Seinää vasten olevat liittopilarit tulipalossa

Abstract

Maailmalla on paljon tietoa liittopilarien käyttäytymisestä tulipalossa, ja niille on olemassa hyviä mitoitusohjeita. Suurimassa osassa tutkimuksia palon on kuitenkin oletettu vaikuttavan samalla tavalla jokaiseen pilarin sivuun, mutta todellisuudessa iso osa liittopilareista sijaitsee joko rakennuksen nurkassa, seinän vieressä tai osittain sen sisässä. Seinänvieruspilareissa tulipalo lämmittää suoraan vain osaa pilarin sivuista, jolloin pilari lämpenee ja laajenee eri tavalla, kuin keskellä huonetta sijaitseva pilari, millä on liittopilarin kantavuuden kannalta sekä positiivisia että negatiivisia vaikutuksia. Tässä tutkimuksessa on käsitelty laskennallisesti FEM-ohjelman avulla betonitäytteisiä neliön muotoisia putkiliittopilareita, joihin vaikuttaa standardipalo suoraan vain joko yhdeltä sivulta, kahdelta (nurkka) sivulta tai kolmelta sivulta, ja saatuja tuloksia on verrattu normaaleihin neljän sivun tulipalon palonkestoaikoihin. Tämän lisäksi on tarkasteltu eri tapoja eristää pilari osittain palolta, jotka ovat adiabaattinen eristys (ideaalitilanne), betoniseinä ja pelti-villa-pelti -seinä. Tutkimuksen kohteena on raudoitetut 150x150, 250x250 ja 400x400 liittopilarit, joita on jokaista tarkasteltu kahdella eri nurjahduspituudella. Tutkimuksen lähtökohdaksi on otettu Eurokoodi 4 ja TRY:n Betonitäytteisen teräsliittopilarin suunnitteluohje, joita on täydennetty tarvittaessa muilla eurokoodeilla ja aiheeseen liittyvillä tutkimuksilla. Tutkimus suoritetaan tekemällä pilareille lämmönsiirtymisanalyysi ja kaksi erilaista kuormitusanalyysiä Abaquksella, joka on kaupallinen elementtimenetelmäohjelmisto. Tutkimuksen tuloksena nähdään, että yhden, kahden ja kolmen sivun tulipaloissa liittopilarien palonkestoajat ovat keskimäärin noin 3,5, 2,1 ja 1,3-kertaisia normaaliin neljän sivun tapaukseen verrattuna. Työssä myös huomattiin, että pilaria vasten olevat betoniseinät toimivat tehokkaina lämpönieluina, joihin pilariin tuleva lämpö pääsee edelleen siirtymään, mikä parantaa näiden pilarien kestävyyttä entisestään. Tuloksista nähtiin myös, että liittopilarin hoikkuudella on suuri vaikutus siihen, mihin suuntaan se nurjahtaa; hoikat pilarit nurjahtavat helpommin kohti lämmitettäviä pilarin sivuja, kun taas tukevat pilarit nurjahtavat useammin poispäin näistä sivuista. Lisäksi saatujen palonkestoaikojen perusteella tarkastelluille liittopilareille määritettiin karkeat ja likimääräiset mitoituskäyrät tutkituissa palotilanteissa. Tulosten vahvistamiseen ja tarkkojen mitoitussääntöjen määrittämiseen tarvitaan vielä erityisesti kokeellisia jatkotutkimuksia.