top

Dopad požiarov na časti oceľovej nosnej konštrukcie

Cieľom tohoto článku vás oboznámiť čitateľa s tým, ako sa správa konštrukčná oceľ pri vysokých teplotách.

„Oceľová budova pri pôsobení požiaru nekolabuje náhle. Sú tam zreteľné varovné príznaky, a to rozsiahle deformácie.“

Hart, Multi-storey Buildings in Steel

Je pravda, že oceľ pri zvyšujúcej sa teplote stráca svoju pevnosť. Dôležitá je ale otázka, čo sa presne deje s týmto materiálom keď je vystavený vysokým teplotám/tlaku. Ako uvidíte, oceľ pod tlakom pri zvyšovaní teploty neexploduje, neláme sa, ani nevyletuje 150m od von z budovy. Ohýba sa.

Stratu pevnosti pri zvyšujúcej sa teplote opisuje v porovnaní s pevnosťou ocele pri izbovej teplote nasledujúci graf.


Zdroj

Zabudnime na chvíľu na to, že požiare vo WTC neboli nijako extrémne intenzívne. Predstavme si, že požiare boli naozaj extrémne a rozšírené zúrili na veľa miestach, že paliva z nádrží lietadla bolo veľmi veľa, že fúkal silný vietor, ktorý dodával horeniu dostatok kyslíka. Myslíte že extrémne požiare by mohli spôsobiť totálne rozdrvenie na prach oboch veží WTC aj WTC7 ? Nasledujúci text je z prílohy A správy FEMA, World Trade Center Building Performance Study.

V polovici 90-tych rokov British Steel a Building Research Establishment vykonali sériu šiestich testov v Cardingtone, aby skúmali správanie sa oceľovej nosnej konštrukcie v požiaroch, akú majú oceľové budovy. Tieto testy prebiehali v 8-poschodovej budove. Sekundárne oceľové nosníky neboli chránené nijakým protipožiarnym nástrekom ani iným spôsobom. Tieto sekundárne oceľové nosníky dosiahli v troch testoch teplotu až 800-900°C (čo vysoko presahuje tradične uvažovanú kritickú teplotu 600°C), napriek tomu ani pri jednom zo šiestich vykonaných experimentov nebol zaznamenaný žiadny kolaps.

Ako vidno z grafu, oceľ pri teplote nad 800°C stráca 90% svojej pevnosti. Aj keď je oceľ zahriata na takúto vysokú teplotu, nikdy sa nerozláme na kusy, ako tomu bolo v prípade WTC a WTC7.

Prečo ani takéto dramatické teploty nevyvolávajú totálny kolaps budovy ?

Toto sú fotografie, ktoré pochádzajú z vyššie spomínaných testov. Pochádzajú z tejto stránky, ktorá obsahuje komplexnú štúdiu na tému požiare vs. oceľové konštrukcie.


Obrázok 1 - simulácia požiaru kancelárie. Toto bol pri testoch najväčší požiar, trval 74 minút. Vertikálne oceľové stĺpy boli pred ohňom chránené, ostatné nie.


Obrázok 2 - po požiari. Teploty nechránených nosníkov dosiahli až 1150°C. Maximálny prehyb bol 6.4 cm, taktiež je vidno pokrútenie.


Obrázok 3 - po požiari. Detailnejšia fotografia zachytávajúca pokrútenie a prehyb oceľových nosníkov.



Nasledujúca fotografia pochádza z testu, pri ktorom neboli chránené žiadne nosníky.


Obrázok 4 - teplota nosníkov v tomto prípade dosiahla 670°C. Vidíme typickú deformáciu zaťaženého vertikálneho oceľového stĺpa, ktorý bol vystavený vysokej teplote. Nexplodoval, nerozpadol sa na prach, ani nevyletel 150m von z budovy.



Pri zohriatí sa oceľové nosníky predlžujú a prehnú sa, pri ochladzovaní sa zasa zmršťujú a snažia sa dostať do svojej pôvodnej polohy. Keď sa rozohriaty nosník prehne, pri ochladzovaní sa zmršťuje, ale väčšinou (najmä ak je prehyb výraznejší) sa nedostane úplne naspäť do svojej pôvodnej polohy. Jeho efektívna dĺžka je potom menšia, a vďaka tomu v ňom vzniká napätie.


Obrázok 5 - teplotná rozťažnosť nosníkov pri zahrievaní, zmršťovanie pri ochladzovaní

Toto napätie sa pri ochladzovaní môže prejaviť prasknutím niektorých ohybov, prípadne povolením niektorých zvarov/skrutiek. Tým sa napätie uvoľňuje. Tento jav bol pozorovaný pri všetkých testoch. Ako vidíte, nespôsobilo to však globálny kolaps, ani totálne rozdrvenie budovy na prach, ani nič podobné. Vďaka redundancii konštrukcie sa záťaž rozloží na iné nosníky. Strata spojov vďaka tomuto javu, ku ktorému dochádza pri ochladzovaní nie je z globálneho hľadiska pre budovu nijakým spôsobom nebezpečná.


Obrázok 6 - povolené spoje z dôvodu napätia pri ochladzovaní


Obrázok 7 - zahriatie jedného nosníka


Obrázok 8 - detail pokrútenia, šedá farba vznikne na oceli z dôvodu vystavenia vysokej teplote

Záver

Ani požiare extrémnej intenzity, ďaleko väčšej akú majú požiare uhľovodíkových materiálov nemôžu spôsobiť totálny kolaps budov s oceľovou konštrukciou. Budovy z ocele majú za sebou viac ako 100 ročnú históriu. Väčšina oceľových mrakodrapov mala vo svojej histórii veľký požiar. Nikdy sa však v doterajšej histórii týchto budov nestalo, že by sa oceľová budova totálne zrútila/rozpadla na kusy/explodovala z dôvodu požiaru (okrem údajných prípadov WTC a WTC7).

Pozri aj

Kritický požiar a poškodenie budov WTC č.5 a 6 - nespadli