The field of structural fire engineering has evolved within the construction industry, driven largely by the acceptance of performance-based or goal-based design. This evolution has brought two disciplines very close together - that of structural engineering and fire engineering. This paper presents an overview of structural systems that are frequently adopted in tall building design; typical beams and columns, concrete filled steel tube columns and long span beams with web openings. It is shown that these structural members require a structural analysis in relation to their temperature evolution and failure modes to determine adequate thermal protection for a given fire resistance period. When this is accounted for, a more explicit understanding of the behaviour of the structure and significant cost savings can be achieved. This paper demonstrates the importance of structural fire assessments in the context of tall building design. It is shown that structural engineers are more than capable of assessing structural capacity in the event of fire using published methodologies. Rather than assumed performance, this approach can result in a safe and quantified design in the event of a fire.
In Our Country, the fire safety design is done by the standard furnace fire test. This is haphazard procedure, as the standard furnace fire endurance of structural elements has little relation to the structural element endurance in an actual Compartment fire. The standard furnace fire test results, though obtained at great cost, do not contribute to the understanding of the behavior of structural elements in an elevated temperature environment and can not be applied rationally in fire safety design. The response of a steel and reinforced concrete structure in fire is a very complex problem. Therefore, in this paper is explained about tendency of study for fire safety design in advanced nations.
A fundamental limitation of steel structures is the decrease in their load-bearing capacity at high temperatures in fire situations such that structural members may require some additional treatment for fire resistance. In this regard, this paper evaluates the structural stability of fire-resistant steel, introduced in the late 1999s, through tensile coupon tests and proposes some experimental equations for the yield stress, the elastic modulus, and specific heat. The surface temperature, deflection, and maximum stress of fire-resistant steel H-section columns were calculated using their own mechanical and thermal properties. According to a comparison of mechanical properties between fire-resistant steel and Eurocode 3, the former outperformed the latter, and based on a comparison of structural performance between fire-resistant steel and ordinary structural steel of equivalent mechanical properties at room temperature, the former had greater structural stability than the latter through $900^{\circ}C$.
The risk of progressive collapse in steel framed buildings under fire conditions is gradually rising due to the increasing use of combustible materials. The fire resistance of such steel framed buildings is evaluated by fire tests. Recently, the application of performance based fire engineering makes it easier to evaluate the fire resistance owing to various engineering techniques and fire science. The fire resistance of steel structural members can be evaluated by the comparison of the limiting temperatures and maximum temperatures of structural steel members. The limiting temperature is derived at the moment that the failure of structural member results from the rise in temperature and the maximum temperature is calculated by using a heat transfer analysis. To obtain the limiting temperatures for structural steel of grades SS400 and SM490 in Korea, tensile strength tests of coupons at high temperature were conducted. The limiting temperatures obtained by the tensile coupon tests were compared with the limiting temperatures reported in the literature and the results of column fire tests under four types of loading with different load ratios. Simple limiting temperature formulas for SS400 and SM490 steel based on the fire tests of the tensile coupons are proposed. The limiting temperature predictions using the proposed formulas were proven to be conservative in comparison with those obtained from H-section and hollow section column fire tests.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2008.11a
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pp.310-315
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2008
The objective of design for a post flash-over fire is contain the fire and prevent structural collapse, as necessary to meet the performance requirements. In the post flash-over phase of a fire all of the combustible objects in the compartment are burning and the heat release rate is limited either by the fuel surface area or the available air supply. So for the PBD situations, the process of evaluation method for fire phenomena is very important. It is the aim of this study to investigate and analyze the evaluation method of structural fire resistance in Japan.
In this article, the role of spans number and length in fire-resistance ratings (FRRs) of fireproofed steel frames are investigated. First, over a span-lengthening scenario, two one- and three-bay frames under the ISO834 fire are examined. It is shown that the FRRs of the frames rely highly on the changes made on their span length. Second, a building designed for three spans number of three, four, and five under natural fire is investigated. The beams are designed for two load-capacity-ratios (LCRs) of optimum and ultimate. The fire curves are determined through a probabilistic-based approach. It is shown that the structural vulnerability vastly increases while the number of spans decreases. The results show that for an optimum LCR, while the five-span frame can meet the required FRR in 87% of the fire scenarios, the four- and three-span frames can meet the required FRR in only 56%, and 50% of the fire scenarios, respectively. For an ultimate LCR, the five-, four- and three-span frames can meet the required FRR in 81%, 50%, and 37.5% of the fire scenarios, respectively. Functional solutions are then proposed to resolve the insufficiencies in the results and to rectify the application of the standard-based FRRs in the cases studied. The study here highlights how employing current standard-based FRRs can endanger structural safety if they are not connected to structural characteristics; a crucial hint specifically for the structural engineering community who may be not well familiar with the fundamentals of performance-based approaches.
This work introduces to the international scientific community the Chinese Code on fire safety design of steel building structures. The aim of the Code is to prevent the structure of a steel building subjected to fire from collapsing, ensure safe evacuation of building occupants, and reduce the cost for repairing the damages of the structure caused by fire. The main contents of the Code is presented in this paper, including the fire duration requirements of structural components, fundamental requirements on fire safety design of steel components, temperature increasing of atmosphere and components in fire, loading effect and capacity of various components in fire, and procedure for fire-resistant design of steel components. The analytical approach is employed in the Code and the effectiveness of the Code is validated through experiments.
Researches on fire resistant performance of primary structural elements such as columns and beams located at above the ground have actively been doing than those located at the below the ground from many researchers. But the structural elements such as columns at underground is very important in aspects of not only structural performance but also fire environment. The columns at the basement carry all the structural loads from the above and that means very critical in fire circumstances than that located at above the grounds. To evaluate the fire resistance performance of primary structural elements located at below the ground we conducted several sorts of surveys that contained fire regulations from several countries and structural types, materials and status of passive fire protection methods.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.2
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pp.137-145
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2023
This paper presents the effects of fire-resistant materials on the temperature and vertical deflection of a composite beam exposed to fire through nonlinear thermo-mechanical analysis. The fire was modeled using the standard fire curve proposed in American Society for Testing and Materials (ASTM) E119. Fire-resistant materials were modeled by reducing the heat transfer coefficient from the air layer to the beam. The temperature and vertical deflection of the uncoated composite beam were measured using a laboratory fire test, and the results of the structural fire analysis were verified through comparison with experimental results. By introducing the fire-resistance effect, the reduction in the temperature and deflection of the beam for the ASTM E119 standard fire can be reasonably estimated. Based on a case study of the heat transfer coefficient, the fire-resistant effect on the thermo-mechanical response of a composite beam in the event of a fire is presented.
Steel framed building can be destroyed due to deteriation of structural stabilities in a fire. This leads a TMC Fire Resistant Steels and this study analyzed the structural stabilities such as a deflection and a reduction of maximum load capacity for the structural beams built with a TMC Fire Resistant Steel. In this study the structural stabilities were evaluated using a mechanical properties in high temperatures not only a heat transfer theory but a heat stress anlaysis with a statistically determinated beam and a statistially indeternated one. The results showed that a TMC Fire Resistant Steels demonstrated a little lower those of Fire Resistant Steels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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