Metallirakentamisen tutkimuskeskus

Aiemmat tutkimukset

Teräsrungon käyttäytyminen palon hiipumisvaiheessa

Teräsrungon käyttäytyminen palon hiipumisvaiheessa (1309336825f12195ced9db8bc1292c10b353c4a0f1.jpg)

Tutkittiin tyypillisen teräksisen kattoristikoilla varustetun teollisuushallin, Ruukin CEE-halli, käyttäytymistä palotilanteessa, ottaen huomioon kaikki palon vaiheet, keskittyen erityisesti hiipuvaan vaiheeseen. Analyysien tulosten perusteella etsittiin yleisiä sääntöjä hiipuvan vaiheen huomioon ottamiseksi suunnittelussa. Analyysissä otettiin huomioon sekä materiaalin että geometrian epälineaarisuus. 

Tutkimusta suorittamiseksi tarvittiin edistyksellinen epälineaarinen FEA-ohjelma, Vulcan, joka on erityisesti palolle altistettujen rakenteiden tutkimiseen kehitetty ohjelma. Vulcanin käyttöön liittyi lyhyt vierailu ohjelman kehittäneeseen University of Sheffieldiin Iso-Britanniaan (Ian Burgess, Florian Block), jossa tutustuttiin sen käyttöön ja mahdollisuuksiin. Ohjelma osoittautui erittäin käyttökelpoiseksi tutkimuksessa. Laajamittainen testaus ja useat analyysit eri asetuksilla suoritettiin lopullisen analyysimallin kehittämiseksi. Mallin yksinkertaistamiseksi ja laskenta-ajan säästämiseksi lopulliseen malliin sisällytettiin ainoastaan kolme CEE-hallin keskikehää. Ne rakennuksen osat, jotka jätettiin mallin ulkopuolelle, otettiin huomioon reunaehdoissa jousien avulla. Paikallinen palo, jossa kaasujen maksimilämpötila oli 800 °C ja joka sijoitettiin ensiksi jännevälin keskelle ja sitten jännevälin neljännekseen, valittiin tutkimustilanteeksi. Rakenne kesti kohonneista lämpötiloista syntyneet rasitukset vaikka yläpaarteet kärsivät huomattavista muodonmuutoksista. Tämä aiheutti rakenteen toimintatavan muutoksen ja sisäisten voimien uudelleenjakaantumisen. Rakenne toimi itse asiassa kolminivelkehänä, turvautuen voimakkaasti alapaarteiden kykyyn kestää niissä kehittyneet suuret puristusvoimat.

Tärkeimpiä analyysien aikana tehtyjä havaintoja oli, että suurimmat sisäiset voimat kehittyivät hiipuvassa vaiheessa, mikä osoittaa palon kaikkien vaiheiden huomioon ottamisen paloturvallisuussuunnittelussa erittäin tärkeäksi. Lisäksi tutkimus osoitti suurten puristusvoimien huomioon ottamisen välttämättömyyden tämän tyyppisen paikalliselle palolle altistetun rakennuksen palotilanteen suunnittelussa, koska ne voivat kehittyä normaaliin tapaan vetovoimille mitoitetuissa alapaarteissa. Sen lisäksi tutkimus osoitti rakenteen jäykkyyden huomioon ottamisen tärkeyden suunnittelussa, koska se vaikuttaa merkittävästi palon aikana rakenteessa kehittyvien sisäisten voimien suuruuteen.

Lisensiaatin tutkielma: Steel Skeleton Behaviour in Decaying Fire

Yhteyshenkilöt: Dan Pada Ruukki Construction oy, Markku Heinisuo markku.heinisuo@tut.fi