info-steel-39

infosteel_logocopy.pdf 27/07/2009 12:57:01 infosteel 5AvenueAriane B-1200 Bruxelles t. +32-2-509 1501 f. +32-2-5111281 e. info@infosteel.be www.infosteel.be Sécurité incendie Sécurité incendie et calculde la résistanceau feu desbâtimentsen acier 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- tanceau feudes structuresdebâtimentsenacier selon l'Eurocode3. 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 Nieuwe publicatie: in de nieuwe 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 N k  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) 2.1.1 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 EN1993-1-2: 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) Figuur2-2 :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 EN 1993-1-2, tabel3.1 ky, q (effectieve vloeigrens) volgens formule (9.2) kE, q (elasticiteitsmodulus) volgens EN1993-1-2, tabel 3.1 1,0 1,2 ky,q (vloeigrens) volgensNEN-EN1993-1-2, tabel3.1 ky,q (vloeigrens) volgens formule (9.2) kE,q (elasticiteitsmodulus) volgensNEN-EN1993-1-2, tabel met: f y, q : de effectieve vloeigrens bij een verhoogde staaltemperatuur q a ; f y : de vloeigrens bijbijnormale temperatuur (20 ˚C); q a : de staaltemperatuur (˚C). Formule (2.2) is in tabelvorm uitgewerkt in tabel4-1 vanhoofdstuk 4. 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 EN 1990. Debenuttinggraad m 0 isdoorgaanskleinerdanofgelijkaande reductiefac- tor opde belastingen 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 e 0 e 3 o k r v o g e t . o n 1 ct u a b g n in e e e t n p ra g t n f n o a vlo b o = 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 462210 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 462210 q 119,1 kN/m L 10500 3 = 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 462210 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 462210 q 119,1 kN/m L 10500 = 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 462210 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 462210 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 debrandruimte (de emissiefactor  r en de convectievewarmte-overdrachtscoefficient  c ). Bij beklede staalprofielen spelen bovendien 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 teberekenen. Stap 8 Controleer of 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 liggersniet te hoevenbekleden. Uitwerking De optredende belasting bij brand (stap 1) bedraagt : en demaximaal opneembarebelasting bij normale 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 Brandveiligheidenberekeningvandebrandwerendheid van staalconstructies voorgebouwen volgens Eurocode3 Louis-GuyCajot,RikDebruyckere, Jean-Marc Franssen heid riehoofdstukkenhetonderwerpbrandveiligheidendeberekening aalconstructiesvoorgebouwenvolgensEurocode3. lstellingen vanbrandveiligheidaandehand vanhetgedrag vaneen gelendieeenontwerperkannemenom tevoldoenaandeeisenvoor ijkeisen. erekenenvandebrandwerendheidvaneen staalconstructiemetbetrek- envoudig berekeningsmodel volgens Eurocode 3wordt besproken en is iet-kipgevoelige liggers,kolommenénkipgevoelige liggers.Voordebere- liggers,zowelonbekleedalsbekleedwordteengeavanceerd rekenmodel seenalternatievevereenvoudigdemethodevoorgesteld. hetonderwerpfire safetyengineering;een relatiefnieuwvakgebied,waar- orden gebruikt om het gedrag van een brand – en het effect hiervan op ebruikers – te beschrijven. Erworden vier situaties besproken diemet fire depraktijkalzijn teberekenen: lokalebranden, compartimentsbranden (zon- r), staalconstructiesdie zichbuitenhetgebouwbevinden indebuitenlucht én van een staalconstructie. Dit laatstewordt geillustreerd aan de hand van een erwaarbijhetmembraaneffect inachtwordtgenomen. lotte bevat dertien ontwerptabellen voor het eenvoudig bepalen van een aantal zoalsdeafnamevandeeffectievevloeigrensendeelasticiteitsmodulus,de reduc- belastingen bij brand, de profielfactoren voor I -profielen, de staaltemperatuur na ijd (in functie vandeprofielfactor) ende kritieke staaltemperatuur voor kolommen debenuttinggraaden slankheid). dezepublicatiewerdhetboek“Brand”gebruikt,uitgegevendoorBouwenmetStaal .De auteur hiervan – dr.ir. RalphHamerlinck – heeft een grote ervaring als adviseur, uteurophetgebiedvanbrandveiligheid.Ook ishijnauwbetrokkenbijdeontwikkelin- lgeving ennormenoverbrandveiligheid in zijn land. Infosteel verwierfde rechtenom nditboekeenaangepasteversie temakenvoordeBelgischeenLuxemburgsemarktdie rrekeninghoudtmetdeBelgischeenLuxemburgsenormenenwetgeving. Hetwerk isbe- inhetNederlandsenFransenwerdopestelddoor3Belgischeexperten inhetdomein: J.M. (UniversiteitLuik),L.G.Cajot (ArcelorMittal)enR.Debruyckere (SECOenUniversiteitGent). Brandveiligheid Louis-GuyCajot,RikDebruyckere, Jean-Marc Franssen Handboeken staalconstructies 18/10/2012 12:15:25 Nouvelle publication : dans la nouvelle 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 HEA 100 821 796 HEA 120 821 796 HEA 140 817 789 HEA 160 812 778 HEA 180 809 773 HEA 200 802 763 HEA 220 793 752 HEA 240 781 743 HEA 260 775 740 HEA 280 770 738 HEA 300 759 734 HEA 320 751 731 HEA 340 747 729 HEA 360 743 727 HEA 400 739 724 HEA 450 737 721 HEA 500 735 718 HEA 550 735 718 HEA 600 735 719 HEA 650 734 719 HEA 700 733 717 HEA 800 733 720 HEA 900 732 718 HEA 1000 732 720 HEB 100 808 773 HEB 120 799 761 HEB 140 790 750 HEB 160 776 741 HEB 180 766 737 HEB 200 756 734 HEB 220 749 730 HEB 240 743 724 HEB 260 740 720 HEB 280 738 716 HEB 300 735 706 HEB 320 734 700 HEB 340 732 697 HEB 360 731 694 HEB 400 728 691 HEB 450 725 689 HEB 500 722 686 HEB 550 722 689 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 Tableau4-6 Températurede l’acier q a (°C) après30minutesde feunormalisépourdesprofilés IPE,HEA,HEB etHEM (combinaisondu Tableau 4-5 avec le Tableau4-4 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 c d e f 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 i iS iS i S i i S infosteel info i infosteel_v5.pdf 4/02/2009 16:39:12 Brandveilighei d Sécurité incendie