EN 1991-1-2 là phần của Eurocode 1 quy định các tác động lên kết cấu trong điều kiện cháy. Khi tính toán, kỹ sư không chỉ xác định nhiệt độ của môi trường cháy mà còn phải xem xét tải trọng cơ học tồn tại đồng thời, tác động do biến dạng nhiệt và khả năng chịu lực còn lại của cấu kiện. Vì vậy, việc áp dụng EN 1991-1-2 cần thực hiện theo một trình tự rõ ràng, từ lựa chọn tình huống cháy đến xác định tác động nhiệt và tổ hợp tải trọng. Bài viết dưới đây của Bốn IBST trình bày cách tiếp cận này theo hướng ứng dụng trong tính toán kết cấu.
EN 1991-1-2 là gì và quy định những tác động nào khi cháy?
EN 1991-1-2 có tên đầy đủ là Eurocode 1 – Actions on structures – Part 1-2: Actions on structures exposed to fire. Tiêu chuẩn xử lý hai nhóm chính là tác động nhiệt và tác động cơ học lên kết cấu trong điều kiện cháy.
EN 1991-1-2 thuộc hệ thống Eurocode, nhóm tiêu chuẩn châu Âu được sử dụng trong thiết kế kết cấu và các bài toán kỹ thuật liên quan.
Có thể hiểu vai trò của tiêu chuẩn qua các nội dung chính:
- Xác định tác động nhiệt: EN 1991-1-2 đưa ra các đường cong cháy danh định và mô hình cháy dựa trên cơ sở vật lý. Kết quả được sử dụng để xác định điều kiện nhiệt tác động lên bề mặt cấu kiện.
- Xác định tác động cơ học: Tiêu chuẩn hướng dẫn xem xét tải trọng tồn tại trong tình huống cháy, tính đồng thời của các tác động và mức tải sử dụng cho phân tích kết cấu.
- Xây dựng tình huống thiết kế cháy: Kỹ sư cần xác định kịch bản cháy phù hợp trước khi lựa chọn mô hình nhiệt và phương pháp phân tích.
- Cung cấp đầu vào cho tính toán chịu lửa: EN 1991-1-2 không trực tiếp xác định toàn bộ sức chịu tải của bê tông, thép hoặc gỗ khi cháy. Phần này phải kết hợp với Eurocode thiết kế chịu lửa của từng loại vật liệu.
Phiên bản EN 1991-1-2:2024 áp dụng cho nhà và công trình kỹ thuật dân dụng có tải trọng cháy liên quan đến công trình và công năng sử dụng. Tiêu chuẩn được thiết kế để sử dụng cùng các phần thiết kế chịu lửa của EN 1992 đến EN 1996 và EN 1999.
Xem thêm : Kiểm định chất lượng công trình xây dựng
EN 1991-1-2 được áp dụng thế nào trong tính toán tải trọng khi cháy?
EN 1991-1-2 được dùng để xác định tác động nhiệt và tác động cơ học lên kết cấu trong tình huống cháy. Khi áp dụng, kỹ sư cần đi từ kịch bản cháy, tải trọng tính toán đến kiểm tra khả năng chịu lực của cấu kiện.
Xác định tình huống cháy và tác động nhiệt
Bước đầu tiên là xác định tình huống cháy thiết kế phù hợp với công trình. Từ đó lựa chọn mô hình cháy để xác định nhiệt độ môi trường và tác động nhiệt lên cấu kiện.
Các yếu tố thường cần xem xét gồm:
- Vị trí và phạm vi cháy: Xác định cháy cục bộ, cháy trong một khoang hay ảnh hưởng đến phạm vi lớn hơn.
- Đặc điểm công năng: Loại công trình và vật liệu bên trong ảnh hưởng đến tải trọng cháy.
- Điều kiện thông gió: Cửa mở và khả năng cấp oxy ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt độ.
- Mô hình cháy: Có thể sử dụng đường cong cháy tiêu chuẩn, cháy tham số hoặc mô hình phù hợp với yêu cầu phân tích.
Với đường cong cháy tiêu chuẩn, nhiệt độ khí có thể được xác định theo:
θg = 20 + 345 log₁₀(8t + 1)
Trong đó θg là nhiệt độ khí tính bằng °C và t là thời gian cháy tính bằng phút.
Nhiệt độ khí không phải nhiệt độ trực tiếp của cấu kiện. Kỹ sư còn phải xét truyền nhiệt đối lưu, bức xạ và đặc tính vật liệu để xác định nhiệt độ thực tế trong tiết diện.
Xác định và tổ hợp tải trọng khi cháy
Trong tình huống cháy, kết cấu vẫn chịu tĩnh tải và một phần tải trọng biến đổi. Tuy nhiên, không sử dụng nguyên tổ hợp tải trọng ở điều kiện thông thường.
Về nguyên tắc, tải trọng trong tình huống cháy được xác định theo tổ hợp sự cố của EN 1990, kết hợp với hướng dẫn của EN 1991-1-2.
Có thể biểu diễn đơn giản:
Ed,fi = Gk + ψQk
Trong đó:
- Gk: Tải trọng thường xuyên.
- Qk: Tải trọng biến đổi.
- ψ: Hệ số tổ hợp phù hợp với loại tải trọng và tình huống thiết kế.
- Ed,fi: Tác động thiết kế trong tình huống cháy.
Ví dụ, nếu:
- Gk = 500 kN
- Qk = 200 kN
- ψ = 0,3
thì:
Ed,fi = 500 + 0,3 × 200 = 560 kN
Ví dụ này chỉ minh họa cách hình thành tải trọng khi cháy. Giá trị hệ số thực tế cần xác định theo EN 1990, loại tải trọng và National Annex áp dụng cho dự án.
Ngoài các tải trọng đã tồn tại, cần xem xét thêm tác động do biến dạng nhiệt nếu cấu kiện bị kìm giữ hoặc hệ kết cấu có khả năng phát sinh nội lực đáng kể khi nhiệt độ tăng.
Kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu
Sau khi xác định tác động nhiệt và tải trọng cơ học, kỹ sư sử dụng kết quả đó để kiểm tra khả năng chịu lực của cấu kiện trong điều kiện cháy.
EN 1991-1-2 chủ yếu cung cấp đầu vào về tác động. Phần xác định sức chịu tải của vật liệu cần sử dụng Eurocode tương ứng:
| Loại kết cấu | Tiêu chuẩn liên quan |
| Bê tông | EN 1992-1-2 |
| Thép | EN 1993-1-2 |
| Liên hợp thép – bê tông | EN 1994-1-2 |
| Gỗ | EN 1995-1-2 |
| Khối xây | EN 1996-1-2 |
| Nhôm | EN 1999-1-2 |
Như vậy, quy trình áp dụng EN 1991-1-2 có thể hiểu ngắn gọn là: xác định tình huống cháy và tác động nhiệt → xác định tổ hợp tải trọng khi cháy → kiểm tra khả năng chịu lực theo Eurocode vật liệu.
Những mô hình cháy nào được sử dụng trong EN 1991-1-2?
Lựa chọn mô hình cháy quyết định tác động nhiệt đưa vào bài toán. EN 1991-1-2:2024 bao gồm cả các đường cong cháy danh định và các mô hình dựa trên cơ sở vật lý.
| Mô hình | Đặc điểm chính | Trường hợp xem xét |
| Đường cong cháy tiêu chuẩn | Nhiệt độ tăng theo quan hệ quy ước với thời gian | Kiểm tra khả năng chịu lửa theo thời gian quy định |
| Đường cong cháy bên ngoài | Mô tả điều kiện nhiệt đối với cấu kiện chịu cháy từ bên ngoài | Cấu kiện bên ngoài công trình |
| Đường cong hydrocarbon | Nhiệt độ tăng nhanh hơn trong giai đoạn đầu | Trường hợp cháy liên quan đến nhiên liệu hydrocarbon |
| Cháy tham số | Xét tải trọng cháy, thông gió và đặc điểm khoang | Phân tích diễn biến cháy cụ thể hơn |
| Cháy cục bộ | Xét nguồn cháy tập trung tại một khu vực | Khi đám cháy chưa phát triển toàn bộ khoang |
| Mô hình cháy nâng cao | Có thể sử dụng mô hình một vùng, hai vùng hoặc CFD | Phân tích kỹ thuật cháy chuyên sâu |
Xem thêm: Kiểm định công trình sau sự cố cháy, nổ, sập đổ gồm những nội dung gì?
Bốn IBST hỗ trợ tính toán và đánh giá kết cấu chịu cháy
EN 1991-1-2 cung cấp cơ sở để xác định tác động nhiệt và tác động cơ học lên kết cấu trong tình huống cháy. Quy trình đúng cần đi từ lựa chọn kịch bản cháy, xác định tác động nhiệt, thiết lập tổ hợp tải trọng đến kiểm tra khả năng chịu lực theo Eurocode vật liệu phù hợp. Điểm quan trọng là không xem bài toán chịu cháy đơn thuần như một tổ hợp tải trọng thông thường. Nhiệt độ làm thay đổi đặc tính vật liệu, tạo biến dạng và có thể phát sinh thêm nội lực do điều kiện liên kết của hệ kết cấu. Bốn IBST hỗ trợ khảo sát, phân tích và đánh giá kết cấu công trình theo yêu cầu kỹ thuật của từng dự án. Nếu cần kiểm tra khả năng chịu lửa hoặc xây dựng mô hình tính toán theo EN 1991-1-2, hãy liên hệ Bốn IBST để trao đổi hồ sơ, điều kiện công trình và phạm vi tính toán cần thực hiện.
