The Impact of the Fire Source Location on Fire Development in a Large-Space Steel Commercial Building

Cel: Celem prezentowanych rozważań jest pokazanie, że rozwój pożaru w wielkopowierzchniowym obiekcie handlowym może mieć różny przebieg, zależny od tego, w jakiej lokalizacji miała miejsce jego inicjacja. Hale tego typu charakteryzują się zwykle dużą powierzchnią przy stosunkowo małej wysokości, co utrudnia cyrkulację powietrza i odprowadzenie gazów spalinowych. Dodatkowym ograniczeniem tłumiącym swobodny rozwój pożaru jest w tym przypadku mały wskaźnik otworów. Wszystko to sprawia, że pożarem miarodajnym do oceny bezpieczeństwa takich obiektów powinien być raczej pożar zlokalizowany, dla którego nie doszło do rozgorzenia i wyrównania temperatury spalin w całej strefie pożarowej. Metody: W pracy rozważa się rozwój pożaru lokalnego zainicjowanego w trzech alternatywnych lokalizacjach różniących się położeniem źródła ognia i jego odległością od otworów bramowych wentylujących strefę pożarową. Do numerycznego modelowania pożaru wykorzystano program FDS specyfikujący zmieniające się w czasie przestrzenne mapy temperatury spalin na podstawie uogólnionych równań dynamiki płynów ze zmiennymi termodynamicznymi i aerodynamicznymi. Wyniki: Prezentowane wyniki, otrzymane w dotychczasowych badaniach, dotyczą przypadku hali handlowej, w której nie zastosowano wymaganych prawem klap dymowych, instalacji tryskaczowych ani żadnych innych środków czynnej ochrony przed ogniem. W dalszych pracach do modelowania planuje się wprowadzać kolejne elementy formalne, pozwalające na rozeznanie wpływu tego typu zabezpieczeń na rozwój pożaru. Uzyskane profile temperatury gazów spalinowych, skojarzone z kolejnymi rozpatrywanymi lokalizacjami pożaru, w celach porównawczych odniesiono do analogicznych wyników otrzymanych po zastosowaniu różnego typu modeli analitycznych zalecanych do stosowania w profesjonalnej literaturze. Wnioski: Uzyskane rezultaty wydają się potwierdzać konstatację, że modelowanie rozwoju pożaru lokalnego jedynie na podstawie dostępnych modeli analitycznych nie musi prowadzić do wystarczająco wiarygodnych oszacowań prognozowanego bezpieczeństwa zwłaszcza wtedy, gdy rozwój ten zależy od czynników nie branych pod uwagę przy formułowaniu tych modeli. Przykładem tego typu ograniczeń jest sytuacja rozpatrywana w niniejszym artykule, dla której intensywność przewidywanego pożaru zależy od lokalizacji źródła ognia, co w konsekwencji różnicuje realną dostępność tlenu podtrzymującego spalanie.Aim: The aim of this paper is to show that fire development in a large-space steel commercial building may have a different intensity depending on the location in which the fire originated. Buildings of this type are usually characterised by a large area with a relatively low height, which makes air circulation and fire-gas evacuation difficult. The low value of the opening factor in this case is an additional constraint preventing fire from developing freely. All this makes a localised fire which has not reached a flashover and for which the fire-plume-gas temperature has not become uniform throughout the fire compartment a representative pattern which should be considered to assess the fire safety of such buildings. Methods: This paper investigates the development of a localised fire which originates in three alternative locations differing in the position of the fire source and in the distance to the gate openings which ventilate the fire compartment. The FDS software is used for numerical fire modelling, specifying the time-varying spatial maps of the fire-plume-gas temperature on the basis of the equations taken from the fluid dynamics methodology with thermodynamic and aerodynamic variables. Results: The presented results, obtained hitherto, involve a steel commercial building which has no smoke vents, which are legally required, and sprinkler systems or any other active fire protection solutions. The plan for future works is to include additional formal components for modelling purposes to explore the impact of these safety measures on fire development. The fire-plume-gas temperature profiles associated with the individual fire locations investigated are linked for comparative purposes to the corresponding results yielded by the analytical models recommended by the professional literature. Conclusions: The obtained results seem to support the assertion that the modelling of a localised fire only on the basis of the existing analytical models does not necessarily lead to sufficiently reliable evaluations of the projected safety, particularly when this development depends on the factors which have not been accounted for in such models. An example of such a situation is the case investigated in this article, when the intensity of the anticipated fire depends on the location of the fire source, which involves varying oxygen availability necessary to sustain combustion

Statistical research of the random variability of the strength features of the steel products

W artykule podjęto tematykę oceny niezawodności konstrukcji stalowych w metodzie współczynników obciążenia i nośności przyjętej w normalizacji europejskiej CEN. Zakres badań i analiz został ograniczony do specyfikacji współczynników nośności przekrojów stalowych wykonanych z krajowych wyrobów hutniczych, wyprodukowanych w Polsce w latach 1976-1980 oraz współcześnie w latach 2005-2010. Wykazano zmiany jakościowe i ilościowe w ocenie niezawodności, jakie zaszły w obliczeniach konstrukcji stalowych, projektowanych wg Eurokodu 3.The article deals with the analysis of the structural reliability of the steel structures, with the use of the methodology utilizing the coefficients of load and capacity, in line with the CEN European normalization. Scope of the research and analysis was limited down to the specification of the capacity coefficients describing the steel-cross-sections, made out of the Polish steel-works products, manufactured in Poland in the periods between 1976 and 1980, along with additional analysis of the contemporary products manufactured between 2005 and 2010. Qualitative and quantitative changes in the reliability assessment, present in the calculation pertaining the steel structures designed in line with EUROCODE 3, have been indicated

Temperature Distribution in a Steel Beam-to-Column Joint when Exposed to Fire. Part 2: Flange-Plates and Web-Cleats Joint

In the second part of this paper the temperature distribution is analysed for a thermally uninsulated steel beam-to-column flange-plates and web-cleats joint after 15 minutes of its exposure to a fully developed fire. Two types of such a joint are considered separately, firstly the pure steel connection with a beam and a column evenly heated on all four sides and then the analogous one, but with a massive reinforced concrete floor slab lying on the upper beam flange. In the latter case the joint beam is heated only on three sides. In addition, in each of the analysed joint the beams of two sizes are analysed independently for comparative purposes. Those that are made of the bigger I-section have a more slender web, while the smaller ones are more stocky. However, the smaller I-section heats faster than the bigger one because the section factor calculated for it has a greater value. In general, it can be concluded that in all the joints considered by the authors the steel temperature turned out to be much lower than that measured outside these joints. Moreover, a significant difference is observed in the temperature values identified in the beam web and in the beam flanges. Finally, the temperature distribution obtained from a numerical simulation and identified in the selected cross-sections of the joint beam in the case of a joint with adjacent floor slab is referred to the analogous distribution recommended for use in such circumstances in the standard EN 1993-1-2

Nowe metody analizy statycznej płyt ze szkła monolitycznego i laminowanego

The implementation of a new, high-performance float flat glass manufacturing technology in Europe, in conjunction with the growing interest in new glass functions expressed by the construction industry, has led to significant developments in the theory of glass structures. Long time research conducted in the EU countries has been concluded by the technical document CEN/TC 250 N 1060, drawn up as a part of the work of the European Committee for Standardization on the second edition of Eurocodes (EC). The recommendations pertaining to the design of glass structures have been foreseen in the second edition of the Eurocodes, in particular the development of a separate design standard containing modern procedures for static calculations and stability of glass building structures (cf. works M. Feldmann, R. Kasper, K. Langosch and other). In this paper new static analysis methods for glass plates made of monolithic and laminated glass, declared in the document CEN/TC 250 N 1060 (2014) and recommended in the national standarization document CNR-DT 210 (National Research Council of Italy, 2013) are presented. These static analysis methods are not commonly known in our national engineering environment, and thus require popularization and regional verification. Numerical and analytical simulations presented in this paper for rectangular plates made of monolithic and laminated glass and having various support conditions are of this character. The results of numerical calculations constitute a basis for the discussion of new static analysis methods for plates.Wdrożenie w Europie nowej, wysokowydajnej technologii produkcji szkła płaskiego float, w powiązaniu z rosnącymi wymaganiami budownictwa, dotyczącymi nowych funkcji szkła, doprowadziło do znaczącego rozwoju teorii konstrukcji szklanych. Wieloletnie badania naukowe prowadzone w krajach Unii Europejskiej zostały zwieńczone dokumentem technicznym CEN/TC 250 N 1060, zredagowanym w ramach prac Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego nad drugą edycją Eurokodów (EC). W drugiej edycji Eurokodów przewidziano rekomendacje w/z projektowania konstrukcji szklanych, a w szczególności opracowanie odrębnej normy projektowania, zawierającej nowoczesne procedury w zakresie obliczeń statycznych i stateczności konstrukcji budowlanych szklanych (por. prace M. Feldmann, R. Kasper, K. Langosch i inne). W artykule podano nowe metody analizy statycznej płyt ze szkła monolitycznego i laminowanego, zadeklarowane w dokumencie CEN/TC 250 N 1060 (2014) i rekomendowane w dokumencie normalizacyjnym krajowym CNR-DT 210 (Włoski Komitet Normalizacyjny, Włochy, 2013). Przywołane metody analizy statycznej płyt nie są w krajowym środowisku inżynierskim powszechnie znane dlatego wymagają popularyzacji i weryfikacji regionalnej. Taki charakter mają przeprowadzone w pracy symulacje analityczne i numeryczne dla płyt prostokątnych ze szkła monolitycznego i laminowanego, o różnych warunkach podparcia. Rezultaty obliczeń numerycznych stanowią podstawę przeprowadzonej dyskusji nowych metod analizy statycznej płyt

Temperature Distribution in a Steel Beam-to-Column Joint when Exposed to Fire. Part 1: End-Plate Joint

Temperature distribution usually observed in steel beam-to-column end-plate joint after 15 minutes of its standard fire exposure is presented and discussed in detail. Two types of joints are analysed for comparative purposes. The first one is a pure steel connection while the other is covered by a reinforced concrete slab. Numerical simulation of the considered joint heating scenario was performed using the 3D model in the ANSYS environment. Some results were additionally verified by simpler calculations carried out on 2D models using the SAFIR computer program. It is emphasized that due to the local accumulation of many massive steel plates the representative temperature values identified in particular joint components are significantly lower than those which at the same time are measured in beam and column outside the connection. This means that the classic assumption of even temperature over the entire length of all the structural elements of a frame load-bearing structure exposed to fire at any time during such fire, without distinguishing in the formal model any cooler nodal elements, is always safe but very conservative. In addition, as the fire develops the differentiation between the temperature values relating to the beam web and to the beam flanges becomes more visible. This effect is particularly significant in the presence of a massive floor slab adjacent the upper flange of a frame I-beam which effectively cools it

The Reconstruction of Fire-Damaged Industrial Steel Halls

Cel: Opracowanie w ramach programu odnowy optymalnej strategii odbudowy uszkodzonych szkieletów nośnych stalowych hal przemysłowych po przebytym pożarze. Metoda: Analiza przypadków stalowych hal uszkodzonych w pożarze, różniących się konstrukcją, klasą konsekwencji zniszczenia, zasięgiem ekspozycji termicznej i skalą uszkodzeń pożarowych. Inwentaryzacja skutków pożarów w trzech analizowanych budynkach przemysłowych, należących do klas konsekwencji zniszczenia CC3 lub CC2, zdeterminowała koncepcje odbudowy hal w opracowanych projektach remontów. Wyniki: We wszystkich badanych przypadkach skutki pożaru uzewnętrzniły się w postaci mniej lub bardziej nasilonych imperfekcji geometrycznych: lokalnych i globalnych. Projekty wykonawcze remontów powypadkowych omawianych budynków opracowano na podstawie modelowania komputerowego układów prętowych płaskich lub przestrzennych, z uwzględnieniem udokumentowanych imperfekcji geometrycznych. Ocena niezawodności konstrukcji stalowej po pożarze jest wtedy możliwa według procedur zamieszczonych w Eurokodzie 3. W konsekwencji przyjętych strategii uzdatniania, budynki zostały przywrócone do eksploatacji niedługo po pożarze, a skutki finansowe przestojów awaryjnych zostały ograniczone do niezbędnego minimum. Wnioski: Na etapie projektowania nowych konstrukcji stalowych, o dużej kubaturze i stosunkowo niewielkim obciążeniu ogniowym, uzasadnione jest przeprowadzenie studium pogłębionej analizy oddziaływania pożaru na konstrukcję nośną, przy użyciu zaawansowanych modeli numerycznych MES. Drugą grupę budynków kubaturowych o konstrukcji stalowej stanowią istniejące hale stalowe, w których doszło do pożaru lokalnego lub rozwiniętego i uszkodzeń elementów konstrukcji. Strategia opracowania programu naprawczego obejmuje wtedy na ogół wymianę lub wzmocnienie elementów trwale zdeformowanych. Kwestią otwartą dla projektanta jest ustalenie zakresu koniecznych napraw i wzmocnień, który wynika z przyjętego modelu numerycznego w kontrolnych obliczeniach statycznych oraz akceptowanych przez użytkownika wartości imperfekcji geometrycznych konstrukcji. Dodatkowym ważnym czynnikiem, który należy uwzględnić w programie naprawczym, jest czas uzdatniania obiektu po pożarze, ponieważ każdy dzień przestoju awaryjnego oznacza zwykle dla użytkownika wymierne straty finansowe. Proponowane procedury obliczeniowe w zakresie modelowania i oceny niezawodności konstrukcji stalowych, wyprowadzone z rekomendacji Eurokodu 3, w wielu praktycznych przypadkach uszkodzeń pożarowych konstrukcji budynków halowych są wystarczające do oceny ich trwałości. Pracochłonne, całościowe specjalistyczne analizy konstrukcji MES, uwzględniające przepływy ciepła i wynikającej z tych przepływów przestrzennych deformacji stalowych elementów prętowych nie są w takich przypadkach konieczne.Objective: Development, within the renewal programme, of optimum reconstruction strategy for damaged bearing structures of fire-damaged steel industrial halls. Method: Case analysis of fire-damaged steel halls differing in structure, consequence class, thermal exposure range and scale of fire damage. Inventory of fire effects in three analysed industrial buildings belonging to consequence classes CC3 or CC2 determined the accepted hall reconstruction strategies in prepared renovation designs. Results: In all the cases examined, the impact of fire expressed itself in the form of more or less pronounced geometrical imperfections of local and global nature. Designs for post-accident repairs of these buildings were prepared based on the computer modelling of 2D or 3D bar structures including modelling of documented geometrical imperfections. The assessment of steel structure reliability after a fire was then possible in line with the procedures provided for in Eurocode 3. As a consequence of the adopted structural-improvement strategy, the buildings were returned to service soon after the fire, and the financial consequences of downtime were limited to the necessary minimum. Conclusions: During the designing of new steel structures, especially in the case of buildings characterised by a large volume and a relatively low fire load, an in-depth analysis of fire action on the bearing structure, using advanced FEM numerical models, is justified. The existing steel halls, in which a localised or fully developed fire occurred, resulting in structural damage, constitute the second group of buildings having steel-bearing structure. The strategy for preparing a recovery programme in such a case involves the replacement with new components or the strengthening of permanently deformed structural components. The scope of the required repairs and reinforcements, being a result of the numerical model assumed for control static calculations and user-accepted values of geometrical imperfections in the structure, remains an open issue for the designer. The proposed computational procedures in the field of modelling and evaluation of the reliability of steel structures, derived in accordance with the recommendation in Eurocode 3, in many real-life cases of fire-damaged hall buildings are sufficient to estimate their durability. The time consuming, comprehensive FEM analyses of the structures taking into account the heat flow during fire and the resultant 3D deformations of the steel bar components are not necessary in such cases

Properties of post fire strongly desiccated organic soils in the Sobin-Jędrzychów object

Badania prowadzono na glebach popożarowych, znajdujących się w obrębie zdegradowanej łąki pobagiennej, obiektu Sobin - Jędrzychów. Pożar silnie przesuszonych płytkich gleb murszowych MtIIc1 był obserwowany w okresach wiosennych 2004-2006 na powierzchni kilkunastu hektarów. Dwa lata po pożarze pobrano próbki glebowe z 5 profilów (32 próbki). Jedna z gleb, reprezentowana przez profil nr 1, była dotknięta przez pożar powierzchniowy, a pozostałe – przez pożar wgłębny. Powodował on zmniejszenie miąższości poziomów organicznych oraz wykształcenie się poziomów popiołowych o miąższości od 1 do 20 cm. Popożarowe poziomy miały odczyn alkaliczny lub zbliżony do obojętnego. Gleby były wzbogacone w wapń, magnez, sód i potas, wykazując niekiedy zwiększoną zawartość metali ciężkich. Poziomy popiołowe lub wymieszane z popiołem tworzyły struktury agregatowe - gruzełkowate bądź koksikowe. Struktury te wyraźnie ograniczały zdolności retencyjne poziomów przepalonych w porównaniu z poziomami torfowymi i murszowymi. Zmniejszyła się zatem objętość wody dostępnej - w tym łatwo dostępnej - dla roślin w poziomach objętych przez pożar. Świadczą o tym małe wartości potencjalnej (PRU) i efektywnej (ERU0 retencji użytecznej. Na podstawie budowy profilowej gleb popożarowych klasyfikowano je jako murszowe, murszowate lub murszaste (PTG 1989). Na podstawie zawartości materii organicznej oraz miąższości poziomów organicznych i popiołowych, były one klasyfikowane jako Histic lub Humic Gleysols, niekiedy Histosols (WRB 2006).The study was carried out in strongly desiccated pyrogenic meadow soil situated in the Sobin - Jędrzychów object. Fire in strongly dried, shallow muck-peat soil MtIIc1 was observed in spring seasons 2004-2006 on the surface of several hectares. Two years after the fire (2008) soil samples were collected in five selected profiles (25 soil samples). One of the soils represented by profile no. 1 faced surface fire; profiles no. 2-3 and no. 4-5 represented underground fire of medium and strong intensity, respectively. The fire decreased the thickness of organic layers and formed shallow 1-20 cm thick ash horizons. Post fire horizons had a neutral reaction. The soils were enriched with calcium, phosphorus, magnesium, sodium and potassium and sometimes with traces elements. Ash horizons and those mixed with ash formed aggregate lumpy or coke-like structures. These structures had reduced retention properties compared to muck or peat layers. The amount of water available for plants decreased in soil horizons affected by fire as evidenced by small values of potential (PRU) and effective (ERU) useful retention. Based on the composition of post fire horizons the soils were classified as muck, mucky or muck-like soils (PTG 1989). Based on the organic matter content and the thickness of organic and ash layers they were classified as Histic or Humic Gleysols, sometimes as Histosols (WRB 2006)

The Usability of a Computational Model of a Single Transverse Frame in the Fire Resistance Assessment of an Entire Steel Hall

Cel: Celem zaprezentowanych rozważań jest wypracowanie miarodajnej odpowiedzi na pytanie o wiarygodność stosowania modelu obliczeniowego pojedynczej ramy poprzecznej wyizolowanej ze złożonego ustroju nośnego hali stalowej w ocenie odporności ogniowej tej hali. Badanie zachowania się w pożarze pojedynczej ramy poprzecznej poprzez weryfikację kolejnych potencjalnie możliwych form jej zniszczenia umożliwia specyfikację poszukiwanej odporności interpretowanej jako określona dla tej ramy temperatura krytyczna, niezależna od przyjętego scenariusza rozwoju pożaru. Temperatura ta kojarzona jest jednoznacznie z osiągnięciem przez ustrój nośny analizowanej ramy stanu granicznego nośności ogniowej. Metody: Do specyfikacji temperatury krytycznej wybranej ramy proponuje się procedurę obliczeniową opartą na uogólnionej na przypadek pożaru formule Merchanta-Rankine’a. Kwantyfikuje ona miarodajną nośność badanej ramy poprzez interakcję odpowiednich nośności skojarzonych z czysto sprężystą i czysto plastyczną formą jej zniszczenia. Opisano ograniczenia wybranej przez autorów metody oceny wynikające z konieczności akceptacji wielu upraszczających założeń formalnych. Pokazano również, jak na otrzymane rezultaty wpływa stopień złożoności zastosowanego modelu obliczeniowego. Wyniki: Weryfikację i walidację proponowanej w artykule procedury obliczeniowej przeprowadzono porównując przemieszczenia wybranych węzłów ramy poprzecznej hali stalowej analizowanej dla warunków pożaru. Chodziło o sprawdzenie, jakiego typu i jak duże rozbieżności wynikają z zastosowania uproszczonego modelu dwuwymiarowego pojedynczej ramy w stosunku do wyników otrzymanych z analizy pełnego trójwymiarowego modelu ustroju nośnego całej hali. Wnioski: Wykazano, że uproszczony model obliczeniowy pojedynczej ramy poprzecznej hali stalowej jest wystarczająco wiarygodny w przypadku, gdy o odporności ogniowej tej ramy decyduje pierwsza faza pożaru, gdy nie ma jeszcze znaczącego przyrostu prędkości deformacji elementów nośnych. Jeżeli jednak badana rama zapewnia bezpieczne przenoszenie przyłożonych do niej obciążeń także wtedy, gdy mamy do czynienia z dużymi deformacjami i znacznym osłabieniem elementów decydujących o nośności ramy, to oszacowanie prognozowanej odporności na podstawie modelu ograniczonego do pojedynczej ramy poprzecznej może być nazbyt optymistyczne. Nie uwzględnia bowiem przyspieszania ugięcia rygla przez ogrzane w pożarze płatwie dachowe rozciągane osiowo wskutek tak zwanego efektu cięgna.Aim: The aim of these considerations is to achieve a reliable answer to the question about the credibility of the use of a simple computational model with a single transverse frame isolated from a complex load-bearing structure of an entire steel hall in the fire resistance-evaluation of such a hall. The study of the behaviour of a simple transverse frame under fire conditions through checking all its potential failure modes allows to specify the required fire resistance which can be interpreted as the critical temperature set especially for this frame and being independent of the fire scenario adopted for the analysis. This temperature is unequivocally associated with the reaching by the frame load-bearing structure of the fire-resistance limit state. Methods: The classical Rankine-Merchant formula generalised to the fire case is proposed to be used in the specification of the critical temperature for the transverse frame selected for the analysis. It quantifies the reliable bearing capacity of the tested frame through the interaction of the appropriate capacities associated with purely elastic and purely plastic failure modes. The limitations of the assessment method recommended by the authors are described in detail, resulting from the need for the acceptance of many formal assumptions simplifying the analysis. The impact of the complexity of the formal model adopted for the assessed frame fire-resistance evaluation on the obtained results is also verified. Results: Both the verification and the validation of the computational procedure proposed by the authors in this article were performed by comparing the displacements of the selected nodes in the transverse frame analysed for fire conditions. The idea was to check what type of differences are obtained through the use of a simplified two-dimensional computational model of a single frame in relation to the corresponding results obtained when a complex three-dimensional model of the entire hall is considered, and how big they are. Conclusions: It has been shown that the simplified computational model of a single transverse frame selected from the entire steel hall seems to be sufficiently reliable in the case in which fire resistance of such a frame is determined by the first phase of this fire, when the deformation rate of all bearing members is not yet significantly increased. However, if the tested frame also ensures the safe transfer of all loads applied to it when we are dealing with large deformations and large weakening of the members determining the real capacity of such a frame then the assessment of the predicted fire resistance obtained on the basis of the model limited to the analysis of only a single transverse frame might prove to be too optimistic. It does not account for the acceleration of the deflection of the frame beam due to the action of the heated purlins being in tension as a consequence of the so called catenary effect

Państwo i Społeczeństwo nr 2, 2008 : Polityka historyczna - historia instrumentem bieżącej polityki

Trzeci numer „Państwa i Społeczeństwa” poświęcony jest zagadnieniom prawa publicznego, a w szczególności prawa administracyjnego. Zainteresowanie prawem administracyjnym wynika z wielu przesłanek. Przede wszystkim, w związku z dokonywanymi zmianami ustrojowymi, społecznymi i gospodarczymi, oraz z powodu przystąpienia Polski do Unii Europejskiej, ulega ono gwałtownym przemianom. Tempo tych zmian nie wpływa jednak pozytywnie na jakość. Po drugie, w zakresie zainteresowania prawa administracyjnego, a co za tym idzie i nauki prawa administracyjnego, pojawiają się nowe problemy, istotne z punktu dokonywanych przemian. Tradycyjne, wypracowane przez naukę prawa administracyjnego pojęcia i instytucje, nie zawsze są odpowiednie i wystarczające do opisania i naukowej analizy nowej rzeczywistości. Rodzi to potrzebę nowego spojrzenia na tę dyscyplinę i opracowania podstaw dla nowego (a raczej nowocześniejszego) systemu tego prawa