MULTI-STOREY STEEL FRAMES IN FIRE STRESS STATE COMPARISON OF UNDER DIFFERENT INITIAL CONDITIONS AND THEIR INFLUENCE ON VITALITY
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2022-1-27-43Keywords:
vitality, fire, steel frame, multi-storey building, progressive collapse, plastic deformation.Abstract
The researches devoted multi-storey buildings steel frames fire vitality was analyzed. It was found that the existing measures to increase the viability significantly increase the frames metal content. No detailed analysis of potential destruction mechanisms depending on different initial conditions has been identified. The need to research the frame elements stress state during a fire before the first destruction and subsequent potential mechanisms of destruction for a better vitality understanding. This publication analyzes the stress state of 2d multi-storey steel frames during a fire. Various frame elements load capacity factor dependence graphs on time are done.
The frames operation in case of fire with different beam-to-column connections and different fire source locations are compared. It was found that during a fire in the beam frame elements, the stress state changes from bending to compressed-bent. It has been established that the frame elements should be designed in such a way that plastic deformations appear before local buckling occurs. It is necessary to design sections according to the Eurocode classification, where there is a classification depending on the geometry.
The frames operation in case of fire with different initial load capacity factor is compared. It was found that in no the frame element temperature before the first onset of the limit state does not reach 400oC, at which the steel yield strength begins to decrease. It is established that the frames fire resistance of is more influenced not by the steel characteristics reduction, but by the forces distribution.
The frames with rigid and hinged beam-to-column connections are compared in terms of vitality and fire resistance. It is established that frames with hinged connections are more fire-resistant, and with rigid connections ‒ more vitally to fire. The method of increasing the time to steel frame vitality loss is determined.
References
[1] Дауров М. К., Білик А.С. Огляд вимог сучасних нормативних документів із розрахунку сталевих каркасів багатоповерхових будівель на опір прогресуючому руйнуванню. Містобудування та територіальне планування. 2019. №70. С. 175-186.
[2] Sun R., Burgess I., Huang Zh., Dong G.. Progressive failure modelling and ductility demand of steel beam-to-column connections in fire. Engineering Structures. 2015. №89. P. 66-78.
[3] Richard Liew, J.Y., Tang, L.K., Holmaas, T., Choo, Y.S. Advanced analysis for the assessment of steel frames in fire. Journal of Constructional Steel Research. 1998. № 47. P. 19-45.
[4] Jiang, J., Li, G.Q., Usmani, A.S. Progressive collapse mechanisms of steel frames exposed to fire. Advances in Structural Engineering. 2014. № 17(3). P. 381-398.
[5] Jiang, B.H., Li, G.Q., Usmani A.S. Progressive collapse mechanisms investigation of planar steel moment frames under localized fire. Journal of Constructional Steel Research. 2015. № 115. P. 160-168.
[6] Sun, R.R., Huang, Z.H., Burgess I. Progressive Collapse Analysis of Steel Structures under Fire Conditions. Engineering Structures. 2012. №34. P. 400-413.
[7] Lange, D., Roben, C., and Usmani, A.S. Tall Building Collapse Mechanisms Initiated by Fire: Mechanisms and Design Methodology. Engineering Structures. 2012. №36. P. 90-103.
[8] Daurov M.K., Bilyk A.S. Investigation of changes in steel frames stress state in fire and influence on its vitality. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific and technical collected articles. 2022. № 108. P. 325-336.
[9] Daurov M.K., Bilyk A.S. Providing of the vitality of steel frames of high-rise buildings under action of fire. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific–and–technical collected articles. 2019. № 102. P. 62-68.
[10] Білик С. І., Білик А. С., Клюшниченко Т. О., Джанов Л. В.. Визначення коефіцієнта розрахункової довжини стержня шарнірно закріпленого в нижній частині Будівельні конструкції. Теорія і практика. 2018. №. 2. С. 162-169.
[11] Білик С.І., Білик А.С., Цюпин Є.І., Нужний В.В., Клюшніченко Т.О. Удосконалення методики розрахунку зварних швів фланцевих вузлових з'єднань із врізаними ребрами жорсткості просторових сталевих ферм з труб. Будівельні конструкції. Теорія і практика. 2020. № 7. С. 57-65.
[12] Memari M. Performance of steel structures subjected to fire following earthquake: PhD dissertation. Colorado State University. Colorado, 2016. 211p.
[13] Wada A., Ohi K., Suzuki H., Sakumoto Y., Fushimi M., Kamura H., Murakami Y., Sasaki M., Fujiwara K. Study of Structural Redundancy of High–Rise Steel Building Due to the Effect of Heat and Loss of Vertical Structural Members. 2004.
[14] ДБН В.1.2-2:2006. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. Навантаження і впливи. Норми проектування. [Чинний від 2007-01-01]. К.: Мiнбуд Украïни, 2006. 77 с. (Національний стандарт Украïни).
[15] UFC 4-023-03. United Facilities Criteria. Design of Buildings to Resist Progressive Collapse. Department of Defense USA, 2009. 227p. (UFC)
[16] ДБН В.2.6–198:2014. Конструкції будівель і споруд. Сталеві конструкції. Норми проектування. [Чинний від 2015-01-01]. К.: Мiнрегiон Украïни, 2014. 199 с. (Національний стандарт Украïни).
[17] ДСТУ–Н Б EN 1993-1-2:2010. Єврокод 3. Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-2. Загальні положення. Розрахунок конструкцій на вогнестійкість. [Чинний від 2013-07-01]. К.: Мiнрегiон Украïни, 2010. 106 с. (Національний стандарт Украïни).
[18] А. С. Білик, А. І. Коваленко. Порівняння методів розрахунку металевих каркасів висотних будівель на одиничну живучість. Збірник наукових праць Українського інституту сталевих конструкцій імені В. М. Шимановського. 2015. № 16. С. 30-39.
[19] А. С. Білик, А. І. Коваленко. Динамічні зусилля в колонах сталевих каркасів багатоповерхових будівель при розрахунку на одиничну живучість. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2016. № 32. С. 304-309.
[20] Коваленко А.І. Особливості проектування багатоповерхових будівель з одиничною живучістю. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. 2016. № 63. С. 62-66.
[21] А. С. Білик, А. І. Коваленко. Сучасні методи моделювання прогресуючого руйнування будівель і споруд. Строительство. Материаловедение. Машиностроение. Серия : Создание высокотехнологических экокомплексов в Украине на основе концепции сбалансированного (устойчивого) развития. 2016. № 87. С. 35-41.
[22] EN 1993-1-1:2005. Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings: EN 1991-1. Brussels: Management Centre, 2005. 93 p. (European Standard).
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2022 MODERN CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
