When a building is exposed to fire, it is required to remain structurally stable for a period of time. The regulations do however allow some types of localised failures within this time frame. The damage area of these failures must be contained and remain proportional to the initial triggering action and not continue into a widespread collapse, commonly referred to as a progressive collapse. In order to prevent progressive collapses, it is necessary to first identify which types of failures that could result in a progressive collapse. In a recent study (Iqbal N., Ph.D. thesis, Luleå University of Technology, 2016), single-storey steel frame buildings affected by localised fires were analysed. In the study it was identified that an initial failure in the truss’ top chord could potentially result in a progressive collapse. The reason for this is because when the top chord fails, the truss and its roof sheeting deflect and transitions into only handling catenary forces. The catenary forces present in the roof sheeting are then transferred to the adjacent trusses which therefore risks collapsing. The analysis could however not determine the possibility of progressive collapses and how factors such as truss span length affect the possibility of progressive collapses. The purpose of this thesis therefore became to analyse how span length affect the roof sheeting’s catenary forces and try to determine if a failure in the top chord could result in a progressive collapse. To answer this, finite element analyses where conducted on two different truss models with varying span lengths, i.e. 18- and 36-meter. Each model consisted of three trusses along with columns, bracings, and roof sheeting. Additionally, a hand calculation model was adopted to determine the strength of the catenary forces. From the finite element analysis, it could be seen that the adjacent trusses of the 36-meter truss model became grossly deformed. Hence indicating that a longer span length would increase the possibility of a progressive collapse. However, the hand calculation model used to calculate the strength of the catenary forces indicated that catenary forces present in the roof sheeting of the longer truss model, was relatively weak compared to the shorter truss model. The reason for this could not be determined, but some adjustments to the hand calculation model might be necessary to make it compatible with the analysed truss model. Consequently, it was impossible to determine the possibility of a progressive collapse. Additionally, during this work it was identified that other factors, such as truss model, bay length and roof sheeting thickness, could affect the possibility of progressive collapses. Hence, further work is necessary to determine the possibility of a progressive collapse. / När en byggnad utsätts för brandpåverkan ska den förbli strukturellt stabil under en viss tidsperiod. Regelverken tillåter dock att vissa typer av lokala skador inträffar redan under denna tidsperiod. Dessa skador måste begränsas till en viss area och förbli proportionerliga mot den initiala skadan och inte resultera i utbredda kollapser, det vill säga fortskridande ras. För att kunna förhindra fortskridande ras är det nödvändigt att först identifiera vilka typer av skador som skulle kunna resultera i fortskridande ras. I en relativt ny analys (Iqbal N., Doktorsavhandling, Luleå tekniska universitet, 2016) analyserades den bärande konstruktionen i enplans stålhallar då konstruktionen utsattes för lokala bränder. Där det identifierades att ett brott i balkens överram eventuellt skulle kunna resultera i ett fortskridande ras. Brottet i överramen medförde nämligen att balken och dess takplåt sjönk ihop och övergick till att endast hantera linkrafter. Takplåtens linkrafter fördelades ut till de angränsade balkarna som därmed riskerade att kollapsa. Analysen kunde dock inte verifiera att ett fortskridande ras var möjligt eller avgöra hur faktorer såsom balkspännvidd påverkade sannolikheten för ett fortskridande ras. Syftet med detta arbete blev därför att analysera om balkspännvidd påverkade takplåtens linkrafter samt att försöka avgöra om ett brott i överramen kan resultera i ett fortskridande ras eller inte. För att besvara detta genomfördes finita elementanalyser på en 18- och en 36-meter lång balk. Varje modell bestod av tre balkar med tillhörande pelare och takplåt. För att sedan kunna uppskatta styrkan av linkrafterna i takplåten tillämpades en handberäkningsmodell. Resultatet från finita elementanalyserna visade att den längre balkmodellen utsattes för högre påkänningar i jämförelse med den kortare balkmodellen. Detta indikerar att en längre spännvidd ökar sannolikheten för fortskridande ras. Handberäkningsmodellen som användes för att beräkna styrkan av linkrafterna gav dock generellt mindre linkrafter för den längre balkmodellen jämfört med den kortare balkmodellen. Anledningen till detta gick inte att fastställa men det skulle kunna vara så att handberäkningsmodellen behöver justeras för att kunna tillämpas på den undersökta balkmodellen. I och med detta var det omöjligt att avgöra sannolikheten för ett fortskridande ras. Under detta arbete identifierades det även att andra faktorer så som balkmodell, centrumavstånd mellan fackverk och plåttakstjocklek skulle kunna påverka linkrafternas styrka. På grund av detta är fortsatt arbete nödvändigt för att kunna avgöra möjligheten och sannolikheten för ett fortskridande ras.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-80606 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Hedlund, Tim |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Byggkonstruktion och brand |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0024 seconds