Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và thép

Nội dung trình bày• Kinh nghiệm thực hiện hiện nay tại Mỹ, các quy phạm và tiêu chuẩn hiện hành • Hướng tiếp cận kiến trúc chống cháy dựa trên quy tắc so với hướng tiếp cận dựa trên h

Trang 1

Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà

bê tông và thép

Long T Phan, Ph.D., P.E.

Phòng thí nghiệm nghiên cứu về xây dựng và hoả hoạn (BFRL)

Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST)

Tiêu chuẩn NIST trong Thương mại (SIT) – Hội thảo của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (STAMEQ)

An toàn phòng cháy của các toà nhà

9-11 tháng 9, 2009

Phần 6 : Cải tiến Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và thép

Trang 2

Nội dung trình bày

• Kinh nghiệm thực hiện hiện nay tại Mỹ,

các quy phạm và tiêu chuẩn hiện hành

• Hướng tiếp cận kiến trúc chống cháy

dựa trên quy tắc so với hướng tiếp cận

dựa trên hoạt động

• Các hướng dẫn thực hành tốt nhất

• Tổng kết

Trang 3

Kinh nghiệm thực hiện hiện nay tại Mỹ, các quy phạm và tiêu chuẩn hiện hành

Kinh nghiệm thực hiện hiện nay trong phòng cháy:

• Kết hợp các biện pháp phòng cháy chủ động và thụ động

− Chủ động: hệ thống báo động và phát hiện cháy, bình chữa cháy, v.v…

− Thụ động: gắn vào cấu kiện bằng cách sử dụng các loại vật liệu, kích

thước của các bộ phận cấu thành, các gian nhà và chống cháy (thiết kế chống cháy)

• Cả hai biện pháp chủ động và thụ động đều được mô tả trong quy

phạm mẫu về xây dựng

Trang 4

Quy phạm mẫu về xây dựng:

• Hai quy phạm mẫu về xây dựng

• Có tính quy tắc Nêu cụ thể Mức độ chống cháy ( FRR ) theo yêu cầu đối với các thành phần và các thiết bị lắp ráp bằng:

− Thử năng lực dựa trên tiêu chuẩn ASTM E 119 hoặc NFPA 251

− Các biện pháp phân tích theo tiêu chuẩn ACI/TMS 216 hoặc ASCE/SFPE 29

− Dữ liệu dạng bảng hoặc các biện pháp khác dựa trên mức độ tiếp xúc với lửa tiêu chuẩn

FRR: Thời gian (số giờ) chịu được thử cháy theo tiêu chuẩn, căn cứ vào tiêu chí điểm kết thúc

Trang 5

tiêu chuẩn độ chịu lửa của

cấu kiện và vật liệu xây dựng

• Các phương pháp phân tích tiêu chuẩn:

− ACI/TMS 216.1-07: yêu cầu quy phạm đối với

việc xác định độ chống cháy của bê tông và công trình xây dựng

− ASCE/SFPE 29-05: Phương pháp tính toán tiêu chuẩn về phòng cháy kết cấu

0 200 400 600 800 1000 1200

0 45 90 135 180

Time-Temperature Curve for Standard Fires

ASTM E 119 and NFPA 251

Trang 6

Hướng tiếp cận dựa trên quy tắc so với hướng

tiếp cận dựa trên tính năng

Các quy phạm quy tắc đối với thiết kế chịu lửa:

• Đơn giản trong việc áp dụng và thi hành Đáp ứng các mục tiêu về an toàn tính mạng con người

• Chỉ rõ xây dựng các toà nhà như thế nào, không phải là các toà nhà sẽ chịu lửa như thế nào

− FRR đánh giá hoạt động mang tính tương đối trong điều kiện lửa ở mức độ tiêu chuẩn, không phải là hoạt động thực (ví

dụ mức chịu tải) trong một vụ hoả hoạn thực

− Dựa trên bộ phận cấu thành, bỏ qua sự tương tác về kết cấu giữa các bộ phận cấu thành

• Không phải lúc nào cũng là hướng tiếp cận an toàn nhất hoặc ít tốn kém nhất

Trang 7

Các quy phạm quy tắc đối với thiết kế chịu lửa:

Đập vụn các mẫu bê tông

Trang 8

Hướng tiếp cận dựa trên tính năng đối với thiết kế chống cháy:

• Để đạt được các mục tiêu cụ thể về hoạt động:

− An toàn tính mạng của người sử dụng (mục tiêu đầu tiên của các quy phạm về xây dựng)

− Các mục tiêu phụ như bảo vệ tài sản, bảo đảm tính liên tục của kinh doanh hoặc an toàn tính mạng của những người ứng phó đầu tiên

• Xem xét các tình huống hỏa hoạn thực tế, không phải là tình huống hỏa hoạn theo tiêu chuẩn

• Tính đến sự phát triển của thành phần vật liệu xây dựng khả năng của kết cấu

• Có thể đem lại mức độ phòng cháy ổn định hơn, vì vậy việc phòng cháy có thể đỡ tốn kém hơn

Trang 9

Các bước lớn trong xu hướng tiếp cận dựa trên hoạt động:

Các bước thiết kế tổng quát :

1.Dự đoán môi trường nhiệt

Đặc tính nhiệt

Các kiểu vật liệu cấu thành (-(T), E(T))

Có đạt tiêu chí

T-t, các dòng nhiệt

Trang 10

Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s …

Những nét chính:

Thương mại Thế giới (WTC)

cháy với kiến thức uyên bác nhất hiện nay về:

− Đánh giá rủi ro hỏa hoạn và mô hình hỏa hoạn

− Tính chất của vật liệu ở nhiệt độ cao

− Các phương pháp tính toán phản ứng nhiệt và phản ứng kết cấu

phép xây dựng quá trình thiết kế chống cháy cho các tòa nhà yêu cầu

mục tiêu hoạt động lớn hơn mục tiêu an toàn con người

Phan et al, 2009

http://wtc.nist.gov/media/ NISTIR_7563_DRAFT_FEB2 009.pdf

Trang 11

Các mục tiêu và tiêu chí về hoạt động :

• An toàn cho người sử dụng (Tiêu chí: đủ

thời gian để sơ tán)

• An toàn cho nhân viên cứu hỏa (không

sụp đổ từng bộ phận hoặc toàn bộ)

• Đảm bảo an toàn cho các bộ phận của tòa nhà

(ngân hàng, thư viện, bảo tàng)

• Bảo vệ tài sản (kể cả tòa nhà gần cạnh)

• Mức độ gián đoạn hoạt động kinh doanh là tối thiểu

• Bảo vệ cơ sở hạ tầng dân dụng (bảo vệ

nguyên vẹn các đường ống dẫn khí)

• Bảo vệ môi trường (không có tràn hóa chất)

Mục tiêu ban đầu của các quy phạm về xây

dựng

Các mục tiêu hoạt động khác

do các bên liên quan hoặc các chủ công trình

xác định

Trang 12

100 50

Dự đoán môi trường nhiệt

• Mức độ nghiêm trọng của hỏa hoạn

− Bố trí nhiên liệu

− Khối lượng nhiên liệu

− Các đặc tính về thông gió

− Các đặc tính về nhiệt

• Phác họa các vụ hỏa hoạn và

các tình huống hỏa hoạn

− Biểu đồ Thời gian-nhiệt độ, bị tác động bởi

quy mô tòa nhà, nội thất và thành phần, đặc tính

của nhiên liệu, các nguồn phát lửa, các điều kiện về tình trạng thông gió

− Các nguồn tài liệu để xây dựng các tình huống hỏa hoạn: SFPE (2007) Hướng dẫn kỹ

thuật Phòng cháy dựa trên hoạt động; ICC (2006) Quy phạm hoạt động đối với tòa nhà

và trang thiết bị; NFPA (2006) Quy phạm về Công trình xây dựng và An toàn

Trang 13

Dự đoán môi trường nhiệt

• Các phương pháp mô hình hóa hỏa hoạn

• Các phương pháp được ghi thành văn bản

• Việc lựa chọn các phương pháp cần phải đảm bảo:

− Các đường cong biểu thị độ bắt lửa phải ổn định (phải tính đến điều kiện về nhiệt độ trong khi hỏa hoạn hoặc thời gian hỏa hoạn)

− Các tình huống hỏa hoạn phác họa phải phù hợp với các mục tiêu hoạt động của tòa nhà

Trang 14

Tính toán phản ứng nhiệt

• Các phương pháp phân tích truyền nhiệt

− Một chiều (theo khối lượng)

− Các phân tích yếu tố cụ thể hai và ba chiều

 Phức tạp Yêu cầu có những giải pháp mô hình hóa trên máy tính

 Có thể tính đến luồng nhiệt truyền qua các cấu kiện với những đặc tính nhiệt khác nhau

 Cũng tính đến các ảnh hưởng của các khoảng trống không khí và các kiểu truyền nhiệt khác nhau trong các dạng hình học phức tạp

• Sử dụng các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ

Trang 15

Bê tông 1 & 2: Cấp phối bê tông cường độ trung bình

Bê tông 3 & 4: Cấp phối bê tông nhẹ

Nhiệt độ (C)

Temperature (C)

• Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của bê tông cường độ bình

thường, cường độ cao và cấp phối bê tông nhẹ

Trang 16

Độ dẫn nhiệt của thép 12 hợp kim thấp

• Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của kết cấu thép

Trang 17

• Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ

của các vật liệu phòng cháy thông thường

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0

T e m p e r a t u r e ( C )

0 5

Trang 18

Tính toán phản ứng kết cấu

• Phân tích kết cấu phần tử hữu hạn dưới ảnh hưởng của tải trọng khai

thác và quá trình thay đổi nhiệt độ để tính toán:

− Biến dạng kết cấu cục bộ và toàn bộ

− Ứng suất cấu kiện

• Sử dụng các đặc tính vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ có tính đến:

− Tác động của giãn nở nhiệt

− Giảm độ cứng và sức bền vật liệu

− Chất dẻo và biến dạng do từ biến

− Có khả năng nứt vỡ (trong bê tông cường độ cao)

Trang 19

Trang 20

3 55ksi plate WTC-Exp-1

4 55ksi plate WTC-Exp-3

5 50ksi 50mm plate WTC-Exp-4

13 ASTM A36 Steel

14 ASTM A36 Steel

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

SM 400A

60 ksi HSLA Plate

100 ksi Plate A36 14WF184 50ksi A242 angle A36 Angle

EC Y S Red Fac

EC Prop Limit NIST FY (T)

Trang 21

Tổng kết

• Những kinh nghiệm thực tiễn về thiết kế an toàn phòng cháy:

− Thoả đáng

− Mang tính quy tắc Dễ thực hiện và thi hành thông qua các quy định về xây dựng

− Dựa trên thành phần chịu được lửa ở mức độ “tiêu chuẩn” trong một thời gian đánh giá bắt buộc

− Không thể hiện hoạt động thực tế của toà nhà trong các trận hoả hoạn thực sự

− Không tính đến

 Độ thông gió của các phòng

 Tác động của tải trọng kết cấu và giãn nở nhiệt

 Các điều kiện về tính kiềm chế của kết cấu

 Tính chất của các vật liệu xây dựng mới

 Tác động của hoả hoạn đối với phản ứng toàn bộ kết cấu

− Không phải lúc nào cũng là các giải pháp an toàn nhất và tiết kiệm nhất

Trang 22

Tổng kết

− Yêu cầu có một cách tiếp cận có hệ thống để xác định các mục tiêu hoạt động của toà nhà và các công cụ phân tích để làm rõ những mục tiêu đã đạt được

− Hiện nay đã được cho phép thông qua các quy phạm xây dựng mẫu của Mỹ dưới hình thức

“các cách thức và phương pháp thay thế” hoặc các điều khoản “tương đương”, nhưng do thiếu các phương pháp và số liệu kỹ thuật nên đã gây khó khăn cho việc thực hiện

− Đòi hỏi phải rất tỉ mỉ Những tiến bộ gần đây về các công cụ phân tích kết cấu và trong khoa học phòng cháy và kiến thức về tính chất của vật liệu đang làm cho kỹ thuật phòng cháy dựa trên hoạt động trở nên khả thi

− Cho phép đánh giá sự phát triển về tính năng của vật liệu xây dựng và khả năng của kết cấu

− Cho phép tỷ lệ phòng cháy thích hợp hơn đối với những phần khác nhau của toà nhà, vì thế ít tốn kém hơn

thuật và các phương pháp để thực hiện thiết kế phòng chống cháy dựa trên hoạt động cho các toà nhà bê tông và cốt thép

Trang 23

Xin cảm ơn!

Long T Phan, Ph.D., P.E.

Phòng Nghiên cứu Vật liệu và Công trình Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Xây dựng và Hoả hoạn (BFRL)

Học viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST)

100 Bureau Drive, Stop 8611 Gaithersburg, MD 20899-8611

Tel: (301) 975-6077 Fax: (301) 869-6275 Email: Long.Phan@nist.gov http://www.bfrl.nist.gov

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	3,56 MB