ASSESSMENT OF THE REQUIRED THICKNESS OF FIRE PROTECTION OF STEEL STRUCTURES UNDER CONDITIONAL FIRE SCENARIOS
DOI:
https://doi.org/10.33269/nvcz.2025.2(20).47-61Keywords:
analytical dependence, fire protection material, steel structure, fire scenario, temperature regime, thermal properties, fire protection thicknessAbstract
Given the practical significance and lack of certainty of data on the parameters of fire protection systems for steel structures under nominal fire temperature regimes that differ from the standard temperature regime, research aimed at improving and developing methods for assessing the required fire protection thickness of these structures under various conditional fire scenarios is relevant. The conducted study aimed to determine the analytical dependences of the ratio of the values of the required thickness of the fire protection coating for scenarios of a conditional fire under the temperature regimes of hydrocarbon and external fires and its values under the standard temperature regime on the parameters of the steel structure, which are acceptable for engineering calculations. A research method was applied, the components of which are procedures for numerical modelling of the thermal state of a steel structure under conditional fire scenarios, approximation of the obtained calculated data using regression models, and comparison of calculated values with experimental ones. According to the results of the study, the relationship between the values of the required thickness of the fireproof coating under different scenarios of a conditional fire for different values of the coefficient of thermal conductivity and specific volumetric heat capacity of the fire protection coating, the cross-sectional area coefficient, the critical temperature, and the time interval for maintaining the fire resistance of the steel structure was determined. The influence of steel structure parameters on this ratio has been determined. The obtained calculated data were approximated with respect to the indicated ratios using two linear regression equations (for the scenario with the temperature regime of a hydrocarbon fire and for the scenario with the temperature regime of an external fire). It is shown that the obtained analytical dependencies (regression models) based on the values of the coefficient of determination and Fisher's exact tests are qualitative and adequate. It was established that the obtained analytical dependencies are acceptable for engineering calculations regarding the prediction of the required thickness of passive and reactive fire protection coatings of steel structures for conditional fire scenarios under the temperature regimes of hydrocarbon and external fires.
References
EN 13501-2:2016 Fire classification of construction products and building elements – Part 2: Classification using data from fire resistance tests, excluding ventilation services. CEN-CENELEC Management Centre: Rue de la Science 23, B-1040 Brussels. 2016 CEN. 79 р.
Yellow book: Fire protection for structural steel in buildings 4 edition. Association for Specialist Fire Protection. 2013. https://asfp.org.uk.
Калафат К., Вахитова Л. Аналитический обзор средств огнезащиты стальных конструкций 2021–2022. Украинский центр стального производства, 2022. 230 с.
EAD 350140-00-1106 Renderings and rendering kits intended for fire resistant applications. EOTA 2017. 48 р.
EAD 350142-00-1106 Fire protective board, slab and mat products and kits. EOTA 2017. 60 р.
EN 13381-4:2013. Test methods for determining the contribution to the fire resistance of structural members – Part 4: Applied passive protection to steel members. European committee for standardization. Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels. 2013 CEN. 83 р.
EN 1363-1:2020 Fire resistance tests – Part 1: General Requirements. European committee for standardization. CEN-CENELEC Management Centre: Rue de la Science 23, B-1040 Brussels. 2020 CEN. 54 р.
EN 1991-1-2:2002/АС:2013 Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-2: General actions – Actions on structures exposed to fire. European committee for standardization. Central ecretariat: rue de Stassart, 36, B-1050 Brussels. 2004 CEN. 61 р.
EN 1363-2:1999 Fire resistance tests – Part 2: Alternative and additional procedures. Central Secretariat: rue de Stassart, 36, B-1050 Brussels. 1999. CEN. 16 р.
Новак С., Добростан О., Пустовий М. Вплив температурного режиму пожежі на необхідну мінімальну товщину вогнезахисних покриттів для сталевих конструкцій. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2022. № 2 (14). С. 5–20.
Новак С., Пустовий М. Співвідношення необхідної мінімальної товщини вогнезахисних покриттів сталевих конструкцій за різними номінальними температурними режимами пожежі. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2024. № 2 (14). С. 63–74.
Gravit M., Dmitriev I., Shcheglov N., Radaev A. Oil and gas structures: Forecasting the fire resistance of steel structures with fire protection under hydrocarbon fire conditions. Fire. 2024. Vol. 7. P. 173–196. https://doi.org/10.3390/fire7060173.
Новак С., Добростан О., Пустовий М. Вплив температурного режиму пожежі на проміжок часу збереженості вогнестійкості сталевих конструкцій. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2023. № 1 (15). С. 18–31.
Randaxhe J., Popa N., Vassart O., Tondini N. Development of a plug-and-play fire protection system for steel columns. Fire Saf. J. 2021. Vol. 121. P. 103272.
Diaconu B., Cruceru M., Anghelescu L. Fire retardance methods and materials for phase change materials: performance, integration methods, and applications — A literature review. Fire. 2023. Vol. 6. P. 175.
EAD 350402-00-1106 Reactive coatings for fire protection of steel elements. EOTA 2017. 32 р.
Fireproofing for hydrocarbon fire exposures//GAPS Guidelines. Publication of Global Asset Protection Services LLC. 2000. https://www.appliedbuildingtech.com/system/files/gap2.5.1.fireproofingforhydrocarbonexposures.pdf.
AXA XL Risk consulting. GAPS© 2020. Available online: https://axaxl.com/-/media/axaxl/files/pdfs/prc-guidelines/prc-2/prc251fireproofingforhydrocarbonfireexposuresv1.pdf.
Ковальов А., Зобенко Н. Методика попередньої оцінки вогнезахисної здатності покриттів для сталевих конструкцій в умовах температурного режиму вуглеводневої пожежі. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2016. № 1 (1). С. 59–65.
Круковский П., Новак С., Поклонский В., Еременко С., Фролов Г. Оценка огнестойкости металлических строительных конструкций и огнезащитной способности покрытий (расчетно-экспериментальный подход): коллективная монография. Киев: ТОВ ”Франко Пак”. 2021. 148 с.
Пустовий М., Маладика І., Новак С. Оцінювання співвідношення необхідної мінімальної товщини вогнезахисту сталевих конструкцій за різними номінальними температурними режимами пожежі. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. 2024. Том 8, № 2. С. 104–120.
ДСТУ Б В.1.1-17:2007 (ENV 13381-4:2002, NEQ) Захист від пожежі. Вогнезахисні покриття для будівельних несучих металевих конструкцій. Метод визначення вогнезахисної здатності. Київ: Мінрегіонбуд України. 2008. 65 с.
ДСТУ-Н Б В.2.6-211:2016 Проектування сталевих конструкцій. Розрахунок конструкцій на вогнестійкість. Київ: Мінрегіон України. 2016. 111 с.
Krukovsky P. Concerning a possibility of solution of inverseand optimization heat-transfer and fluid flow problems using PHOENICS and software FRIEND. The PHOENICS Jornal of Computational Fluid Dinamics & its applications. 1996. Vol. 9. № 4. Р. 516–532.
