Raudoittamattomien pienten putkipalkkiliittopilareiden palonkestävyys

Abstract

Opinnäytetyöni oli WSP Finland Oy:n tilaustyö, joka käsitteli raudoittamattomien pienten putkipalkkiliittopilareiden palonkestävyyttä. Tavoitteena oli kvantitatiivistä tutkimusmenetelmää käyttäen verrata laskelmilla, pätevätkö eurokoodien mukaiset ohjeet käyttämäni tutkimusraportin polttokokeiden mukaisiin tuloksiin. Työ pohjautui 1988 tehtyyn ranskalaiseen CIDECT:n raporttiin n:o 15G-88/3E ”Pienten putkipalkkiliittopilareiden palonkestävyys”. Tekemäni vertailulaskelmat toteutettiin käyttäen FEM-Design rakennesuunnittelu ohjelmaa ja eurokoodia.

Maankäyttö- ja rakentamislakien perusteet on määrännyt Ympäristöministeriö. Palomitoituksessa käytetään kehittyneitä mitoitusmalleja, taulukkomitoitusta ja yksinkertaista menetelmää. Tulipalossa oleva teräs on itsessään palamaton, mutta siihen aiheutuu kuitenkin plastisia muodonmuutoksia lämpötilan noustessa. Betonikaan ei kestä pitkäaikaista kuumuutta, vaan runkoaine ja sementti alkavat rapautua ja halkeilla. Työssäni tarkastelin palonkestävyyttä R30 ja R60 raudoittamattomille putkipalkkiliittopilareille.

Johtopäätökseni on, että joissakin tapauksissa voidaan yhä hyödyntää CIDECT:n tutkimusraporttia, mutta ei kaikissa tilanteissa. Tutkimusraportin taulukkoja voidaan hyödyntää palon kestäessä enintään 30 minuuttia pilareiden SZ/2 139.7x4.5 mm (140x5 mm) ja SZ/4160x160x6 mm (160x160x6.3 mm) osalta. Palonkestoajalla R60 pilarilla SZ/2 139.7x4.5 mm (140x5 mm) en suosittele käyttämään CIDECT:n tutkimusraporttia. Tekemässäni laskelmassa pilarin käyttöaste ylittyi 100 %. Pilarin SZ/4160x160x6 mm (160x160x6.3 mm) osalta tutkimuksen mitoitustaulukkoa [2] voi käyttää R60 palokestoajan kohdalta, koska käyttöaste jäi < 100 %. Laskettaessa FEM-Design ohjelmalla tämä ei antanut mahdollisuutta tehdä vertailua kaikista pilareista, sillä nykystandardit rajoittivat kokoluokkaa. Eurokoodin SFS-1994-1-2 taulukkomitoitus mahdollisti vain 160x160 R30 paloluokan vertailun. Työpaikkani WSP pystyy hyödyntämään tutkimustuloksiani projekteissa, joissa tarvitaan päivitettyä nykystandardien mukaista tietoa pienten putkipalkkiliittopilareiden palonkestoaikaan ja kuormitustasoon liittyvistä seikoista.

This thesis study was commissioned by WSP Finland. The goal was to use quantitative research methods and to compare the Eurocode standards with the combustion test results of the research report.

The grounds for land use and construction law are set by the Ministry of the Environment. This thesis was based on a French CIDECT report n:o 15G-88/3E “Fire resistance of small composite columns”. Fem-Design structural design program was used to calculate and compare, as well as Eurocode. Advanced dimensioning models, tabular dimensioning and a simple method are used in fire dimensioning. Steel in a fire is in itself non-combustible, but it nevertheless undergoes plastic deformations as the temperature rises. Even concrete cannot withstand long-term heat, the frame material and cement begin to corrode and crack. The fire resistance of R30 and R60 unreinforced composite columns were examined in this study.

The conclusion presented in this thesis was that in some cases it is still relevant to use CIDECT report but not in all situations. The tables in the research report can be used when the fire lasts no more than 30 minutes for pillars SZ/2 139.7x4.5 mm (140x5 mm) and SZ/4160x160x6 mm (160x160x6.3 mm). With fire resistance time R60 with pillar SZ/2 139.7x4.5 mm (140x5 mm), it is not recommendable to use the CIDECT's research report. According to the calculation made in this study, the utilization rate of the pillar exceeded 100%. Regarding the pillar SZ/4160x160x6 mm (160x160x6.3 mm), the dimensioning table of the study [2] can be used for R60 fire resistance because the utilization rate remained < 100%. When calculating with the FEM-Design program, this did not allow a comparison of all pillars, as current standards limited the size class. Eurocode's SFS-1994-1-2 tabular commoditization only enabled the comparison of the 160x160 R30 fire class. WSP Finland is able to use these results in future projects if they need current information about the fire resistance of small composite columns and load levels.