info-steel-43

infosteel_logocopy.pdf 27/07/2009 12:57:01 infosteel 5AvenueAriane B-1200 Bruxelles t. +32-2-509 15 01 f. +32-2-511 1281 e. info@infosteel.be www.infosteel.be Sécurité incendie Sécurité incendieet calculde la résistance au feu desbâtimentsenacier selon l’Eurocode 3 Louis-GuyCajot,RikDebruyckere, Jean-Marc Franssen Sécurité incendie Ce livre traite, dans ses trois premiers chapitres, de la sécurité incendie et du calcul de la résis- tance au feudes structuresdebâtimentsen acier selon l'Eurocode 3. Le chapitre1définit lesobjectifsde la sécurité incendie sur labasedudéroulementd'un incen- die et examine lesmesuresque le concepteurpeutprendre afinde répondre aux exigencesde sécurité incendieetauxexigences réglementaires. Le chapitre2 traitedu calculde la résistanceau feude structuresenacierpour cequi concerne le critèrede capacitéportante.Unmodèlede calcul simple estdonnédans les Eurocodespour leséléments tendus, les colonneset lespoutres soumisesounonaudéversement.Pour le calcul des poutres intégrées, qu’elles soient protégées ou non, on peut utiliser unmodèle de calcul avancé,maisuneméthodealternative simpleestdécritedans cetouvrage. Le chapitre 3 traitede l'ingénieriede la sécurité incendie,unediscipline relativementnouvelle qui utilise lesmodèles physiques pour décrire le déroulement d'un incendie et ses effets sur le bâtiment et ses occupants.On évoque quatre situations qui nécessitent l’utilisation de l'ingé- nieriede la sécurité incendie,à savoir: les feux localisés, les feuxde compartiment (avecou sans embrasementgénéralisé), le casdes structuresenacier situéesà l'extérieurdubâtimentet celui où l’on considère le comportement d’ensemble d’une ossature. Ce dernier cas est illustré par l’étudede l’effetmembranaired’un systèmedeplancher. Enfin, le chapitre4 contient treize tableauxdedimensionnementquidonnentdirectement cer- tainsparamètresde calcul comme la réductionde la limited’élasticitéefficace, celledumodule d’élasticitéde l’acier, leniveaude chargement en situationd’incendie, le facteurdemassiveté des sectionsen I , la températureatteintedans l’acieraprèsun certain temps (pourdiversvaleurs de ce facteurdemassiveté)et la température critiquedes colonnes (en fonctionde leurniveau de chargementetde leurélancement). R.Hamerlinck est l’auteur de la version originale écrite en néerlandais pour l’organisation ho- mologue d’Infosteel aux Pays-Bas : Bouwenmet Staal. Il possède une expérience considérable en tantque consultantet conférencierdans ledomainede la sécurité incendieetest fortement impliqué dans l'élaboration des règlements et des normes sur la sécurité incendie dans son pays. Infosteel a obtenu les droits de Bouwenmet Staal pour adapter l’ouvrage néerlandais, en tenant comptesdes spécificités (notammentnormativeset règlementaires)dumarchébelge et luxembourgeois. Le présent ouvrage existe en français et en néerlandais et est le fruit du travail de trois spécialistes belges de renom : J.M. Franssen (Université de Liège), L.G. Cajot (ArcelorMittal) etR.Debruyckere (SECO etUniversitédeGand). Sécurité incendie Louis-GuyCajot,RikDebruyckere, Jean-Marc Franssen Guidesde constructionmétallique boek-brand-COVER.indd 1 18/10/2012 12:16:01 Publicatie: in de reeks: Handboeken staalconstructies Dit boek behandelt in de eerste drie hoofdstukken het onderwerp brandvei- ligheid en de berekening van de brandwerendheid van staalconstructies voor gebouwen volgens Eurocode 3. Hoofdstuk 4 bevat dertien ontwerptabellen voor het eenvoudig bepalen van een aantal rekenparameters zoals de afname van de e ectieve vloeigrens en de elasticiteitsmodulus, de reductiefactor op de belastingen bij brand, de pro elfactoren voor I-pro elen, de staaltemperatuur na een bepaalde tijd (in functie van de pro elfactor) en de kritieke staaltemperatuur voor kolommen (in functie van de benuttinggraad en slankheid). Als basis voor deze publicatie werd het boek “Brand” gebruikt, uitgegeven door Bouwen met Staal in Nederland. De auteur hiervan – dr.ir. Ralph Hamer- linck – heeft een grote ervaring als adviseur, docent en auteur op het gebied van brandveiligheid. Infosteel verwierf de rechten om op basis van dit boek een aangepaste versie te maken voor de Belgische en Luxemburgse markt die ondermeer rekening houdt met de Belgische en Luxemburgse normen en wetgeving. Het werk is beschikbaar in het Nederlands en Frans en werd opesteld door 3 Belgische experten in het domein: J.M. Franssen (Universiteit Luik), L.G. Cajot (ArcelorMittal) en R. Debruyckere (SECO en Universiteit Gent). Prijs: 57,50 EUR inclusief btw, verzendingskosten niet inbegrepen. Info en bestelling: www.infosteel.be Uitgever: Infosteel - 160 pag. / 210 x 297mm / hard cover / 2012 2 Calcul de la résistance au feu boek-brand-H2.indd 1 18/10/2012 10:50:54 1 = +∑ fi,d i i i E G ( Q)  (1.1) = fi,d 0 fi,d,0 E R  (1.2) = + + g 10 20 345log (8t 1)  (2.1) −     = = +     -1/3,833 482 a y,θ 39,19 y,θ y f k 0,9674e 1 f  (2.2) + + ≤ = = + + k 2 k k k 0 fi G k Q k k k G Q G 0,3Q G Q 1,35G 1,5Q      (2.3) > fi 0   + + = = ≥ + ⋅ +   + +     k 2 k k k fi 0 k k 0 k k k nG n Q G 0,3Q 2 n1,35G 21,5Q (n–2)1,5 Q 1,35G 0,75Q 1 n     (2.4)       = m b sh m A V k 0,9 A V (2.5) = y 235 0,85 f  (2.6) = fi, ,Rd y, Rd N k N   (2.7) = ⋅ fi,θ,Rd y,θ Rd M k M (2.8) (2.1) 2. berekenen van de brandwerendheid 3 = +∑ fi,d i i i E G ( Q)  (1.1) = fi,d 0 fi,d,0 E R  (1.2) = + + g 10 20 345log (8t 1)  (2.1) −     = = +     -1/3,833 482 a y,θ 39,19 y,θ y f k 0,9674e 1 f  (2.2) + + ≤ = = + + k 2 k k k 0 fi G k Q k k k G Q G 0,3Q G Q 1,35G 1,5Q      (2.3) > fi 0   + + = = ≥ + ⋅ +   + +     k 2 k k k fi 0 k k 0 k k k nG n Q G 0,3Q 2 n1,35G 21,5Q (n–2)1,5 Q 1,35G 0,75Q 1 n     (2.4)       = m b sh m A V k 0,9 A V (2.5) = y 235 0,85 f  (2.6) = fi, ,Rd y, Rd N k N   1 = +∑ fi,d i i i E G ( Q)  (1.1) = fi,d 0 fi,d,0 E R  (1.2) = + + g 10 20 345log (8t 1)  (2.1) −     = = +     -1/3,833 482 a y,θ 39,19 y,θ y f k 0,9674e 1 f  (2.2) + + ≤ = = + + k 2 k k k 0 fi G k Q k k k G Q G 0,3Q G Q 1,35G 1,5Q      (2.3) > fi 0   + + = ≥ + ⋅ +   + +     k 2 k k k fi 0 k k 0 k k k nG n Q G 0,3Q 2 n1,35G 21,5Q (n–2)1,5 Q 1,35G 0,75Q 1 n     4       = m b sh m A V k 0,9 A V (2.5) = y 235 0,85 f  (2.6) = fi, ,Rd y, Rd N k N   (2.7) = ⋅ fi,θ,Rd y,θ Rd M k M (2.8) 2.1.1 Standaardbrandkromme De standaardbrandkromme is het gestandaardiseerde verloop van de tempera- tuur in de brandruimte als functie van de tijd volgens 3.2.1 van EN 1991-1-2 [4] , (figuur 2-1): met : Q g : de gastemperatuur in de brandruimte (˚C); t : de tijd (min). 2.1.2 Effectieve vloeigrens van staalbijbrand Bij een temperatuur vanaf 400 °C neemt de sterkte van staal sterk af (figuur 2-2). Tabel 3.1 van EN 1993 1-2 geeft voor een aantal discrete punten (elke 100 °C) de reductiefactoren k y, q als verhouding tussen de (effectieve) vloeigrens f y, q bij een verhoogde temperatuur q a en de vloeigrens f y bij normale temperatuur. Tussen deze puntenmag rechtlijnigworden geïnterpoleerd. Tabel 3.1 geeft ook de re- ductiefactoren k E, q voor de elasticiteitsmodulus E a, q bij brand en E a bij normale temperatuur.Merk op dat de elasticiteitsmodulus al afneemt vanaf 100 °C. Zie ook tabel 4-2 in hoofdstuk 4. De reductiefactor k y, q voor de afname van de effectieve vloeigrens is ook te schrijven in formulevorm en af te leidenuitde formule (4.22) voorde kritieke staaltemperatuur in EN 1993-1-2: Figuur 2-1 :De standaardbrandkromme beschrijft het veronderstelde verloop van de temperatuur in de tijd. tijd t (min) 20 40 60 80 100 120 1000 800 600 400 200 0 gastemperatuur Q g (˚C) Q g =20+ 345 log10(8t+ 1) Figuur 2-2 :Reductiefactor voor de effectieve vloeigrens k y, q en voor de elasticiteitsmodulus k E, q van staal bij hoge temperaturen volgens EN1993-1-2 200 400 600 800 1000 1200 temperatuur (˚C) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 reductiefactor ki, q (–) ky, q (effectieve vloeigrens) volgens EN1993-1-2, tabel3.1 ky, q (effectieve vloeigrens) volgens formule (9.2) kE, q (elasticiteitsmodulus) volgens EN 1993-1-2, tabel3.1 1,0 1,2 –) ky,q (vloeigrens) volgensNEN-EN1993-1-2, tabel3.1 ky,q (vloeigrens) volgens formule (9.2) kE,q (elasticiteitsmodulus) volgensNEN-EN 1993-1-2, tabel3.1 met: f y, q : de effectieve vloeigrensbij een verhoogde staaltemperatuur q a ; f y : de vloeigrens bij bij normale temperatuur (20 ˚C); q a : de staaltemperatuur (˚C). Formule (2.2) is in tabelvormuitgewerkt in tabel 4-1 vanhoofdstuk4. 2.1.3 Benuttinggraad De benuttinggraad m 0 (op tijdstip t = 0) is de verhouding tussen de optre- dende belasting bij de buitengewone belastingcombinatie brand E fi,d en de opneembare belasting,weergegeven als de rekenwaarde van deweer- stand van een stalen element bij brand op het tijdstip t = 0, namelijk R fi,d,0 . Deze opneembare belasting is uiteraard tenminste gelijk aan de belasting bijnormale temperatuur E d , conformdeoptredendebelastingscombinaties volgens EN1990. Debenuttinggraad m 0 isdoorgaanskleinerdanofgelijkaande reductiefac- tor opdebelastingen h fi = E fi,d /E d . De reductiefactor h fi is dus een bovengrensbenadering van de benutting- graad m 0 .Neem als voorbeeld een vloerligger in een kantoorgebouwmet y 2 =0,3 ,belastdoor eenblijvendebelasting G k en een veranderlijkebelas- (2.2) (2.3) met 20 °C < q a £ 1140 °C boek-brand-H2.indd 3 18/10/2012 10:49:20 f k d r t n - e a a v u t e e d p r e s f 1 0 e a ctea m n u 2 it lt g D d bu b n e v l d nd e me l 9 a d u n = y,θ Rd fi,θ,Rd 1 2 k M M  (2.9) = θ,d 0 d q q  (2.10)   = + °     a,cr 3,833 1 2 0 1 39,19ln –1 482 C 0,9674( )   (2.11) [BEGINVOORBEELD] ( ) = + = + ⋅ ⋅ = θ,d k 2 k q (G Q )a 4,5 0,8 5,0 3,0 25,5kN/m  ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 y y,pl d 2 2 8fW 8 235 4622 10 q 78,8 kN/m L 10500 = = = ,d 0 d q 25,5 0,32 q 78,8       = + °         = + ° = °   ⋅ ⋅   3,833 3,833 a,cr 1 2 0 1 39,19ln –1 482 C 0,9674( ) 1 39,19ln –1 482 C 708 C 0,9674(0,7 1,0 0,32)   ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 2 2 y y,pl d 8fW 8 235 559110 q 95,3 kN/m L 10500 ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 2 2 y y,pl d 8fW 8 355 4622 10 q 119,1 kN/m L 10500 ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 2 2 y y,pl d 11,6fW 11,6 235 4622 10 q 114,3 kN/m = y,θ Rd fi,θ,Rd 1 2 k M M  (2.9) = θ,d 0 d q q  (2.10)   = + °     a,cr 3,833 1 2 0 1 39,19ln –1 482 C 0,9674( )   (2.11) [BEGINVOORBEELD] ( ) = + = + ⋅ ⋅ = θ,d k 2 k q (G Q )a 4,5 0,8 5,0 3,0 25,5kN/m  ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 y y,pl d 2 2 8fW 8 235 4622 10 q 78,8 kN/m L 10500 = = = ,d 0 d q 25,5 0,32 q 78,8     = + °       = + ° = °   ⋅ ⋅   3,833 3,833 a,cr 1 2 0 1 39,19ln –1 482 C 0,9674( ) 1 39,19ln –1 482 C 708 C 0,9674(0,7 1,0 0,32)   ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 2 2 y y,pl d 8fW 8 235 559110 q 95,3 kN/m L 10500 ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 2 2 y y,pl d 8fW 8 355 462 10 q 119,1 kN/m L 10500 ⋅ ⋅ ⋅ 3 y y,pl 11,6fW 11,6 235 4622 10 = y,θ Rd fi,θ,Rd 1 2 k M M  (2.9) = θ,d 0 d q q  (2.10)   = + °     a,cr 3,833 1 2 0 1 39,19ln –1 482 C 0,9674( )   (2.11) [BEGINVOORBEELD] ( ) = + = + ⋅ ⋅ = θ,d k 2 k q (G Q )a 4,5 0,8 5,0 3,0 25,5kN/m  ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 y y,pl d 2 2 8fW 8 235 4622 10 q 78,8 kN/m L 10500 = = = ,d 0 d q 25,5 0,32 q 78,8       = + °         = + ° = °   ⋅ ⋅   3,833 3,833 a,cr 1 2 0 1 39,19ln –1 482 C 0,9674( ) 1 39,19ln –1 482 C 708 C 0,9674(0,7 1,0 0,32)   ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 2 2 y y,pl d 8fW 8 235 559110 q 95,3 kN/m L 10500 ⋅ ⋅ ⋅ = = = 3 2 2 y y,pl d 8fW 8 355 4622 10 q 119,1 kN/m L 10500 2. berekenen van de brandwerendheid 19 de thermische eigenschappen van staal (de specifiekewarmte c a en de volumieke massa  a ) en van dewarmte-overdrachtskarakteristieken van de brandruimte (de emissiefactor  r en de convectievewarmte-overdrachtscoefficient  c ). Bij beklede staalprofielen spelenbovendien de dikte en demateriaaleigenschappen van het bekledingsmateriaal een rol. Deberekening vande staaltemperatuur q a berustopeen tijdstapmethodeen ismetde hand niet goedmogelijk.Met een geschikt computerprogramma is de staaltempera- tuur echter eenvoudig te berekenen. Stap 8 Controleerof q a £ q a,cr . Voorbeeld 2.1 Gegeven Een industrieel gebouw van een bouwlaag heeft inpandig een gedeelte voor opslag met een tussenvloer.De vloerliggersHEA 550 in de staalsoort S235 zijn statisch be- paald opgelegdmet een overspanning L = 10,5m en een afstand hart-op-hart van a =3,0m.Debelastingopdevloerliggersbedraagt G k =4,5kN/m 2 en Q k =5,0kN/m 2 met y 2 = 0,8. De liggers ondersteunen een prefab betonnen vloer enworden bij brand driezijdig verhit.De vereiste brandwerendheidbedraagt 30minuten. Gevraagd Een constructieve oplossingom de stalen liggers niet te hoeven bekleden. Uitwerking De optredende belastingbij brand (stap 1) bedraagt : en demaximaal opneembarebelasting bijnormale temperatuur (stap 2) : Het profiel voldoet bij brand aan klasse 1 (zie tabel 2-2),waardoormet de plastische momentcapaciteitmagworden gerekend. De benuttinggraad (stap 3) volgt uit for- mule (2.10) : boek-brand-H2.indd 19 18/10/2012 10:49:24 Brandveiligheid Brandveiligheidenberekeningvandebrandwerendheidvan staalconstructies voorgebouwenvolgensEurocode3 Louis-GuyCajot,RikDebruyckere, Jean-Marc Franssen id dstukkenhetonderwerpbrandveiligheidendeberekening ructiesvoorgebouwenvolgensEurocode3. en vanbrandveiligheidaandehand vanhetgedrag vaneen ieeenontwerperkannemenom tevoldoenaandeeisenvoor . nvandebrandwerendheidvaneen staalconstructiemetbetrek- g berekeningsmodel volgens Eurocode 3wordt besproken en is evoelige liggers,kolommenénkipgevoelige liggers.Voordebere- zowelonbekleedalsbekleedwordteengeavanceerd rekenmodel ernatievevereenvoudigdemethodevoorgesteld. erwerpfire safetyengineering;een relatiefnieuwvakgebied,waar- gebruikt om het gedrag van een brand – en het effect hiervan op rs – te beschrijven. Erworden vier situaties besproken diemet fire tijkalzijn teberekenen: lokalebranden, compartimentsbranden (zon- onstructiesdie zichbuitenhetgebouwbevinden indebuitenlucht én staalconstructie. Dit laatstewordt geillustreerd aan de hand van een bijhetmembraaneffect inachtwordtgenomen. vat dertien ontwerptabellen voor het eenvoudig bepalen van een aantal afnamevandeeffectievevloeigrensendeelasticiteitsmodulus,de reduc- en bij brand, de profielfactoren voor I -profielen, de staaltemperatuur na nctie vandeprofielfactor) ende kritieke staaltemperatuur voor kolommen ttinggraaden slankheid). blicatiewerd hetb oek“Brand”gebruikt,uitgegevendoorBouwenmetStaal teur hiervan – dr.ir. RalphHamerlinck – heeft een grote ervaring als adviseur, hetgebiedvanbrandveiligheid.Ook ishijnauwbetrokkenbijdeontwikkelin- ennormenoverbrandveiligheid in zijn land. Infosteel verwierfde rechtenom ekeenaangepasteversie temakenvoordeBelgischeenLuxemburgsemarktdie nghoudtmetdeBelgischeenLuxemburgsenormenenwetgeving. Hetwerk isbe- ederlandsenFransenwerdopestelddoor3Belgischeexperten inhetdomein: J.M. siteitLuik),L.G.Cajot (ArcelorMittal)enR.Debruyckere (SECOenUniversiteitGent). Brandveiligheid Louis-GuyCajot,RikDebruyckere, Jean-Marc Franssen Handboeken staalconstructies 18/10/2012 12:15:25 Publication : dans la série : Guides de construction métallique Ce livre traite, dans ses trois premiers chapitres, de la sécurité incendie et du calcul de la résistance au feu des structures de bâtiments en acier selon l’Eurocode 3. Le chapitre 4 contient treize tableaux de dimensionnement qui donnent directement certains paramètres de calcul comme la réduction de la limite d’élasticité e cace, celle du module d’élasticité de l’acier, le niveau de char- gement en situation d’incendie, le facteur de massiveté des sections en I, la température atteinte dans l’acier après un certain temps (pour divers valeurs de ce facteur de massiveté) et la température critique des colonnes (en fonc- tion de leur niveau de chargement et de leur élancement). R. Hamerlinck est l’auteur de la version originale écrite en néerlandais pour l’organisation homologue d’Infosteel aux Pays-Bas : Bouwen met Staal. Infosteel a obtenu les droits de Bouwen met Staal pour adapter l’ouvrage néerlandais, en tenant comptes des spéci cités (notamment normatives et règlementaires) du marché belge et luxembourgeois. Le présent ouvrage existe en français et en néerlandais et est le fruit du travail de trois spécialistes belges de renom : J.M. Franssen (Université de Liège), L.G. Cajot (ArcelorMittal) et R. Debruyckere (SECO et Université de Gand). Prix : 57,50 EUR tva incluse, sans frais d’envoi. Infos et commande : www.infosteel.be Editeur: Infosteel - 160 pag. / 210 x 297mm / hard cover / 2012 IPE 80 835 832 IPE 100 834 831 IPE 120 833 829 IPE 140 832 827 IPE 160 830 825 IPE 180 829 822 IPE 200 827 818 IPE 220 824 814 IPE 240 821 808 IPE 270 818 804 IPE 300 815 798 IPE 330 810 790 IPE 360 803 781 IPE 400 796 774 IPE 450 789 766 IPE 500 780 758 IPE 550 770 750 IPE 600 760 743 HEA100 821 796 HEA120 821 796 HEA140 817 789 HEA160 812 778 HEA180 809 773 HEA200 802 763 HEA220 793 752 HEA240 781 743 HEA260 775 740 HEA280 770 738 HEA300 759 734 HEA320 751 731 HEA340 747 729 HEA360 743 727 HEA400 739 724 HEA450 737 721 HEA500 735 718 HEA550 735 718 HEA600 735 719 HEA650 734 719 HEA700 733 717 HEA800 733 720 HEA900 732 718 HEA1000 732 720 HEB100 808 773 HEB120 799 761 HEB140 790 750 HEB160 776 741 HEB180 766 737 HEB200 756 734 HEB220 749 730 HEB240 743 724 HEB260 740 720 HEB280 738 716 HEB300 735 706 HEB320 734 700 HEB340 732 697 HEB360 731 694 HEB400 728 691 HEB450 725 689 HEB500 722 686 HEB550 722 689 HEB 600 721 690 HEB 650 721 692 HEB 700 719 690 HEB 800 720 695 HEB 900 717 694 HEB 1000 718 697 HEM 100 738 718 HEM 120 735 709 HEM 140 733 699 HEM 160 729 685 HEM 180 724 675 HEM 200 718 663 HEM 220 712 652 HEM 240 675 604 HEM 260 670 597 HEM 280 666 591 HEM 300 627 548 HEM 320 626 550 HEM 340 630 557 HEM 360 634 564 HEM 400 642 576 HEM 450 650 590 HEM 500 658 602 HEM 550 664 614 HEM 600 671 624 HEM 650 676 633 HEM 700 681 642 HEM 800 689 655 HEM 900 696 667 HEM1000 702 677 4. tableaux de dimensionnement 15 Tableau 4-6 Températurede l’acier q a (°C) après30minutesde feunormalisépourdesprofilés IPE,HEA,HEB etHEM (combinaisondu Tableau 4-5 avec le Tableau 4-4 pour 30minutes) a b c d e f profilé exposé sur 4 faces exposé sur 3 faces a b c d e f profilé exposé sur 4 faces exposé sur 3 faces a b c d e f b e profilé exposé sur 4 faces exposé sur 3 faces boek-brand-H4.indd 15 18/10/2012 11:07:15 I info steel info steel infosteel infosteel info steel iS iS iS iS iS iS infosteel iS iS i S i i S infosteel staalbouwdag infosteel i Infosteel staalbouwdag infosteel infosteel_v5.pdf 4/02/2009 16:39:12 I info steel info steel infosteel infosteel info steel iS iS iS iS iS iS iS iS i S i i S infosteel in i infosteel_v5.pdf 4/02/2009 16:39:12 Brandveilighei d Sécurité incendie