BRANNSIKRE BYGG i mur og betong Norge er på verdestoppen når det gjelder materielle skader forårsaket av brann og har en nedslående statistikk også når det gjelder omkomne. Mur og betong gir robuste løsninger. Passiv brannsikring virker også den dagen brann oppstår, slik at konsekvensene blir minimalisert. Tekst: Sivilingeniør Bjørn Vik, BMB Ill.: yaymicro.com og M. Langvik Brannvernsamarbeidet mur og betong arbeider for å synliggjøre mur- og betong produktenes fortrinn innen bygnings messig brannvern. BMB drives faglig og administrativt i nært samarbeid med bransjeorganisasjonen Byggutengrenser. Mur og betong brenner ikke har stor varmekapasitet som kjøler ned brannen, forlenger tiden til overtenning og forsinker varmegjennomtrengning opprettholder tilfredsstillende bæreevne og stabilitet gjennom et fullstendig brannforløp i brannskillende konstruksjoner hindrer brannspredning gir enkle løsninger med stor sikkerhet mot feil under prosjektering og utførelse gir varig vern mot brann som følge av bestandighet kan normalt rehabiliteres etter en brann betong 1 2015 39
Regelverket Plan- og bygningsloven med tilhørende forskrifter gjennomgikk grunnleggende endringer i 1997, hvoretter det ble stilt vesentlig strengere krav til kontroll og dokumentasjon enn hva bransjen var vant med tidligere. Noen mindre endringer og justeringer i regelverket ble gjennomført i 2003 og 2007. I 2010 ble det gjennomført en runde med temmelig omfattende endringer igjen, både mht. materielle krav og krav relatert til gjennomføring og kontroll i selve byggesaken. Resultatet av denne langsomme papirrevolusjonen er foreløpig ikke sporbar i brannstatistikken. TEK10 beskriver de materielle kravene til byggverk, formulert som funksjonskrav. Tilhørende veiledning VTEK10 definerer sikkerhetsnivået myndighetene krever i et byggverk, formulert som preaksepterte ytelser hos bygningsdeler, komponenter og installasjoner. Når hele settet av ytelser er oppfylt, er også funksjonskravene i TEK oppfylt. Prosjekteringsanvisningen Mur og betong i bygningsmessig brannvern beskriver løsninger som oppfyller ytelseskravene, også kalt preaksepterte løsninger. betong 1 2015 40 Eksempel For å illustrere brannaspektet i en byggeprosess fra planlegging til ferdigstillelse, velger vi oss en boligblokk i fem etasjer Prosjekteringsanvisningen Mur og betong i bygningsmessig brannvern kan lastes ned gratis fra BMBs hjemmeside www.brannmurbetong.no. Innledningsvis gis en kort inn føring i brannteknisk prosjektering, med referanse til preaksepterte ytelser i Veiledning til teknisk forskrift (VTEK). Hovedinnholdet er løsninger i mur og betong som tilfredsstiller forskriftenes ytelseskrav. Den primære målgruppen er de prosjekterende, med høyskolene som sekundær målgruppe. Gjeldende utgave fra 2014 fanger opp endringer i forskrifter og standarder siden forrige revisjon i 2005. Boken er et samarbeidsprosjekt mellom Norsk Betong forening og BMB, med støtte også fra Finans Norge og Direktoratet for byggkvalitet. Begreper og definisjoner Nye felleseuropeiske betegnelser i forbindelse med brannteknisk klassifisering av materialer og bygningsdeler ble innført i 1997. I en svært lang overgangsperiode vil både gamle og nye klassebetegnelser bli benyttet om hverandre. I VTEK er de gamle betegnelsene fortsatt oppført i parentes. BYGGEMATERIALENES EGENSKAPER VED BRANNPÅVIRKNING skal deklareres etter NS-EN 13501-1. De gamle betegnelsene A (ubrennbart) og B (brennbart) går etter hvert ut og blir erstattet av nye europeiske betegnelser: A1 F Brennbarhet, hvor A1 er beste klasse s1 s3 Røykpoduksjon ved brann, hvor s1 er beste klasse d0 d2 Brennende dråper ved brann, hvor d0 er beste klasse Mur og betong har klasse A1-s1,d0 BYGNINGSDELENES BRANNMOTSTAND er definert i NS-EN 13501-2 hvor de viktigste klassene er: R E I M for lastbærende evne, dvs. evnen til å motstå brannpåkjenning på én eller flere sider for integritet, dvs bygningsdelens evnen til å motstå gjennomtrengning av flammer og/eller varme branngasser for isolasjon, dvs evnen til å motstå brannpåkjenning på én av sidene, uten at brannen overføres til baksiden på grunn av varmegjennomgang (varmeledning) for mekanisk motstandsevne, dvs evnen til å motstå en normert mekanisk belastning ved brann
M-klassifisering er basert på en europeisk prøvningsmetode, NS-EN 1363-2 som ble vedtatt i 1999. I VTEK angis at «dersom ikke kriterier i den europeiske standarden legges til grunn for klasse M, vil bygningsdel benevnt M forutsettes oppført i mur eller betong». Forskriftenes M-krav gjelder for brannseksjonerende vegger og brannvegger (branngavler) som forutsettes å beholde nødvendig bæreevne gjennom et fullstendig brannforløp. Brannkonsept Brannteknisk prosjektering foretas i de fleste byggeprosjekter av spesialrådgivere, kalt RIBR (rådgivende ingeniør brannsikkerhet). I de fleste byggeprosjekter er det også krav om uavhengig kontroll av brannkonseptet. Brannkonseptet skal som hovedregel være klart ved søknad om rammetillatelse og legger føringer for de andre fagene når det kommer til detaljprosjekteringen. I et brannkonsept er det en rekke forutsetninger som legges til grunn og som skal være beskrevet i branndokumentasjonen. Slike forutsetninger kan være: byggverkets bruk eller virksomhet antall mennesker eller husdyr arealer og antall etasjer plassering i forhold til nabobebyggelse oppdeling i brannseksjoner og brannceller tilgjengelighet og atkomst for brannvesenets høyderedskaper Risikoklasser og brannklasser Virksomhet Risikoklasse Garasje, trelastopplag, arbeidsbrakke, fryselager 1 Industri, lager, kontor, P-hus, driftsbygning i landbruket 2 Barnehage, skole 3 Bolig, studentbolig, fritidsbolig 4 Salgslokale, forsamlingslokale, kirke, museum 5 Overnatting, sykehus, fengsel, pleieinstitusjon, omsorgsbolig Tabell 1: Eksempler på virksomhet og tilhørende risikoklasser (RKL) Risikoklassen er en skjematisk måte å beskrive byggverkets bruk, og er sammen med antall tellende etasjer med på å definere byggverkets brannklasse. Brannklassen avgjør hvilke ytelseskrav det skal settes til bærende og skillende konstruksjoner. 6 brannenergi (summen av løst inventar og brennbare bygningsmaterialer) Risikoklasse Antall etasjer 1 2 3 og 4 5 eller flere 1 - BKL 1 BKL 2 BKL 2 2 BKL 1 BKL 1 BKL 2 BKL 3 3 BKL 1 BKL 1 BKL 2 BKL 3 4 BKL 1 BKL 1 BKL 2 BKL 3 5 BKL 1 BKL 2 BKL 3 BKL 3 6 BKL 1 BKL 2 BKL 2 BKL 3 Tabell 2. Bygningers brannklasse (BKL) Mur og betong i brannskillende konstruksjoner hindrer brannspredning Vår boligblokk tilhører risikoklasse 4, og med fem tellende etasjer skal byggverket prosjekteres i brannklasse 3. For å prosjektere i brannklasse 3 kreves det at ansvarlig foretak har faglig ledelse med mastergrad og minst åtte års relevant praksis. Det er også krav til uavhengig kontroll av brannkonseptet, foretatt av et annet foretak med samme kompetanse. Brannkonseptet bestående av en konseptrapport med tilhørende branntegninger skal foreligge ved rammesøknad, men kontrollen trenger ikke være gjennomført før ved igangsettingssøknad. betong 1 2015 41
ISO-kurven er en internasjonal standardisert brann og utgjør grunnlaget for testing og klassifisering av bærende og skillende konstruksjoner (R, E, I og M). Eksempel: Temperaturen i brannovnen er 1000 grader etter 90 minutter. En vegg i klasse 90 tåler en slik påkjenning med bibehold av tiltenkte funksjoner betong 1 2015 42 Krav til bæreevne og stabilitet Bygningsdel Brannklasse (BKL) 1 2 3 Bærende hovedsystem R 30 R 60 R 90/A2-s1,d0 Sekundære, bærende bygningsdeler, etasjeskillere og takkonstruksjoner R30 R 60 R 60/A2-s1,d0 Trappeløp - R 30 R 30/A2-s1,d0 Bærende bygningsdel under øverste kjeller R 60/ A2-s1,d0 R 90/ A2-s1,d0 Utvendig trappeløp - R 30 eller A2-s1,d0 R 120/A2-s1,d0 A2-s1,d0 Tabell 3: Krav til bærende bygningsdelers brannmotstand ut fra brannklasse Bæresystem i byggverk i brannklasse 1 og 2 skal dimensjoneres for å kunne opprettholde tilfredsstillende bæreevne og stabilitet i minimum den tid som er nødvendig for å rømme og redde personer og husdyr i og på byggverket. Bærende hovedsystem i byggverk i brannklasse 3 skal dimensjoneres for å kunne opprettholde tilfredsstillende bæreevne og stabilitet gjennom et fullstendig brannforløp, slik dette kan modelleres. Med dette menes at slike byggverk skal bli stående også etter en brann. Dette er mulig kun når bærekonstruksjonene består av ubrennbare materialer (A2-s1,d0). I store bygninger, bygninger med mange mennesker og bygninger med spesifikk brannenergi over 400 MJ/m 2 må bygningsdelene i følge VTEK ha bedre brannmotstand enn det som fremgår av tabellen for å kunne motstå et fullstendig brannforløp. Brennbare bygningsdeler skal medregnes i spesifikk brannenergi, i tillegg til inventar og annet innhold. I boligblokker utført av brennbare konstruksjoner er spesifikk brannenergi langt høyere enn 400 MJ/m 2, gjerne 2 3 ganger høyere. Krav til skillende konstruksjoner Hensikten med å dele opp bygningen i brannceller er å forhindre brann- og røykspredning til større deler av en bygning i den tiden som anses nødvendig for rømning. Rom som har forskjellig bruk og/eller brannbelastning bør normalt være egne brannceller. Eksempler på brannceller er korridor, trapperom, rømningsvei, sjakt, salgslokale, kontor som utgjør selvstendig bruksenhet, undervisningsrom, sykerom, hotellrom, boenhet. Skillende konstruksjon Branncellebegrensende konstruksjon Fyrrom med innfyrt effekt > 100 kw Brannklasse (BKL) 1 2 3 EI 30 EI 60 EI 60/A2-s1,d0 EI 60/A2-s1,d0 EI 60/A2-s1,d0 EI 60/A2-s1,d0 Tabell 4. Brannmotstand til skillende konstruksjoner I vår boligblokk skal bærende hovedsystem utføres i brannklasse R 90/A2-s1,d0 og sekundære bæresystemer (etasjeskillere) i klasse R 60/A2-s1,d0. Skillevegger mellom brannceller skal være i brannklasse EI 60/A2-s1,d0. Det betyr at både bæresystem og skillekonstruksjoner skal utføres i ubrennbare materialer, som i praksis vil være mur, betong, stål og gipsplater. Boligblokker i mer enn to etasjer skal sprinkles etter skjerpede krav innført i TEK 2010. Det betyr at sprinkling ikke lenger er et kompenserende tiltak for å benytte brennbare konstruksjoner der det er krav om ubrennbare materialer (A2-s1,d0). Også vår boligblokk i mur og betong må sprinkles. I neste nummer av m+b kommer andre del av denne artikkelen, hvor vi går i dybden og presenterer konkrete løsninger.
BRANNSIKRE BYGG i mur og betong Del II: Løsningene Tekst: Sivilingeniør Bjør n Vik, BMB Ill.: ya ymicro.com og BMB For å illustrere krav og løsninger har vi valgt en boligblokk i fem etasjer som eksempel og referanse. I dette byggverket skal bærende hovedsystem utføres i brannklasse R 90/A2-s1,d0 og sekundære bæresystemer (etasjeskillere) i klasse R 60/A2-s1,d0. Skillevegger mellom brannceller skal være i brannklasse EI 60/ A2-s1,d0. Det betyr at både bæresystem og skillekonstruksjoner skal utføres i ubrennbare materialer, som i praksis vil være mur, betong, stål og giplsplater. Boligblokker i mer enn to etasjer skal sprinkles etter skjerpede krav innført i TEK 2010. Det betyr at sprinkling ikke lenger er et kompenserende tiltak for å benytte brennbare konstruksjoner der det er krav om ubrennbare materialer (A2-s1,d0). Også vår boligblokk i mur og betong må sprinkles. Seksjoneringsvegger og brannvegger Forskriften krever at store byggverk skal oppdeles i brannseksjoner, slik at en brann med påregnelig slokkeinnsats skal kunne begrenses til den brannseksjonen der den startet. Seksjoneringskravet kan bli utløst allerede fra areal ( fotavtrykk ) 800 m 2 når brannbelastningen er stor og fra 10.000 m 2 for sprinklede bygninger med moderat brannbelastning. Sykehus og pleieinstitusjoner skal alltid seksjoneres pga krav til horisontal rømning til annen seksjon (sikkert sted). Største bruttoareal pr. etasje for barnehager uten seksjonering er 600 m 2. Brannvegger er i forskriftssammenheng et spesialtilfelle av seksjoneringsvegg og benyttes mellom separate byggverk. Krav til seksjoneringsvegger og brannvegger vil i de aller fleste situasjoner være 120-M A2-s1,d0. Ubrennbarhetskravet (A2s1,d0) er i Veiledning til teknisk forskrift ytterligere forsterket ved at slike vegger forutsettes oppført i mur eller betong. Det er dog en vesentlig forskjell mellom disse to veggtypene: En seksjoneringsvegg kan forholdsvis enkelt forankres til bære systemet på begge sider, slik at den opprettholder sin forankring på ikke brannutsatt side dersom bygningen på den andre siden kollapser. En brannvegg er vanligvis forankret til den ene siden, og skal opprettholde sin stabilitet når bygningen den er forankret til står i brann. I praksis betyr dette at hoved b ære s ystemet må oppgraderes til samme brannmotstandstid som brannveggen. Vårt referansebygg forutsettes å ha et areal < 10.000 m 2 og avstand fra nærmeste nabobygg > 8 meter. Det er således ikke krav til hverken seksjonering eller brannvegg i dette tilfellet. 2 2015 Artikkelen i forrige utgave av betong tok for seg kravene til bærende og skillende konstruksjoner. Her presenteres løsninger som tilfredsstiller disse kravene. BMBs Prosjekteringsanvisning kan lastes ned i sin helhet fra BMBs hjemmeside www.brannmurbetong.no. Brannver nsamarbeidet mur og b etong arbeider for å synliggjøre mur- og betong produk tenes fortrinn innen bygnings messig brannver n. BMB drives faglig og a dministrativ t i nært samarbeid med bransje o rganisasjonen Byggutengrenser. mur + betong Mur og betong gir robuste konstruksjoner som oppfyller forskriftens krav til bæreev ne og stabilitet gjennom et fullstendig brannforløp. Preaksepterte løsninger slik disse er presentert i BMBs Prosjekteringsanvisning forenkler byggeprosessen, noe som kan bety reduserte kostnader knyttet til prosjektering og kontroll. 41
Murverk av tegl. Karakteristisk fasthet ved høye temperaturer. a Trykkfasthet b Bøyestrekkfasthet i horisontalretning c Skjærfasthet i vertikalretning og trykkfasthet ved tynnfugmørtel d Bøyestrekkfasthet i vertikalretning og skjærfasthet i horisontalretning Betongens relative fasthet som funksjon av temperatur Materialegenskaper Mur og betong brenner ikke, og lar seg følgelig ikke antenne og bidrar heller ikke med energi til brannen. Mur og betong har høy varmekapasitet som bidrar til å kjøle ned brannen og således forsinke brannutviklingen og forlenge tiden til overtenning. Fordampningen av fukt som alltid vil finnes i mur og betongkonstruksjonene representerer et varmesluk som ytterligere forsinker varmeinntrengningen. Dermed påvirkes bæreevne og mekanisk motstandsevne forholdsvis lite ved høye temperaturer. Mur og betong er ubrennbare materialer i klasse A1-s1,d0. I det følgende vises mekaniske egenskaper som en funksjon av temperatur for utvalgte materialer; murverk repr. ved tegl, samt betong og armeringsstål. Ved avansert brannteknisk prosjektering kan man basert på slike material- og konstruksjonsdata og lastkombinasjoner i ulykkesgrensetilstand brann utføre analyser av stabilitet og bæreevne gjennom et fullstendig brannforløp. Preaksepterte løsninger I det følgende gjengis preaksepterte tabellverdier slik disse finnes i gjeldende Eurocodes for betong- og murkonstruksjoner. Tabellverdiene gjelder egenskapene R (bæreevne), E (integritet) og I (isolasjonsevne). M (mekanisk motstandsevne) er ikke en standardisert preakseptert egenskap, men må vurderes i hvert enkelt tilfelle hvor det prosjekteres med brannvegger eller seksjoneringsvegger. Det forutsettes som tidligere nevnt at slike vegger utføres i mur eller betong. Veggkonstruksjon Densitet Brannmotstand i minutter kg/m 3 EI 90 EI 120 EI 180 EI 240 Porebetong 500 75 85 110 125 Lettklinkerbetong 770 80 95 120 145 Tegl massiv 1725 90 105 130 155 23 % hull 1950 105 120 155 180 lett-tegl 1350 105 120 150 180 massiv/ utstøpt 2100 100 120 150 175 hullblokk 1440 125 145 185 220 betong 2 2015 42 Relativ fasthet som funksjon av temperatur for slakkarmering (tempcore) med tøyningsnivå 2 % Nødvendig veggtykkelse for ikke-bærende murkonstruksjoner Veggkonstruksjon Densitet Brannmotstand i minutter kg/m 3 30 60 90 120 180 240 Porebetong 500 100 100 100 115 140 170 Lettklinkerbetong 770 100 100 110 125 155 185 Tegl massiv 1725 80 90 110 130 160 190 Betongblokk Betongblokk 23 % hull 1950 80 105 130 150 190 220 lett-tegl 1350 80 100 125 145 185 215 massiv/ utstøpt 2100 100 100 130 155 190 225 hullblokk 1440 100 125 160 190 235 275 Nødvendig veggtykkelse for bærende murkonstruksjoner med effektiv slankhet le/he 20 og utnyttelsesgrad μfi = 0,35, ensidig brannpåkjenning
Standard brannmotstand EI 30 EI 60 EI 90 EI 120 EI 180 EI 240 Minste veggtykkelse (mm) 60 80 100 120 150 175 Brannmotstand av ikkebærende massive betongvegger med høyde maksimalt lik 40 x veggtykkelsen Utnyttelsesgrad m fi er et uttrykk for hvor stor del av bæreevnen som er utnyttet i ulykkesgrensetilstand brann. Det kan regnes med reduserte verdier for nytte-, snø- og vindlast i en brannsituasjon, med tilhørende beskjeden utnyttelsesgrad når disse er dominerende laster. Egenlast skal regnes som faktisk verdi, og når dette er dominerende lasttilfelle blir utnyttelsesgraden ca 0,7. Armeringsdybde er avstanden fra overflaten til senter armering, og avviker fra begrepet armeringsoverdekning i klassisk betongteknologi, som angir avstanden fra betongoverflaten til nærmeste overflate på armeringen. Brannmotstand i minutter 30 60 90 120 180 240 Minste dimensjoner av veggtykkelse t (mm) og armeringsdybde a (mm) avhengig av utnyttelse Eksponert på én side () 100 / 10* 110 / 10* 120 / 20* 150 / 25 180 / 40 230 / 55 m fi = 0,35 m fi = 0,7 Eksponert på to sider (R) 120 / 10* 120 / 10* 140 / 10* 160 / 25 200 / 45 250 / 55 Eksponert på én side () 120 / 10* 130 / 10* 140 / 25 160 / 35 210 / 50 270 / 60 * Overstyres av andre krav til overdekning (korrosjon, heft) Eksponert på to sider (R) 120 / 10* 140 / 10* 170 / 25 220 / 35 270 / 55 350 / 60 Brannmotstand av bærende betongvegger med slankhet lkit 25 Standard brannmotstand 30 60 90 120 180 240 Platetykkelse h (mm) 60 80 100 120 150 175 Enveis-plater 10* 20* 30* 40* 55* 65* Armeringsdybde a (mm) Toveisplater l y /l x 1,5 1,5 l y /l x 2 10* 10* 15* 20* 30* 40* 10* 15* 20* 25* 40* 50* * Overstyres av andre krav til overdekning (korrosjon, heft) Massivt plasstøpt betongdekke. Minste dekketykkelse og minste armeringsdybde Elementtykkelse (mm) Ekvivalent tykkelse (mm) 60 90 200 265 320 400 Brannklasse av standard hulldekker (HD-elementer) med armerings dybde 40 mm 111 150 169 197 x x x x (x) (x) (x) (x) Ikke-lastbærende dobbel seksjoneringsvegg av lettklinkerblokk Som det fremgår av tabellen får man uten videre brannklasse 60 med standard armeringsdybde. Symbolet (x) for 90 indikerer at utnyttelsen må kontrolleres, eventuelt kan det vurderes å etablere rotasjonsinnspenning. Utførelse av konstruksjon 120 med HD-element krever større armeringsdybde, påstøp og eventuelt tilleggsisolering på undersiden. Løsningsvalg eksempel boligblokk I vårt eksempel med boligblokk i fem etasjer vil følgende konstruksjoner tilfredsstille forskriftenes minimumskrav. Merk: I de fleste situasjoner er det dimensjonerende laster i bruddgrensetilstanden som vi være avgjørende for valg av veggtykkelser og armeringsoverdekning. Mur og betongløsninger vil således være utført med betydelig reservekapasitet i brannsammenheng. Hovedbæresystem Betongvegg i tykkelse 120 170 mm avhengig av utnyttelsesgrad og hvorvidt det er ensidig eller tosidig brannbelastning. Sekundært bæresystem, vegger Betongvegg i tykkelse 110 140 mm avhengig av utnyttelsesgrad og hvorvidt det er ensidig eller tosidig brannbelastning. Murverk av lettklinkerblokk i tykkelse 100 mm med ensidig brannbelastning Sekundært bæresystem, dekker Hulldekkeelementer, alle tykkelser betong 2 2015 43
Plastrørgjennomføring i betongdekke 90 med innfelt eller utenpåliggende mansjett Brannvegg av lettklinkerblokker ført gjennom tak. Tilfredsstiller EI 120 Byggdetaljer En forutsetning for oppfyllelse av brannkrav er at tilslutninger og gjennomføringer utføres i minst samme brannklasse som konstruksjonene for øvrig. En sammensatt konstruksjon blir ikke bedre enn det svakeste leddet. Her vises noen eksempler fra Prosjekteringsanvisningen. betong 2 2015 44 Sammenføyning mellom betongsøyle og sandwichelementer Referanser Prosjekteringsanvisningen Mur og betong i bygningsmessig brannvern lastes ned gratis fra BMBs hjemmeside www.brannmurbetong.no NS-EN 13501-1 Brannklassifisering av byggevarer og bygningsdeler. Del 1: Klassifisering ved bruk av resultater fra prøving av materialers egenskaper ved brannpåvirkning. 2002 NS-EN 13501-2 Brannklassifisering av byggevarer og bygningsdeler. Del 2: Klassifisering ved bruk av resultater fra brannmotstandsprøving, unntatt ventilasjonssystemer. November 2003. NS-EN 1996-1-2: 2005 + NA: 2010. Eurocode 6: Prosjektering av murkonstruksjoner. Del 1-2: Brannteknisk dimensjonering NS-EN 1991-1-2: 2002 + NA: 2008. Eurokode 1: Laster på konstruksjoner. El 1-2: Allmenne laster. Laster på konstruksjoner ved brann NS-EN 1992-1-2: 2004 + NA: 2010. Eurokode 2: Prosjektering av Betongkonstruksjoner. Del 1-2: Brannteknisk dimensjonering Betongelementboken. Bind D: Brannmotstand, bestandighet og tetting. Betongelementforeningen. 2. opplag 2007