú, 70 mm hullámmagas-ságú, 1,2 mm vastag. A födém teljes vastagsága 14 cm. A trapézlemez és a födém között az együttdolgozást a trapézlemez rovátkolása biztosítja. A födém folytatólagos, többtámaszú lemezként kerül kialakításra. A trapézlemez minden egyes bordájában egy-egy Ø25-ös acélbetét kerül. A lemez felsõ részére kétirányú hálós kialakítású vasalás kerül: Ø16/200.

A gerendák öszvér kialakításúak, ami a szelvény betonnal való kiöntésével valósul meg. Ezen kialakítás lehetõvé teszi az öszvérgerendák elõregyártását, így a helyszínen csak sze-relni kell. A födémmel való együttdolgozást fejes csapok biztosítják. A gerendák kéttámaszú tartóként mûködnek. Az oszlop–gerenda, illetve gerenda–gerenda kapcsolatok csavarozott kapcsolatokként kerülnek kialakításra. A kap-csolat környezetében nincs betonkiöntés, oda a szerelést követõen méretre szabott hõszigetelõ panelek kerülnek.

A fõtartó IPE360 típusú, melegen hengerelt szelvény, a fióktartó IPE220-as szelvény. Az oszlop a gerendákhoz ha-sonló kialakítású, szelvénye: HEA260.

A�TûzTEHERRõL�ÁLTALÁNOSSÁgBAN

Tûz esetén a szerkezetek a melegedés következtében veszítenek teherbírásukból, függetlenül attól, hogy milyen anyagból készültek. Ennek ellenére bizonyos funkciókat elvárunk a szerkezetektõl tûz esetén is. Terheit egy elõírt idõtartamon belül viselnie kell, meg kell gátolja a tûz és a füst továbbterjedését az épületben, illetve átterjedését a szomszédos épületekre. További alapvetõ feltétel, hogy az épületben tartózkodó személyek biztonságos körülmények között elhagyhassák azt, vagy más módon kell gondoskodni a védelmükrõl. Természetesen a tûzoltók védelmérõl is gon-doskodni kell.

Az úgynevezett tûzállósági idõtartamok egy adott szerkezet esetében nem azt a konkrét idõtartamot jelentik, ameddig az adott szerkezeti elem valóban funkcionális tûz esetén, azok ugyanis egy szabványos hõmérséklet–idõ görbe alap-ján végzett melegítési kísérlet eredményeire vonatkoznak. Ez a hõmérséklet–idõ görbe eltér minden valóságos tûz-típus hõmérséklet–idõ összefüggésétõl. A görbe a hõmér-sékletnek egy egyre növekvõ függvényét adja meg. A tûz-állósági idõtartam tehát nem más, mint szabványos össze-hasonlító adat.

A hõmérséklet növekedésével a legtöbb építõanyag szi-lárdsági és merevségi jellemzõi fokozatosan leépülnek. Az ábrák az acél és a beton feszültség–alakváltozás diagramjait mutatják különbözõ hõmérsékleteken.

Gyakorlati számításkor a szabvány táblázatosan adja meg a különbözõ anyagok mechanikai tulajdonságainak reduk-ciós tényezõit a hõmérséklet függvényében. Mindenképpen érdemes megjegyezni, hogy a fent látható grafikonok az 1994-ben kiadott szabványból származnak. Az épület számí-tása e szabvány szerint készült. Azóta elérhetõ azonban a szabvány 2005-ös változata, amelyben a beton szilárdsági jellemzõinek változásán módosítottak. A jelenleg érvény-ben lévõ szabvány szerint adott hõmérsékleten az egyes feszültségi értékek nagyobb alakváltozások mellett alakul-nak ki.

Az EC4 az együttdolgozó szerkezetek és szerkezeti elemek (gerendák, oszlopok és födémlemezek) passzív, azaz saját tûzállóságával foglalkozik. Ha ez nem bizonyulna elegen-dõnek, különbözõ módokon megóvhatjuk a szerkezeteket a felmelegedéstõl.

ÖSzVÉRSzERKEzETEK� .TûzTEHERRE�TÖRTÉNõ�MÉRETEzÉSÉRõL

A következõ tömör összefoglalás az ENV 1994-1-2:1994 (EUROCODE 4 - Design of composite steel and concrete structures - Part 1-2: General rules – Structural fire design) szabvány alapján készült.

Az egyes szerkezeti elemeknek háromféle követelményt kell kielégíteniük. Ezek a következõk:– Integritási követelmény (E): Nem alakulhatnak ki olyan

repedések vagy nyílások, amelyek lehetõvé teszik, hogy a tûz forró gázok vagy láng formájában keresztülhatoljon az adott elemen.

Az�acél�szilárdsági�jellemzõinek�változása

A�beton�szilárdsági�jellemzõinek�változása


– Hõszigetelési követelmény (I): Az elválasztó elemek tûz-nek nem kitett oldalán a hõmérséklet ne lépje túl a gyul-ladási hõmérsékletet.

– Teherbírási követelmény (R): Az egyes szerkezeti elemek a tûzállósági idõ alatt legyenek képesek viselni a rájuk ható terheket.

Az elsõ két feltétel természetesen csak térelválasztó funk-ciójú elemek (falak, födémek) esetében értelmezhetõ.

Az egyes tûzállósági idõtartamok meghatározásához Magyarországon egyelõre csak szabálytervezet van, ami konform lenne az Eurocode-dal. E szerint az egyes épüle-teket funkciójuk, méretük, kialakításuk szerint I.-tõl V.-ig tûzállósági osztályokba sorolják. Az egyes tûzállósági osztályok esetén különbözõ követelményeket fogalmaznak meg a különféle szerkezeti elemekkel szemben.

Az EC szerint különbözõ módszerek közül lehet választani a tûzteherre való méretezés során. Ezek a következõk:– táblázatos módszer,– egyszerûsített számítási eljárás,– részletes számítási modell.

Komoly szerepe van továbbá a kísérletekkel kombinált számításoknak.

A táblázatok gyakran használt szerkezeti elemekre adnak különféle korlátozásokat a szelvények méretére, az egysze-rû számítási modellek szintén a legtipikusabb elemekre lettek kidolgozva. A részletes számítási modellek a teljes szerkezet, egy szerkezetrész vagy különállónak tekintett szerkezeti elem globális viselkedését szimulálják. A továb-biakban az elsõ kettõrõl lesz bõvebben szó.

Az igénybevételek számítása eltér az általános esettõl, mivel a tûzteher a rendkívüli terhek csoportjába tartozik. Ezért az egyes biztonsági tényezõk értéke kisebb, mint nor-mál hõmérsékletre való számítás esetében.

Méretezés�a�táblázatos�eljárás�szerint

Az EC-ban táblázatok egyelõre gerendákra és oszlopokra vannak kidolgozva. A gerendák betonnal kiöntött acélszel-vények, melyek födémlemezzel együttdolgoznak. Oszlopok esetén szintén kiöntött I szelvényekre, illetve kiöntött zárt szelvényekre létezik táblázat. Mind az oszlopra, mind a ge-rendára hasonló elven dolgozták ki ezeket.

A módszer alkalmazhatóságának feltételei vannak, határt szab a szelvény geometriájának, födémvastagságnak, vasa-lásnak stb.

A táblázat minimális értékeket szolgáltat a szelvényszéles-ségre és az alkalmazandó betonacél területének és az öv keresztmetszeti területének a hányadosára a következõk függvényében:– tûzállósági követelmény,– szelvénymagasság és -szélesség aránya,– fiktív teherszint, mely a tûz során jellemzõ igénybevé-

tel és a normál hõmérsékletû szelvény ellenállásának a hányadosa.

További megszorításokat alkalmaz a szabvány a vasalás elhelyezésére nézve a szelvényszélesség és a tûzállósági követelmény függvényében. A szabvány 2005-ös kiadása módosításokat tartalmaz a korábbi változathoz képest a kiöntött I szelvényû oszlopok esetében. Általánosságban elmondható, hogy az elhelyezendõ vasalással szemben szi-gorúbbak a követelmények, ugyanakkor a befoglaló szel-vényméretet illetõen többnyire engedékenyebb.

Méretezés�az�egyszerûsített�számítási�eljárás� .szerint

A profillemezes öszvérfödémek az integritási követel-ményt automatikusan kielégítik, a hõszigetelési követel-mény teljesítéséhez minimális födémvastagság szükséges. Tûz esetén a födém teherbírását ugyanúgy kell számítani, mint normális hõmérsékletre, azzal a különbséggel, hogy figyelembe kell venni az egyes elemek szilárdságcsökkené-sét az adott hõmérsékletre. A trapézlemez természetesen kiesik a teherviselésbõl. A gerendák és oszlopok ellenállása is a normál esethez hasonlóan számítható, azzal a különb-séggel, hogy a keresztmetszetet redukálni kell, illetve a keresztmetszet egyes alkotóelemeinek szilárdságát csökken-teni kell.

Az alábbi ábra egy gerenda pozitív nyomatéki ellenállása számításának elvi vázlatát mutatja.

A számítás lényege a következõ: a keresztmetszetben a nyomást a beton viseli. Keresztmetszetét a tûzállósági határértéktõl függõen redukálni kell (hc.fi értékkel), a fe-szültség azonban a normál hõmérsékleti értékkel vehetõ figyelembe. A húzást egyrészt az I szelvény, másrészt a vasalás viseli. Az idomacél felsõ övének keresztmetszetét redukálni kell, a feszültség viszont a 20 °Con jellemzõ értékkel vehetõ figyelembe. A gerincet valamint az elsõ övet olyan módon kell számítani, hogy a keresztmetszetük teljes egészében figyelembe veendõ, a feszültséget azonban a hõmérséklet függvényében csökkenteni kell. Hasonlóan kell eljárni a betonacélok esetében is.

A tûzteherre való méretezés eredményei szerint a födém eredeti kialakításban megfelel. A fõtartó is az eredetileg meghatározott IPE360 típusú melegen hengerelt szelvény, a benne tûzteherre elhelyezett vasalás: 2 Ø12, melynek hely-zetét az acélszelvény gerincéhez hegesztett Ø8-as kengyelek biztosítják. A fióktartó azonban IPE 220 helyett IPE300-as szelvény, 2 Ø25 vasalással. Az oszlop a gerendákhoz hasonló kialakítású, szelvénye: HEA320, vasalása: 4 Ø18. (normál hõmérsékletre történõ számításkor HEA260 ele-gendõ lenne).

A�SzÁMÍTÁS�TANULSÁgAI

Meg kell jegyezni, hogy az öszvérszerkezetek gazdaságos alkalmazásának korlátai vannak. Ezek elsõsorban az épület méretében, így annak befogadóképességében mutatkoznak meg. Az épület akkor a leggazdaságosabb, ha csupán egy tûzszakaszból áll. Egy tûzszakasz területe függ az épület magasságától, így az a kedvezõ, ha maximum 3 szintes a

ENV�1994-1-2:1994�szabvány�E.1�ábra�(57.�oldal)


parkolóház. Ezek a kötöttségek nagyjából 200 személy-gépkocsi tárolására alkalmas méreteket eredményeznek. Nagyobb épület esetén, ha az több tûzszakaszból áll, az egyes szakaszok közé tûzgátló kapuk elhelyezése szüksé-ges, ami igen magas költséget jelent. A tûzszakaszok terüle-tének meghatározásakor döntõ szerepe van annak is, hogy a parkolóház nyitott-e vagy zárt. Mindenképpen a nyitott változat alkalmazása a kedvezõbb.

Érdekes megjegyezni, hogy bizonyos esetekben, geren-dák számításakor a táblázatos eljárás és az egyszerûsített számítási eljárás ellentmondásra vezet. A számításomban a fióktartó a normál hõmérsékletre történõ méretezése szerint IPE220-as szelvény megfelel. A táblázatos méretezé-si eljárás szerint ugyanez a szelvény tûz esetén is teljesíti az R60-as követelményt, míg az egyszerûsített méretezési eljárás szerkesztési szabályai (minimális szelvényszélesség és -magasság, befoglaló keresztmetszet) egyértelmûen az IPE300-as szelvényt jelölik meg, mint legkisebb alkalmaz-ható gerendaszelvényt.

A számítás elvégzését követõen világossá vált, hogy a szerkezet ebben a kialakításban nem gazdaságos, hiszen a gerendák és oszlopok esetében a tûzteherre való méretezés szerkesztési szabályai voltak mértékadóak. Ez azt jelenti, hogy az épület egyes szerkezeti elemei az élettartamuk során várhatóan sosem lesznek elfogadható mértékben ki-használva.

Ezen tapasztalatok azt mutatták, hogy kedvezõbb kialakí-tás is lehetséges erre a parkolóházra. Ennek igazolására új raszter alkalmazása mellett is elvégeztük a statikai számí-tást normál hõmérsékletre és tûzteherre egyaránt. Az új kialakítás funkcionális szempontból is sokkal kedvezõbb, mivel itt nem akadályozzák oszlopok a gépkocsik ki- és beállását. A számítás az elõzetesen elvártaknak megfele-lõen kedvezõ eredményt hozott, a tûzteherre sem kellett szelvényt növelni és normál hõmérsékleten is elfogadható a kihasználtság. A két variáns összehasonlítását tartalmazza az alábbi táblázat.

Amennyiben ez a szerkezeti kialakítás szélesebb körben is elterjedne, és a betonnal kiöntött idomacélok gyártása automatizált folyamattá válna, a kivitelezés feltehetõen gaz-daságosan, rövid idõráfordítással megoldható lenne.

A tanulmányban tárgyalt szerkezeti megoldás azért is kedvezõ, mivel az építészeti kialakítás gyakran a nagy tere-ket részesíti elõnyben. Ez az igény egybevág a számítás eredményeképpen adódott gazdaságosabb, ritka raszterû változattal.

A számítás eredményei azt tükrözik, hogy ez az öszvér-szerkezet jól alkalmazható parkolóházak esetében, tûzteher figyelembevétele mellett is. Ezért véleményünk szerint érdemes lenne további számítások elvégzése, a nyugat-európai megépült példák tanulmányozása nem csak par-kolóházak, hanem iroda- és lakóépületek esetében is. A statikai számítások mellett természetesen elõnyös lenne költségelemzések elvégzése is annak kiderítésére, hogy ami statikai szempontból igen kedvezõnek mutatkozik, az a gyakorlatban is megállja-e a helyét.

Felhasznált�irodalom:– Structural Steelworks Eurocodes Developement of a

TransNational Approach: Lecture 11.b: Fire Engineering Design of Composite Structures

– NFATEC segédanyag– Takács Lajos: Épületszerkezetekre vonatkozó követelmé

nyek és tûzszakaszolás– Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete

Structures Part 1-2: General rules – structural fire design 1994. oct.

– Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures Part 1-2: General rules – structural fire design 2005. aug.

Ritka�raszterû�változat� Födém� Fiókgerenda� Fõtartó� Oszlop

szelvény Comfloor70, 240mm IPE400 IPE750x173 HEA320

fesztáv/magasság 3.875 m 8.25 m 15.5 m 3.0 m

mértékadó igénybevétel t=20 °C (+) 15.541 kNm/m 523.15 kNm 2209 kNm

mértékadó igénybevétel t=20 °C () 19.973 kNm/m 1165 kN

mértékadó igénybevétel tûzre (+) 8.432 kNm/m 296.817 kNm 1296 kNm -

mértékadó igénybevétel tûzre (-) 8.209 kNm/m 148.408 kNm 647.818 kNm 686.729 kN

ellenállás t=20°Con (+) 54 kNm/m 599.929 kNm 2395 kNm

ellenállás t=20°Con () 31.51 kNm/m 2619 kN

ellenállás tûz esetén (+) 9.149 kNm/m 297.357 kNm 1399 kNm -

ellenállás tûz esetén (-) 16.975 kNm/m 280.946 kNm 1988 kNm 1005 kN

mértékadó kihasználtság t=20 °C 64 .5.%. 87 .20.%. 92 .24.%. 44 .47.%

mértékadó kihasználtság tûz esetén 96 .48.%. 99 .82.%. 92 .59.%. 68 .33.%

Sûrû�raszterû�változat�� Comfloor70,�140mm� IPE300� IPE360� HEA320

mértékadó kihasználtság t=20 °C 43 .75%. 50 .60%. 81 .90%. 17 .40%

mértékadó kihasználtság tûz esetén 75 .50%. 97 .60%. 76 .90%. 24 .40%


ACÉLSzERKEzETEK�TERVEzÉSE�TűzTEHERRE� .Az�EUROCODE�3�SzERINT

FIRE�ENgINEERINg�DESIgN�OF�STEEL�STRUCTURES� .WITH�EUROCODE�3

Dr. Iványi Miklósegyetemi tanár, a műszaki tudomány doktora Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar

A cikk acélszerkezetek tűzteherre való vizsgálatát mu-tatja a SSEDTA elnevezésű Leanardo da Vinci nemzet-közi projekt alapján: SSEDTA EC 3 (19971999): „Acélszerkezeti tervezés az EUROCODE3 szerint. Nemzetközi oktatócsomag” (magyar koordinátor: Dr. Iványi Miklós).

The paper presents the fire engineering design of steel structures in the SSEDTA project that received funding within the European Union’s Leonardo da Vinci programme: SSEDTA EC 3 (19971999): ”Structural Steelwork Eurocodes – Development of a Trans National Approach” (Hungarian coordinator: Prof. Miklos Ivanyi).

Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008 2�

2� Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008

2� Acélszerkezetek KÜLÖNSZÁM 2008

Hivatkozás:Dr. Iványi Miklós (magyar koordinátor): Acélszerkezeti tervezés az EUROCODE 3 szerint. Oktatócsomag az EC 3 oktatásához Mûegyetemi Kiadó, Budapest 2001.


SzOFTVEREK�ACÉLSzERKEzETEK�VIzSgÁLATÁRA� .Tűz�ESETÉN�

SOFTWARES�FOR�INVESTIgATION�OF�STEEL�STRUCTURES�IN�CASE�OF�FIRE

Dr. Jármai Károly egyetemi tanárMiskolci Egyetem

Az ECSC DIFISEK+ projektjének egyik fő célja, hogy egy nyilvánosan elérhető tűztervezéshez és tűzelemzéshez használatos szoftvercsomaggyűjteményt állítson össze és értékeljen. A korrekt becslések érdekében szükséges az osztályozásuk és egy minősítési krité-rium meghatározása. 1992ben, Friedman felmérte a számítógépes tűzmodell programokat a Nemzetközi Tűzvédelmi Kutatások Együttműködési fórumán. 2003ban, Olenick és Carpenter frissítették ezeket más szoftverekkel, és meghatározták a kategóriáju-kat. Ebben a tanulmányban bemutatunk egy új osz-tályozást, amely figyelembe veszi az előzőleg megha-tározott osztályokat és egy szoftverlistát, kiemelve a tűzvédelemi szoftverek nyilvános elérhetőségét. Az anyagban megadunk több fontos szempontot a tűzvédelmi szoftverek kiértékeléséhez. Ilyen a módon nyújtunk segítséget a szoftverek kiválasztásához, amelyekre a felhasználónak a leginkább szüksége van. Összesen 177 szoftver létezik, ezek közül 30 a nyilvánosság számára is elérhető.

ABSTRACT: One of the main objectives of the ECSC project DIFISEK+ is the collection and evaluation of publicly available software for fire design. In order to evaluate them in a correct manner it is neces-sary to classify them and to establish an evaluation criterion. In 1992, Friedman performed a survey of computer fire models for the Forum for International Cooperation on Fire Research. In 2003, Olenick & Carpenter updated it incorporating more softwares and a discussion of the categories of them. In this document we present a new classification taking into account the classification defined by them and up-dating the list of softwares, highlighting the publicly available fire software. In this document we establish the more important aspects to broach for evaluate fire software. In this manner we provide a guide to select the fire software that fits better to users needs. A total of 177 softwares have been detected, 30 of them are publicly available.

1.�BEVEzETÉSA szerkezeti tűzvédelem célja, hogy megbízható számí-

tási módszereket dolgozzon ki tűz esetén is biztonságos szerkezetek tervezéséhez. Ennek a célnak az eléréséhez szükséges a módszereken keresztül történő bemutatás, hogy a szerkezet megtartsa teherbíró képességét hosszabb periódusig, mint a szerkezetre tűz esetén előírt biztonsági ideje (lásd 1. ábra).

Az utóbbi 15 évben több projekt készült, hogy számítási módszereket fejlesszenek ki a szerkezetek tűzállóságának meghatározására. Minden ilyen módszerre hivatkoznak az Eurocodeok amelyek összefüggenek a különböző esemé-nyekkel, melyek tűz esetén előfordulhatnak (lásd 2. ábra – eseményláncok).

A szerkezet biztonságának meghatározásához szükség van arra, hogy világosan ismerjük a szerkezettel szembeni elvárásokat, melyeknek a szerkezetnek eleget kell tennie. Normál esetben ezek az elvárások az idő szerint van-nak meghatározva. Minden országban szabványokkal és előírásokkal határozzák meg ezen elvárásokat (előírt elvárá-sok). A tűzvédelemben különböző eljárásokat fejlesztettek ki, hogy meghatározzák ezen elvárásokat több reális módon (viselkedés alapú elvárások; lásd 3. ábra – elvárások).

Annak érdekében, hogy megkapjuk ezt a két paramé-tert (R a szerkezet tűzállósága és R a biztonság szempontjából szükséges), szá-mos tűzvédelmi szoftvert fejlesztettek ki. Az összes 177 tűzvédelmi szoftverből 30 elérhető nyilvánosan.

1.�ábra:�A�biztonságos�szerkezet�eléréséhez�szükséges�követelmény

2.�ábra:�Eseményláncok�a�tűzeset�alatt


Ebben a tanulmányban nemcsak egy tűzvédelmi szoftvergyűjteményt szeretnénk megadni, hanem szeretnénk segít-séget nyújtani azok pontos és megfelelő kiválasztásához. Nagyon fontos tudnivaló, hogy mi is az a tűzmodell, tűzvédelmi szoftver és mi is a felhasználási területük ezeknek a tűzvédelmi modelleknek, hogy értékelni tudjuk őket.

A tűzvédelmi modell egy eszköz, mely leír egy eseményt a tűzre vonatkozólag a meggyulladástól az evakuáláson át a szerkezet összeomlásáig (nemcsak a tűzterjedés folyamatát és a füstterjedés folyamatát). Minden modell széttagolható kísérleti és matematikai modellekre. A kísérleti modelleket fizikai vagy emberközeli területeken alkalmazzák, ezek a modellek ennek az anyagnak a témakörén kívül esnek. A matematikai modellek számos egyenleten alapulnak és leírnak dolgokat, a mi esetünkben a tűzre vonatkozó eseményt. Ezen modellek képezik jelen anyag vizsgálódásának tárgyát.

A matematikai modellek feloszthatóak determinisztikus és statisztikai modellekre. Az előzőek fizikai, termikus és kémiai törvényeket foglalnak magukba, míg a statisztikai modellek nem közvetlenül ezekkel a törvényekkel foglal-koznak, hanem inkább statisztikai közelítéseket adnak egy eseményre.

Az egyenletek összetettsége és az iterációk nagy száma miatt szükséges a számítógépek alkalmazása. A tűzvédelmi szoftverek valójában eszközök ezeknek a matematikai egyenleteknek a megoldásában, mind a determinisztikus, mind pedig a statisztikai modell esetén.

Rengeteg esemény társulhat a tűzhöz. A szoftver értékelé-sének leegyszerűsítése céljából megalkottuk a legáltalánosabb eseményeket szolgáló funkciók szerinti osztályozást (felhasználási területe a szoftvernek).

2.��TűzVÉDELMI�SzOFTVEREK�OSzTÁLYOzÁSA

A legáltalánosabb tűzvédelmi szoftver leírja a füst és hőáramlást egy adott területen. Ezeket a szoftvereket zó-namodellnek vagy területi modelleknek nevezzük. Azonban több modelltípus létezik az alkalmazási területeik szerint, mint szerkezeti tűzellenállási vagy detektorreagálásos modell. Az osztályozás Olenicktől és Carpentertől lett át-véve, mely hat alkalmazási területet definiál: szerkezeti tűzellenállás, zóna, területi, kiürítési, detektorreagálásos és vegyes modell. Mi csökkentettük az alkalmazási területek számát ötre, egyesítve a zóna- és a területi modelleket egy sokkal általánosabb névbe: „Termikus tűzmodellek” Ezáltal nyertünk egy olyan osztályozást, mely csak a szoftver al-

kalmazási területe szerint és nem a különböző hatásokat szolgáló matematikai módszerek szerint történik.

Ebben az osztályozásban két csoportot különböztethetünk meg egymástól (lásd 4. ábra):– Az első szorosan összefügg a szerkezet termikus és

mechanikus reagálásával tűz esetén (lásd 2. ábra Eseménylánc).

– A második az előírások meghatározására összpontosít, hogy a szerkezet tűz esetén is biztonságos maradjon.

2 .1 Termikus�tűzmodellekEbben a felhasználási területben több típusú szoftvert

találunk, melyek tűz esetén a termikus reagálás meghatározását szolgálják. Hogy osztályozhassuk őket, követjük az EN 199112:2002 szabványt, „Termikus hatások a hőmérséklet-vizsgálathoz” (lásd 5. ábra).

Eszerint a termikus tűzmodellek osztályozása a következő:– Egyszerűsített termikus tűzmodellek: Kamra és lokalizált

tüzekre bontva.– Fejlett termikus tűzmodellek. Zóna és területi model

lekre bontva.

2.1.1 Egyszerűsített�termikus�tűzmodellekEzek a modellek speciális fizikai paramétereken alapsza-

nak, korlátozott felhasználási területekkel. A kamratüzek-hez egyenletes hőmérsékleteloszlást, a lokalizált tüzekhez nem egyenletes hőmérsékleteloszlást vettünk föl.

3.�ábra:�Elvárások

4.�ábra:�Alkalmazási�területek�csoportjai

5.�ábra:� �Termikus�hatások�a�hőmérséklet-vizsgálathoz�–�Termikus�tűzmodellek


Az első három szoftvert a ProfilArbed készítette és később „Profile Arbed Researchers” (PARE)-nek nevezték el ezeket a projekteket.

A többit a FINE, CTU Prága alkotta meg, és elérhetőek a www.access-steel.cz/pege-nastroj címen.

2.1.2�Fejlett�termikus�tűzmodellek�

2.1.2.1�zónamodellek

A zónamodell egy számítógépes modell, amely a szobá-(ka)t felosztja külön ellenőrizhető térfogatokra vagy zónákra. A legáltalánosabb modelleknél a szobák két zónára osztottak, egy felső forró zónára és egy alsó hideg zónára. Egy különleges esete a zónamodelleknek az egyzónás modell. Ezek azon feltevésen alapulnak, hogy a kamrá-ban nincsenek rétegződések, és a tűzkamra felfogható egy kemenceként, ahol homogén tulajdonságok uralkodnak. Néhány zónamodell magában foglalja a lehetőségét annak, hogy kétzónás modellből egyzónás modellé változzon a folyamat alatt, mikor a jellemzők értékei ezt elérik (fellob-banás).

Hogy lehetségessé váljon az alapegyenletek használa-ta, amelyekre ezek a modellek épülnek, a tűzvédelmi mérnököknek több feltételezést kell tenniük. Számos fel-tételezés ezek közül gyakorlati tesztek és modellek megfi-gyeléseire alapszik. A fő feltevések a következők:

• A füst két elkülönülő rétegből áll (ahogy a valós tüzeknél látható). A füstrétegeket állandó vastagságúnak tekintjük, ami valójában nem igaz, azonban a rétegen belül a vastagságkülönbségek kicsik, ezért ez a feltételezés elfo-gadható.

• A tűzcsóva úgy működik, akár egy anyagpumpa (füst részecskéinek) és hevíti a felső zónát. A csóva térfogata kicsi, ezért a felső és alsó zóna között elhanyagolható a különbség.

• A szoba tartalmának nagy része megsemmisült; a hő a szobaburkolatot teszi tönkre, nem a bútorokat. (Néhány zónamodell lángja határozottan kevés bútort emészt föl.)

A bemeneti adat általában a szoba geometriája, szerkezete (beleértve minden falat, padlót és mennyezetet), a nyílá-sok száma és azok mérete, a bútor karakterisztikája és a hőfelszabadulás (mi az, ami lángol).

A kimeneti adat általában a tűzoltó és riasztóberendezés reagálásának ideje, a tűz fellobbanásának ideje, a felső és az alsó réteg hőmérséklete, a füstréteg magassága és a megfolyt elemek.

A zónamodellek nem tudják pontosan figyelembe venni a környezet visszasugárzását. A hőmérsékletcsökkenés nem kimeneteli adat. Tesztek kellenek a tűzméret meghatáro-zására, hogy mérnöki szakértelemmel megfelelően lehes-sen meghatározni minden esetben a modell jellemzőit.

Alkalmazási�terület:�Egyszerűsített�termikus�tűzmodell

Modell Ország Azonosító- szám

Rövid leírás

DIFISEK-CaPaFi Luxemburg 1Acélelem hőmérsékletének számítása hevítéskor 1től 5 tűzforrás esetén. Az EN 199112 alapján, EN 199312 és az ECSC „Nagyméretű Kamra” és „Zárt parkolók” projektek.

DIFISEK-EN 1991-1-2 Annex A

Luxemburg 2

Parametrikus hőmérséklet–idő görbe számítása a kamrában és a tűzvédelmileg burkolt és burkolatlan acélelemek hőmérsékleté-nek ábrázolása a parametrikus hőmérséklet–idő diagramban. Az EN 1991-1-2 Annex A és az EN 1993-1-2 szabvány alapján.

DIFISEK-TEFINAF Luxemburg 3

A hőmérsékletmezők számítása az acélkeresztmetszetben a meny-nyezet alatt az eltelt idő és a tűztől mért radiális távolság szerint. Az EUR 18868 jelentés „Nagykamrában természetes tűznek kitett acélszerkezetek tervezésének kutatása” szerint.

Parametrická teplotní křivka

Cseh Köztársaság

174

Parametrikus hőmérséklet–idő görbe számítása kamratűz esetén. A szükséges adatok: a kamra és a nyílások méretei, a tűzterhelés, a fal anyagi jellemzői. Használható minden geometriai formája a kamrának, és bármennyi számú ablak. A paraméterek kiszámítha-tóak és a képernyőn megjeleníthetőek.

Přestup teplaCseh Köztársaság

175

Tűznek kitett acélelemek hőmérsékletének számítására. Növekményes módszert alkalmaz, az EN 1993-1-2 szabványban leírtak szerint. A szelvények lehetnek tűzvédelmileg burkolat-lanok, vagy szórt bevonó anyaggal vagy lapokkal burkoltak. A program adatbázist tartalmaz a melegen hengerelt acélszelvé-nyekre, melyeket alkalmazhatunk, de megengedi, hogy felhasz-nálóként magunk is bevihessük a szelvényállandó A/V adatait. Szabványgörbék, szénhidrogéngörbék vagy parametrikus görbék (a paraméterek bemenő adatai kötelezőek) használhatóak. A gáz és az acélhőmérséklet a képernyőre kirajzolható és szöveges leírást is mellékel hozzá a szoftver.


Alkalmazási�terület:�zónamodellek

Modell Ország Azonosító szám Rövid leírás

ARGOS Dánia 4 Többszobás zónamodellASET/ASET-B USA 5 Egyzónás szobamodell szellőzés nélkülASMET USA 6 Atria Dohányzás kezelő mérnöki program.

Branzfire ÚjZéland 7 Egy többzónás szobamodell, amely magába foglalja a láng szóródását és a tűz növekedésének modelljét a tűztervében.

BRI-2 Japán/US 8 Kétréteges zónamodell többszintes, többszobás füstáramlással.CCFM/Vents USA 9 Többzónás szobamodell szellőzéssel.

Cfire-X Németország/ Norvégia 10 Kamratüzes zónamodell különösen szénhidrogén folyadéktároló tüzek-

re.CiFi Franciaország 11 Többszobás zónamodell.COMPBRN USA 12 Kamra-zóna modell.COMPF2 USA 13 Egyszobás késői tűz fellobbanásos kamramodell.DACFIR3 USA 14 Repülőgépkabin zónamodellje.DSLAYV Svédország 15 Egyszerű kamra zónamodell.

FAST/CFAST USA 16 A kamra szerkezetében a környezet jellemzőinek meghatározására szol-gáló zónamodell.

FASTLite USA 17 CFAST jellemzőinek korlátozott verziója.FFM USA 18 Előtűz fellobbanás zónamodell.FIGARO II Németország 19 Zónamodell a védhetetlenség meghatározására.FIRAC USA 20 FIRIN használata, összetett szellőzőrendszer esetén.FireMD USA 21 Egyszobás, kétzónás modell.FireWalk USA 22 CFAST modell használata magyarázó grafikával.FireWind Ausztrália 23 Többszobás modell számos alárendelt modellel.FIRIN USA 24 Többszobás zónamodell vezetékekkel, szellőzőkkel és szűrőkkel.FIRM USA 25 Egyszobás, kétzónás modell.FIRST USA 26 Egyszobás zónamodell szellőzéssel.FLAMMES Franciaország 27 Kétzónás modell.FMD USA 28 Zónamodell átriumokhoz.HarvardMarkVI USA 29 A FIRST korábbi verziója.HEMFAST USA 30 Bútortűz a szobában.HYSLAB Svédország 31 Előtűz fellobbanási zónamodell.IMFE Lengyelország 32 Egyszerű kamra zónamodellje szellőzéssel.MAGIC Franciaország 33 Kétzónás modell atomerőműhöz

MRFC� Németország 34 Többszobás modell, füstmozgáshoz és termikus terheléshez a szerkezeten.

NAT Franciaország 35 Egyszerű kamra zónamodellje a szerkezet viselkedésének megfigyelé-sére.

NBS USA 36 Előtűz fellobbanási zónamodell.NRCC1 Kanada 37 Egyszerű kamra zónamodellje.NRCC2 Kanada 38 Nagy irodaterület zónamodellje.OSU USA 39 Egyszerű kamra zónamodell.Ozone Belgium 40 Zónamodell a szerkezet viselkedésének megfigyelésére.POGAR Oroszország 41 Egyszerű kamra zónamodellje.

RADISM UK 42 Zónamodell egyesítve a tűzbe burkolt mennyezetet és a felső réteget valamint a tűzoltó berendezéseket és a szellőzést.

RFIRES USA 43 Előtűz fellobbanás zónamodell.R-VENT Norvégia 44 Egyszerű szoba füst szellőzési modellje.SFIRE-4 Svédország 45 Utótűz fellobbanás zónamodell.SICOM Franciaország 46 Egyszerű kamra zónamodellje.SMKFLW Japán 47 Egyrétegű zónamodell az épületen belüli füstszállításra.Smokepro Ausztrália 48 Egyszerű kamra zónamodellje. SP UK 49 Utótűz fellobbanás zónamodell.WPI2 USA 50 Egyszerű kamra zónamodellje.

WPIFIRE USA 51 Többszobás zónamodell.

ZMFE Lengyelország 52 Egyszerű kamra zónamodellje.


A legtöbb szoftver ezek közül a füst és hő terjedésére összpontosít. A szerkezeti tűzvédelemben a felhasználási területük főként a gáz hőmérsékletének meghatározására szolgál (azért, hogy a következő lépésben a szerkezet ele-meinek hőmérsékletét határozzák meg). A vastagon szedett szoftverek dominánsan a szerkezetek tűzvédelmi tervezé-sére specializálódtak. A dőlt betűs szoftverek különleges esetekre szolgálnak, és alkalmazásuk a szerkezet tűzvédelmi tervezésére nem jelentős. Három másik létező programot találtunk, azonban nem sikerült velük kapcsolatban ér-demleges információkat gyűjtenünk: CISNV (Oroszország), FirePro (UK) és FireWalk (USA).

2.1.2.1�Mezőmodellek:A terület vagy mezőmodellek képviselik a tűzvédelmi

tervezés legfejlettebb területét. A CFD modell egy 3 di-menziós rácsot alkalmaz a vizsgálandó területre. Ezek a vizsgálandó területek hasonlóak a zónamodellnél használ-takhoz, azonban a zónamodellnél két vagy három zónát al-kalmaztak. Egy CFD modellnek lehet száz vagy akár ezernyi vizsgálandó területe.

A CFD modell megoldja az időfüggő differenciálegyenleteket (mint ismert a Navier–Stokes-egyenletek), minden vizsgálandó területre. Ez a részletes közelítés sokkal bo-nyolultabb és időigényesebb, de a Navier–Stokesegyen-leteket csak a határfelületek korlátozzák a problémameg-oldás során. Ez kevesebb előzetes feltételezést igényel és összetettebb szobageometriát tesz lehetővé.

A bemeneti adat a részletes szobageometria, szobaszer-kezet (beleértve a falakat, padlózatot és a mennyezetet) a szellőzések száma (vagy nyílásoké) és azok méretei, a szoba bútorzata, a tüzelőanyag/égés karakterisztikája, a turbulen-cia paraméterei és a sugárzási paraméterek.

A kimeneti adatok a füst és a hő mozgása/sebessége, a tűzoltó berendezés és a tűzjelzők aktiválási ideje, a tűzfellobbanási idő, a tartomány hőmérsékleti értéke, sebessé-gek, a füstréteg magassága és a tűz típusa.

A CFD nagy számítási idő igényű, amelyet nagymértékben befolyásol a vizsgálandó területek száma, néhány paramé-ter, fölvett adat. A CFD modelleket ellenőrizni, hitelesíteni kell, mielőtt teljesen megbízhatónak mondjuk.

A CFD modellek használhatóak összetett geometriánál (például görbe falak). A CFD modellezés kifejezetten használható más mérnöki területeken is, mint mechanika és aerodinamika, ez azt jelenti, hogy rengeteg mérnök sokkal több területen alkalmazza, mint a zónaelemzés, tesz-telés, fejlesztések és a CFD előírások igazolásához.

A szoftverek legtöbbje tűz esetén a hőátadásra és a füst ter-jedésére összpontosít. A felhasználási területük alapvetően a szerkezetek tűzvédelmi tervezéseinél a szerkezeti elemek hőmérsékletének meghatározására szolgál. A vastagon sze-dett szoftverek általánosan felhasználható CFD kódok. A dőlt betűs szoftverek a különleges esetekre fókuszálnak és a szerkezetek tűzvédelmi tervezésére kevésbé alkalmazhatók. Három másik program is megtalálható ezeken kívül, de érdemleges információ nem található velük kapcsolatban: STREAM (Japán), VESTA (Hollandia) és a FLOTRAN (USA).

Alkalmazási�terület:�Mezőmodellek


ALOFTFT USA 53 Füst mozgása a nagy külső tüzek esetén.

CFX UK 54 Általános�célú�CFD�szoftver

FDS USA 55 CFD előírások a tűzzel összefüggő áramlásokra.

FIRE Ausztrália 56 CFD modell vízpermetre és szilárd/folyékony fázisú éghető anyagra az égési arány és az eloltási folyamat meghatározására.

FISCO3L Németország/Norvégia 57 Egyszobás mezőmodell a tűzoltó berendezés működésének leírására

erős gázképződés, vagy természetes szellőzés esetén.

FLUENT USA 58 Alapvető�célja�a�CFD�szoftvernek�

JASMINE UK 59 CFD modell a tűz és füst oltására.

KAMALEON Norvégia 60 CFD modell a szerkezet termikus reagálásának végeselemes kódjai-hoz.

KOBRA-3D Németország 61 CFD modell a hőátadásra és a füst eloszlásra.

MEFE Portugália 62 CFD modell egy vagy két kamrára a termoelemek reagálási idejével.

PHOENICS UK 63 Alapvető�célja�a�CFD�szoftvernek�

RMFIRE Kanada 64 Kétdimenziós mezőmodell a füstmozgás átmeneti számításához.

SMARTFIRE UK 65 Tűzmezőmodell.

SmokeView USA 66 Eszköz az FDS adatainak megjelenítésére.

SOFIE UK/ Svédország 67 CFD modell a tűz és füst terjedésére.

SOLVENT USA 68 CFD modell a hőátadásra és a füst terjedésére csőben.

SPLASH UK 69 Mezőmodell a tűzoltó berendezésnek a gázokra gyakorolt hatására.

STAR-CD UK 70 Alapvető�célja�a�CFD�szoftvernek�

TUNFIRE UK 71 CFD modell a hőátadásra és a füst terjedésére csőben.

UNDSAFE USA/Japán 72 Mezőmodell kültéri és beltéri tüzekhez.


2.2�Szerkezeti�tűzvédelmi�modellEzek a modellek szimulálják az épületek szerkezeti ele-

meinek reagálását tűz esetén. Fő céljuk a tűzzel érintkező szerkezeti elemek tönkremeneteli idejének meghatározása. Termikus és mechanikai törvényeken alapulnak.

Mint a termikus tűzmodelleknél is, a szoftvereknél is különböző típusait találhatjuk meg a szerkezetek tűz esetén történő mechanikai viselkedésének elemzésére. Osztályozásukhoz az Eurocode-ok (EN 1991-1-2:2002 és EN 1993-1-2:2005) szabvány szerinti osztályozást alkalmaz-ták (lásd 6. ábra).

A szerkezeti tűzellenállási modellek osztályozása felosztható az egyszerűsített és a fejlett szerkezeti tűzvédelmi szoftverekre.

A bemeneteli adatok rendszerint a szerkezeti elemek anyagi jellemzői és a peremfeltételek (beleértve a tűzterhelést is).

A kimeneti adatok a tönkremeneteli idő, a feszültség és az elemek elmozdulása.

2 .2 .1. Egyszerűsített�szerkezeti� .tűzvédelmi�modellek

Ezek a modellek egyedi módon számítják a szerkezeti elemek viselkedését, a legtöbb szerkezeti elem el van kü-lönítve a szerkezet többi részétől, és egyszerűsített mód-szereken alapszik a számítás. Néhány ezek közül beépül a zóna vagy mezőmodellekbe.

A dőlt betűs szoftverek csak a beton szerkezeti elemekre használhatóak.

Szerkezettervezési�modell Táblázatos adatok

Egyszerű számítási

módszerek

Fejlett számítási módszerek

Előzetesen meg-adott szabályok

ElemanalízisA mechanikai folyamatok és határok számítása

IGEN IGEN IGEN

Szerkezetrész analízise NEM IGEN, ha lehetséges IGEN

Teljes szerkezet analízise A mechanikai folyamatok kiválasztása NEM NEM IGEN

Viselkedés alapú szabályok

ElemanalízisA mechanikai folyamatok és határok számítása

NEM IGEN, ha lehetséges IGEN

Szerkezetrész analízise NEM NEM IGEN

Teljes szerkezet analízise A mechanikai folyamatok kiválasztása NEM NEM IGEN

6.�ábra:�Szerkezeti�tervezések�osztályozása

Alkalmazási�terület:�Egyszerűsített�szerkezeti�tűzvédelmi�modellekModell Ország Azonosító szám Rövid leírás

AFCB Luxemburg 73 Kompozit gerenda Eurocode 4 szerinti tűzvédelmi tervezése.

AFCC Luxemburg 74 Kompozit gerenda Eurocode 4 szerinti tűzvédelmi tervezése.

CIRCON Kanada 75 Tűzvédelmi modell a kör alakú vasbeton oszlopokhoz.

COFIL Kanada 76 Tűzvédelmi modell betonnal kiöntött acél csőszelvényekhez.

Elefir-ENPortugália/Belgium

173 Acélszerkezeti elemek tűzvédelme az Eurocode 3 EN verziója szerint.

Elefir Belgium 77 Acélszerkezeti elemek tűzvédelme Eurocode 3 szerint.

H-Fire Németország 78Tűznek kitett kompozit elemek tűzvédelmi tervezése az EN 199412 szabvány szerinti egyszerűsített számítással.

INSTAI Kanada 79 Tűzvédelmi bevonatú csőszelvényű acéloszlopok tűzvédelmi tervezése.

INSTCO Kanada 80 Betonnal kiöntött csőszelvényű oszlopok tűzvédelmi tervezése.

POTFIRE Franciaország 81Betonnal kiöntött zárt szelvények tűzvédelmi tervezése – az Eurocode 4 G melléklete szerint.

RCCON Kanada 82Tűzvédelmi modell négyszög szelvénnyel megerősített betonoszlopokhoz.

RECTST Kanada 83 Tűzvédelmi bevonatú négyszög szelvényű acéloszlopok tűzvédelme.

SQCON Kanada 84 Tűzvédelmi modell négyszög szelvényű vasbeton oszlopokhoz.

WSHAPS Kanada 85 Tűzvédelmi bevonatú W alakú acéloszlopok tűzellenállása.

Požární odolnost

Cseh köztársaság

176

Tűznek kitett acélelemek ellenállásának számítása. A számítás az EN 1993-1-2 szabvány alapján történik. A program adatbankot tartalmaz a melegen hengerelt acélszelvényekről. Szabványgörbe, szénhidrogéngörbe vagy parametrikus görbe (a parametrikus bemeneti adatok szükségesek) hasznos lehet a tűz viselkedésének leírására. Az elemek lehetnek húzás-sal, nyomással, hajlítással vagy axiális erőkkel párosult hajlítónyomatékkal terheltek.


2.2.2�Fejlett�szerkezeti�tűzvédelmi�modellekEzek a modellek szimulálni tudják a szerkezet egy részé-

nek vagy egészének statikai vagy dinamikai modelljeit, és megbecsülik a szerkezet esetleges teljes összeomlásának idejét. Ezek a szoftverek gyakran végeselemes módszert al-kalmaznak és általános felhasználásúak.

A dőlt betűs szoftverek nem alkalmazhatóak acélszerkezetekhez. A vastag betűs szoftverek általános felhaszná-lású végeselemes programok.

Másik két modell létezik még, azonban érdemleges infor-máció nem szerezhető róluk: HEATING és TAS (USA).

Alkalmazási�terület:�Fejlett�szerkezeti�tűzvédelmi�modellek


ABAQUS USA 86 Általános�végeselemes�módszer.

ALgOR USA 87 Általános�végeselemes�módszer.�

ANSYS USA 88 Általános�végeselemes�módszer.

BoFire Németország 89A BoFire egy tranziens, nemlineáris, növekményes számítógépes végeselemes mód-szer. Az anyagi jellemzők, a termikus és a mechanikai meghatározások az ENV 19941-2 szabvány szerintiek. Acél beton és kompozit betonacél vizsgálható.

BRANZTR8 ÚjZéland 90 Ez a program vasbeton, vagy előfeszített beton födémek tűzvédelmi ellenállásának vizsgálatára szolgál.

CEFICOSS Belgium 91 Tűzvédelmi modell.

CMPST Franciaország 92 Magas hőmérsékletű szelvény mechanikai ellenállásához.

COMPSL Kanada 93 Tűznek kitett többrétegű lemezek hőmérsékletéhez.

COSMOS USA 94 Általános�végeselemes�módszer.

FASBUS USA 95 Tűznek kitett szerkezeti elemek mechanikai ellenállási modellje.

FIRES-T3 USA 96 Végeselemes hőátadás 1, 2 vagy 3Ds vezetéshez.

HSLAB Svédország 97 Tranziens hőmérsékletemelkedéshez egy vagy több anyagból álló tűznek kitett lemez esetén.

LENAS Franciaország 98 Tűznek kitett acélszerkezetek mechanikai viselkedéséhez.

LUSAS UK 99 Alapvető�szoftver�mérnöki�vizsgálatokhoz.

NASTRAN USA 100 Általános�végeselemes�módszer.

SAFIR Belgium 101 Tűznek kitett szerkezet tranziens és mechanikai vizsgálatához.

SAWTEF USA 102 Tűznek kitett összerögzített fémlemez és fagerenda szerkezetvizsgálat.

SISMEF Franciaország 103 Tűznek kitett acél és betonszerkezet mechanikai vizsgálatához.

STA UK 104 Tranziens hővezetés tűznek kitett szerkezeti elemeknél.

STELA UK 105 JASMINE és SOFIE háromdimenziós véges térfogat módszerek a szerkezeti elemek termikus reagálásához.

TASEF Svédország 106 Végeselemes program a tűznek kitett szerkezeti elemek hőmérsékletének vizsgálatá-hoz.

TCSLBM Kanada 107 Tűznek kitett beton lemez/gerenda szerelvények kétdimenziós hőmérséklet eloszlásához.

THELMA UK 108 Végeselemes program a tűznek kitett szerkezeti elemek vizsgálatához.

TR8 ÚjZéland 109 Betonlemezek és padlózatok tűzellenállásához.

VULCAN UK 110 Háromdimenziós lángvizsgáló program, melyet acél és kompozit keretek modellezé-séhez fejlesztettek ki beleértve a padlólemezeket.

WALL2D Kanada 111 A hőmérséklet átadását megbecsüléséhez tűznek kitett faburkolatú falak esetén.

Ocel požár Cseh Köztársaság 177

A FINE 10 statikus rendszer kiegészítése. Tűznek kitett acélszerkezeti elemek ellenállásának vizsgálatához. A számítások az EN 199312 szerint történnek. A program adatbankot tartalmaz a melegen hengerelt szelvényekről, saját felhasználói adatokat is bevihetünk, a tűzvédelem megbecsülhető. Szabványgörbe, szénhidrogéngörbe vagy parametrikus görbe (a parametrikus beviteli adatok szükségesek) használhatóak a tűz viselkedésének leírásához. Az elemek lehetnek húzással, nyomással, hajlítással vagy axiális erőkkel párosult hajlítónyomatékkal terheltek. A belső erők értékei a szerkezetvizsgálat során a FINE 2D vagy FINE 3D programokból adódnak.


2.3�Kiürítési�modellek

A kiürítési modellek megbecsülik az épületevakuáláshoz szükséges időt. Ezek a modellek leginkább a viselkedés alapú tervezés vizsgálatához, mint alternatív tervezéshez és az evakuálás torlódás vizsgálásához alkalmasak.

Néhány ilyen modell kötődik a zóna, vagy a mezőmodellekhez, hogy meghatározza az épületen belüli elviselhe-tetlen állapot kialakulásának idejét.

A legfejlettebb program már figyelembe vesz olyan érde-kes pszichológiai dolgokat, mint az emberi viselkedés tűz esetén, a légszennyezés hatását vagy a láthatóság csökke-nését. Néhánynak nagyon jó grafikája van, például az em-berek mozgására az épület evakuálása alatt.

A bemeneti adatok általában az épület lakóinak száma, az épület geometriája (kijáratok, lépcsők, liftek és folyosók stb.).

A kimeneti adatok az épület evakuálásához szükséges idő és a torlódási pontok elhelyezkedése. Ezek általában statisztikai modellek.

További öt program létezik, de érdemleges információ nem volt megtalálható: BFIRE, ERM, Magnetic Simulation, Takashi´s Fluid Model és a VEGAS (UK).

2.4�Érzékelő�reagálási�modellek

Az érzékelő reagálási modellek határozzák meg a ha-tékony tűzbiztonsági berendezések aktiválási idejét, mint például a hő, vagy füstérzékelőkét.

Ezek a modellek a zónamodellt alkalmazzák, hogy megha-tározzák a füst és hő terjedését, és almodelleket használnak a hőérzékelő reagálási idejének meghatározására a füst és hő hatására. Ezek a modellek egyszerűsítettek, hogy meghatározzák a hőátadást az érzékelő elemekre az aktivá-lási idő kiszámítása céljából.

A bemeneti adatok általában a vizsgálati érzékelők elemeinek karakterisztikája, a helyeik és a hőeloszlásarány a tűzben. A legérzékenyebb modellek a kamra geometriáját és az anyagok jellemzőit is figyelembe veszik.

A kimeneti adat az érzékelők reagálási ideje, fejlettebb modelleknél az aktiválás hatásai is.

Szükséges a modell pontos kiválasztása, mert néhány modell csak sík, vagy nyílt téri mennyezet esetén alkalmaz-ható. Még egy modell létezik, de érdemleges információ nem érhető el róla: HAD.

Alkalmazási�terület:�KijáratokModell Ország Azonosító Rövid leírás

AEA EGRESS USA 112 A kiürítési folyamat vizsgálata.

ALLSAFE Norvégia 113 Kiürítési modell emberi tényezőkkel.

ASERI Németország 114 Bonyolult geometriájú épületekben az emberi mozgás és a füst és tűz terjedésének modellje.

BGRAF USA 115 Vészkijárat-modellek, melyek az emberi döntések sztochasztikus modelljét alkalmazzák.

EESCAPE Ausztrália 116 Többszintes épületek lépcsőn keresztüli evakuálásának modellje.

EGRESS UK 117 Összetett geometriai szemléltető kiürítési modell.

EGRESSPRO Ausztrália 118 Kiürítési modell, mely tartalmazza a tűzoltó berendezések és tűzérzékelők aktiválását.

ELVAC USA 119 Többszintes épület liften keresztüli evakuálásának modellje.

EVACNET USA 120 Az evakuálás optimális tervének meghatározása.

EVACS Japán 121 Az optimális evakuálási tervezés modellje.

EXIT89 USA 122 Magas épületek evakuálása.

EXITT USA 123 Kiürítési modell csomóponti és íves elemekkel, az emberi viselkedésté-nyezők figyelembevételével.

EXODUS UK 124 Biztonságtechnikai evakuálási szoftver.

GRIDFLOW UK 125 Szimuláció többszintes épület minden emeletének kiürítéséhez és az épü-let teljes kiürítéséhez szükséges idő meghatározására.

PATHFINDER USA 126 Kiürítési modell.

PEDROUTE UK 127 Gyalogos szimulációs modell.

SEVE_P Franciaország 128 Torlódásokkal ellátott grafikus kiürítési modell.

SIMULEX UK 129 Koordináta alapú kiürítési modell.

STEPS UK 130 3D-s szimulációs modell a torlódásos mozgásokhoz.

WAYOUT Ausztrália 131 FireWind programcsomaghoz kiürítési modell rész.


2.5�Vegyes�modellek

Néhány mérnöki tűzvédelmi modell nem szerepel az előző csoportok között. Néhánynak vannak olyan tulajdonságai, amelyek túllépik az előző kategóriákat, vagy több kategóriá-ba is tartoznak. Ezeket a modelleket vegyesnek tekintjük.

Számos ezek közül számítógépes modell, melyek számos almodellt tartalmaznak, ezért több előzőekben részletezett területen alkalmazhatóak. Ezek a szoftvercsomagok számos gyakorlati tapasztalati adatot alkalmaznak a tűztervezéshez.

Még egy modell létezik, azonban érdemleges információ nem található róla: Dow indices (USA).

Alkalmazási�terület:�Érzékelő�reagálási�modellekModell Ország Azonosító Rövid leírás

ASCOS USA 132 Füstérzékelő rendszer vizsgálata.DETACT-QS USA 133 Nyílt téri mennyezet hőérzékelőjének aktiválási idejének meghatározása.

DETACT-T2 USA 134 Szabadtéri mennyezet hőérzékelőjének aktiválási idejének meghatározása t2 tűz esetén.

FPETOOL USA 135 A mérnöki egyenletek beállítása a lehetséges tűzforrások felbecslésére és a tűzvé-delmi rendszerek reagálásának vizsgálatára.

G-JET Norvégia 136 Füstérzékelő modell.JET USA 137 Az érzékelők gázhőmérséklet és füstréteg alapján történő aktiválás modellje.

LAVENT USA 138 Tűzoltó berendezés érzékelőjének válasza a függönnyel és mennyezeti ventilátor-ral ellátott szobatűz esetén.

PALDET Finnország 139 Nyílt téri mennyezet tűzoltó berendezésének és érzékelőinek reagálási modellje.

SPARTA UK 140 Tűzoltó berendezés mozgáskövető modellje a JASMINEban, a tűzoltó berendezé-sek viselkedésének meghatározására.

SPRINK USA 141 Magas raktárak tűzérzékelőinek viselkedése.TDISX USA 142 Raktárházak tűzérzékelőinek reagálása.

Alkalmazási�terület:�Vegyes�modellekModell Ország Azonosító Rövid leírás

ALARM UK 143 Gazdaságossági optimálása az előírások által engedélyezett mennyiségeknek.ASKFRS UK 144 Zónamodellel ellátott modellcsomag.BREAK1 USA 145 Ablakok tűzvédelmi ellenállása.BREATH UK 146 Szennyeződések terjedése közös légcserélő rendszer esetén.Brilliant Norvégia 147 CFD modellel egyesített analitikus modell.COFRA USA 148 Modell kockázati tényező megbecslésére.CONTAMW USA 149 Légáramlási modell.CRISP UK 150 Kockázati tényező és kiürítési zónamodell.FIERAsystem Kanada 151 Kockázat felmérési modell.FireCad USA 152 A CFAST program kiegészítő modulja.FIRECAM Kanada 153 Kockázati veszteség becslése.FIREDEMND USA 154 A tűzoltáshoz szükséges víz mennyiségének meghatározása.FIRESYS ÚjZéland 155 Programcsomag viselkedés alapú előírásokkal.FIREX Németország 156 Egyszerű zónamodellek tapasztalati korrekciókkal.FIVE USA 157 Tűz okozta sebezhetőségi számítások.FRAME Belgium 158 Tűzkockázati modell.FREM Ausztrália 159 Tűzkockázati evakuálási modell.FriskMD USA 160 A FireMD kockázat alapú zónamodellje.HAZARD I USA 161 Zónamodell a kijáratok áteresztőképességével.

JOSEFINE UK 162 Beépített tűzvédelmi rész a zóna és CFD modellbe, kockázati és kiürítési szimu-lációs modell.

MFIRE USA 163 Bánya szellőzési rendszere.RadPro Ausztrália 164 Tűz sugárzási modellje.Risiko Svájc 165 Kockázatfelmérő modell.RISK-COST Kanada 166 Tűz esetén élet és költségkockázati modell.RiskPro Ausztrália 167 Kockázat osztályozási modell.SMACS USA 168 A füst mozgása a légkondicionáló rendszeren keresztül.SPREAD USA 169 Falon történő égési és tűzterjedési aránybecslés.ToxFED UK 170 Törési hatás mértékének kalkulációja (FED) füstrétegből és koncentrációjából.UFSG USA 171 Éghető és nem éghető anyagok esetén a láng növekedésének becslése.WALLEX Kanada 172 A hő terjedésének számítása az ablaktűz csóvájától a feljebb lévő falig.


2 .6 Nyilvánosan�elérhető�szoftverekA tanulmányban fellelhető összes szoftver közöl 30 nyil-

vánosan is elérhető. Ezek a szoftverek a következő táblázat-ban szerepelnek:

Nyilvánosan�elérhető�szoftverekModell Alkalmazási terület Azonosító Elérési cím

DIFISEK-CaPaFi Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített 1 www.sections.arcelor.com

DIFISEK-EN 1991-1-2 Annex A Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített 2 www.sections.arcelor.com

DIFISEK-TEFINAF Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített 3 www.sections.arcelor.com

ASET/ASET-B Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Zóna 5 www.fire.nist.gov

ASMET Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Zóna 6 www.fire.nist.gov

CCFM/Vents Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Zóna 9 www.fire.nist.gov

FAST/CFAST Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Zóna 16 www.fire.nist.gov

FIRST Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Zóna 26 www.fire.nist.gov

OZONE Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Zóna 40 www.ulg.ac.be

www.sections.arcelor.com

ALOFTFT Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Mező M www.fire.nist.gov

FDS Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Mező 55 www.fire.nist.gov

SmokeView Termikus tűzmodellek – Egyszerűsített – Mező 66 www.fire.nist.gov

AFCB Szerkezeti tűzvédelem – Egyszerűsített 73 www.sections.arcelor.com

AFCC Szerkezeti tűzvédelem – Egyszerűsített 74 www.sections.arcelor.com

ELEFIR Szerkezeti tűzvédelem – Egyszerűsített 77 www.ulg.ac.be

Elefir-EN Szerkezeti tűzvédelem – Egyszerűsített 173 www.eccspublications.eu

H-Fire Szerkezeti tűzvédelem – Egyszerűsített 78 www.stahlbau.uni-hannover.de

POTFIRE Szerkezeti tűzvédelem – Egyszerűsített 81 www.cidect.org

ELVAC Kijárat 119 www.fire.nist.gov

EVACNET Kijárat 120 http://www.ise.ufl.edu/kisko/files/evacnet

ASCOS Érzékelő reagálás 132 www.fire.nist.gov

DETACT-QS Érzékelő reagálás 133 www.fire.nist.gov

DETACT-T2 Érzékelő reagálás 134 www.fire.nist.gov

FPETOOL Érzékelő reagálás 135 www.fire.nist.gov

JET Érzékelő reagálás 137 www.fire.nist.gov

LAVENT Érzékelő reagálás 138 www.fire.nist.gov

BREAK1 Összetett 145 www.fire.nist.gov

FIREDEMND Összetett 154 www.fire.nist.gov

Parametrická teplotní křivka

Termikus tűzmodell – Egyszerűsített 174 www.access-steel.cz/page-nastroje-pro-navrhovani/

Přestup tepla Termikus tűzmodell 175 www.access-steel.cz/page-nastroje-pro-navrhovani/

Požární odolnost Szerkezeti és ellenállási modell – Egyszerűsített 176 www.access-steel.cz/page-nastroje-pro-navrhovani/


3.�ÉRTÉKELÉSI�SzEMPONTOKA tűztervezés szoftvereknél a fő cél az, hogy értékeljük a:• Számítási módszert – Az alkalmazott fizikai és matemati-

kai modellt;• A szoftver dokumentációit;• Felhasználói szempontokat.

3 .1. Számítási�módszerek�–�a�fizikai� .és�matematikai�modellek�alkalmazása

A legfontosabb szempont a számítási módszerekkel kap-csolatban az, hogy milyen szabályokkal végzi a módszer a számítást. Ezek a szabályok általában fizikai vagy termikus törvényekre vagy tapasztalati adatokra épülnek, vagy elmé-leti összefüggéseken alapszanak. A szoftver megbízhatósága erősen függ a pontosságától, a benne levő szabályok al-kalmazhatóságától.

Lehetetlen számba venni minden eseményvariációt a számításoknál. A számítások megalkotásához szükség van felté-telezésekhez. A feltételezéseket magukba foglaló szoftverek pontossága erősen függ a feltételezések pontosságától.

Mind a szabályok, mind a feltételezések korlátozzák a szoftver alkalmazhatóságát. A szoftver alkalmazhatósága vi-szont nem csak ettől függ. Más szempontok, mint például a modell mérete és a geometria bonyolultsága tovább szűkítik a szoftver használatát. Ezek a lehatárolások adják meg nekünk a választ arra, hogy a szoftver megfelelőe az esettanulmányunkhoz.

3 .2 A�szoftver�dokumentációiMikor elkezdjük a szoftver használatát, tudnunk kell,

hogy minden információval rendelkezünk-e vele kapcsolat-ban. A legfontosabb dokumentum a Használati útmutató, a Technikai leírás, leírások és mintafeladatok. Ezek a do-kumentumok nagyon fontosak a szoftver pontos kezelése szempontjából és nagyban befolyásolják az eredmény meg-bízhatóságát és a pontosságát.

3.3�Felhasználói�szempontokEzek a szempontok nincsenek kapcsolatban a szoftver

megbízhatóságával, de nagyon fontosak, mikor használjuk a programot. Egy jó szoftver megengedi, hogy mi adjuk meg a bemenő adatokat a legegyszerűbb módokon, elkerülve a számítási hibákat. A bemeneti és a kimeneti adatok köz-lése is nagyon fontos az eredmények megítéléséhez, és a grafika is nagyban hozzájárul az esemény szimulációjához. Ez a három fogalomkör teszi a szoftvert felhasználóbaráttá és képes a hibákat lecsökkenteni, felgyorsítva a kielemzés idejét is.

4.�ÉRTÉKELT�SzOFTVEREKA tanulmány rengeteg adatot összegyűjtött a nagyszámú

tűzvédelemi szoftverrel kapcsolatban. A szoftverekből 15 programot elemezünk részletesebben.

Minden szoftverhez szövegesen összegyűjtöttük és csa-toltuk a következő információt:• Szoftverazonosítás (alapinformációk) Név, Verzió, Év,

Felhasználási terület, Ország, Szerző/k, szervezet/ek, Rendszerkövetelmények, Számítógépes nyelv, Méret, El-érhetőség, Kapcsolat információja és leírása.

• Értékelési szempontok:– Számítási módszerek: Egyenletrendszerek használata,

Feltételezések és lehatárolások.

– Dokumentáció: Használati útmutató, Technikai leírá-sok, leírások és mintapéldák.

– Felhasználói szempontok: Kezelőfelület, Bemeneti/Kimeneti adatok, Jelentések és Grafikák.

• Következtetések: Becslési szempontokat a Felhasználói szintű elvárásokban listáztuk.

4.1��Tizenöt�szoftvert�becsülhetünk� .a�következő�mélységekben:

• Termikus tűzmodellek (4): – Egyszerűsített termikus tűzmodellek (1):

DIFISEK-EN 1991-1-2 A melléklet– Fejlett termikus tűzmodellek (3):

FAST/CFAST és OZONE (Zóna) és FDS (Mező)• Szerkezeti tűzellenállási modellek (8):

– Egyszerűsített szerkezeti tűzellenállási modellek (6): AFCB, AFCC, Elefir, Elefir-EN, H-Fire és Potfire

– Fejlett szerkezeti tűzellenállási modellek (2): Abaqus és BoFire

• Kiürítési modellek (1): Evacnet4

• Érzékelő reagálási modellek (2): Detact-Qs és Jet

Az egyes szoftverekről képek láthatók a mellékletben.

KÖSzÖNETNYILVÁNÍTÁSA cikk a DIFISEK+ program (Dissemination of Fire Safety Engineering Knowledge) keretében, annak WP 4. része: Morente, F., de la Quintana, J.: Software for fire design, LABEIN TECNALIA Technological Centre, Bilbao, Spain, felhasználásával történt.

IRODALOM:

[1]. Olenick S. M. And Carpenter D. J., May 2003, “An Updated International Survey of Computer Models for Fire and Smoke”, Journal of Fire Protection Engineering, Vol. 13

[2]. Friedman R., 1992, “An International Survey of Computer Models for Fire and Smoke”, Journal of Fire Engineering Vol. 4

[3]. Janssens M. L., 2002, “Evaluating Computer Fire Models”, Journal of Fire Protection Engineering, Vol. 13

[4]. ASTM E 1355; ASTM E 1472; ASTM E 1591; ASTM E 1895

[5]. EC3 – Eurocode 3 Part 1.2 (ENV 1993-1-2).

[6]. EC4 – Eurocode 4 Part 1.1 (ENV 1994-1-1) and Part 1.2 (ENV 1994-1-2).

[7]. Twilt L., Hass R., Klingsch W., Edwards M. and Dutta D., 1996, “Design Guide for Structural Hollow Section Columns Exposed to Fire”, CIDECT Design Guide 4

[8]. Peacock R. D., Reneke P. A., Jones W. W., Bukowski R. W. And Forney G. P., 2000, “User’s Guide for Fast: Engineering Tools for Stimating Fire Growth and Smoke Transport”, NIST-SP-921


[9]. Portier R. W., Reneke P. A., Jones W. W and Peacock R. D, 1992, “User´s Guide for Cfast Version 1.6”, NISTIR-4985

[10] Peacock R. D., Reneke P. A., Jones W. W. and Forney G. P, 2000, “Tecnical References for Cfast: An Engineering Tool for Stimating Fire Growth and Smoke Transport”, NIST-TON-1431

[11] Peacock R. D., Jones W. W. and Bukowski R. W., 1993, “Verification of a model of fire and smoke transport”, Fire Safety Jaournal Vol. 21“

[12] Deal S., 1990, “A review of four compartment fires with four compartment fire models”, Fire Safety Developments and Safety, Proceedings of the annual meeting of Fire Retardant Chemicals Association

[13] Duong D. Q., 1990, “The accuracy of Computer Fire models: some comparison with experimental data from Australia”, Fire safety Journal Vol. 16

[14] Davis W. D., Notarianni K. A., and McGrattan K.B., 1996, “Comparison of fire model predictions with experiments conducted in a hangar with a 15 m ceil-ing”, NISTIR-5927

[15] Cadorin J. F., Franssen J. M., and Pintea D., 2001, “The design Fire Tool Ozone V2.0 – Theoretical Description and Validation On experimental Fire tests”, Rapport interne SPEC/2001_01 University of Liege

[16] Sleich J. B., Cajot L. G., Pierre M., Joyeux D., Aurtenetxe G., Unanua J., Pustorino S., Heise F. J., Salomon R., Twilt L. and Van Oerle J., 2002, “Competitive steel buildings through natural fire safety concepts” Final Report EUR 20360 EN

[17] Cadorin J. F., 2002, “ On the application field of Ozone V2”, Rapport interne Nº M&S/2002003 University of Liege

[18] Cadorin J. F., 2003, “Compartment fire models for structural engineering”, Doctoral Thesis of J. F. Cadorin, University of Liege

[19] Sleich J. B., Cajot L. G., Pierre M., Joyeux D., Moore D., Lennon T., Kruppa J., Hüller V., Hosser D., Dobbernack R., Kirchner U., Eger U., Twilt L., Van Oerle J., Kokkala M. And Hostikka S., 2002, “Natural Fire Safety Concepts – Full Scale Tests, Implementation in the Eurocodes and Development of an user friendly design tool” Final Report EUR 20580 EN

[20] McGrattan K. B., Forney G. P., Floyd J. E., Hostikka S. And Prasad K., 2002, “Fire Dynamics Simulator (Version 3) – User´s Guide”, NISTIR-6784

[21] Forney G. P. and McGrattan K. B., 2003, “User´s Guide for Smokeview Version 3.1 – A Tool for Visualizing Fire Dynamics Simulation Data”, NISTIR-6980

[22] McGrattan K. B., Baum H. R., Hamins A., Forney G. P., Floyd J. E., Hostikka S. And Prasad K., 2002, “Fire Dynamics Simulator (Version 3) – Technical Reference Guide”, NISTIR-6783

[23] Hurley M. J. and Madrzykowsky D., 2002, “Evaluation of the computer fire model DETECT-QS”, Performance-Based Codes and Fire Safety Design Methods, 4th International Conference. Proceedings

[24] Davis W. D., 1999, “The Zone Fire model JET: A Model for the prediction of detector activation and gas tem-perature in presence of a smoke layer”, NISTIR-6324

WEB�LINKS

www.arcelor.com

www.branz.co.nz/main.php?page=Fire%20Software

www.bre.co.uk/frs/software.jsp

www.cidect.org

www.cticm.com

www.doctorfire.com

www.europrofil.lu.

www.fire.nist.gov

www.fire.org

www.firemodelsurvey.com

www.fpe.umd.edu/department/modeling/index.html

www.framemethod.be/modeling.html

www.fseg.gre.ac.uk

www.irc.nrc-cnrc.gc.ca

www.ise.ufl.edu/kisko/files/evacnet

www.labein.es

www.nfpa.org

www.rautaruukii.com

www.sections.arcelor.com

www.tno.nl

www.ulg.ac.be

www.uni-hannover.de

www.fine.cz


A�TűzVÉDELMI�jOgSzABÁLYOK�VÁLTOzÁSAI

CHANgES�OF�FIRE�SAFETY�LAWS

Dr. Hoffmann Imre tű dandártábornok, hatósági főigazgatóhelyettesOrszágos Katasztrófavédelmi Főigazgatóság

A folyamatos technológiai fejlődés, az új műszaki megoldások, továbbá az Európai Unió irányelveinek való megfelelés szükségessé tette a tűzvédelmi előírások modernizálását. Többévi munka eredményeként 2008. február 22én megjelent az Országos Tűzvédelmi Szabályzat kiadásáról szóló 9/2008. (II. 22.) ÖTM rendelet (OTSZ), ami a tűzvédelem hazai és nemzetközi tapasztalatait egyaránt magában foglal-ja. A cikkben sorra veszem az OTSZ megalkotásához, bevezetéséhez, és alkalmazásához kapcsolódó tapasz-talatokat, amely hozzájárulhat az új követelmények könnyebb elfogadásához.

The perpetual development of technology, new tech-nical solutions, furthermore adequacy to European Union Directives necessitated the modernization of fire safety regulations. As a result of a multiyear working process in 22 february 2008 the 9/2008. (II. 22.) Decree of the Minister of Local Authorities and Regional Development on National Fire Safety Regulation (NFSR) was published. The NFSR incor-porates national and international fire safety expe-riences. In the article I take one after the other the experiences in connection with the creation, introduc-tion, and adaptation of NFSR, which may contribute to the easier acceptance of the new requirements.

A tűzmegelőzés területén jelentős változást hozott az Országos Tűzvédelmi Szabályzat kiadásáról szóló 9/2008. (II. 22.) ÖTM rendelet (továbbiakban: OTSZ) 2008. május 22-i hatálybalépése. A jogszabály megjelenését az elavult tartalmú tűzvédelmi előírások modernizálásának igényén túl az Európai Unió direktíváiban meghatározott műszaki követelményeknek történő megfelelés is szükségessé tette.

Az Országos Katasztrófavédelmi Főigazgatóság 2004 januárjában kezdte meg a tűzvédelmi műszaki követelményeket tartalmazó jogszabályok módosításának előkészítését. A tervezetek kidolgozása érdekében a tűzoltói képviseleti szerveken kívül meghívásra kerültek a jelentősebb tűzvédelemhez köthető civil szervezetek képviselői is (pl. Gépipari Tudományos Egyesület, Építésügyi Minőségellenőrző Innovációs Kht., Tűzvédelmi Szolgáltatók és Vállalkozók Szövetsége, Magyar Biztosítók Szövetsége, Magyar Mérnöki Kamara, Magyar Műszaki Biztonsági Hivatal, Tűzvédelmi Mérnökök Egyesülete). A rendelet módosí-tásával kapcsolatban az érintett témaköröknek megfelelően nyolc szakmai munkabizottság alakult, melyek munkájában való részvételüket az említett szervezetek jelezték. A bizott-sági részvétel lehetőségével a későbbiekben több szervezet nem élt, vagy a bizottságok munkájában aktív szerepet nem vállalt, így érdekképviseletüket sem biztosíthatták a jogszabályalkotás során. A bizottságok teljes szakmai sza-badságot kaptak az érintett műszaki területek tűzvédelmi koncepciójának kidolgozásához, mellyel nem minden eset-ben éltek a részvevők.

A jelzések alapján a tervezetbe bedolgozásra kerültek azok a nemzetközi tapasztalatok, melyek egy adott európai tagállamban jelentős mértékben befolyásolták a tűzvédelmi előírásokat a biztonságosság érdekében. Az általános szakmai viták eredményeképpen a jogszabálytervezetben fo-lyamatos változtatások történtek, melyek kedvezően be-folyásolták a munkapéldányok általános használhatóságát, tűzvédelmi koncepciójának egységes képét. A jogszabály kihirdetése előtt átesett a kötelező európai notifikációs eljáráson. Az eljárás során a tagállamok részére lehetőség nyílt a jogszabálytervezet európai szabadságelvek szerinti

vizsgálatára. A vizsgálat egyik eleme az áruk szabad áram-lásának teljesülése, a jogszabálytervezet áruk korlátozására vonatkozó előírásainak felülvizsgálata. A notifikációs eljárás során a jogszabállyal kapcsolatban érdemi észrevételt a tagállamok nem tettek.

Az OTSZ a végrehajtott korszerűsítésen kívül olyan műszaki követelményekkel, előírásokkal is kiegészült, amelyek eddig nem szerepeltek a tűzvédelmi jogszabályrendszer-ben. Az OTSZ tartalmaz olyan új, EU konform előírásokat is, amelyeket a már hatályon kívül helyezett az Országos Tűzvédelmi Szabályzat kiadásáról szóló 35/1996. (XII. 29.) BM rendelet, illetve a tűzvédelem és a polgári védelem műszaki követelményeinek megállapításáról szóló 2/2002. (I. 23.) BM rendelet nem tartalmazott, azonban beveze-tésük elengedhetetlenné vált. Az új szabályozás egységes szerkezetben, kódexszerűen tartalmazza a tűzvédelem lé-tesítési és használati szabályait, átláthatóbbá téve a szak-terület jogi szabályozását.

Az OTSZ hatálybalépésével annak alkalmazása 2008. május 22én megkezdődött. Az eltelt idő alatt, a napi használat során – tekintettel a szakmai megközelítés új-donságaira – sok szakmai és formai kérdés vetődött fel mind tervezői, mind hatósági oldalról. Az Országos Katasztrófavédelmi Főigazgatóságra eljuttatott kérdések, felvetések több olyan jogszabályi előírásra hívták fel a figyelmet, melyek megfelelő színvonalú gyakorlati alkalmazása érdekében további pontosítást igényelnek. A legtöbb vitát az építőanyagok éghetőségi, tűzállósági teljesítményjellemzőinek európai normákhoz történő igazítása váltotta ki. Szakítva az évtizedes hagyományokkal, a jogszabály új követelményrendszert vezetett be, melyre az átállás nem történt zökkenőmentesen.

Az OTSZ szerint éghetőség tekintetében az építőanyagokat tűzvédelmi osztályokba kell sorolni. Az MSZ EN 135011 szabvány táblázatos formában tartalmazza azokat a szem-pontokat, melyek szerint az osztályba sorolás elvégezhető. A szabvány 7–7 osztályt különböztet meg általában az épí-tési anyagok és a padlóburkolatok vonatkozásában (A1; A2; B; C; D; E; F – illetve padlóburkolatoknál A1fl; A2fl; Bfl;


Cfl; Dfl; Efl; Ffl). A fő tűzvédelmi osztályok meghatározása mellett a füstfejlesztés és az égve csepegés kritériumainak figyelembevételével további alkategóriákat határoz meg a szabvány. (A füstképződési kategóriák jelzései s1; s2; s3, az égve csepegési kategóriák jelzései d0, d1, d2.) Az elvégzett tűzvédelmi osztályokba sorolásról a besorolást végző akkreditált intézet tanúsítványt állít ki. Az általánosan használt építőanyagok tekintetében nem feltétlenül kell elvégez-tetni a besorolást. Az Európai Unió hivatalos közlönyében (Official Journal) rendszeresen közzéteszik azoknak az anyagoknak a listáját, melyek összetételüknél fogva, min-den további vizsgálat nélkül tűzvédelmi osztályba sorolhatók, illetve füstfejlesztési és füstképződési tulajdonságai is feltüntetésre kerülnek.

Az épületszerkezetek új tűzállósági teljesítmény követelmény jellemzőinek bevezetése is nagy visszhangot váltott ki az építész szakmán belül. Az eddigi hagyományos tűzállósági határérték követelmény helyett bevezetett jellemzők értelmezése, használata nagyobb szakmai rálátást kíván az alkal-mazóktól. Továbbra is szabványos laboratóriumi vizsgálatok határozzák meg az épületszerkezetek tűzállósági jellemzőit, de lehetőség nyílik a megfelelőség igazolására méretezési műszaki specifikációban (Eurocode szabványsorozatban) található számítási módszert is alkalmazni.

Az épületszerkezetek tűzvédelmi megfelelőségének értékelése – az OTSZ bevezetésével – nem merül ki a tűzvédelmi osztály és a tűzállósági teljesítmény jellemzők vizsgálatával. A beépített szerkezetekkel szemben egy sor olyan köve-telmény jelenik meg, amely komoly feladat elé állítja a tervezőket. Ezek nem mérhető előírásokat tartalmaznak, mint inkább tervezési irányelveket határoznak meg az összefüggő szerkezetek tűzzel szembeni ellenállásának biz-

tosítása érdekében. Példának emelném ki, hogy az egymás-sal kapcsolatban álló teherhordó szerkezetek tűzállósági követelmény időtartama alatt a tűz során bekövetkező alakváltozását is figyelembe kell venni a tartószerkezetek erőtani méretezésénél, ami sok esetben jelent nehézséget a statikusok számára.

Összességében elmondható, hogy a jogszabályváltozásból adódó kezdeti nehézségek feloldása sikerült, eredménye-sen kialakításra kerültek azok a tervezési metódusok, me-lyek maradéktalanul összhangban vannak a jogszabályok-kal és szabványokkal. Az új követelmények bevezetése során olyan szakmai eszmecsere jött létre a felhasználói érdekképviseletek, szervezetek között, mely lehetővé tette olyan rugalmas tűzvédelmi keretrendszer létrejöttét, amely hosszú távon, a magas szintű tűzbiztonság mellett teret ad a tervezői kreativitásnak, az új ötletek megvalósulásának.

Hivatkozott�jogszabályok,�szabványok:9/2008. (II. 22.) ÖTM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzat kiadásáról

2/2002. (I. 23.) BM rendelet a tűzvédelem és a polgári védelem műszaki követelményeinek megállapításáról (hatályon kívül)

35/1996. (XII. 29.) BM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzat kiadásáról (hatályon kívül)

MSZ EN 135011:2007 Épületszerkezetek és építési termékek tűzvédelmi osztályozása. 1. rész: Osztályba sorolás a tűzveszélyességi vizsgálatok eredményeinek felhasználásával


Néhány évtizeddel ezelőtt ezen a kifejezésen, hogy „acél-szerkezet tűzvédelme”, még sokan elcsodálkoztak volna, gondolván, hiszen az acél nem ég! És tulajdonképpen iga-zuk is van, mert az acél valóban nem ég.

Az utóbbi évtizedekben országszerte nagy projektek, főleg bevásárlóközpontok, acélszerkezetekből épülő csarnokok építése, valamint néhány tragikus tűzeset, melynek egyik szomorú példája Budapesten a Rákóczi téri Vásárcsarnok teljes leégése, a ’80-as években, ráirányította a figyelmet az acél tűzvédelmére. A könnyűszerkezetes épületek, mint pl. raktárcsarnokok, bevásárlócsarnokok stb. nem tudják nélkülözni az acélprofilokból készült vagy acélgerendákkal erősített tetőszerkezetet. Ilyen és hasonló esetekben az acélra nagy feladat hárul, az egész tető, vagy födém statikus megtartása.

Azt már tudjuk, hogy az acél nem éghető anyag, de azt is tudnunk kell, hogy az acél tartószilárdsága 500 °C felett jelentősen csökken, a védetlen teherhordó acélszerkezetből épített létesítményeknél tűz hatására rövid időn belül teljes vagy részleges összeomlás következhet be, veszélyeztetve az emberi életeket és az anyagi értékeket.

A tűzoltók kevésbé tartanak egy faszerkezetű égő épület oltásától, mint egy acélszerkezetű égő csarnok oltásától. Míg a faszerkezetű tetőnél kiszámítható vagy látható a tetőrész omlási veszélye, addig az acélszerkezetű váznál nem látható és nem érzékelhető, mikor éri el a szerkezet, vagy egy fontos elemének a hőmérséklete az 500–600 °Ct, amelynél azután pillanatokon belül beszakadhat az egész tetőszerkezet, összedőlhet az épület, amely életveszélyt jelent az oltást végző tűzoltók számára is.

Az acélvázú csarnokokban nagy értékű anyagokat, gépeket, technológiát helyeznek el, így egy ilyen tűzeset az épület tönkremenetelén túl óriási értékeket is veszélyeztet.

Mindezek miatt alapvető fontosságú az ilyen acélszerkezetek tűz elleni védelme.

Az emberi élet és az anyagi javak védelme érdekében többek között az acélszerkezetekre vonatkozóan is szigorú előírásokat tartalmaz az idén, 2008.02.22én megjelent és 2008.05.22-én hatályba lépett ÖTM rendelet, más néven az Országos Tűzvédelmi Szabályzat [9/2008. (II. 22.) ÖTM rendelet].

A szabályzatban előírt tűzállósági határérték függ az épületek tűzállósági fokozatától és az épületek szintjeinek számától. Ezek függvényében az alábbi tűzállósági határér-tékek elérése a különböző épületszerkezeteknél a követelmény:

Teherhordó�falak,�pillérek:• teherhordó pillérek: R15, R30, R45, R60, R90, R120,

R180• falszerkezetek merevítőelemei: R15, R30, R45, R60, R90,

R120, R180

Vízszintes�teherhordó�szerkezetek:• teherhordó gerendák: R15, R30, R45, R60, R90• tetőfödémek tartószerkezetei: R15, R30, R45, R60, R90• tetőfödémek merevítő szerkezetei: R15, R30, R45, R60,

R90• nyílásáthidalások: R15, R30, R45, R60, R90A rendelet külön tárgyalja az egyszintes csarnoképüle-teket, ahol a tűzállósági határérték meghatározásánál a csarnoképület tűzállósági fokozatát kell figyelembe venni. Ennek megfelelően a következő tűzállósági határértékek valamelyikét írja elő a szabályzat:• teherhordó pillérek, oszlopok, keretszerkezetek, tető

födémek tartószerkezetei: R15, R30, R45, R60• falszerkezetek merevítőelemei: R15, R30, R45, R60

ACÉLSzERKEzETEK�TűzVÉDELME.Tűzvédelmi�festékrendszerek,�szórt�bevonatok,� .

burkolás�tűzgátló�lapokkal

FIRE�PROTECTION�OF�STEEL�STRUCTURES.Fire-protecting�paint�systems,�sprinkled�coatings,� .

revetment�with�fire-protecting�sheets

Sebestyén Tibor.ügyvezető igazgatóDunamenti Tűzvédelem Zrt.

Az acél tartószerkezetek szilárdsága 500 °C felett jelentősen csökken, a védetlen teherhordó acélszerkezetből épített létesítményeknél tűz hatására teljes vagy részleges összeomlás következhet be, veszélyez-tetve az emberi életeket és az anyagi értékeket.A védelem érdekében kifejlesztett különböző technikai megoldások minden tűzállósági követelmény kielégítésére rendelkezésre állnak az acélszerkezetek megvédésére. Ez azt jelenti, hogy nincs akadálya az új stílusnak megfelelő, de egyben biztonságosan kivitelezett acélszerkezeteket tartalmazó épületek, csarnokok építésének.

The solidity of steel frame significantly tones down over 500 celsius. In case of fire total or partial ruin may supervene at facilities made of unprotected bearer steel construction to be a danger to people’s lives and material values.There are different technical solutions developed in favour of protection which are available to defend steel structures for fulfilmernt of each fireresisting requirements. It means that there is no any hin-drance to build buildings and halls in new style with safety steel structures .


Az említett tűzállósági határértékeket az illető ország szabványában rögzített módszerekkel erre hivatott vizsgáló-intézetekben állapítják meg, melyről hivatalos jegyzőkönyv készül. Magyarországon ezt a tevékenységet az Építésügyi Minőségellenőrző Innovációs Kht. (ÉMI) végzi. Ők állítják ki a termékek forgalmazásához, alkalmazásához szükséges engedélyeket is (ÉME Építőipari Műszaki Engedély, TMI Tűzvédelmi Megfelelőségi Igazolás), amelyek tartalmazzák a tűzvédelmi osztályt, valamint a tűzállósági teljesítmény jellemzőket.

A hivatalos tűzvizsgálatoknál a jelenleg még használt régi szabály szerint 2 darab 4 m hosszú I 180as tűzgátló véde-lemmel ellátott acéltartót függőleges és vízszintes vizsgáló kemencébe helyezik és az ISO 834 szabvány szerint előírt időbeni hőfok felfutású hőterhelésnek teszik ki. Ez az esetleges tűzesetet kritikus mértékben modellezi, ami azt jelenti, hogy a kemencetérben 30 perc után kb. 820 °C, 90 perc után 1000 °C közeli hőfok van.

Védelem nélkül az acél hőmérséklete kis késleltetéssel követi a kemence hőfokát, ennek megfelelően kb. 10–12 perc elteltével az acéltartó hőmérséklete eléri a kritikus 500 °Cot.

Ezzel szemben a például 30 perces tűzvédő hőre duz-zadó festékbevonattal ellátott acéltartó hőfokemelkedését az acélfelületén kialakított szigetelőréteg olyan mértékben befolyásolja, hogy csak 30 perc után a 33. percben éri el az acél hőmérséklete a kritikus 500 °Ct.

Az acélszerkezetek védelmére alapvetően az alábbi három megoldás közül választhatunk elsősorban attól függően, hogy milyen tűzállósági határérték elérése a cél, másodsor-ban a védendő felület hol helyezkedik el, kültérben vagy beltérben, látható vagy utólag burkolt helyen. Gyakran a tervezői kiírás, a beruházói igény, az esztétikai megjelenés és nem utolsó sorban a projekt költségérzékenysége a meghatározó.

1. Hőre habosodó tűzgátló festék2. Tűzgátló lapok3. Szórt ásványi anyagok, tűzvédelmi habarcsok

A védelem alapvetően a hőszigetelés elvén működik, vagy önmagában hőszigetelő és egyben tűzálló anyagok-kal, vagy a tűz (magasabb hőmérséklet) hatására képződő hőszigetelő réteggel.

1.�HőRE�HABOSODó�TűzgÁTLó�FESTÉKA tűzgátló festékek tűz (magasabb hőmérséklet) hatá

sára felhabosodva tűzgátló réteget képeznek. Ilyen festéket alkalmazó rendszerekkel 30, 45, ill. max. 60 perces tűzállóságú védelem hozható létre.

Aki festékes rendszerrel ennél magasabb tűzállóságú védelmet ajánl, azt mindenképp kétkedve fogadjuk, és kérjük el az anyagról a hiteles magyarországi vizsgálati jegyzőkönyvet, forgalmazási engedélyt, ugyanis más országok eltérő követelményeinél elképzelhető magasabb érték is, de Magyarországon érvényes minősített anyag csak 60 percig létezik.

A hőre duzzadó festékekkel a rétegvastagságot növelve lehet a 30, 45 és 60 perces tűzállóságot elérni festéktí-pustól függően. Az alábbi táblázatban láthatók a reális szárazréteg-vastagságok.

Tűzállóság 30 perc 45 perc 60 perctűzvédő festék rétegvastagsága 0,5–0,8 mm 0,8–1,5 mm 1,7–2,5 mm

A korszerű festékekkel ki-alakított bevonatok ma már esztétikusak, szép felületet ké-peznek, vékony rétegben való felhordásuk nem rontja el az acélszerkezet által keltett épí-tészeti varázst.

Nem olyanok, mint a néhány évvel ezelőtt gyártott típu-sok, amelyeket az építészek és az építtetők fenntartással fogadtak esztétikai megjelenésük miatt.

A tűzgátló festékeknek alapvetően két fajtája ismert, a vizes, valamint az oldószerbázisú. A vizes bázisú festé-kek beltérre, az oldószerbázisú festékek kültérre alkal-mas fedőfestékkel bevonva kültéren is alkalmazhatóak. A tűzgátló festékek általában fehér színűek, önmagukban nem színezhetőek. Ha az acélszerkezetre valamilyen különleges színt álmodott meg a tervező, akkor ugyanúgy, mint a védelem nélküli acélfelületre, a tűzgátló bevonatra is felhordható a kívánt színű fedőfesték.

A tűzgátló festék ecsettel, hengerrel vagy airless szóró-berendezéssel hordható fel a védendő felületre.

2.�TűzgÁTLó�LAPOKAmennyiben 30–180 perc tűzállósági határérték elérését

kell biztosítani, de különösen 60 perc tűzállóságnál magasabb követelmény esetén az acélszerkezetek védelme tűzgátló lapokból képzett burkolattal kivitelezhető.

A tűzgátló lapoknak több fajtája ismert a hazai piacon:• gipszrost lap• kőzetgyapot lap• cementkötésű lap

A választásnál a lapok esetén is mérlegelendő tényező, hogy milyen tűzállósági határérték elérése a cél, a védendő felület hol helyezkedik el, kültérben, beltérben, látható vagy utólag burkolt helyen, mennyire fontos az esztétikai megjelenés, de nem hagyható figyelmen kívül a tervezői kiírás, illetve a beruházói igény sem.

A tűzgátló lapokból kialakított védőburkolat előnye, hogy megjelenése esztétikusabb, hátránya, hogy bonyolultabb rendszereknél, csomópontoknál a technikai kivitelezés ne-héz, nagy gyakorlatot, képzett szakembert igényel, ebből kifolyólag viszonylag drága.

A gipszrost lapokat beltérben, azokon a látható helyeken alkalmazzák, ahol fontos az esztétikai megjelenés. Felülete a legkülönbözőbb színre festhető.

A kőzetgyapot lemezeket általában a nem látható (pl. aknák) vagy utólagos burkolattal ellátott, eltakart felületeknél alkalmazzák. Csupasz, illetve alufólia kasírozású kivitelben gyártják.

Nyugat-Európában és itthon is közismert a már igen rég-óta alkalmazott, jól bevált, cementkötésű tűzvédő építőlap, amely kültéri és beltéri felhasználásra egyaránt alkalmas. Kültéri alkalmazás esetén impregnáló bevonattal látják el.

A lapburkolatok vastagságának kiválasztásakor figyelembe kell venni az előírt tűzállósági határértéket, valamint azt, hogy hány oldali védelmet kell biztosítani.

A lapokat ragasztással, csavarozással, illetve tűzéssel lehet az acélszerkezetekhez, illetve egymáshoz rögzíteni.


A tűzgátló lapokból álló burkolatot a gipszkartonrend-szereknél megszokott módon kell elkészíteni, a burkolat és az acélfelület közé ugyancsak a tűzgátló lapból felragasz-tott párnaelemeket kell elhe-lyezni, és tűzőkapcsokkal kell rögzíteni. A lapok közötti rése-ket speciális tűzálló kittel kell kitölteni.

3.�SzóRT�ÁSVÁNYI�ANYAgOKA beépített acélszerkezet teherbíró képessége megha-

tározza, milyen mértékben lehet az eredeti terhelésen felül még terhelni. Azokban az esetekben, mikor a tűzgátló lapok súlyuk miatt nem alkalmazhatók, javasoltak a szórt azbesztmentes tűzvédelmi bevonatok, amelyekkel az acél-szerkezet minden felületét egy viszonylag puha, könnyű térfogatsúlyú, tűzgátló bevonattal szórják be.

Ásványi szálas, cement és gipsz alapú bevonatokat külön-böztetünk meg.

Ásványi szálas alapú tűzgátló habarcs könnyű, 300 kg/m3 térfogatsúlyig

Gipszhabarcs közepes 500 kg/m3 térfogatsúlyú

Cement kötésű tűzgátló habarcs nehéz, 700–800 kg/m3 térfogatsúlyú

A nagy bonyolultságú acélszerkezetek felületén is egyen-letes, jól kötő bevonat alakítható ki, amely 60–180, a cement alapú anyagnál akár 240 perces tűzvédelmet biz-tosítanak.

A szórt ásványanyag alapú bevonatoknál kialakítandó ré-tegvastagság a tűzállóság függvényében határozható meg.

Az így kialakított bevonat nem sima, ún. rusztikus felü-letet ad, jól látható helyeken és nem ipari környezetben burkolatot igényel pl. álmennyezet, ill. egyszerű gipszkar-ton burkolat. Ha nem kívánják eltakarni, a felület bizo-nyos határok között simítható, sőt festhető, vagy kültérben időjárásellenálló bevonattal látható el.

A bevonat előnye, hogy komplikált szerkezetek védelmére is alkalmas, illetve relatíve olcsó megoldás.

Összefoglalva: a különböző technikai megoldások min-den tűzállósági követelmény kielégítésére rendelkezésre állnak az acélszerkezetek megvédésére. Ez azt jelenti, hogy nincs akadálya az új stílusnak megfelelő, de egyben bizton-ságosan kivitelezett acélszerkezeteket tartalmazó épületek, csarnokok építésének.

Acélszerkezetek.falvastagsága

Tűzállósági�határérték.(óra)

(mm) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

A védelem vastagsága (mm)

Testsűrűség V > 5 5 15 25 35 40 45

300 kg/m3 V ≤ 5 10 25 35 45 55 60

(„V” az acélprofil falvastagságát jelöli mm-ben.)

Magyar�Termék�Nagydíj�pályázaton�elnyert:�ELISMERT�TERMÉK�minősítő�cím�és�Kiváló�Építési�Termék�védjegy.�Mindkét�díjat�2008.�szeptember�3-án�vettük�át�az�Országházban


A�Budapest�Sportaréna�acélszerkezetének�képe

Vásárcsarnok�–�Budapest

Emil�Frey�bemutatóterem�–�Budapest

Tiszai�Vegyi�Kombinát

Kálvin�jános�Egyetem

Esztergom�–�Élményfürdő


A tűz az emberiség történetében nagy jelentőséggel bír. Volt, amikor az életet jelentette és volt, amikor a pusztu-lást. Civilizációnkban a tűz már többnyire az ember szol-gálatában áll, de vannak nagy számban olyan tűzesetek is, amik veszélyt jelentenek, károsítják a természetes és az épített környezetünket, veszélyeztetik az emberéletet és nagy anyagi kárt okozhatnak. A nem kívánt tűz elleni védekezés ezért társadalmi szintű összehangolt magatartást követel meg.

Az összehangolt magatartás egyik zsinórmértéke a jog-szabály, ami előírja, hogy a tűz elleni védekezés hogyan valósuljon meg.

Aki az épített környezet létrehozásában részt vesz, an-nak megkerülhetetlen tényező ezen jogszabályok ismerete és alkalmazása, legyen az tervező, gyártó, vagy kivitelező.

TűzVÉDő�BEVONATOK�KÉSzÍTÉSÉNEK�FOLYAMATA

FIRE�RETARDANT�COATINg�PROCESS

Dr. Ostorházi LászlóOstorházi Bevonattechnikai Kft.

A fémet, fát, műanyagot fölemésztő tűzzel szemben a tűzvédő bevonatok célja az időnyerés az emberi élet és a vagyon mentésére. Alkalmazási területek: ipari, kulturális, kereskedelmi és közlekedési célú épületek szerkezetein, belső burkolatain, kábelcsatornáin.

Against fire devastating metal, wooden and plastic objects the fire retardant coatings are intended to gain some time for the rescue of human lives and properties. Fields of application include: on structures of buildings used for industrial, cultural, commercial and communication purposes, on the indoor facings and cable ducts installed inside such buildings.

A�Budapest�Sportcsarnok�romjai�a�tűz�után.�Forrás:�Panoramio.com,�fotó:�Prim�Ádám

Tűzvédő�bevonat�épülő�csarnokszerkezeten.�Fotó:�Ostorházi�Kft.


A jogszabályok lehetőséget adnak a védekezés módjának kiválasztására, de az előírt védelmi szintet el kell érni.

Az egyik lehetőség a tűz elleni védelemre a tűzvédő bevonat alkalmazása.

A tűzvédő bevonatoknak széles körű a palettája és ennek megfelelően az alkalmazási köre is.

Ma már olyan bevonatok vannak a piacon, amelyek nem-csak a funkcionális, de az esztétikai és színigényeket is tökéletesen kielégítik.

A szerző a bevonatkészítés specialistája, így itt nem tekinti feladatának a tűzvédő bevonatok belső tulajdonságairól és hatásmechanizmusáról írni. Annál inkább arról a folyamatról, ami a tervezőasztalon kezdődik és az átadásátvételi dokumentumok aláírásával fejeződik be.

Az első lépés a megépíteni tervezett műtárgy tűzvédelmi szempontú vizsgálata. Milyen anyagból építkezünk, mi-lyen igénybevételnek lesz kitéve az adott műtárgy, milyen tűzveszélyességi osztályba sorolható? A tűzvédelmi tervezés-ben a szakhatóságok, első helyen a tűzoltóság szakemberei autentikus segítséget nyújtanak. További megválaszolandó kérdések a kívánt élettartam, esztétikai megjelenés, szín-igény a felületen. A tűzveszélyességi osztályba sorolás alapján a vonatkozó jogszabályok alkalmazásával megállapítható, hogy az adott felületen szükségese tűzvédő bevonat, és ha igen, milyen. A tűzvédő bevonat az adott hordozó felület tűzállósági határértékének a növelésére alkalmas.

A tűzvédelmi követelmények megállapítását követően kerülhet sor a feladatnak leginkább megfelelő bevonati anyag kiválasztására. A kiválasztás során szem előtt kell tartani a gyártó által kiadott minőségi és alkalmassági tanú-sítványok meglétét, egyéb jognyilatkozatokat. Egy bevonat-technikai szakember érdemi munkája ekkor kezdődik. A kiválasztott anyagot fel kell hordani a védendő felületre. A bevonat készítése is a tervezéssel indul. A minőségügyi terv részletesen kitér a felhordandó anyag technikai és biztonsági adatlapjában foglaltakra, a felhordás körülmé-nyeinek meghatározására, az alkalmazandó eszközökre, gé-pekre, azok pontos beállítási értékeire és a minőséget be-folyásoló egyéb környezeti hatásokra. Ezek között kiemelt jelentősége van a felület előkészítésének, ami a bevonat tapadását befolyásolja. Ki kell térni a rétegvastagságra is, hiszen ez adja meg a tűzállósági határértékeket. A rétegvas-tagság mérése munkavégzés közben és utólagos ellenőrzés során is elengedhetetlen, erre is ki kell térni a minőségügyi tervben. A következő lépés a felvonulás és a munkaterület kiépítése. Tűzvédő bevonat készítése elképzelhető gyártóműben is, de az építőiparban a jellemző megoldás

a helyszíni bevonatkészítés. A munkaterületet el kell kü-löníteni és gondoskodni kell a nem festendő felületek védelméről. A bevonatkészítés akkor gazdaságos, ha jól megválasztott festékszóró berendezést használunk a beál-lítási értékek pontos betartása mellett. A felhordás során rendszeresen ellenőrizni kell a nedves rétegvastagságot. Az előírtnál alacsonyabb rétegvastagság elégtelen tűzállósági határértéket eredményez, ami meghiúsíthatja a teljes műtárgy használatbavételi engedélyének a kiadását, így mér-hetetlenül nagy veszteségeket okozhat a piac összes sze-replőjének. A tűzvédő bevonat felhordását általában ala-pozóbevonat felhordása előzi meg és fedőbevonat követi, de ez nem szükségszerű minden esetben. Ahol ezekre sor kerül, az általános felhordási szabályok mellett különös fi-gyelmet kell fordítani az összeférhetőségre, arról a gyártói nyilatkozatokat be kell szerezni.

A kész bevonat előírás szerinti száraz rétegvastagsága a megfelelőség feltétele, ezért azt mérni és dokumentálni kell. A bevonati rendszerről a kivitelező megfelelőségi tanú-sítványt állít ki.

A megrendelő független tanúsítóintézetet is igénybe ve-het a minőség ellenőrzésére és tanúsítására. Sok probléma kiküszöbölhető, ha a megrendelő megköveteli a kivitelezőjétől, hogy független tanúsítószervezet által kiadott tanúsítvánnyal igazolja alkalmasságát az adott feladatra. Ezt szolgálja az ISO 9001 szabvány. Ma már egyre nagyobb jelentősége van az ISO 14001 környezetirányítási rendszereknek is, ami alapján tanúsított cégek a környezetvédelmi elkötelezettségükre adnak garanciát. A két rendszer együt-tes tanúsítása mára már gyakorlattá vált.

A folyamat végén fontos a felelősség kérdése. A felelősség a tervező, a szakhatóság, az anyag gyártója, a kivitelező és az üzemeltető között oszlik meg. Mindenki annyiban felelős, amennyiben hitelt érdemlő dokumentumokkal tudja bizonyítani, hogy a tőle elvárható gondossággal járt el. Nem megkerülhető az a kötelezettség, hogy minden szereplő a jóhiszeműség és tisztesség követelményének megfelelően, kölcsönösen együttműködve köteles eljárni egy ilyen felelősségteljes jogviszonyban.Tűzvédő�bevonati�rendszer�sematikus�ábrája

Tűzvédő�bevonat�próbája.�Fotó:�unitherm.


Ssz. Szabványszám Megnevezés

1. MSZ ISO 85012:1997

Acélfelületek előkészítése festékek és hasonló termékek felhordása előtt. A felületi tisz-taság vizuális értékelése. 2. rész: Az előzőleg festett, az eredeti bevonat részleges eltávolítása utáni acélfelületek előkészítési fokozatai

2. MSZ EN ISO 85031:1998

Acélfelületek előkészítése festékek és hasonló termékek felhordása előtt. Szemcseszórt acélfelületek érdességi jellemzői. 1. rész: Előírások és fogalommeghatározások szemcseszórt felületek értékelésére való ISO érdesség-összehasonlító mintákra (ISO 8503-1:1988)

3. MSZ EN ISO 85032:1998

Acélfelületek előkészítése festékek és hasonló termékek felhordása előtt. Szemcseszórt acélfelületek érdességi jellemzői. 2. rész: Módszer szemcseszórt acél érdességének minősítésére. Összehasonlításos eljárás (ISO 8503-2:1988)

4. MSZ EN ISO 129441:2000 Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. 1. rész: Általános bevezetés (ISO 12944-1:1998)

5. MSZ EN ISO 129442:2000 Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. 2. rész: A környezetek osztályozása (ISO 12944-2:1998)

6. MSZ EN ISO 129443:2000 Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. 3. rész: Tervezési szempontok (ISO 12944-3:1998)

7. MSZ EN ISO 129444:2000 Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. 4. rész: Felület és felületelőkészítési típusok (ISO 129444:1998)

8. MSZ EN ISO 129447:2000 Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. 7. rész: A festési munka végrehajtása és ellenőrzése (ISO 129447:1998)

9. MSZ EN ISO 129448:2000 Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. 8. rész: Előírások kidolgozása új munkához és karbantartáshoz (ISO 129448:1998)

10. MSZ EN ISO 111275:2000 Acélfelületek előkészítése festékek és hasonló termékek felhordása előtt. Nemfémes szemcseszóró anyagok vizsgálati módszerei. 5. rész: A nedvesség meghatározása (ISO 11127-5:1993)

11. MSZ ENV 12837:2000 Angol�nyelvű

Festékek és lakkok. Az acélszerkezetek festékrendszerekkel való korrózióvédelmét ellenőrzők minősítése

12. MSZ EN ISO 111271:2000 Angol�nyelvű

Acélfelületek előkészítése festékek és hasonló termékek felhordása előtt. Nemfémes szemcseszóróanyagok vizsgálati módszerei. 1. rész: Mintavétel (ISO 11127-1:1993)


Acélfelületek előkészítése festékek és hasonló termékek felhordása előtt. Nemfémes szemcseszóróanyagok vizsgálati módszerei. 2. rész: A szemcseméret-eloszlás meghatározása (ISO 11127-2:1993)


Acélfelületek előkészítése festékek és hasonló termékek felhordása előtt. Nemfémes szemcseszóróanyagok vizsgálati módszerei. 3. rész: A látszólagos sűrűség meghatározása (ISO 111273:1993)


Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. A bevonat adhéziós/kohéziós (leszakítási szilárdság) értékelése és elfogadási kritériumai. 1. rész: Leszakításvizsgálat (ISO 162761:2007)


Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. A bevonat adhéziós/kohéziós (leszakítási szilárdság) értékelése és elfogadási kritériumai. 2. rész: Rácsvágásos vizsgálat és X alakú bemetszés vizsgálata (ISO 16276-2:2007)


Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonat-rendszerekkel. 5. rész: Festékbevonat-rendszerek (ISO 12944-5:2007)

18. MSZ 965010:1976 Festékanyagok vizsgálata. Szín-összehasonlítás szemrevételezéssel 19. MSZ 965013:1977 Festékanyagok vizsgálata. Homogenitás meghatározása 20. MSZ 965016:1975 Festékanyagok vizsgálata. Tixotrop tulajdonság vizsgálata 21. MSZ 965017:1977 Festékanyagok vizsgálata. A bőrösödés meghatározása 22. MSZ 965018:1979 Festékanyagok vizsgálata. Terülési fok meghatározása 23. MSZ 965023:1978 Festékanyagok vizsgálata. Megfolyási fok meghatározása 24. MSZ 965024:1979 Festékanyagok vizsgálata. Átvonhatóság vizsgálata 25. MSZ 96507:1988 Festékanyagok vizsgálata. A hígíthatóság meghatározása 26. MSZ 965014:1988 Festékanyagok vizsgálata. Az üledék tömörségének és mennyiségének meghatározása 27. MSZ 965020:1988 Festékanyagok vizsgálata. A szín meghatározása

28. MSZ EN ISO 4624:2003 Angol�nyelvű Festékek és lakkok. A tapadás (adhézió) leszakításvizsgálata (ISO 4624:2002)

29. MSZ EN ISO 1514:2005 Angol�nyelvű Festékek és lakkok. Szabványos próbalemezek vizsgálathoz (ISO 1514:2004)


Festékek és lakkok. Gyors alakváltozási (ütésállósági) vizsgálatok. 2. rész: Ejtősúlyos vizsgálat kis ütőfelülettel (ISO 62722:2002)

31. MSZ EN ISO 2808:2007 Angol�nyelvű Festékek és lakkok. A rétegvastagság meghatározása (ISO 2808:2007)

32. MSZ EN ISO 2409:2007 Angol�nyelvű Festékek és lakkok. Rácsvágásos vizsgálat (ISO 2409:2007)

Melléklet:�Bevonatkészítésnél�használatos�szabványok�listája


VÉKONY�FALú�ACÉLSzERKEzETEK�TűzVÉDELME�

� FIRE�PROTECTION�OF�LIgHT-gAUgE� .STEEL�STRUCTURES

Kotormán István fejlesztési és oktatási vezető Lindab Kft.

A cikk első részében tömören ismertetjük az acél építőanyag főbb anyagtulajdonságait, különös tekin-tettel a magas hőmérsékleten, pl. tűzteher hatására bekövetkező változásokra (1–2. fejezet). Röviden érintjük, milyen főbb tényezők befolyásolják, illetve írják le a szerkezeti acél viselkedését tűzteher alatt. A 3. fejezetben részletesebben összefoglaljuk a tűzihorganyzott, vékony falú acélprofilok fajtáit, azok főbb alkalmazási területeit, megemlítve a tűzhatással szembeni védelem lehetőségeit és szempontjait. Végül a 4. fejezetben a 2008 májusában hatályba helyezett „új” Országos Tűzvédelmi Szabályzat (OTSZ) 5. fejeze-tére és honosított európai szabványokra hivatkozva követjük nyomon az épületek tűzteherrel szembeni megfelelőségigazolásának néhány lépését, a vékony falú acéltermékek és épületszerkezetek csoportjánál általánosabb érvényű kérdéseket is felvetve.

In the first section of this paper, the main material properties of the steel as building material are briefly presented, with special regard to the changes of those ones, in the environment of high temperature, like fire effect (Chapter 1 and 2). Some important factors, in-fluencing and describing the behaviour of structural steel in fire, are shortly mentioned. In Chapter 3 the types and application fields of hotdip galvanized, thinwalled steel profiles are summarized, referring to the different aspects and possibilities of fire pro-tection of those constructions. Finally, in Chapter 4, some important parts of the official approval method of fire protection of buildings are investigated, fol-lowing the new Hungarian National Fire Protection Regulation (“OTSZ”) and some relevant EN European Standards. Beside the strict subject of thinwalled steel profiles, some concluding aspects have general meaning, as well.

1.�Az�ACÉL�MINT�ÉPÍTőIPARI�ALAPANYAgAz acél felhasználása a magasépítési szerkezetek anya-

gaként történelmi időkbe nyúlik vissza. Nagyon kedvező anyagtulajdonságait (magas szakítószilárdság, szívósság, alakíthatóság) elsősorban tartószerkezeti funkcióknál tud-juk kihasználni, az acélszerkezetek a saját súlyuk többszörö-sét képesek hasznos teherként hordani, illetve kiválóan alkalmasak nagy fesztávok áthidalására is.

Ugyanakkor az acélanyag fizikai jellemzői más szempontból kevésbé kedvezőek, amit a felhasználáskor szintén figyelembe kell venni. Bizonyos anyagtulajdonságokat acélgyártáskor megfelelő ötvözők bevitelével lehet javítani (pl. fáradt, ill. ridegtörés veszélyének csökkentése; kor-rózió elleni védelem). Továbbá ismert tény, hogy acél ked-vezőtlenül jó hővezető anyag (λ=~50 W/mK), ezért az ilyen szerkezetű épületek megfelelő hőszigetelése érdekében körültekintő konstrukciós kialakításra van szükség (hőhidak csökkentése, kiküszöbölése). Végül említésre méltó anyagtulajdonsága az acélanyagnak, hogy a normál környezeti viszonyok esetén kedvező mechanikai és szilárd-sági jellemzők magas hőmérsékleten – pl. tűzteher esetén – számottevően csökkennek.

2.��SzERKEzETI�ACÉL�VISELKEDÉSE� .Tűz�ESETÉN

Az acélanyag szilárdsági és rugalmassági anyagjellemezői (szakítószilárdság, folyáshatár, rugalmassági modulus) kb. 100–200 °C hőmérsékleten kezdenek el veszíteni a szobahőmérsékleten mérhető értékükből, és kb. 600–800 °Cig egyenletesen esnek le az eredeti érték ~15–20%

ára. A hőmérséklet további növelése mellett a maradék szilárdság fokozatosan csökken tovább, végül gyakorlatilag megszűnik az acél olvadáspontjának elérésével (~1500 °C). A legnagyobb mértékű szilárdságcsökkenés általában a 400–600 °C közötti hőmérséklettartományban tapasztalható [1,2,3]. Az anyagjellemzők hőmérséklettől függő ér-tékét a szabványok a szobahőmérsékleten értelmezett, kez-deti értékből egy csökkentő (redukciós) tényezővel való szorzással származtatják [6].

Egy adott acélszerkezeti elem tűzteher esetén jellemezhető egy kritikus hőmérséklettel, amelynél a szerkezeti elem elveszti a teherbírását, határállapotba kerül. A kritikus hőmérséklet függ a tartószerkezeti elem igénybevételeitől az éppen ráható terhek hatására, a tartó keresztmetsze-tének alakjától és a közvetlen tűzzel való érintkezést megakadályozó burkolatok fajtájától, a tűzvédelem mód-jától. A keresztmetszet alakját jellemző paraméter az ún. szelvénytényező, amely az adott keresztmeszet kerületé-nek és területének a hányadosa (U/A). Minél nagyobb a szelvénytényező, fajlagosan annál nagyobb felületen éri a tűz a profilt, azaz annál hamarabb éri el az acélprofil a kri-tikus hőmérsékletet. Ezt a hatást mérsékli a keresztmetszet egy vagy több oldalán elhelyezett, hosszabb tűzvédelmet biztosító szerkezeti elem, burkolat, vagy felvitt tűzvédő fes-tés, amely a hő egy részét elvezeti, illetve megakadályozza a közvetlen tűzhatást.

Elvileg léteznek számítási modellek, amely alapján az előző paraméterek figyelembevételével lehet konkrétan meghatározni a kritikus hőmérsékletet. Szakirodalom szerint [1,2] melegen hengerelt acélprofilok kritikus hőmérséklete 500–600 °C között, „vékony falú” (azaz 5 mmnél kisebb fal-vastagságú) szelvényeké 350–450 °C tartományban alakul.


1.�ábra:�MSz�EN�1993-1-2�szabvány�[6]�redukciós�görbéje�normál�szénacél�(a)�és�vékony�falú�acél�(b)�esetén

Az EC3-1-2 szabvány [6] melegen hengerelt, 1–2. osztályú („zömök”) keresztmetszetek esetére kezelhető eljárást ad a kritikus hőmérséklet számítására; a 4. keresztmetszeti osztályú és a hidegen hengerelt („karcsú”) acélprofilokra viszont konzervatív módon 350 °C értéket ír elő, míg pl. brit vagy skandináv előírások a nyomott oszlopok esetén 450 °C, hajlított gerendák esetén pedig 500 °Cot engednek meg, kutatási eredményekre alapozva [2].

3.��VÉKONY�FALú�ACÉLELEMEK� .FőBB�FELHASzNÁLÁSI�TERüLETEI,� .A�TűzVÉDELEM�MóDjAI

A magasépítési acélszerkezetek speciális csoportját alkot-ják az ún. „vékony falú” acélprofilok, amelyek régi szak-mai definíció szerint 5 mm-nél vékonyabb alkotólemezek-kel rendelkeznek. Ezen szelvények külön kezelése a „vastagabb” falú keresztmetszetektől elsősorban a statikai szempontból összetettebb viselkedés (lokális horpadás-sal és alaki torzulással járó stabilitásvesztési módok) és a speciálisabb konstrukciós kialakítási lehetőségek miatt szükségszerű. Még szűkebb halmazt jelentenek azok a vé-kony falú profilok, amelyeket tűzihorganyzott tekercslemez alapanyagból, hidegen hengerléses gyártástechnológiával ál-lítanak elő. A továbbiakban ezekkel a szelvényekkel, illetve ezekből előállítható szerkezeti elemekkel, rendszerekkel foglalkozunk.

A hidegen hengerelt, horganyzott, vékony falú acélszelvé-nyek közismert tagjai az önhordó trapézlemezek héjazat illetve burkolat, magasabb bordamagasság esetén pedig teherhordó födémlemez céljára; a falváz és belső burkolat szerepét egyszerre betöltő falkazetták; valamint a különböző nyitott keresztmetszetű rúdelemek (Z/C/U pro-filok). Ebbe a termékkörbe sorolhatók a kétoldali bevona-tos acélfegyverzettel – és hőszigetelő anyagtöltettel (pl. PURhab, kőzetgyapot) – rendelkező, előre gyártott szendvicspanelek, fal illetve tetőburkolat kialakítására.

Ezen termékek, gyártmányok alkalmazási területe a megvalósítandó épület jellegétől, funkciójától erősen függ, ami közvetve a tűzvédelmi követelményekre és lehetőségekre is kihat. Lakó és középületek esetén a vékony falú profilok főként a könnyűszerkezetes – teherhordó és/vagy térelhatároló, kitöltő – falváz és födémrendszerek elemei-ként szerepelnek [2,3]. Ilyen alkalmazások jellemzője, hogy

egyrészt kisebb szabad fesztávok fordulnak elő (4–6 m); másrészt a magas szintű esztétikai, hő és hangszigetelési követelmények miatt az acélváz minden esetben burkolati lemezekkel burkolt, takart (OSB, gipszkarton, gipszrost, cementkötésű, ill. tűzgátló lapok stb.). Az elburkolás mi-att az acélváz közvetlen tűzhatásnak nincs kitéve, és a megfelelő anyagok felhasználásával előállított összetett rétegrendek jelentős tűzállósági határértéket is elérhet-nek (30–60–90 perces), ami persze az erős tűzvédelmi követelmények miatt kívánatos is.

Más a helyzet az ipari, kereskedelmi, logisztikai, mezőgazdasági épületeknél, csarnokoknál alkalmazott könnyűszerkezetes elemekkel illetve rétegrendekkel, ahol a vé-kony falú acélelemeket általában közvetlenül is érheti a tűz. A másodlagos tartórendszerek (tetőszelemen, falvázgerenda) Z/C szelvényei csak külső oldalra helyezett burkolatok (trapézlemez vagy szendvicspanel) esetén nagy felü-leten vannak kitéve belső oldalról közvetlen tűzhatásnak (alsó öv, gerinclemez). Ugyanígy a magasbordás trapézle-mezzel készülő lágyfedéses tetőfödém vagy a falkazettás rendszerű oldalfalburkolatnál a vékony falú lemez belső oldala védtelen tűzzel szemben. A tűzvédelem növelése az utóbbi alkalmazásoknál leginkább kiegészítő tűzgátló burkolatokkal (álmennyezettel, előtétfallal) oldható meg, amely akkor lehet gazdaságos, ha a belső oldalról egyéb szempontok (pl. esztétika, funkció) miatt egyébként is el kell takarni az egyébként látszó acélelemeket. Érdemes megemlíteni, hogy a vékony falú szelemenek már belső trapézlemezzel burkolt, hőszigeteléssel kitöltött rétegrendekben is jelentősen jobb tűzvédelmet biztosítanak, mint védetlen esetben.

(a) (b)

2.�ábra:��Vékony�falú,�hidegen�hengerelt,�tűzihorganyzott� .acélprofilok,�gyártmányok:��a)�trapézlemezek;� .b)�acélfegyverzetű�szendvicspanelok;�c)�vázprofilok

a) b) c)


3.�ábra:��Könnyűszerkezetes�acél�falváz-�és�födémrendszerek�használata�lakó-�és�középületekben.Vázkitöltő�fal:�a)�és�b);�Teherhordó�födém:�c)

Az acélfegyverzetes, hőszigetelt, előre gyártott szendvics-panelok önmagukban is külön kategóriát jelentenek, főként az ipari, kereskedelmi, logisztikai csarnokok, de olykor már a középületek tető és/vagy falburkolataként felhasználva. A szendvicspaneloknál alapvetően a kitöltő hőszigetelő mag tulajdonságaitól függ a tűzállósági teljesítmény, amit megfelelői gyártói vizsgálattal szükséges igazolni. Ehelyütt ezekkel nem foglalkozunk részletesen.

A vékony falú tűzihorganyzott Z/C/U profilok látszó (nem takart, burkolt) felületére tűzvédő festés is felhordható, azonban fontos a megfelelő alapozófesték kiválasztása, amely a horganyzott felületen is kellő és tartós tapadást biztosít.

A profilok nagy U/A szelvénytényezője miatt a festék anyagfelhasználása ilyen esetekben az átlagnál nagyobb.

a)

b)

c)


4.�ábra:��Ipari,�kereskedelmi,�logisztikai�épületek,�csarnokok�tipikus�tető-�és�falburkolati�rendszerei.a)�Trapézlemezekből�szerelt�burkolat;�b)�Szendvicspanel;�c)�Magasbordás�trapézlemez�lágyfedéssel�

a)

b)

c)

4.� �TűzÁLLóSÁgI�KÖVETELMÉNYEK� .(új�OTSz,�EN�SzABVÁNYOK)

Természetesen, az acélanyag magas hőmérsékleten, pl. tűzteher alatt bekövetkező változásainak (2. fejezet), valamint az acélszerkezetek különböző alkalmazási területein (3. fejezet) megkívánt biztonsági követelményeknek szükségszerűen meg kell jelennie a mérnöki tervezés és a hatósági szabályozás napi gyakorlatában is. Magyarországon 2008. májusában lépett hatályba az „új” Országos Tűzvédelmi Szabályzat (OTSZ), a 9/2008 (II. 22.) ÖTM

rendelet értelmében, honosított európai szabványokban meghatározott vizsgálati módszerek és osztályozások jog-szabályba építésével. Az új OTSZ 5. része tartalmazza az építmények tűzvédelmi követelményeit, ahol többek között a különböző tűzállósági fokozatokban, az épületek funkciója és szintszáma alapján, épületszerkezeti szerep szerint vannak megadva az éghetőségi és percben kifejezett tűzállósági teljesítményértékekre („határértékekre”) vonatkozó előírások. A követelmények rendszere, logikája hasonló a vonatkozó korábbi előírásokhoz (2/2002. BMrendelet; MSZ 595), azonban jelentős különbség például,


hogy az új OTSZ már nem ad az építőanyagokra és gya-korlatban sűrűn előforduló épületszerkezeti rétegrendekre általánosan alkalmazható, gyártótól függetlenül érvényes konkrét értékeket.

Az építőanyagok korábbi éghetőségi osztályai („nem éghető”, „nehezen/könnyen éghető” stb.) helyett az építési termékek MSZ EN 135011 szabvány [8] szerinti tűzvédelmi osztályba sorolását kell megadni (A1,A2,B,C,D,E,F). A vé-kony falú, natúr tűzihorganyzott acélprofilok (azaz amikor a cinkréteg mellett más bevonat nincs) vizsgálat nélkül so-rolhatók az A1 osztályba (pl. Z/C/U profilok, bevonat nélkü-li trapézlemezek). A lemeztermékek esetében, a horgany-rétegen felüli bármilyen szerves vagy szervetlen, általában színezett bevonat (pl. poliészter, plasztiszol stb.) esetén már laboratóriumi vizsgálattal kell a besorolást elvégezni, a különböző vastagságú és hőtermelő képességű bevonat-típusok füstképződési és égve csepegési jellemzői miatt (pl. A2s1d0). A tetőhéjazatként használatos bevonatos acél trapézlemezek a gyakorlati esetek többségénél külön vizsgálat nélkül kielégítik az MSZ EN 135015 szabvány [10] szerinti BROOF(t1), BROOF(t2) és BROOF(t3) osztályok krité-riumait.

A különböző épületszerkezeti elemek, rétegrendek tűzállósági teljesítmény jellemzői (régebbi elnevezés szerint „határértékei”) az OTSZ előírása szerint vagy szabványos laboratóriumi vizsgálatokkal, vagy Eurocode szerinti számí-tással határozhatók meg (tűzterhelés esetén, rendkívüli tervezési állapotban). Ez természetesen vonatkozik az előzőekben ismertetett, vékony falú acél felhasználásával épített szerkezetekre is [4].

A tűzállósági teljesítményértékek számítással történő meghatározási lehetőségével a korábbi gyakorlatnál, azaz táblázatban „bedrótozott” értékek kikeresésénél minden-képpen magasabb szintű, a kiindulási feltételeket árnyaltabban figyelembe venni képes módszer válik lehetővé. Az acélszerkezetek esetén rendelkezésre állnak a vonatkozó Eurocode szabványok: a tűzteherre történő tervezést ál-talánosan szabályozó [5,6] és a vékony falú szelvények méretezését normál körülmények között előíró részek [7], ezek együttes alkalmazásával elvileg elvégezhető bármilyen egyedi szerkezeti kialakítás ellenőrzése. Ez a módszer azon-ban jelen cikk írásakor egyelőre nem igazán működhet, mivel a szerkezeti Eurocode szabványok teljeskörűen még nem állnak a tervezők rendelkezésére (némelyikhez még hiányzik a hazai használathoz nélkülözhetetlen Nemzeti Melléklet), márpedig szakmai szempontból és jogszabály szerint is kötelező egy adott építmény tervezését min-den elemében azonos szabvány szerint elvégezni [4]. Másrészt a szerkezeti Eurocode-ok közvetlen alkalmazása csak a teherbírásra jellemző „R” érték számítására alkal-mas, összetettebb jellemzők („RE”, „REI” stb.) meghatáro-zására fejlettebb számítási modellek, módszerek lenné-nek használhatók. Gyakorlati felhasználásra alkalmas és a szakemberek számára elérhető ilyen jellegű segédletek, tervezési eszközök összeállítására rendkívül nagy és sürgős szükség lenne!

Így hát még egy ideig biztosan az egyetlen rendelkezésre álló lehetőség a tűzállósági teljesítmények meghatározására a tűztesztek elvégzése akkreditált európai laborokban, majd az eredmények alapján a vizsgált épületszerkezeti konfiguráció MSZ EN 135012 szabvány [9] szerinti osz-tályba sorolása. Gyakorlati alkalmazásokban a probléma ott jelentkezik, hogy a különböző építőanyagok illetve gyártott termékek felhasználásával, kombinálásával végte-

len számú épületszerkezeti megoldás képzelhető el, ame-lyek megfelelősége normál körülmények között („tartós tervezési állapotban”) egyéb szakági tervezéskor számítás-sal igazolható (pl. statika, hőtechnika). A tűzállósági telje-sítmény jellemzők viszont csak a költséges és időigényes laborvizsgálat révén határozhatók meg. A gyártó cégek jogszabály, szabvány szerint csak a saját gyártmány, termék EN 13501-1 szerinti osztályának megadására kötelezettek, viszont megfelelően használható számítási eszközök hiányában az összeállított szerkezetek, rétegrendek laborvizs-gálata és a tűzteljesítmény meghatározása is leginkább a gyártókra hárul jelenlegi gyakorlat szerint. Előnyben van-nak azok a nemzetközi gyártó cégek, amelyek más EU-országban már végeztek el olyan laborvizsgálatokat, amely-nek eredményei illeszthetők az OTSZ követelményeihez. De mindig lesz olyan épületszerkezeti rétegrend, amelyre – habár műszakilag megfelelő és gazdaságos – éppen egyik gyártónak sincs teljes érvényű vizsgálati eredménye.

Ez utóbbi probléma kezelésére ad gyakorlati lehetőséget az elvégzett laborvizsgálatok „kiterjesztett” kiértékelése, amely a konkrétan elvégzett tűzteszt eredménye alapján a kiindulási adatok bizonyos változtatása esetére is ad számí-tással igazolható érvényességet, tehát tulajdonképpen kom-binálja a vizsgálattal és számítással történő meghatározási módszereket. Ennek megvalósítása leginkább a vizsgáló labor és a megbízó (leginkább gyártók) közötti szoros szakmai együttműködést igényli.

Felhasznált�szakirodalom,�szabványok[1] Csellár Ödön: Magasépítési Acélszerkezetek. 2. füzet:

Acélvázas épületek. Egyetemi jegyzet, Budapesti Műszaki Egyetem, Építőmérnöki Kar. Műegyetemi Kiadó, 1994

[2] Ranby, Anders: Structural Fire Design of Thin Walled Steel Sections. Licentiate thesis; Lulea University of Technology, Department of Civil and Mining Engineering. 1999

[3] European Lightweight Steelframed Construction (ISBN: 2952331820). Arcelor, Luxembourg, 2005

[4] Takács Lajos Gábor: A tűzállósági fokozat meghatározása, épületszerkezetek tűzvédelmi követelmé-nyei, tűzterjedés megakadályozása épületen belül. Konferencia-jegyzet. Siófok, 2008. április

[5] MSZ EN 199112:2005: Eurocode 1: A tartószerkezeteket érő hatások. 1–2. rész: Általános hatások. A tűznek kitett szerkezeteket érő hatások

[6] MSZ EN 199312:2005: Eurocode 3: Acélszerkezetek tervezése. 1–2. rész: Általános szabályok. Tervezés tűzterhelésre

[7] MSZ EN 199313:2007: Eurocode 3: Acélszerkezetek tervezése. 1–3. rész: Általános szabályok. Kiegészítő szabályok hidegen alakított elemekre

[8] MSZ EN 135011:2007: Épületszerkezetek és építési termékek tűzvédelmi osztályozása. 1. rész: Osztályba sorolás a tűzveszélyességi vizsgálatok eredményeinek felhasználásával

[9] MSZ EN 135012:2008: Épületszerkezetek és építési ter-mékek tűzvédelmi osztályozása. 2. rész: Osztályba soro-lás – a szellőzési rendszerek kivételével – a tűzállósági vizsgálatok eredményeinek felhasználásával

[10] MSZ EN 135015:2006: Épületszerkezetek és építési termékek tűzvédelmi osztályozása. 5. rész: Osztályba sorolás a külső tűzhatásnak kitett tetők vizsgálati ered-ményeinek felhasználásával


FELHABzó�FESTÉKEK�VÉgESELEMES�MODELLEzÉSE�

FINITE�ELEMENT�APPROACH�OF�STEEL�STRUCTURES’�INTUMESCENT�COATINgS

Dr. Kakucs AndrásSapientia Egyetem, Marosvásárhely

Dr. Száva János, Dr. Varga Béla, Dani Péter Doktorandusz, Gálfi Botond-Pál DoktoranduszTranszilvánia Egyetem, Brassó

1.�BEVEzETőA felhabzó festékek hőszigetelő anyagok, amelyek ere-

deti állapotukban egy közönséges festékbevonatot alkot-nak a szigetelendő test (általában fémszerkezet) felüle-tén. Magasabb hőmérsékleten a festék meglágyul, majd a hőmérséklet emelkedésével a tömegében különböző kémiai folyamatok mennek végbe, melyek következtében az erőteljes habzást mutat. Végül a festék teljesen elbomlik, és a visszamaradó elszenesedett anyag egy laza szerkezetű porózus bevonatot képez a bevont tárgy felületén. A fel-habzó festék kiemelkedő hőszigetelő tulajdonságai csak a felhabzás kezdetétől mutatkoznak meg és többnyire a porózus szerkezetével magyarázhatók.

Amennyiben egy ilyen festékréteg hőszigetelő tulajdon-ságát számszerűen le akarjuk írni, néhány akadályba ütközünk, ugyanis az annak állapotától függ, és ez az ál-lapot a hőmérséklet és az idő függvénye. Éppen ezért a felhabzó festékek hőszigetelő képességét többnyire kísérleti alapon, adott, standardizált T(t) hőmérsékletgör-béknek megfelelően megállapított képletekkel írják le. E képletek csak a rúdszerű szerkezeti elemekre, azok keresztmetszetére érvényesek, ahol feltételezik, hogy a tűz hatásának kitett elem felületén a hőmérséklet min-den pontban azonos. E módszer tehát alkalmatlan a nem-standardizált hőterhelésnek kitett rúdszerkezetek elemzé-sére, ugyanakkor semmit sem mond arról, hogy miként fog viselkedni egy olyan szerkezeti elem, amelyet nem jellemezhetünk egyetlen keresztmetszetével, vagy hogy mi történhet a csomópontok, illesztések zónájában.

Egy pontosabb elemzésnek követnie kellene a festék ál-lapotának és tulajdonságainak hőmérséklet és időfüggő változását. A modellezéshez szükséges paramétereket kísér-letileg állapíthatjuk meg.

A festék különböző szerves anyagok keveréke, tehát a lejátszódó kémiai reakciók megállapítása igen nehéz lenne. Ezért a festék bomlását globálisan tekintjük, kezdetét és végét makroszkopikusan megfigyelhető jellegekhez kötjük (ez az első buborékok megjelenésétől a habzó réteg meg-szilárdulásáig tart), az időtől függő paraméterek mérését is e pillanatokhoz kötjük.

Az így megállapított paraméterek ismeretében, a szerkezet tényleges, háromdimenziós geometriájának és anyagának leírásával, tetszőleges kezdeti és peremfeltételek mellett egy megfelelően megalkotott végeselemes algoritmussal megjósolható az illető, tűzvésznek kitett szerkezet viselkedése.

2.�FELHABzó�FESTÉKEKA festékre vonatkozó gyakorlati kutatások kimutatták,

hogy a festék termikus elbomlását (pirolízisét) kísérő habképződés csak egy bizonyos hőmérsékleti határ átlépése után következik be. A festék kémiai összetételét természe-tesen úgy állapítják meg, hogy ez a pirolízis eléggé alacsony hőmérsékleten következzék be, eléggé hosszú ideig tartson és eléggé nagy mennyiségű habképző gáz szabaduljon fel. E bomlás alatt a festék el nem szenesedett része plasztikus-folyékony állapotban kell legyen.

A felhabzó réteg alacsony hővezető képességét egyrészt a gázbuborékok jelenlétével magyarázhatjuk (mint bármely pórusos hőszigetelő anyagét – a gázok hővezető képessége sokkal gyengébb, mint a folyadékoké vagy a tömör szilárd anyagoké), másrészt pedig a gázbuborékok mozgásával is: a szabad felület fele mozgó, kiterjeszkedő buborékokkal egy bizonyos hőmennyiség is a bevonat külseje fele vándorol, tehát egy konvektív hőszállítási folyamatról beszélhetünk.

A felhabzást előidéző kémiai folyamatok befejeződése után a porózus festékréteg megszilárdul, magasabb hőmérsékleten pedig elszenesedik, s így egy merev hőszigetelő réteget alkot a bevont szerkezeti elemeken. Magas hőmérsékletnek kitéve végül is a felizzó réteg elég.

Ezen egymást követő folyamatok (a festékréteg meglágyulása, felhabzása, elszenesedése és elégése) időben játszódnak le, intenzitásuk pedig a hőmérséklettől függ. A magas hőmérsékletű környezettel nyilván a réteg külső rétege kerül kapcsolatba leghamarabb, tehát a folyamatok ott indulnak meg és onnan terjednek befele. A festékré-teg vastagságában a hőmérséklet a tűzvészből származó, a külső felületen mérhető értéktől a bevont szerkezeti elem felületéig, annak alacsonyabb hőmérsékletéig csök-ken. Következésképpen a festékréteg a teljes vastagságában történő elszenesedését megelőzően inhomogén szerkezetű lesz, tipikus felépítését az 1. ábra szemlélteti.

1.�ábra:�A�felhabzó�festékréteg�szerkezete

Abstract: The paper presents a new possibility of modeling the behavior of intumescent fire protec-tive coatings based on the method of finite elements.

There is also described a simple procedure of the es-timation of the heat conductibility of the intumescent coatings.


A festékbevonat keresztmetszetén tehát egy adott pil-lanatban több réteget is megkülönböztethetünk, s annak hőszigetelő képességét mindezen rétegek együttes ha-tásának köszönheti.

Az ábrán nem szereplő alapozóréteg és az érintetlen (szilárd) festékréteg a vastagságával és a λ hővezető képes-ségével jellemezhető, mely paraméter tulajdonképpen a hőmérséklet függvénye: λ = λ (T). A meglágyult festék-rétegben a hővezetés mellett egy konvekciós hőátadás is felléphet, mely utóbbi folyamat egy a együtthatóval jel-lemezhető (lásd Newton lehűlési törvénye) és amely tulajdonképpen egy sokváltozós függvény értéke. A felhabzó rétegben mindezek mellett még a reakcióhőt és a buborékok által elszállított hőt is figyelembe kellene venni, míg a megszilárdult, elszenesedett rétegben megint csak a hővezetés jut döntő szerephez. A festék elbomlását követően a rétegek vastagsága az időben folyamatosan változik, és ez a változás a hőmérsékletkülönbség, valamint a már elbomlott festékmennyiség függvénye.

A modellezés elméleti alapját a hővezetés differenciálegyenlete (Fourier törvénye) képezi, amelyet a festékréteg-gel bevont tárgy által elfoglalt térrészben írunk fel a meg-felelő kezdeti és peremfeltételekkel.

Az említett komplex folyamatok modellezésében a lehető legegyszerűbb megoldás csak a hővezetés figyelembevé-tele, ilyenkor az 1. ábrán látható szerkezetet egyetlen λ paraméterrel írjuk le. Mivel ez a kísérletileg megállapítható paraméter a rétegek állapotától függ, λ csak egy adott hőmérsékleti terhelésgörbére és egy adott szerkezetre ad-ható meg a kívánt pontosságon belül. Az így megállapított hővezetési tényező magába foglalja a konvekciós folyama-tok és a kémiai reakciók hatását is. Stacionárius körülmé-nyek között a közismert Fourieregyenlet írja le a hővezetés jelenségét:

(1)

ahol j a hő fluxusa.A jelenség azonban nem stacionárius, hiszen úgy a külső

felület hőmérséklete (amit pl. a standardizált görbe ad), mint a bevonattal ellátott alkatrész hőmérséklete (hiszen az fokozatosan melegszik) időben változik. Éppen ezért a Fourier-egyenlet második formáját kellene használni, mely figyelembe veszi a hőszigetelő rétegben tárolt és az ott fejlődő hő mennyiségét is:

(2)

(ebben az egyenletben t az idő, r az anyag sűrűsége, c annak fajhője, qV pedig az egységnyi térfogatban felszabaduló hő teljesítménye; ez utóbbi mennyiségek a hőmérséklet függvényei). A gázbuborékok által elszállított konvekciós hőt a λ hővezető képességbe építhetjük be.

Az így felírt egyenletek nem veszik figyelembe azt a tényt, hogy a felhabzó réteg térfogata megnövekedik. Ezt a hiányosságot kiküszöbölni úgy tudjuk, hogy az egyenlet-ben szereplő paramétereket a festék eredeti térfogatához viszonyítva adjuk meg, a felhabzást követően is.

A (2) egyenlet megoldása csak megfelelő kezdeti és peremfeltételek mellett lehetséges. Esetünkben, a felhabzó festékek számításának gyakorlata alapján a szóba jövő kez-deti feltétel a szerkezet geometriai tartományán a t = 0 pillanatban érvényes T0 = T (x, y, z, t = 0) hőmérsékleti mezőjét jelenti, míg az időben változó peremfeltételek közül a felületen érvényes T = T (t) előírt hőmérséklet lenne az.

A megfelelő kezdeti és peremfeltételeket felírván a (2) differenciálegyenletet numerikusan lehet oldani. Ez a meg-oldás az egyenletben szereplő paraméterek (c, r, λ, qV) ismeretét feltételezi. Ezek a maguk rendjén többváltozós függvények lehetnek, ahol a festék bomlása miatt az idő (és a bomlási sebesség) is megjelenik. E mennyiségeket kísérletileg megállapítani eléggé nehéz feladat, s éppen ezért a felhabzó festékekre vonatkozó gyakorlati jellegű számításokban egyszerűbb, kevesebb paraméterű relációkat alkalmaznak. Ezek a relációk különféle egyszerűsítő felté-telekre alapoznak.

Tanulmányainkban a jelenségek modellezésének szem-pontjából meghatározó jellemzőket parametrikus számítá-sokkal próbáltuk elkülöníteni a jelentéktelen hatásúaktól, ugyanakkor egyszerű kísérleti eljárásokat próbáltunk kifejleszteni a lényeges jellemzők meghatározására.

3.�A�VÉgESELEMES�MODELLEzÉSA végeselemes modellezés lehetővé teszi az említetten

kívüli egyéb peremfeltételek előírását is, amelyek az új modellezési módszer alkalmazhatósági körét terjesztik ki. A lehetséges peremfeltételek teljes leltára tehát a következő:– a perem bizonyos S1 részén előírhatjuk a hőmérséklet

TS értékét;– a perem S2 részén előírjuk a hő merőleges irányú qS

fluxusát;– a perem S3 részén szintén a fluxusra vonatkozó feltételt

írunk elő, megadván a konvekciós hőátadás a együtt-hatójának zérótól különböző értékét és az áramló fluidum Tf hőmérsékletét;

– a perem S4 részén a fluxusra nézve egy harmadik fajta feltételt írunk elő, megadván az ε emisszivitási tényezőt és a környezet Tf hőmérsékletét;

– a perem azon S5 részén, ahol az előbbi öt feltétel valamelyikét nem írtuk fel, zérus fluxussal számolunk (azt adiabatikusan szigeteltnek tekintjük).

A hővezetés végeselemes modellezése során a (2) differenciálegyenlet megoldása a

(3)

egyenletrendszer rekurzív megoldását jelenti, amelynek során az „ i+1” pillanatban érvényes hőmérsékleti mezőt az „i” pillanatban érvényes adatokra (hőmérséklet, anyag-paraméterek) támaszkodva számítjuk ki. Az egyenletrend-szerben szereplő mennyiségek a következőkben soroljuk fel:

•[K ] a szerkezeti „merevségi” mátrix, amely a hővezető képességen kívül figyelembe veszi a konvekciós hőátadásra és a hősugárzásra vonatkozó peremfeltételeket is. Ezt a szerkezeti merevségi mátrixot a végeselem-módszer szo-kásos eljárásaival az elemi merevségi mátrixokból állítjuk össze:

(4)


Ez utóbbi képletben az [N]e mátrixok a végeselemek közelítő függvényeit, a [B]e mátrixok pedig azok deri-váltjait tartalmazzák. [λ]e a végeselemet kitöltő anyag hővezető képességének mátrixa (egy olyan diagonális mátrix, amelynek átlóján λ szerepel), a a Newton-féle lehűlési törvényben szereplő, a konvekciós hőátadást jellemző együttható, s a Stefan–Boltzmann-állandó, ε az emissziós tényező, κ pedig a Stefan–Boltzmann-törvény linearizálásához szükséges együttható (κ = (Ts

2+Tf2) .

(Ts+Tf), ahol Ts a felület, Tf pedig a felület fölött áram-ló fluidum hőmérséklete). Mivel ezen képletben szereplő együtthatók a hőmérséklettől és/vagy az anyag állapotától függenek, a {T}i+1 hőmérsékletek kiszámításakor azokat a {T}i hőmérsékleteknek megfelelő értékeikkel vesszük. Amennyiben a ∆t lépést eléggé kicsinek vesszük, ez a kö-zelítés nem fogja elfogadhatatlan mértékben befolyásolni az eredményeket.

• [C] a szerkezet hőkapacitásának mátrixa, amelyet szintén az elemi mátrixokból állítunk össze:

(5)

ahol r a végeselem anyagának sűrűsége, c pedig an-nak fajhője. A sűrűség tulajdonképpen a hőmérséklet függvénye, mivel az anyag térfogata a hőmérséklettel megváltozik. A hővezetés modellezésében azonban az a bevett eljárás, hogy mindig az eredeti geometriára vonatkoztatunk, mivel a hőtágulás ilyen irányú befolyása általában elhanyagolható. Ezen általánosság a felhabzó festékre nem érvényes, mivel annak térfogata jelentősen megnövekszik, azonban nem követünk el hibát, ha a reá érvényes anyagjellemzőket eredeti térfogatához viszonyít-va adjuk meg (természetesen a hőmérséklet és az állapot függvényében), mivel ez a festék csak egy vékony felületi bevonatot alkot, és így nem befolyásolja érzékenyen a tanulmányozott szerkezet geometriáját.A fajhő (amit a hővédő festék esetében a festék eredeti tömegére vonatkoztatunk) a hőmérséklet függvénye, te-hát e mátrix kiszámításakor is az előző, „i” pillanatban érvényes állapotra támaszkodunk.

• {R} a szerkezeti „terhelés” vektora, amely az elemi ter-helésvektorokból tevődik össze:

(6)

Itt qV az egységnyi térfogatban időegység alatt keletkező vagy elnyelt hő mennyisége; esetünkben ez konkrétan a festék bomláshőjét jelenti. qS a peremfeltételekre vonat-kozik: a hő előírt fluxusát jelenti (időegység alatt egységnyi felületen keresztül leadott vagy felvett hőt. Az utolsó két tag szintén a peremfeltételekből ered, még-hozzá a konvekciós és a sugárzással történő hőátadásból erednek.

• {T}i az aktuális lépés elején érvényes, ismert csomó-ponti hőmérsékleteket tartalmazza, a {T}i+1 vektor-ban pedig a peremfeltételként előírt, tehát ismert hőmérsékleteken kívül a (3) lineáris egyenletrendszer ismeretlenei szerepelnek.

• ∆t a Fourieregyenlet lépésenkénti integrálásának időlépése. A (3) egyenletrendszer ezen integrálás rekurzív képlete, amely feltétel nélkül stabil, de nem feltétlenül pontos is. A pontosság, azonban a számítási idő is, e lépés hosszúságának csökkentésével nő. Mivel aranyszabályok, képletekkel leírható összefüggések e lépés op-timális hosszúságának megállapítására nem léteznek, ezt csak próbálkozással állapíthatjuk meg.

A Peremfeltételek egy része, az előírt csomóponti hőmérsékletek a (3) egyenletrendszer {T}i+1 vektorában je-lennek meg. Ez a vektor az egyenletrendszer ismeretle-neinek vektora, tehát szét kell választanunk az előírt és az ismeretlen hőmérsékletű csomópontokra vonatkozó egyenleteket. Ehhez először is átrendezzük a (3) egyenletrendszert:

(7)

amit röviden

(8)

formában is felírhatunk. A {T*} vektorban ismert és isme-retlen tagok is jelen vannak, a (8) egyenletrendszert ennek megfelelően particionáljuk, ahol az „1” indexek vonat-koznak az ismeretlen, a „2” indexek pedig az ismert (előírt) csomóponti hőmérsékletekre:

(9)

Innen az ismeretlen hőmérsékleteket a partíciókkal felírt

(10)

rendszerből határozhatjuk meg, vagyis a

(11)

egyenletrendszert kell megoldanunk. Az előírt hőmérsékletekből származó terhelést tehát a –[K *

2,1] . {T*2}

mennyiség jelenti.Amennyiben a fentiekben szereplő anyagjellemzők ál-

landók, úgy az ismertetett végeselemes eljárás lineáris változatával állunk szemben. Kiindulási alapnak ezt a li-neáris algoritmust tekintettük, a leírtak alapján megírt programot pedig egyéb végeselemes programokkal végzett összehasonlító számítások eredményeinek egybevetésével ellenőriztük.

A hővédő festékek elemzésekor a bevont szerkezet álta-lában fém, amelyet gyakran lineáris viselkedésűnek tekin-tenek. A nemlineáris viselkedés fő forrása a hő hatásának kitett bevonat kémiai átalakulása.

A nemlineáris viselkedést a különféle jellemzők (a λ hővezetőképesség, a c fajhő, az a konvekciós tényező, az ε emissziós tényező és az anyag belsejében keletkező qV hő) hőmérséklettől függő változása jelenti. Ezeket a mennyisé-geket a hőmérséklet függvényében, értékpárokkal adjuk meg, és feltételezzük azt, hogy két egymást követő pont között az illető mennyiség nagysága lineárisan változik a hőmérséklettel.


Az eddigi algoritmust és programot tehát egy olyan résszel kell kiegészítenünk, amelyben valamely lépésben az azelőtti lépés végén érvényes hőmérsékletek segítsé-gével interpoláljuk a hőmérsékletfüggő jellemzők aktuális értékét. Ami a helyzetet bonyolítja és ami a szokásos algo-ritmusokban nem fordul elő az a festék bomlása, vegyi összetételének megváltozása. A felsorolt paraméterek tehát végső soron nem csak a hőmérséklettől fognak függeni, hanem időben is fognak változni. Az idő, mint paraméter, a festék bomlásának követésekor jön számításba.

Egy reakció, így a festék bomlása is, bizonyos sebességgel megy végbe:

(12)

mely összefüggést a kémiában egy-egy vegyületre nem a tömeg, hanem a nm anyagmennyiség időbeni változásaként definiálnak (azonban, mivel a m móltömeggel m = nm

. m

és mivel a móltömeg egy konstans szám, a (12) reláció is helyes lesz). Ez az összefüggés egységnyi tömegű kiindulási anyagra érvényes. A „–” előjel arra utal, hogy bomlás köz-ben a tömeg csökken.

Ez a reakciósebesség függ a hőmérséklettől és az anyagok x koncentrációjától is.

A festék maga nem ég, de anyaga termikusan bomlik. Kémiai szempontból a festék bomlása elsőrendű reakciónak tekinthető: ezeknél a folyamatoknál a reakciósebesség a koncentrációval egyenesen arányos, tehát

(13)

ahol k az anyag (a festék) bomlásának reakciósebességi állandója, a koncentráció pedig az el nem bomlott festék tömegének aránya a kezdeti tömeghez viszonyítva:

(14)

Egy ∆t, nem túl hosszú időlépés alatt a (12) képlet szerint elbomló anyag mennyisége m0 tömegű kiindulási anyagra kiszámítva:

(15)

ahol a v reakciósebességet az időlépés rövidsége miatt állandónak tekinthetjük. E sebességet a (13) és a (14) kife-jezések felhasználásával a sebességállandóval és a festék kezdeti tömegével határozhatjuk meg, az időlépés alatt elbomló anyag mennyisége

(16)

lesz, ahol m a lépés elején jelen levő el nem bomlott festék tömege.

A festék bomlása akkor zajlik le, amikor az elbomló tömegek így kiszámított ∆m mennyiségeinek összege el nem éri a kiindulási m0 tömeget. Ez elméletileg sohasem következne be, mivel az el nem bomlott anyag tömege ex-ponenciálisan, aszimptotikusan csökken a nulla felé:

(17)

az algoritmus végességének érdekében tehát a festék bom-lását befejezettnek kell tekintsük, amennyiben az el nem bomlott festék koncentrációja 1‰ alá csökken.

Az ezalatt felszabaduló reakcióhő az anyag belsejében keletkező hővel azonos. Programunkban ezt a hőt a qV

mennyiséggel lehet kapcsolatba hozni, amely az időegység alatt egységnyi térfogatban felszabaduló hő.

A qsp reakcióhőt, égéshőt egységnyi tömegre vagy tér-fogatra szokás megadni, az az egységnyi kiindulási anyag elbomlásakor, elégésekor felszabaduló hő. Ha egységnyi térfogatra adjuk meg, akkor a ∆t lépés alatt elbomló anyag mennyiségével

(18)

A számításokhoz szükséges mennyiségek tehát a k (T )reakciósebességi állandó, ami tulajdonképpen a hőmérséklet függvénye, valamint a festék térfogatra fajlagosított égéshője.

A számítások során követnünk kell a festékrétegek állapo-tát. Ez a következőképpen történik:– ha a festék hőmérséklete kisebb, mint annak TL lágyulási

pontja és a festék előzetesen nem bomlott el, akkor az szilárd halmazállapotúnak és kémiai változást nem szen-vedettnek tekinthető;

– ha a festék hőmérséklete a TL lágyulási pont fölött van de a reakciók beindulásához szükséges TR határértéket még nem érte el és az előzetesen nem bomlott el, akkor az folyékony halmazállapotúnak és kémiai változást nem szenvedettnek tekinthető;

– ha a festék hőmérséklete a TR határérték felett van és az előzetesen még nem bomlott el, akkor az a termikus bomlás állapotában van;

– amennyiben a festék anyaga már teljesen elbomlott, akkor az a hőmérséklettől függetlenül a teljesen elszenesedett festék állapotában van.

Tehát annak megállapítására, hogy a festék milyen álla-potban van, nemcsak a hőmérsékletét kell figyelnünk, ha-nem annak előéletét is (vagyis hogy előzetesen milyen folyamatokon ment keresztül). A paramétereket ezen álla-potnak és az aktuális hőmérsékletnek megfelelően adjuk meg.

A festékbevonatot a modellezés során több, egymással párhuzamos rétegre bontjuk, egy-egy végeselem állapotát pedig a belsejében levő anyag átlagos hőmérsékletének függvényében adjuk meg.

4.�A�VÉgESELEMES�ELjÁRÁS�TESzTELÉSEA tesztelés során a végeselemes modellezésben szereplő

paraméterek hatását teszteltük, a kiszámított eredmények összehasonlításával.

A tanulmányozott keresztmetszet T alakú volt, 15 mm vastag szárakkal, amelyet az ISO-834 szabvány (a 2. ábrán a legfelső görbe) által előírt hőmérsékletgörbével „terhel-tünk” (a feszín előírt hőmérséklete e görbe szerint válto-zott).

Az első kérdés, amire a választ kerestük, a festékbevo-nat rétegeinek optimális számára vonatkozott. Elméletileg minél vékonyabb rétegekre, végeselemekre osztjuk fel a bevonatot, a valóságnak annál jobb közelítését kell kapjuk. A végeselemek számának növekedése azonban a számítási idő és a kerekítési hibák hatásának növekedéséhez vezet, éppen ezért léteznie kell egy optimális rétegszámnak, amely fölött a haszon már nem áll arányban a ráfordítással.

Az első tanulmányozott paraméter tehát a rétegek száma, amelyet három, különböző vastagságú festékbevonat ese-tében teszteltünk (egy Nordtest kutatásban, [3] használt minta 1.34 mm-es vastagsága volt a kiindulási alap, azután ennek felét és kétszeresét vettük). A 2. ábra az 1.34 mm-


es vastagságú bevonattal ellátott keresztmetszet belsejé-ben (annak egy kijelölt pontjában) érvényes hőmérsékletet ábrázolja, a rétegek számának függvényében. Az ábrából az derül ki, hogy az egyetlen rétegnek megfelelő görbét kivéve azok egymást fedik, az eredmények tüzetesebb ta-nulmányozása során azonban kiderült, hogy a kiszámított hőmérséklet a rétegek számának növekedésével csökken. Ezért kiszámoltuk a 2 és 20 réteggel kapott hőmérsékletek különbségét, majd annak maximum-pontjában megrajzol-tuk a hőmérsékletek grafikonját a rétegek számának függ-vényében. Hasonló görbéket kaptunk a fele és a kétszer olyan vastag bevonatok esetében is. E görbékből azt a következtetést vontuk le, hogy kielégítően pontos eredmé-nyekhez jutunk akkor is, ha aránylag kevés (3 ... 5) réteggel dolgoznunk és ilyenkor a számítási idő sem növekedik meg túlzott mértékben.

A második tanulmányozott paraméter szintén a véges-elemes analízis sajátságos mennyisége, a numerikus integ-

rálásnál használt ∆t időlépés hossza volt. Minél rövidebb a lépés, annál kevésbé lesz zavaró a nemlineáris viselkedés hatása, viszont annál hosszabb lesz a programfutás ideje. Ugyanazt a számítást különböző, 1 és 30 másodperc kö-zötti lépéshosszal elvégezve megintcsak egymáshoz igen közel álló görbéket kaptunk eredményül. Az eredmények tanulmányozása során azt tapasztaltuk, hogy a kiszámított hőmérséklet az időlépés hosszának csökkenésével együtt csökken és hogy az eltérések csak a terhelésgörbe merede-ken emelkedő szakaszán jelentősebbek. A 3. ábra ezeket az eltéréseket illusztrálja, a 60. másodperc végén. A kapott eredményeket figyelembe véve kijelenthetjük, hogy egy aránylag hosszú lépéssel is elfogadható eredményeket ka-punk és egy 5 s hosszú lépés esetében is az eltérés legtöbb 1 K körül van.

Mindkét paraméter esetében az optimális beállításokra valamilyen tetszőlegesen megválasztott értékkel elvégzett számítások (pl. három réteg és öt másodperces lépés) és

2.�ábra:�A�rétegek�számának�hatása

3.�ábra:�Az�időlépés�hosszának�hatása


azok megváltoztatásával (pl. hat réteg, 2.5 másodperces lépés) kapott eredmények egybevetésével következtethe-tünk: ha nem észlelünk jelentős javulást, akkor az utoljára kapott eredményeket véglegesnek fogadjuk el.

Az anyagjellemzők hatását is a paraméterek megváltoz-tatása által előidézett hőmérsékletkülönbségek tükrében tanulmányoztuk. Ezek a jellemzők a következők:

a) a festék sűrűsége, amelyet mérések alapján vagy szakiro-dalmi adatokból könnyen megállapíthatunk;

b) a festék lágyuláspontja, amely tulajdonképpen csak a szilárd és folyékony halmazállapotok elkülönítésére szol-gál. Mivel mindkét állapotban a festékréteg tulajdon-ságai csak a hőmérséklettől függenek, ezen lágyuláspont kijelölése, pontos értékének megállapítása a modellezés szempontjából lényegtelen, egyébként az közvetlen meg-figyeléssel megoldható;

c) a hőmérséklet, amelyen elkezdődik a felhabzás: ezt köz-vetlen megfigyeléssel állapíthatjuk meg;

d) a térfogategységre fajlagosított égéshő: kalorimetriás mérésekkel állapítható meg, vagy ha e méréseket nem tudjuk elvégezni, akkor hasonló anyagok égéshőjét vehetjük kiindulási alapul;

e) a hővezető képesség, amelyet a hőmérséklet és az állapot függvényében kell megállapítanunk. A felhabzást megelőző állapotú festékre és az elszenesedett bevonatra hasonló anyagok hővezető képességét is elfogadhatjuk, azonban a felhabzott festékre ezt csak mérésekkel lehet megállapítani;

f) a reakciósebesség (bomlási sebesség) tényezője, mérések alapján, a hőmérséklet függvényeként lehet meghatározni;

g) az el nem bomlott festék fajhője és az elszenesedett réteg fajhője, amelyeket kalorimetriás mérésekkel lehet megál-lapítani, de elfogadhatjuk a hasonló anyagok fajhőjét is. A termikus bomlás állapotában levő anyag esetén e fajhő megállapítása nehéznek ígérkezik, a (2) egyenlet felírásával és megoldásával remélhetjük azt.

A kiindulási pontot jelentő alapértékek (a grafiko nokon „referencia”) a következők (ezeket szakirodalmi adatok alapján választottuk meg): a festék sűrűsége r =1020kg/m3, lágyuláspontja TL=473.15K, a hőmérséklet, amelyen elkezdődik a felhabzás TR=523.15 K, a térfogategységre fajlagosított égéshő qsp=107J/m3, az elbomlott festék hővezető képessége λ=0.032W/(m.K), az el nem bomlott festék fajhője c=1000J/(kg.K), az elszenesedett réteg fajhője c = 710J/(kg.K). Ezeket a mennyiségeket a hőmérséklettől függetlennek tekintettük.

Hőmérséklettől függőnek tekintettük a hővezető képes-séget az el nem bomlott (tehát a még bomlás alatt levő) fes-ték esetében, amelyet a következő koordináták írtunk le:

T=273.15K λ = 0.035W/(m.K),T=623,15K λ = 0.042W/(m.K),T=798.15K λ = 0.013W/(m.K),

valamint a reakciósebesség tényezőjét amelyet a következő koordinátákkal interpoláljuk:

T=523.15K k=0,T=773.15K k=0.1.

A festékréteg vastagsága, tf = 1.34 mm, a diszkretizá-láskor a festékbevonat vastagságán létrehozott rétegek száma nr = 5. A terhelést az ISO-834 standardizált görbe jelenti: T = T0+345.lg(8.t+1), ahol T0= 293.15K (szobahőmérséklet), a tűzvész időtartama 1h=3600s és az időlépés hossza ∆t =5s.

Az összehasonlító számítások során egyszerre csak para-méter értékét változtattuk, azt kétszeresére növeltük, majd felére csökkentettük, a bomláshőt pedig lenulláztuk. A kapott eredményeket a 4. ábra szemlélteti. Észrevehetjük, hogy egyedül a hővezető képességnek van igen lényeges hatása, a többi anyagjellemző tulajdonság értékének meg

4.�ábra:�Az�anyagjellemzők�hatása


változtatása nem érinti érzékenyen a kiszámított eredmé-nyeket. A reakciósebesség megváltozása a teljes elszenese-dés bekövetkeztének pillanatát tolja el, e ponttól kezdve a kiszámított hőmérsékletgörbe meredekebben kezd el emelkedni (ugyanis az elszenesedett réteg hővezető képes-sége nagyobb a habzó festékénél). Mivel ez a pont a ter-helésgörbe ellaposodó részére esett, a változás nem túl szembetűnő.

Ezen eredmények alapján levonhatjuk azt a következ-tetést, hogy a festék fajhőjének és bomláshőjének pontos ismerete szükségtelen, ezeket az értékeket bátran megkö-zelíthetjük hasonló anyagok fajhőjével és bomláshőjével, esetleg el is hanyagolhatjuk ezeket az értékeket. Ezt az észrevételt az a tény támasztja alá, hogy a festékbevonat rendszerint igen vékony, tehát a benne felhalmozódó és az ott keletkező hő mennyisége elhanyagolható a vezetés-sel átadott hő mennyiségéhez viszonyítva (a bevezetőben említett empirikus képletek is e tagokat rendszerint elha-nyagolják). Fontos viszont a hővezető képesség minél pontosabb megállapítása.

5.��A�HőVEzETő�KÉPESSÉg� .KÍSÉRLETI�MEgÁLLAPÍTÁSA

Az előbbi fejezet végső következtetése az volt, hogy a felhabzó festék egyedüli fontos tulajdonsága a hővezető képessége. A folyékony halmazállapotú, illetve a fel-habzó festékre az a hővezető képesség látszólagos, ugyanis belefoglaljuk a konvekciós hőszállítás hatását is. Ez a mennyiség az éppen elbomló festék esetében nemcsak a hőmérséklet függvénye, az a festék állapotától is függ, mivel a gázfejlődés intenzitása egy adott hőmérsékleten az elbomlás előrehaladtával folyamatosan csökken.

A hővezető képességet Fourier (1) törvényének alkalmazásával határozhatjuk meg, az 5. ábrán látható beren-dezéssel. E berendezés elve a „P” próbatest, egy festékkel bevont fémlemez elektromos fűtésén alapszik: amennyiben ismerjük a fűtőáram U feszültségét és I áramerősségét, akkor tudjuk, hogy a felszabaduló Joulehő teljesítménye P = U . I . Amennyiben a lemez árammal átjárt részének területe A, úgy a festékrétegen áthaladó hő fluxusa át-lagosan j = P/(2. A). A „2” tényező azért jelenik meg, mert a lemeznek két oldala van. Ha valamilyen eljárás-sal (pl. a lemezre szerelt, kívülről hőszigetelt PT100 érzékelőkkel vagy termoelemekkel) megmérjük a lemez TL hőmérsékletét és a festék felszínének TF hőmérsékletét (ugyanolyan szenzorokkal, vagy pontosabban valamilyen érintkezésmentes eljárással, pl. IR hőmérővel vagy ter-movíziós kamerával), akkor a festékréteg eredeti tf vas-tagságával meghatározott hőmérsékleti gradiens értéke gradT = (TL–TF)/tflesz. Az (1) egyenlet szerint a hővezető képesség, amelyet a festék eredeti vastagságának megfele-lően definiálunk (ezt azért fontos kijelenteni, mert a fel-habzó bevonat vastagsága jelentősen megnő), az előbbi mennyiségekkel λ = j / gradT lesz. Mivel a hővezető

képesség a hőmérséklet függvénye, meg kell mondanunk azt is, hogy a kiszámított érték milyen hőmérsékleten érvé-nyes: legyen az a festékbevonat vastagságán érvényes átlag. (TL+TF)/2.

A leírt eljárást a termikus bomlás állapotában levő fes-tékre is alkalmazhatjuk, ilyenkor azonban egy beállított, kb. állandó hőmérsékleten a méréseket a habzás kezdetétől egészen a befejezéséig ismételgetjük. Ilyenkor λ nemcsak a hőmérsékletnek, hanem a még el nem bomlott festék és az eredeti festék mennyiségének (14) hányadosának is függvénye. E hányados számlálójában szereplő mennyiséget a (17) összefüggés adja, ott pedig t a bomlás pil-lanatától eltelt idő, k pedig a reakciósebesség állandója. Ezt az állandót a festék teljes lebomlásához szükséges tb idővel határozhatjuk meg. Tegyük fel, hogy a habzást akkor látjuk befejezettnek, amikor a festéknek csak 1%a maradt meg eredeti állapotában – ezt a pillanatot a bevonat meg-szilárdulásának bekövetkezéséhez köthetjük (pontosabb eredményeket csak bonyolult kémiai elemzésekkel nyer-hetnénk). Ekkor, a (17) egyenlet alapján a bomlás sebessé-gének állandója, a felvállalt bizonytalanságok mellett és a beállított átlagos hőmérsékleten

(19)

6.�KÖVETKEzTETÉSEKA λ (T ,t ,állapot) függvény ismeretében lehetővé válik a

felhabzó festékek kielégítő pontosságú végeselemes modellezése, amely a szerkezetek tűzállóságának vizsgálatában sokkal általánosabb lehetőségeket nyújt, mint a hosszú, rúdszerű szerkezeti elemekre javasolt tapasztalati képletek. E módszerrel nemcsak a rudak, hanem az illesztések szi-lárdsága is tanulmányozhatóvá válik.

Az eljárásban igényelt λ (T ,t ,állapot) függvény egyszerű kísérletekkel is megállapítható, amelyekben nincs szükség költséges vagy ritka laboratóriumi felszerelésekre.

7.�FELHASzNÁLT�IRODALOM1. Nordtest Method, NT FIRE 021, NORDTEST 1985, Den-

mark.2. Cagliostro, D.E., Riccitiello, S.R., Clark, K.J., Shimizu,

A.B., Intumenscent coating modeling, Journal of Fire and Flammability, Vol. 6 (April 1976), pag. 205-221.

3. Andersen, Niels E., NORDTEST Project Raport (Influence of heating rate and other parameters on thermal conductivity of intumescents for fire protection of structural steel), Dantest Report, National Institute for Testing and verifica-tion of Denmark, 1988.

4. W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery: Numerical Recipes in Fortran. Cambridge University Press, 1994.

5. J. Noack, R Rolfes, J. Tessemer: New layerwise theories and finite elements for efficient thermal analysis of hybrid structures. Computers and Structures 81 (2003) 2525–2538, Elsevier, 2003.

6. Bathe, K. J: Finite Element Procedures. Prentice – Hall Inc, USA, 1996.

7. Cook D. R: Finite element modeling for stress analysis. John Wiley & sons, USA, 1995.

8. Cook R., Malkus D., Plesha M. E: Concepts and applications of finite element analysis. John Wiley & sons, USA, 1989.

9. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L: The finite element method. McGraw - Hill Book Co, G. Britain, 1994.5.�ábra:�A�hővezető�képesség�meghatározása

, International® és minden egyéb említett termék neve az Akzo Nobel bejegyzett védjegye. ©Akzo Nobel 2008

www.interchar.comwww.international-pc.com

Megnövelt termelékenységkompromisszum nélkül

Megoldásokatszállítunk Globális

tapasztalatunkon keresztül

Az Interchar® 404-el akár egy órás tűzállóság is elérhető “I” gerendákon,oszlopokon és zártszelvényeken. A kisebb terhelés kevesebb festéket jelent ésez gyorsabb átbocsátó képességet, ami segít időt és pénzt megtakarítani,mialatt ugyanolyan szintű védelmet nyújt.

Az Interchar 404 fokozhatja az Ön termelékenységét.

Kérjük, hogy további információkért forduljon azInternational Protective Coatings

képviselőjéhez:Bondár Tibor

Mobil: +36 (30) 6354 639E-mail: [email protected]

acÉlszerkezetek tŰzvÉdelme

Documents