NASZE MAGAZYNY:
Najnowszy numer:

Zapoznaj się z zawartością
najnowszego numeru magazynu
EuroParking 3/2018
Prenumerata
Aktualności
Archiwum czasopism
„Projektowanie nadziemnych parkingów stalowych z wykorzystaniem inżynierii pożarowej”

Z uwagi na rosnące zapotrzebowanie na miejsca parkingowe w dużych aglomeracjach miejskich oraz w sąsiedztwie ważnych węzłów komunikacyjnych, konieczne jest posiadanie ekonomicznego rozwiązania pozwalającego na zgromadzenie dużej liczby miejsc parkingowych na małej przestrzeni.

Optymalnym rozwiązaniem może być zastosowanie wielopoziomowego parkingu nadziemnego lub podziemnego.
Jeśli chodzi o konstrukcję parkingów podziemnych trzeba wziąć pod uwagę koszt wykonania głębokich wykopów,  a w sytuacji niekorzystnych warunków gruntowych zabezpieczenia również przed naporem wody gruntowej. W przypadku konstrukcji żelbetowych parkingów nadziemnych, występuje konieczność wykonania elementów konstrukcyjnych o rozbudowanym przekroju poprzecznym. Grube stropy żelbetowe zwiększają nam kubaturę budynku, a zastosowanie słupów żelbetowych powiększa rzut poziomy, zwiększając tym samym potrzebną powierzchnię zagospodarowania, wymagana jest również mniejsza siatka słupów podpierających stropy. Poza tym istnieje konieczność wykonania dużo masywniejszych fundamentów, które muszą przenieść ciężar całej konstrukcji żelbetowej na grunt, a w przypadku, gdy warstwa nośna gruntu położona jest głęboko, konieczność wykonania znacznie większej ilości fundamentów pośrednich (pali). Alternatywą dla wyżej wymienionych rozwiązań parkingów jest zastosowanie otwartych, wielopoziomowych parkingów stalowych z wykorzystaniem inżynierii pożarowej. W dalszej cześć artykułu zostały opisane cechy tego rozwiązania.


(Rys. 2,3)

Zalety konstrukcji stalowych:
Projektując parking stalowy należy wziąć pod uwagę wszystkie koszty związane z budową i eksploatacją parkingu przez cały okres jego życia. Uwzględnia się koszty i czas trwania budowy, koszty eksploatacji oraz zyski z opłat parkingowych. Stalowe konstrukcje parkingów umożliwiają zmniejszenie ilości konstrukcji przez zastosowanie stali o podwyższonej wytrzymałości, obniżenie kosztów transportu, poprzez zastosowanie elementów konstrukcyjnych o mniejszej masie oraz przyczyniają się do skrócenia czasu montażu, dzięki prefabrykacji. Wpływają na maksymalizację wykorzystania powierzchni parkingu poprzez zwiększenie powierzchni użytkowej, dzięki zmniejszeniu ilości słupów w porównaniu z parkingami żelbetowymi, a tym samym przyspieszają zwrot nakładów. Konstrukcja parkingu stalowego nie przyczynia się również do negatywnego wpływu na środowisko za sprawą stosowania materiałów możliwych do ponownego użycia, wykonanych z przetworzonego złomu oraz wpływa na obniżenie ilości odpadów, dzięki zastosowaniu metod suchego montażu. Do zalet parkingów w konstrukcji stalowej poza obniżonym ciężarem konstrukcji zalicza się niewrażliwość na osiadanie, elastyczne odkształcanie, połączenia przegubowe. Dzięki tym cechom parkingi mogą opierać się na uproszczonych konstrukcjach fundamentowych, a tym samych może się okazać, że stosowanie głębokich fundamentów nie jest konieczne. Biorąc pod uwagę powszechne praktyki i tendencje obserwowane w wielu krajach, zaleca się stosować wymiar 2,5 m x 5 m dla pojedynczego miejsca parkingowego oraz 6 m dla szerokości drogi dojazdowej. Tworząc rozkład parkingu warto stosować możliwie krótkie pasy dojazdowe, a także zmniejszać do minimum przestrzeń zajmowaną przez rampy. Rozmieszczenie ramp podjazdowych zależy od typu parkingu.  Rampy podjazdowe mogą być zlokalizowane wewnątrz i na zewnątrz budynku. Stosuje się rampy proste, a także rampy ślimakowe, pozwalające na zwiększenie prędkości ruchu. Pasy dojazdowe powinny biec wzdłuż przestrzeni parkingowych. Odległości do wyjazdu powinny być możliwie jak najkrótsze. Nachylenie rampy powinno być mniejsze niż 15%, a idealnie poniżej 12%.

Projektując parkingi nadziemne trzeba zwrócić uwagę na  następujące czynniki
W zależności od różnych kątów obrotu miejsca parkingowego, wymagana jest odpowiednia szerokość miejsca postojowego. W wypadku parkingów wielopoziomowych, słupy zewnętrze są rozstawione odpowiednio do szerokości miejsc postojowych 2,30 do 2,50 m). Optymalne jest, gdy rozstaw słupów pokrywa się z rozstawem głównych dźwigarów, co pozwala uniknąć dodatkowych belek i obniżyć ciężar konstrukcji. W tym wypadku ważne jest, aby uzyskać jak najmniejszy przekrój słupów, poprzez stosowanie profili walcowanych na gorąco. Ważne jest, aby optycznie nie ograniczać miejsca parkingowego, tak jak wygląda to w przypadku parkingów żelbetowych poprzez zagęszczone rozstawienie słupów.( Rys nr 3)

(Rys. 4,15)

Rozwiązania konstrukcyjne parkingów stalowych opierają się na założeniu maksymalnego wykorzystania powierzchni parkingów poprzez zmniejszenie ilości słupów nośnych. Sitaki słupów mogą mieć układ 2,5 x 16 m ; 5 x 16 lub 7,5 x 16 metrów z dodatkowymi podciągami. Uzyskanie wymienionych rozpiętości możliwe jest przez uwzględnienie całkowitego zespolenia elementów stalowych z żelbetowymi.

Innowacyjne sinusoidalne dźwigary ażurowe i system stropowy
Innowacyjność projektu parkingu Envos polega głównie na zastosowaniu nowego typu belek ażurowych AngelinaTM oraz systemu stropowego Cofraplus 220®. Profile gorącowalcowane w połączeniu z systemem cofraplus 220 stanowią niezwykłą kombinację stalowej belki stropowej, płyty żelbetowej i profilu z blachy trapezowej, który pełni dodatkowo funkcję deskowania traconego. Produkcja dźwigarów AngelinaTM przebiega podobnie jak w przypadku od dawna znanych dźwigarów ażurowych, poprzez cięcie tlenowe walcowanego na gorąco profilu bazowego wzdłuż jego środnika i późniejszego zespawania obu powstałych w ten sposób „przekrojów T”. Przekrój dźwigara AngelinaTM układa się jednak w ciągłą linię sinusoidalną, która może być dostosowana do wymogów indywidualnego projektu. Dzięki tej technice można zwiększyć powstającą wysokość profilu do około 1,5-krotności pierwotnej wysokości dźwigara. Odstępy sinusoidalnych otworów dźwigara zostały dostosowane do szerokości konstrukcyjnej profilu stropowego, dzięki czemu powstaje smukła konstrukcja nośna
o niestandardowej estetyce. W przeciwieństwie do standardowych pełnych dźwigarów stropowych, duże, sinusoidalne otwory zapewniają przejrzystość oraz efektywny wygląd. Do podstawowych zalet tego systemu należą łatwość i szybkość montażu, zredukowana waga oraz wysoka wytrzymałość, system ten optymalizuje efektywną wysokość budynków, dodaje elastyczności i dowolności przy projektowaniu oraz dostarcza praktycznych i eleganckich rozwiązań konstrukcyjnych, wynikających z większych odstępów pomiędzy przęsłami dla wszystkich typów konstrukcji słupowo-belkowych bez elementów pośrednich. W fazie montażowej Cofraplus 220 pozwala na osiąganie dużych rozpiętości (6 metrów) bez podpór montażowych. Żebrowany profil stalowy zamocowany do szkieletu konstrukcji budynku służy jako poziome stężenie wiatrowe, pomost roboczy, szalunek  i zbrojenie płyty przy zginaniu.

Może zatem bezpośrednio wpływać na stężenie wiatrowe i stateczność budynku dzięki działaniu tarczowemu. Równocześnie, dzięki zastosowaniu współpracujących belek dopasowanych do profilu stalowego 220, grubość płyty stropowej jest w znaczący sposób redukowana. Nowa generacja stropów stalowo – betonowych to szybki i prosty montaż, który jest atutem tego innowacyjnego rozwiązania, gdyż parkingi są gotowe do użytkowania natychmiast po związaniu betonu. System Cofraplus 220 jest idealny do zastosowania w parkingach wielopoziomowych.

Przykładem wyżej wymienionych systemów jest parking ENVOS

Na przełomie 2013/2014 roku w związku z budową nowej siedziby luksemburskiego dostawcy energii Envos na terenie byłej huty w Esch-sur-Alzette, zlokalizowanej w południowej części Luksemburga, zaplanowano parking piętrowy w konstrukcji stalowej. Projekt tego parkingu, wprowadza na rynek nowe rozwiązania konstrukcyjne dotyczące parkingów nadziemnych.  Na pierwszy rzut oka, projekt wydaje się dotyczyć klasycznego parkingu wielopoziomowego w konstrukcji stalowej. Po bliższym przyjrzeniu się widać jednak, że dzięki zastosowaniu belek ażurowych AngelinaTM w połączeniu z systemem stropów Cofraplus 220® obiekt ten wyróżnia się otwartością i transparentną estetyką. Oprócz tego zwraca on uwagę zoptymalizowanymi parametrami technicznymi, takimi jak zredukowany ciężar dźwigarów, precyzyjne wstępne wygięcie, które uzyskano dzięki zastosowaniu stropów Cofraplus 220® oraz uzyskanie wymaganej odporności ogniowej konstrukcji bez konieczności stosowania dodatkowych powłok ochronnych.

Dźwigary AngelinaTM w projekcie Enovos opierały się na IPEO 400 w gatunku stali S460M dla dużych rozpiętości i na IPEA 330 w gatunku 460M dla nieco krótszych dźwigarów, które połączono z podporami ramp. Linia cięcia, która ostatecznie określa geometrię otworów i nową wysokość całkowitą dźwigara, uwzględniała szerokość profili stropowych, 750-milimetrowy odstęp pomiędzy żebrami blachy profilowej, jak również wymogi statyczne i wysokość konstrukcyjną całej struktury stropu. Finalna wysokość dźwigara wynosi 575 mm. Dla uniknięcia obciążeń (np. obciążeń termicznych) klatki schodowe umieszczono poza główną stalową strukturą nośną. Z wymiarami rzutu poziomego 32 m x 60 m i typowym dla konstrukcji stalowych parkingów, wymiarem siatki słupów 15,75 m x 5 m parking wpisuje się w sprawdzone rozwiązania i korzysta z elastycznych możliwości projektowania konstrukcji stalowej.

(Rys. 8)

Podstawowym kryterium wyboru konstrukcji jest cena wytworzenia, wynika to ze specyfiki wyboru najkorzystniejszego rozwiązania, wciąż marginalnie traktowane są inne czynniki takie jak czas realizacji, wpływ społeczny czy choćby wpływ na środowisko. Czynnik ceny wykonania konstrukcji może w krótkiej perspektywie okazać się korzystny, jednak w ujęciu całego cyklu użytkowania konstrukcji, zbytnia oszczędność może prowadzić do sporych wydatków np. na prace renowacyjne lub mieć negatywny oddźwięk społeczny ze względu na długi okres realizacji i utrudnienia z tym związane. Typizacja byłaby pewnym remedium (lekarstwem), niemniej jest to tylko  jeden z kroków jakie należałoby podjąć w celu optymalizacji całego procesu inwestycyjnego: od etapu projektu przez etap wyboru rozwiązania na samej realizacji i użytkowaniu obiektu kończąc.

Projektowanie

ArcelorMittal wyposażony  jest w zespół doradców technicznych, zwanych STELIGENCE®. Specjalizuje się on w opracowaniu wstępnych koncepcji konstrukcji stalowych oraz optymalizacji. STELIGENCE® jest biurem doradczym, które stoi za projektem, współpracuje, a zarazem świadczy darmowe usługi biurom projektowym, firmom wykonawczym czy też bezpośrednio samemu inwestorowi, pomagając w doborze odpowiedniej konstrukcji. Inwestor po dostarczeniu podstawowych danych ( powierzchni do zagospodarowania, ilości miejsc parkingowych, ilości kondygnacji) dostaje informację zwrotną n/t koncepcji parkingu, w tym doboru konstrukcji, profili, stropu.Doradcy poddają analizie wszystkie dane i na tej podstawie przygotowują projekt wstępny. „Arcelormittal Beams Calculator”, w skrócie „ABC”, to prosty program stworzony przez Arcelormittal do projektowania. Projekt parkingu na etapie eksploatacji zazwyczaj opiera się na informacjach dostarczanych przez producenta w postaci tabel dopuszczalnych obciążeń. Wartości te są określane na podstawie wyników badań i ich interpretacji zgodnie z wymaganiami Eurokodu 3 (PN-EN 1993-1-4).

Na etapie budowy najważniejszymi obciążeniami są ciężar własny konstrukcji stalowych, ciężar własny mokrego betonu płyty stropowej oraz równomiernie rozłożone obciążenie technologiczne (wylewanie betonu). Na etapie eksploatacji najważniejszy jest ciężar własny stali, ciężar elementów oraz obciążenia użytkowe. Rozwiązania konstrukcyjne parkingów stalowych opierają się na założeniu maksymalnego wykorzystania powierzchni parkingów poprzez zmniejszenie ilości słupów nośnych. Siatki słupów mogą mieć układ 2,5 x 16 m; 5 x 16 lub 7,5 x 16 metrów z dodatkowymi podciągami. Przy projektowaniu wybór odpowiednich belek stropowych zależy od ich rozpiętości, typu stropu betonowego i dostępnej wysokości konstrukcyjnej. Uzyskanie wcześniej wymienionych rozpiętości możliwe jest przez uwzględnienie całkowitego zespolenia elementów stalowych z żelbetowymi. Niezależnie od typu stropu, belki stalowe są typowo wstępnie wyginane w fabryce, celem skompensowania ugięć, wynikających z obciążenia własnego (masą płyt betonowych i belek stalowych) i części obciążenia roboczego. Wielkość wygięcia (przeciwstrzałki) jest określana podczas obliczeń statycznych i zależy od bezwładności układu statycznego i obciążenia.

Typy stropów
Istnieją różne typy stropów:
a) wylewane z betonu
b) prefabrykowane płyty betonowe
c) konstrukcje zespolone

Płyty zespolone składają się z profilowanego stalowego szalunku z blachy trapezowej, jako stałej konstrukcji dla spodniej części płyt betonowych (na etapie budowy). Szalunek pracuje w zespoleniu z betonem pod obciążeniem (etap eksploatacji), przejmuje on obciążenia, które są obecne zanim beton uzyska odpowiednią wytrzymałość i zazwyczaj nie wymaga stemplowania na etapie budowy.  Dodatkowym atutem jest wykorzystanie blach trapezowych jako stalowych dekowań traconych dla dodatkowego przyspieszenia prac montażowych. Zbrojenie płyty występuje w formie lekkiej siatki, umieszczonej w betonie głównie jako „zbrojenie pożarowe”, ale również w celu zmniejszenia pękania w wyniku skurczu i ujemnego momentu nad podporami.

Reasumując, samonośne stropy metalowe w połączeniu z wylewanym na miejscu betonem pozwalają uniknąć kosztów związanych  z wykonaniem rusztowań, co skraca czas budowy.

Zabezpieczenie przeciwpożarowe
Projektując konstrukcję parkingów otwartych z uwagi na warunki pożarowe, wykorzystuje się wyjątkową kombinację obciążeń, zgodnie z PN-EN 1990. Zgodnie z normami większości krajów europejskich, nie ma wymogów co do zabezpieczenia przeciwpożarowego konstrukcji stalowych w otwartych parkingach wielokondygnacyjnych.

Definicja parkingów otwartych:

Zgodnie z przepisami budowlanymi parking uważa się za otwarty, jeśli spełnione
są następujące warunki:
a) Całkowita powierzchnia otworów (na każdym poziomie) > 35 % całkowitej powierzchni ścian
b) Odległość między ścianami z otworami <100 m
Te dwa warunki zapewniają naturalną wentylację grawitacyjną, co pozwala uniknąć nagromadzenia dymu i dodatkowego wzrostu temperatury.

Podczas rzeczywistych prób pożarów przeprowadzonych we współpracy ArcelorMittal R&D Esch (Luksemburg) z ośrodkami naukowo-badawczymi na terenie Europy, stwierdzono, że zachowanie konstrukcji w warunkach pożarowych wymaga określenia lokalizacji i mocy pożaru, scharakteryzowanej przez szybkość wydzielania ciepła (RHR).

Podstawę do oceny oddziaływań powstałych w pożarach samochodów w parkingach otwartych stanowi :
a) Szybkość wydzielania ciepła RHR [MW] w pożarze pojedynczego samochodu
b) Dane dotyczące propagacji pożaru pomiędzy samochodami
c) Statystyki pożarowe (liczba aut objętych pożarem, ich klasa, itp)
Analiza zachowania konstrukcji w warunkach pożarowych wymaga określenia lokalizacji i mocy pożaru, scharakteryzowanej przez szybkość wydzielania ciepła. Przy analizie scenariuszy pożarowych wykorzystuje się najczęściej auta klasy 3 (np. Passat, Laguna, Mondeo), co jest wynikiem analiz statystycznych rzeczywistych pożarów. Najwyższa wartość RHR dla samochodu klasy 3, rejestrowana po czasie 25 minut spalania auta wynosi 8,3 MW. Aby zapewnić w tym wypadku zgodnie z ISO jedno- lub dwugodzinną odporność ogniową, w przeciwpożarowym systemie zespolonym, wnęki dwuteowników słupów i belek można wypełnić betonem, wówczas belki i słupy przenoszą obciążenia wykorzystując działanie zespolone betonu i stali. Oprócz właściwości nośnych, beton stanowi również zabezpieczenie przeciwpożarowe, gdyż obudowana stal jest chroniona przed nagłym wzrostem temperatury. Elementy zachowują się też korzystnie w wypadku uderzeń samochodów, dzięki konstrukcji stalowej znajdującej się na obrysie.

Wg ECCS, aby móc rozważać rozwiązanie parkingu stalowego bez zabezpieczenia przeciwpożarowego, konieczne jest spełnienie następujących warunków: „Jeśli wymogi pożarowe stanowią, iż wymagana jest bierna ochrona przeciwpożarowa elementów, Inżynieria Pożarowa, wykorzystująca koncepcje naturalnego pożaru, może stanowić alternatywne dla standardowego podejścia wg ISO. Zastosowanie inżynierii pożarowej / koncepcji naturalnego pożaru jest akceptowane oraz dopuszczane przez normy europejskie”„W sytuacji pożarowej w otwartym parkingu, konstrukcja nośna nie ulegnie zniszczeniu przy braku zabezpieczenia p.poż.”. to sformułowanie zakłada, iż obiekt został zaprojektowany w oparciu o nowoczesne wymogi konstrukcyjne dla normalnych temperatur przy założeniu iż słupy i belki są stalowe, nie posiadają zabezpieczenia p.poż., pracują natomiast jako element zespolony z płytą żelbetową oraz że budynek jest użytkowany jako otwarty parking samochodowy na podstawie wytycznych użytkowych”

(Rys. 9,10)

Podstawowym założeniem niniejszego opracowania jest koncepcja naturalnego pożaru. Zakłada ona w uproszczeniu, iż w trakcie pożaru temperatura wewnątrz niezabezpieczonych elementów rośnie do pewnego poziomu. Koncepcja ISO  zakładała stały wzrost temperatury w nieskończoność. Empiryczne testy dowodzą, że krzywa ISO nie odzwierciedla przyrostu temperatury w konstrukcji parkingu. Odzwierciedleniem tych testów (rzeczywistości) jest krzywa naturalnego pożaru. Ta została potwierdzona szeregiem badań. Realistyczne scenariusze wykorzystane w badaniach symulowały najniekorzystniejsze sytuacje pożarowe dla elementów nośnych konstrukcji (słupów i belek). Symulacje przeprowadzone dla rzeczywistych otwartych parkingów stalowych pozwoliły nam wyciągnąć wnioski  w zakresie odporności ogniowej elementów i stabilności całej konstrukcji budynków garażowych. Badania wykazały, że lokalnie i w krótkim czasie maksymalne temperatury stali w niezabezpieczonych słupach i belkach, wahają się na poziomie 700°C. Nagrzanie elementów do tych wartości nie spowodowało uszkodzenia, wzrost temperatury nie doprowadził do zawalenia się lub choćby odkształcenia jakichkolwiek elementów. Wnioskuje się zatem, że wymogi pożarowe dopuszczają niezabezpieczone konstrukcje stalowe w parkingach otwartych. Inaczej niż ma to miejsce w wypadku parkingów zamkniętych lub podziemnych, gdyż podlegają one bardziej restrykcyjnym przepisom odporności ogniowej.

Wieloletnie doświadczenie w projektowaniu i stosowaniu Inżynierii Pożarowej - koncepcji naturalnego pożaru pokazało duże możliwości w optymalizacji konstrukcji, pełnego wykorzystania jej nośności i redukcji kosztów z zachowaniem w pełni bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Kilka przykładów realizacji obiektów bez jakiegokolwiek zabezpieczenia ogniowego, natomiast z wykorzystaniem koncepcji naturalnego pożaru. Podejście Inżynierii Pożarowej odnośnie projektowania otwartych parkingów jest z powodzeniem stosowane we Francji, Wielkiej Brytanii, Niemczech, Szwajcarii. Zaawansowane prace trwają we Włoszech i Hiszpanii w celu akceptacji owego podejścia i adaptacji przepisów.  W Polsce stalowe, otwarte, wielopoziomowe parkingi nadziemne również znalazły swoje miejsce, pierwszymi przykładami są: Katowice, Wrocław, Bydgoszcz oraz Siedlce.

 www.arcelormittal-warszawa.com
admin | dodano 2019-06-25
TAGI: Euro Parking