Viime vuosina rakenteellinen palosuunnittelu on läpikäynyt siirtymää nykyisistä ”taulukkomitoitus” säännöistä suoritusperusteisiin tai toiminnallisiin menetelmiin. Avain toiminnallisessa paloturvallisuussuunnittelussa on FEA-tekniikoiden hyödyntäminen palossa olevan rakennuksen rakenteellisen vasteen simuloimiseksi. Tämä rakenteiden todelliseen suorituskykyyn perustuva toiminnallinen palosuunnittelu, FE-simulaatioita hyödyntäen, voi tuoda rakennuksen omistajalle huomattaviakin säästöjä rakennushankkeissa.
Viime vuosikymmeninä ymmärrys rakenteiden käyttäytymisestä palossa on lisääntynyt huomattavasti. Myös ohjelmistojen toimintoja on kehitetty rakenteelliseen paloanalyysiin sopivammiksi. Keskeisissä analyysimenetelmissä on kuitenkin vielä kehitettävää, vertailtavaa ja validoitavaa palotestitietoja hyödyntäen. Analyysien syötetietoja tulee tehdä saavutettavammiksi rakenteellista paloanalysointia varten.
Tämä projekti pitää sisällään olennaisten analyysitekniikoiden kehittämistä tärkeimpiä kaupallisia ohjelmistoja hyödyntäen rakennusten palosuunnittelussa, tiedon siirtämistä suomalaisille suunnittelutoimistoille sekä tutkijoille (rakenteiden toiminnallisen palosuunnittelun koulutukset, suurten kaupallisten ohjelmistojen analysointitekniikat), sekä tieteellisiä tutkimusjulkaisuja.
Tämä projektiraportti esittelee vuosina 2019-2021 tehtyä tutkimustyötä. Vuonna 2019 tehtiin teräksen, betonin, eristeiden, paisuvan maalin, ja muun palosuojauksen lämpötilariippuvaisten lämpömateriaalitietojen kartoitusta ja validointia. Lämpötila-analyysit suoritettiin kolmelle palotestisarjalle käyttämällä Ls-Dynaa tärkeimpien rakennusmateriaalien lämpötietojen validoimiseksi. Rakenteelliset paloanalyysit neljälle palotestisarjalle suoritettiin kehitettyjen menetelmien ja numeeristen tekniikoiden oikeellisuuden varmistamiseksi. Kehitetyt rakenteelliset paloanalyysimenetelmät ja tekniikat, joissa käytetään Ls-Dynaa, validoidaan sekä palkki- että kuorielementeillä toimiviksi.
Vastaavasti, vuoden 2020 tutkimustyöhön sisältyi lämpötila-analyysejä kolmesta palotestisarjasta Abaqusilla. Rakenteelliset paloanalyysit kolmelle palotestisarjalle suoritettiin kehitettyjen menetelmien ja numeeristen tekniikoiden validoimiseksi. Kehitetyt rakenteelliset paloanalyysimenetelmät ja -tekniikat, Abaqusia käyttäen, on validoitu sekä palkki- että kuorielementeille. Kehitettyjen tekniikoiden toimivuuden varmistamiseksi suoritettiin vielä rakenteellinen paloanalyysi yksikerroksiselle teolliselle referenssirakennukselle. Referenssirakennus on suunniteltu jäykkiä ristikkorakenteita sekä tuulta kantavia jäykisteitä hyödyntäen, ja lisäksi rakenteelliset paloanalyysit on suoritettu Ls Dynalla sekä Abaquksella.
Näitä analysoituja testitapauksia jatkokehitettiin ymmärrettäviksi malliesimerkeiksi, joita voidaan hyödyntää opetus- ja koulutustarkoituksissa. Nämä malli- ja syötetiedostot jatkokehitetiin koneluettavaan muotoon sekä kommentoitiin ymmärrettävästi. Syötetiedostot voidaan laittaa suoraan FE-ratkaisijaan tai tuoda muuhun esikäsittelyohjelmistoon käytettävän mallinnustekniikan ymmärtämiseksi paremmin. Projektissa kehitettiin runsaasti koulutusmateriaaleja, kuten vaiheittaiset ohjeet rakenteiden paloanalyysien toteuttamiseksi ABAQUS- ja Ls-Dyna-ohjelmistoilla, PowerPoint-esitys sekä opetusvideoita, jotka esittelivät koko rakenteellisen paloanalyysin prosessin alusta loppuun mukaan lukien lämpö- ja rakenneanalyysit. Kehitetyt opetusvideot ja syötetiedostot ladattiin YouTubeen ja GitHubiin, jotta kuka vain voisi opiskella vapaasti rakenteellista paloanalyysiä niiden avulla.