Υπολογιστική προσομοίωση συμπεριφοράς συστημάτων υαλοπετασμάτων έναντι φωτιάς

Σαμαράκης, Δημήτρης

dc.contributor.author	Σαμαράκης, Δημήτρης
dc.date.accessioned	2020-12-30T08:23:35Z
dc.date.available	2020-12-30T08:23:35Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52715
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20413
dc.rights	Default License
dc.subject	υαλοπέτασμα/φωτιά/CFD/πυροπροστασία/FDS	el
dc.title	Υπολογιστική προσομοίωση συμπεριφοράς συστημάτων υαλοπετασμάτων έναντι φωτιάς	el
dc.contributor.department	Υπολογιστική Μηχανική	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υπολογιστική μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-23
heal.abstract	Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε με σκοπό τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των συστημάτων υαλοπετάσματος σε μεγάλα κτήρια όταν αυτά τεθούν έναντι συνθηκών φωτιάς. Αρχικά έγινε μια ιστορική αναδρομή στις σημαντικότερες θεωρητικές και πειραματικές μελέτες πάνω στο αντικείμενο. Κυριότερο συμπέρασμα αυτών των εργασιών ήταν ότι πρέπει να δίνεται μεγάλη προσοχή στα σημεία στήριξης των υαλοπινάκων που απαρτίζουν τα υαλοπετάσματα. Οι υαλοπίνακες που υπόκεινται σε θερμική καταπόνηση εμφανίζουν συνήθως αστοχίες στα σημεία στήριξής τους ανεξαρτήτως του τρόπου στήριξης (σημειακή στήριξη ή πλαίσιο). Βασικό συμπέρασμα ήταν επίσης το ότι ο παράγοντας που οδηγεί σχεδόν πάντα τους υαλοπίνακες σε αστοχία είναι η διαφορά θερμοκρασίας που αναπτύσσεται μεταξύ διαφορετικών περιοχών του γυαλιού. Το εύρος τιμών της διαφοράς θερμοκρασίας που προκαλεί αστοχία στο γυαλί είναι συνήθως μεταξύ 50°C και 200°C, ανάλογα με τον τύπο γυαλιού που χρησιμοποιείται. Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι υπολογιστικές μελέτες που έχουν καταπιαστεί με το ζήτημα της συμπεριφοράς των υαλοπετασμάτων έναντι φωτιάς. Η περιορισμένη βιβλιογραφία αλλά και τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι υπολογιστικές προσομοιώσεις έναντι των πειραματικών μελετών (λιγότερο κοστοβόρες και χρονοβόρες μελέτες) οδήγησαν την παρούσα εργασία στη μοντελοποίηση δύο συνηθισμένων τύπων γυάλινης πρόσοψης σε διώροφο κτήριο υπό συνθήκες φωτιάς. Αναγκαίο βήμα πριν την μοντελοποίηση των γυάλινων προσόψεων ήταν η μελέτη πιστοποίησης του υπολογιστικού κώδικα που χρησιμοποιήθηκε και η επιλογή των ιδανικότερων προσεγγιστικών μοντέλων για το συγκεκριμένο τύπο προβλήματος. Έτσι μοντελοποιήθηκε η συμπεριφορά ενός υαλοπίνακα διπλής υάλωσης, από ανοπτυμένο (annealed) γυαλί και με διάκενο από αέρα, σε συνθήκες φωτιάς και τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα πειραματικής μελέτης που πραγματοποιήθηκε κάτω από τις ίδιες συνθήκες φωτιάς και του ίδιου υαλοπίνακα. Από τη σύγκριση των προσομοιώσεων με το πείραμα και θεωρώντας δεδομένο το μεγάλο βαθμό πολυπλοκότητας των φαινομένων που αναπτύσσονται, προέκυψε ότι τα υπολογιστικά αποτελέσματα ήταν αρκετά κοντά στα πειραματικά καθώς το μέσο σφάλμα τους σε σχέση με τα αποτελέσματα του πειράματος ήταν κάτω από 20%. Με βάση λοιπόν τις ιδανικές ρυθμίσεις του υπολογιστικού κώδικα και τη χρήση των βέλτιστων μοντέλων, που διαπιστώθηκαν στη μελέτη πιστοποίησης, πραγματοποιήθηκαν οι προσομοιώσεις για τους δύο τύπους υαλοπετάσματος του διώροφου κτηρίου και για διάρκεια φωτιάς εξήντα λεπτών. Η διαφορά των δύο συστημάτων υαλοπετάσματος έγκειται στη χρήση ή μη, πυράντοχων υαλοπινάκων στην περιοχή γύρω από την πλάκα σκυροδέματος που διαχωρίζει τους δύο ορόφους του κτηρίου (περιοχή με το μεγαλύτερο ενδιαφέρον), ώστε να αποφευχθεί η μετάδοση της φωτιάς από τον κατώτερο όροφο στον ανώτερο. Παράλληλα και στα δύο συστήματα υαλοπετάσματος, το διάκενο μεταξύ της πλάκας σκυροδέματος και των υαλοπινάκων της πρόσοψης ήταν μονωμένο με πετροβάμβακα. Οι προσομοιώσεις οδήγησαν σε αρκετά λογικά αποτελέσματα. Η χρήση πυράντοχων υαλοπινάκων προσέφερε μεγαλύτερη ασφάλεια σε σχέση με τους μη πυράντοχους καθώς κανένας υαλοπίνακας της περιοχής γύρω από την πλάκα δεν αστόχησε. Παράλληλα όμως διαπιστώθηκε ότι στο σύστημα με τους μη πυράντοχους υαλοπίνακες, στην περιοχή γύρω από την πλάκα μπορεί να αστόχησαν κάποιοι υαλοπίνακες ωστόσο κανένας από αυτούς δεν κατέρρευσε. Αυτό αποτελεί σημαντικό γεγονός καθώς επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το κόστος της κατασκευής του υαλοπετάσματος αφού οι πυράντοχοι υαλοπίνακες είναι σημαντικά ακριβότεροι από τους μη πυράντοχους. Συμπερασματικά, για τις συνθήκες φωτιάς και για τα συστήματα υαλοπετάσματος που διερευνήθηκαν διαπιστώθηκε ότι το σημαντικότερο ρόλο στα δύο αυτά συστήματα, ως προς το θέμα της πυροπροστασίας, τον έπαιξε η χρήση του πετροβάμβακα για τη μόνωση του διάκενου μεταξύ πλάκας και γυάλινης πρόσοψης και δευτερεύοντα ρόλο έπαιξαν οι δύο διαφορετικοί τύποι υαλοπινάκων που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την περιοχή της πρόσοψης.	el
heal.abstract	This thesis was carried out with the aim of investigating the behavior of glass façade systems under fire conditions. First of all, a literature review was made in order to understand the core of this fire safety issue. Main conclusion of the literature was that great attention should be paid to the ways of supporting the glass panes of the façade. The first cracking of a glass pane exposed to fire, often occurs near its frame or its point-supported system. Also an important issue that should be always investigated is the critical breakage temperature differences between the exposed to fire regions of the glass and the unexposed regions such as the ambient side of the glass and the shaded regions under the frame of the glass pane. The range of the critical breakage temperature difference is usually between 50°C and 200°C depending on the glass type. Both the limited literature regarding computer modeling of glass facades exposed to fire and the advantages of numerical simulations over experimental studies (cheaper and time consuming studies) led us to the modeling of two common types of glass façade on a two-storey building under fire conditions. A necessary step before the modeling of the two façade systems was a validation testing of the CFD software that was used. At the validation testing, numerical simulations were conducted in order to find the most suitable combination of the software settings and physical models for a double glazed unit (DGU) modeling. The double glazed unit and the fire conditions were the same with an experimental study and the results of the numerical simulations had approximately 18% error related to the experimental results. Finally, the two façade systems modeling was made using the most suitable software settings and physical models from the validation tests. The only difference between the two façade systems was that in the first, only non-fire rated DGUs were used while in the second system, fire rated DGUs were used near the concrete slab. Also both the two systems used mineral wool as insulation in the gap between the slab and the facade. Numerical results of the second façade system (with fire rated glass) show that this system is safer than the first (without fire rated glass) as no breakage occurred at the glass panes near the slab. On the other hand, the results of the first system modeling show that the facade near the slab cracked but no glass pane failed in this area and this was a very important fact. The use of non fire rated glazing is a much cheaper solution, so the fact that not the glass but the insulation material (mineral wool) improves the fire resistance of the façade system, gives the opportunity of constructing safe and cheaper glazed facades.	en
heal.advisorName	Φούντη, Μαρία
heal.advisorName	Κολαΐτης, Διονύσης
heal.committeeMemberName	Φούντη, Μαρία
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	179
heal.fullTextAvailability	false