Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông thép Tiêu chuẩn NIST Thương mại (SIT) – Hội thảo Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (STAMEQ) An toàn phòng cháy nhà 9-11 tháng 9, 2009 Phần 6: Cải tiến Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông thép Long T Phan, Ph.D., P.E Phòng thí nghiệm nghiên cứu xây dựng hoả hoạn (BFRL) Viện Tiêu chuẩn Công nghệ Quốc gia (NIST) http://www.bfrl.nist.gov Nội dung trình bày • Kinh nghiệm thực Mỹ, quy phạm tiêu chuẩn hành • Hướng tiếp cận kiến trúc chống cháy dựa quy tắc so với hướng tiếp cận dựa hoạt động • Các hướng dẫn thực hành tốt • Tổng kết 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Kinh nghiệm thực Mỹ, quy phạm tiêu chuẩn hành Kinh nghiệm thực phòng cháy: • Kết hợp biện pháp phòng cháy chủ động thụ động − Chủ động: hệ thống báo động phát cháy, bình chữa cháy, v.v… − Thụ động: gắn vào cấu kiện cách sử dụng loại vật liệu, kích thước phận cấu thành, gian nhà chống cháy (thiết kế chống cháy) • Cả hai biện pháp chủ động thụ động mô tả quy phạm mẫu xây dựng 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Kinh nghiệm thực Mỹ, quy phạm tiêu chuẩn hành Quy phạm mẫu xây dựng: • Hai quy phạm mẫu xây dựng • − Quy phạm Quốc tế xây dựng (IBC) 2000 (Hội đồng Quy phạm Quốc tế (ICC), 2006) − Quy phạm Xây dựng công trình An toàn NFPA 5000 (Hội Phòng cháy Quốc gia, 2006) Có tính quy tắc Nêu cụ thể Mức độ chống cháy (FRR) theo yêu cầu thành phần thiết bị lắp ráp bằng: − Thử lực dựa tiêu chuẩn ASTM E 119 NFPA 251 − Các biện pháp phân tích theo tiêu chuẩn ACI/TMS 216 ASCE/SFPE 29 − Dữ liệu dạng bảng biện pháp khác dựa mức độ tiếp xúc với lửa tiêu chuẩn FRR: Thời gian (số giờ) chịu thử cháy theo tiêu chuẩn, vào tiêu chí điểm kết thúc 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Kinh nghiệm thực Mỹ, quy phạm tiêu chuẩn hành Tiêu chuẩn: • Các phương pháp thử tiêu chuẩn: − 1200 ASTM E 119-07: Các phương pháp thử 1000 vật liệu xây dựng NFPA 251: Các phương pháp thử tiêu chuẩn độ chịu lửa cấu kiện vật liệu xây dựng Temperature ( o C) tiêu chuẩn cấu kiện − 800 600 400 200 • Các phương pháp phân tích tiêu chuẩn: − − ACI/TMS 216.1-07: yêu cầu quy phạm việc xác định độ chống cháy bê tông công trình xây dựng ASCE/SFPE 29-05: 9/11/2009 Time-Temperature Curve for Standard Fires ASTM E 119 and NFPA 251 0 45 90 135 Time (minutes) 180 Phương pháp tính toán tiêu chuẩn phòng cháy kết cấu Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Hướng tiếp cận dựa quy tắc so với hướng tiếp cận dựa tính Các quy phạm quy tắc thiết kế chịu lửa: • Đơn giản việc áp dụng thi hành Đáp ứng mục tiêu an toàn tính mạng người • Chỉ rõ xây dựng nhà nào, nhà chịu lửa − FRR đánh giá hoạt động mang tính tương đối điều kiện lửa mức độ tiêu chuẩn, hoạt động thực (ví dụ mức chịu tải) vụ hoả hoạn thực − • Không phải lúc hướng tiếp cận an toàn tốn − − • Dựa phận cấu thành, bỏ qua tương tác kết cấu phận cấu thành tuỳ thuộc vào lượng nhiên liệu thời gian kéo dài bao lâu, hoả hoạn thật nghiêm trọng FRR nhà giả định tương đương với mức độ chống cháy thành phần với FRR thấp nhất, mối liên quan đánh giá Mức độ phát triển thành phần vật liệu nhà khả kết cấu kể việc sử dụng vật liệu độc vô nhị mức độ ổn định có tính toàn cầu, không xem xét 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Hướng tiếp cận dựa quy tắc so với hướng tiếp cận dựa tính Các quy phạm quy tắc thiết kế chịu lửa: Đập vỡ đường ống (1996) Đập vụn mẫu bê tông có sức bền cao (NIST) 9/11/2009 Biến dạng khỏi mặt phẳng giãn nở nhiệt (BRE) Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Hướng tiếp cận dựa quy tắc so với hướng tiếp cận dựa tính Hướng tiếp cận dựa tính thiết kế chống cháy: • Để đạt mục tiêu cụ thể hoạt động: − An toàn tính mạng người sử dụng (mục tiêu quy phạm xây dựng) − Các mục tiêu phụ bảo vệ tài sản, bảo đảm tính liên tục kinh doanh an toàn tính mạng người ứng phó • Xem xét tình hỏa hoạn thực tế, tình hỏa hoạn theo tiêu chuẩn • Tính đến phát triển thành phần vật liệu xây dựng khả kết cấu • Có thể đem lại mức độ phòng cháy ổn định hơn, việc phòng cháy đỡ tốn 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Hướng tiếp cận dựa quy tắc so với hướng tiếp cận dựa tính Các bước lớn xu hướng tiếp cận dựa hoạt động: Đầu vào: Mô tả kết cấu, thành phần T-t, dòng nhiệt Thiết kế tình hỏa hoạn 9/11/2009 Đặc tính nhiệt Phản ứng nhiệt Bước Các bước thiết kế tổng quát : 1.Dự đoán môi trường nhiệt 2.Tính toán phản ứng nhiệt Tính toán phản ứng kết cấu Bước phản ứng kết cấu Không Có đạt tiêu chí Phá huỷ không? Các kiểu vật liệu cấu thành (σ-ε(T), E(T)) Có Bước Kết thúc Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Những nét chính: • Nỗ lực hợp tác (NIST + ngành công nghiệp xây dựng Mỹ) • Một phần Kế hoạch Phản ứng NIST’s sau kiện Trung tâm Thương mại Thế giới (WTC) • Là văn đơn nhất, tổng hợp không bắt buộc áp dụng • Kết hợp kinh nghiệm thực tiễn thiết kế chống cháy với kiến thức uyên bác về: − Đánh giá rủi ro hỏa hoạn mô hình hỏa hoạn − Tính chất vật liệu nhiệt độ cao − Các phương pháp tính toán phản ứng nhiệt phản ứng kết cấu • Không nhằm để thay tiêu chuẩn hành nào, cho phép xây dựng trình thiết kế chống cháy cho tòa nhà yêu cầu mục tiêu hoạt động lớn mục tiêu an toàn người 9/11/2009 Phan et al, 2009 http://wtc.nist.gov/medi a/NISTIR_7563_DRAFT_FEB2 009.pdf Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 10 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Các mục tiêu tiêu chí 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 phận toàn bộ) • Đảm bảo an toàn cho phận tòa nhà (ngân hàng, thư viện, bảo tàng) • Bảo vệ tài sản (kể tòa nhà gần cạnh) • Mức độ gián đoạn hoạt động kinh doanh tối thiểu • Bảo vệ sở hạ tầng dân dụng (bảo vệ nguyên vẹn đường ống dẫn khí) • Bảo vệ môi trường (không có tràn hóa chất) 9/11/2009 Mục tiêu ban đầu quy phạm xây dựng Các mục tiêu hoạt động khác bên liên quan chủ công trình xác định Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 11 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Dự đoán môi trường nhiệt • Mức độ nghiêm trọng hỏa hoạn − Bố trí nhiên liệu − Khối lượng nhiên liệu − Các đặc tính thông gió − Các đặc tính nhiệt • Phác họa vụ hỏa hoạn tình hỏa hoạn − Biểu đồ Thời gian-nhiệt độ, bị tác động quy mô tòa nhà, nội thất thành phần, đặc tính nhiên liệu, nguồn phát lửa, điều kiện tình trạng thông gió − Các nguồn tài liệu để xây dựng tình hỏa hoạn: SFPE (2007) Hướng dẫn kỹ thuật Phòng cháy dựa hoạt động; ICC (2006) Quy phạm hoạt động tòa nhà trang thiết bị; NFPA (2006) Quy phạm Công trình xây dựng An toàn 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 12 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Dự đoán môi trường nhiệt • Các phương pháp mô hình hóa hỏa hoạn mang tính dự đoán − Tương đương thời gian − Các phương trình − Mô hình hóa hỏa hoạn chương trình máy tính • Các phương pháp ghi thành văn • Việc lựa chọn phương pháp cần phải đảm bảo: − Các đường cong biểu thị độ bắt lửa phải ổn định (phải tính đến điều kiện nhiệt độ hỏa hoạn thời gian hỏa hoạn) − Các tình hỏa hoạn phác họa phải phù hợp với mục tiêu hoạt động tòa nhà 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 13 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … 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 ba chiều  Phức tạp Yêu cầu có giải pháp mô hình hóa máy tính  Có thể tính đến luồng nhiệt truyền qua cấu kiện với đặc tính nhiệt khác  Cũng tính đến ảnh hưởng khoảng trống không khí kiểu truyền nhiệt khác dạng hình học phức tạp • Sử dụng đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 14 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng nhiệt • Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ bê tông cường độ bình thường, cường độ cao cấp phối bê tông nhẹ Temperature (°C) Nhiệt độ (°C) 9/11/2009 Bê tông & 2: Cấp phối bê tông cường độ trung bình Bê tông & 4: Cấp phối bê tông nhẹ Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 15 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng nhiệt • Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ kết cấu thép Độ dẫn nhiệt thép 12 hợp kim thấp 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 16 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … 20 Loại X Tấm thạch cao rỗng S p e c ific H e a t [k J /(k g C )] Tính toán phản ứng nhiệt • Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ vật liệu phòng cháy thông thường 15 10 S u lta n (1 9 ) H e a tin g R a te : C /m in 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 T e m p e tu re ( C ) T h e r m a l C o n d u c tiv ity [W /(m C )] Loại X Tấm thạch cao rỗng S u lta n (1 9 ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 T e m p e tu re ( C ) 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 17 1000 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng kết cấu • Phân tích kết cấu phần tử hữu hạn ảnh hưởng tải trọng khai thác trình thay đổi nhiệt độ để tính toán: − Biến dạng kết cấu cục toàn − Ứng suất cấu kiện • Sử dụng đặc tính vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ có tính đến: − Tác động giãn nở nhiệt − Giảm độ cứng sức bền vật liệu − Chất dẻo biến dạng từ biến − Có khả nứt vỡ (trong bê tông cường độ cao) 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 18 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng kết cấu Proposed Strength-Temperature Relationship • Các đặc tính khí phụ thuộc nhiệt độ bê tông: Relative Compressive Strength Ứng suất nén tương đối CEN (1993) Calcareous Siliceous 0.8 0.6 (Phan, 2003) CEN Class 0.4 CEN Class 0.2 0 200 400 600 o Temperature ( C) Nhiệt độ (oC) 9/11/2009 800 1000 Hệ số giãn nở nhiệt bê tông Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 19 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng kết cấu • Các đặc tính khí phụ thuộc nhiệt độ thép: 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 20 Tổng kết • Những kinh nghiệm thực tiễn thiết kế an toàn phòng cháy: − Thoả đáng − Mang tính quy tắc Dễ thực thi hành thông qua quy định xây dựng − Dựa thành phần chịu lửa mức độ “tiêu chuẩn” thời gian đánh giá bắt buộc − Không thể hoạt động thực tế nhà trận hoả hoạn thực − Không tính đến  Độ thông gió phòng  Tác động tải trọng kết cấu giãn nở nhiệt  Các điều kiện tính kiềm chế kết cấu  Tính chất vật liệu xây dựng  Tác động hoả hoạn phản ứng toàn kết cấu − Không phải lúc giải pháp an toàn tiết kiệm 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 21 Tổng kết • • Xu hướng thiết kế an toàn phòng cháy dựa hoạt động: − Yêu cầu có cách tiếp cận có hệ thống để xác định mục tiêu hoạt động nhà công cụ phân tích để làm rõ mục tiêu đạt − Hiện cho phép thông qua quy phạm xây dựng mẫu Mỹ hình thức “các cách thức phương pháp thay thế” điều khoản “tương đương”, thiếu phương pháp số liệu kỹ thuật nên gây khó khăn cho việc thực − Đòi hỏi phải tỉ mỉ Những tiến gần công cụ phân tích kết cấu khoa học phòng cháy kiến thức tính chất vật liệu làm cho kỹ thuật phòng cháy dựa hoạt động trở nên khả thi − Cho phép đánh giá phát triển tính vật liệu xây dựng khả kết cấu − Cho phép tỷ lệ phòng cháy thích hợp phần khác nhà, tốn Các hướng dẫn Thực hành tốt NIST hướng dẫn cách tỉ mỉ số liệu kỹ thuật phương pháp để thực thiết kế phòng chống cháy dựa hoạt động cho nhà bê tông cốt thép 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 22 Xin cảm ơn! Long T Phan, Ph.D., P.E Phòng Nghiên cứu Vật liệu Công trình Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Xây dựng Hoả hoạn (BFRL) Học viện Tiêu chuẩn 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 [...]... nhiệt của bê tông Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 19 Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s … Tính toán phản ứng kết cấu • Các đặc tính cơ khí phụ thuộc nhiệt độ của thép: 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 20 Tổng kết • Những kinh nghiệm thực tiễn về thiết kế an toàn phòng cháy: ... Bê tông 1 & 2: Cấp phối bê tông cường độ trung bình Bê tông 3 & 4: Cấp phối bê tông nhẹ Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 15 Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s … Tính toán phản ứng nhiệt • Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của kết cấu thép Độ dẫn nhiệt của thép 12 hợp kim thấp 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống. .. 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 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 14 Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s … Tính toán phản ứng nhiệt • Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của bê tông cường độ bình thường, cường độ cao và cấp phối bê tông. .. 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 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 21 Tổng kết • • Xu hướng thiết kế an toàn phòng cháy dựa trên hoạt động: − 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... (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 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 12 Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s … Dự đoán môi trường nhiệt • Các phương pháp mô hình hóa hỏa hoạn mang tính dự đoán − Tương đương về thời gian − Các phương trình − Mô hình hóa hỏa... − 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) 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 18 Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s … Tính toán phản ứng kết cấu Proposed Strength-Temperature Relationship • Các đặc tính cơ khí phụ thuộc nhiệt độ của bê tông: 1 Relative... sở hạ tầng dân dụng (bảo vệ nguyên vẹn các đường ống dẫn khí) • Bảo vệ môi trường (không có tràn hóa chất) 9/11/2009 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 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 11 Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s … Dự đoán môi trường nhiệt... 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 17 1000 Các hướng dẫn thực hành tốt nhất của NIST’s … 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... để thực hiện thiết kế phòng chống cháy dựa trên hoạt động cho các toà nhà bê tông và cốt thép 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt nhất về Thiết kế Chống cháy cho các toà nhà bê tông và cốt thép 22 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... 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 Các hướng dẫn Thực hành tốt nhất của NIST hướng dẫn một cách tỉ mỉ về số liệu kỹ thuật và các phương pháp để thực hiện thiết kế phòng chống cháy dựa trên ... nhiệt bê tông Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 19 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng kết cấu • Các đặc tính khí phụ thuộc nhiệt độ thép: ... Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 15 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng nhiệt • Các đặc tính nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ kết cấu thép Độ dẫn. .. khả nứt vỡ (trong bê tông cường độ cao) 9/11/2009 Hướng dẫn thực hành tốt Thiết kế Chống cháy cho nhà bê tông cốt thép 18 Các hướng dẫn thực hành tốt NIST’s … Tính toán phản ứng kết cấu Proposed