Η παρούσα διπλωματική εργασία  εξετάζει το σχεδιασμό έναντι πυρκαγιάς, ο οποίος αποτελεί μια σημαντική και απαραίτητη προϋπόθεση για το σχεδιασμό κτιρίων και έργων πολιτικού μηχανικού. Όλα τα κτίρια πρέπει να πληρούν ορισμένες λειτουργικές απαιτήσεις και αυτά συνήθως συνδέονται με το σκοπό και το ύψος του κτιρίου. Η πιο σημαντική απαίτηση είναι το κτίριο να διατηρήσει τη σταθερότητά του για ένα εύλογο χρονικό διάστημα. Η πιο κοινή μέθοδος σχεδιασμού έναντι πυρκαγιάς είναι να σχεδιαστεί το κτίριο για φόρτιση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και στη συνέχεια να καλυφθούν τα χαλύβδινα μέλη με  υλικά πυροπροστασίας για να διασφαλιστεί ότι δεν θα ξεπεραστεί μία συγκεκριμένη θερμοκρασία.

Η διαδικασία σχεδιασμού του Ευρωκώδικα μπορεί να απλοποιηθεί σε τρία βήματα που είναι ο χαρακτηρισμός του μοντέλου πυρκαγιάς, η μελέτη της διανομής της  θερμοκρασίας εντός της κατασκευής και η εκτίμηση της απόκρισης της κατασκευής στη φωτιά. Πληροφορίες για τις θερμικές δράσεις για την ανάλυση της θερμοκρασίας δίνονται στο EN1991-1-2 και η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της αύξησης της θερμοκρασίας των δομικών μεταλλικών μελών (είτε είναι μονωμένα είτε μη μονωμένα) βρίσκεται στο ΕΝ1993-1-2. Οι διαδικασίες σχεδιασμού για την επίτευξη αντοχής ορίζεται στο πρότυπο EN 1993, αλλά οι δράσεις (ή τα φορτία) που θα χρησιμοποιηθούν  λαμβάνονται από τα σχετικά μέρη του EN 1991. Για την καλύτερη κατανόηση των κειμένων αυτών, πραγματοποιήθηκαν αριθμητικές εφαρμογές.

Αρχικά, στο 1^ο κεφάλαιο μελετώνται οι παραμετρικές καμπύλες θερμοκρασίας – χρόνου (παράρτημα Α του ΕΝ 1991.1.2). Οι καμπύλες αυτές σχεδιάστηκαν ώστε να λαμβάνονται υπόψη τα χαρακτηριστικά του πυροδιαμερίσματος (αερισμός, περίβλημα, πυροθερμικό φορτίο). Επίσης εκτιμάται η συμπεριφορά του χάλυβα σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι θερμικές ιδιότητες του χάλυβα εξαρτώνται από τη μεταβολή της θερμοκρασίας. Αναφέρονται επίσης οι τύποι που σχετίζουν τη μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα με την αναπτυσσόμενη θερμοκρασία στο χάλυβα μονωμένου και μη μέλους. Τέλος αναφέρονται κάποια παραδείγματα στα οποία υπολογίζονται οι παραμετρικές καμπύλες για δεδομένα στοιχεία πυροδιαμερίσματος.

Στο 2^ο σχετίζεται με τις θερμικές δράσεις που αναπτύσσονται στα εξωτερικά μέλη μιας κατασκευής (παράρτημα Β, ΕΝ1991.1.2). Αρχικά εκτιμούνται οι συνθήκες πυροδιαμερίσματος (θερμοκρασία, διαστάσεις φλόγας) για συνθήκες με ή χωρίς ρεύμα αέρα και στη συνέχεια προσδιορίζεται η θερμοκρασία του χαλύβδινου εξωτερικού μέλους.

Στο 3^ο αναφέρεται η ειδική περίπτωση των τοπικών πυρκαγιών (παράρτημα C). Γίνεται εκτίμηση των θερμικών δράσεων (με τη βοήθεια ενός αριθμητικού παραδείγματος) για την περίπτωση που οι φλόγες δεν αγγίζουν το δομικό μέλος και για την περίπτωση που οι φλόγες το περιβάλλουν.

Αντικείμενο του 4^ου  κεφαλαίου είναι η εκτίμηση της πυκνότητας του πυροθερμικού φορτίου q_f,d (παράρτημα Ε)..

Το 5ο κεφάλαιο υποδεικνύει τον τρόπο υπολογισμού του ισοδύναμου χρόνου έκθεσης στην πυρκαγιά te,d, του χρόνου δηλαδή στον οποίο λαμβάνουμε το ίδιο θερμικό αποτέλεσμα από την πρότυπη καμπύλη ISO και την αντίστοιχη παραμετρική (παράρτημα F).

Το 6ο κεφάλαιο εισάγει την αντοχή σύμμικτων στοιχείων σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο υπολογισμός   των αντοχών των στοιχείων αυτών πραγματοποιείται με βάση τις απαιτήσεις του Ευρωκώδικα 4 μέρος  1-2.

Έχουν μελετηθεί  και πραγματοποιηθεί δύο περιπτώσεις-αριθμητικές εφαρμογές εμπνευσμένες από τα παραρτήματα του EN1994-1-2 και συγκεκριμένα από τα παραρτήματα D και G. Στο τέλος κάθε εφαρμογής ακολουθούν τα συμπεράσματα και κάποιες παρατηρήσεις καθώς και επιπλέον διερεύνηση με αριθμητικά παραδείγματα και σύγκριση αντοχών.

1η Αριθμητική Εφαρμογή: 

Υπολογισμός αντοχής απροστάτευτης σύμμικτης πλάκας, με χαλυβδόφυλλο τραπεζοειδούς διατομής, που εκτίθεται σε πυρκαγιά κάτω από την πλάκα σύμφωνα με την πρότυπη καμπύλη θερμοκρασίας-χρόνου.

Πραγματοποιήθηκε επίλυση μιας δεδομένης του εμπορίου σύμμικτης πλάκας που αποτελεί φέρων στοιχείο σε εμπορικό κέντρο. Αρχικά επιλέχθηκε δείκτης πυραντίστασης και έγινε έλεγχος σε φάση κατασκευής και φάση λειτουργίας σε συνήθεις συνθήκες. Έπειτα ακολούθησε ο έλεγχος σε κατάσταση πυρκαγιάς. Εξετάστηκε το εύρος εφαρμογής των γεωμετρικών στοιχείων, το κριτήριο μονωτικής ικανότητας και το κριτήριο φέρουσας ικανότητας. Εξακριβώθηκε η επάρκεια της σύμμικτης διατομής σε κατάσταση πυρκαγιάς με τον προεπιλεγμένο δείκτη πυραντίστασης.

Στη συνέχεια ακολουθούν παρατηρήσεις και συμπεράσματα που προκύπτουν από την πορεία επίλυσης. Έπεται η διερεύνηση που επικεντρώνεται στη σημασία καταρχήν ύπαρξης των ευθύγραμμων ράβδων οπλισμού στις νευρώσεις του χαλυβδόφυλλου και κατ’επέκταση της θέσης τους και επικάλυψή τους από το σκυρόδεμα. Αποδεικνύεται ότι εφόσον έχουν επαρκή επικάλυψη αποτελούν τον οπλισμό που δίνει την απαιτούμενη εφελκυστική αντοχή σε κατάσταση πυρκαγιάς. Κρίσιμος επίσης και ο άνω πρόσθετος οπλισμός (εσχάρα) που οφείλεται στις αρνητικές ροπές. Ως συντηρητική προσέγγιση, μπορεί να αμελείται η συμβολή του χαλύβδινου καταστρώματος στην αρνητική ροπή αντοχής σε κάμψη.                                                      

2η Αριθμητική Εφαρμογή: 

Χρήση προσομοιώματος ισόρροπου αθροίσματος για τον υπολογισμό της αντοχής έναντι πυρκαγιάς δεδομένου σύμμικτου υποστυλώματος με μερικώς εγκιβωτισμένη διατομή χάλυβα για κάμψη περί του αδύναμου άξονα, το οποίο εκτίθεται σε πυρκαγιά γύρω από το υποστύλωμα σύμφωνα με την πρότυπη καμπύλη θερμοκρασίας χρόνου.Επαλήθευση βάσει των πινακοποιημένων δεδομένων.

Έγινε αρχικά επιλογή σύμμικτης διατομής και δεδομένων άσκησης. Ορίστηκε ο δείκτης πυραντίστασης. Καταρχήν πραγματοποιήθηκε έλεγχος σε συνήθεις συνθήκες και έγινε υπολογισμός του αξονικού φορτίου λυγισμού σχεδιασμού. Εξακριβώθηκε η επάρκεια. Στο σχεδιασμό έναντι πυρκαγιάς ελέχθησαν  αν τα γεωμετρικά στοιχεία της διατομής βρίσκονται στο πεδίο εφαρμογής και στη συνέχεια υπολογίστηκε για κάθε ένα από τα μέλη ξεχωριστά η μειωμένη τιμή σχεδιασμού της πλαστικής αντοχής σε αξονική θλίψη και η μειωμένη δυσκαμψία σε κάμψη. Το άθροισμα των επιμέρους αποτελεί την πλαστική αντοχή σε αξονική θλίψη της συνολικής σύμμικτης διατομής. Ακολουθεί ο υπολογισμός αξονικού φορτίου λυγισμού στην κατάσταση πυρκαγιάς και η επιβεβαίωση επάρκειας. Στη συνέχεια έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων  αυτών με τα πινακοποιημένα αποτελέσματα και εξαγωγή συμπερασμάτων.

Στο πλαίσιο της περαιτέρω διερεύνησης επιλύθηκαν δύο επιπλέον αριθμητικές εφαρμογές με  τα ίδια ακριβώς δεδομένα με την πρώτη αλλά με αναβάθμιση της ποιότητας σκυροδέματος στην πρώτη και της ποιότητας δομικού χάλυβα στη δεύτερη. Γίνεται εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων ως προς την αντοχή της σύμμικτης διατομής με το δεδομένο δείκτη πυραντίστασης.