Brannsikkerhet og prosjektering Knut Erik Ree, Gardermoen 12.11.2012
Brannprosjektering Forutsetninger: tiltaksklasse, brannklasse og risikoklasse. Prosjektering i samsvar med preaksepterte ytelser eller analytisk prosjektering. Preaksepterte løsninger, ofte i tiltaksklasse 1 og 2. Funksjonskravene i TEK skal tilfredstilles. Brannsikkerhetsstrategi: plan for å oppnå god brannsikkerhet (NS3901). Risikoanalyse: Systematisk analyse for å kalkulere risiko. 2
Risikoklasser og brannklasser TEK 10, VTEK: Garasje og lager, risikoklasse 1 Driftsbygning med husdyrrom, risikoklasse 2 Bolighus, risikoklasse 4 3
Brannmotstand 4
Brannmotstand R E I M Lastbærende funksjon. Bygningsdelens evne til å motstå brannpåkjenning uten å miste sin lastbærende funksjon. Integritet. Bygningsdelens evne som skillefunksjon til å motstå brannpåkjenning på en side uten av brannen trenger igjennom på grunn av flammer. Isolasjon. Bygningsdelens evne til å motstå brannpåkjenning på en side uten at brannen trenger igjennom på grunn av varmegjennomgang. Mekanisk motstand. Krav for en seksjoneringsvegg eller brannvegg som skal motstå en belastning fra andre konstruksjonsdeler som er berørt/skadet av brann. 5
Brannmotstand Kriterier: Tid, t fi,d > = t fi,requ Styrke, R fi,d,t >= E fi,d,t Temperatur, Ѳ d >= Ѳ cr,d 6
Prosjektering 1 Finne scenario 2 Bestemme temperatur tid kurve 3 Finne tverrsnittstemperaturer 4 Kapasitetsberegning av elementet 7
Tid-temperatur kurver 8
Dimensjonering av konstruksjoner Termiske laster Eurokode 1, Del 1-2 Reduksjon av variable laster (nytte-snø etc.) E d,fi = E d * ƞ fi (ƞ fi = 0,6) Tre Eurokode 5, Del 1-2 Reduksjon av tverrsnitt Forkullingshastighet, β = 0,7-0,8 mm/min Stål Eurokode 3, Del 1-2 Temperaturøkning i stålet Betong Eurokode 2, Del 1-2 Temperaturøkning i stålet og betongen 9
Hindre brannspredning Brannseksjon: En brann som starter i en brannseksjon skal kunne begrenses til den seksjonen den startet, men påregnelig slokkeinnsats. Branncelle: Skal utføres slik at en brann ikke spres til ande deler av brannseksjon i den tid som er nødvendig for evakuering og redning. 10
TEK10 11
TEK10 12
Brannceller 13
Brannceller 14
Seksjonering husdyrrom 15
Ventilasjonskanaler 16
Brannegenskaper materialer Tre brenner forutsigbart. I en fullt utviklet brann har beskyttede stålkonstruksjoner dårligere brannegenskaper enn armert betong og massive trekonstruksjoner. Dette skyldes: Stålprofiler er ofte tynne Har høg varmeledningsevne Stålet mister fort sin fasthet Stål er uforutsigbart i en brannsituasjon 17
Kritiske temperaturer Tre brenner ved 300 o C. Da starter forkullingen og etter 300 o C er forkullingshastigheten lik. Kritisk verdi for betong er 500 o C. Før denne oppnås beholder betongen sin fasthet. For spennarmert betong er kritisk temperatur 350 o C. Kritisk verdi for stål er ca 500 o C. Da halveres stålets kapasitet. Ved en standard brann-kurve har en brann med lengde på 30 min, en temperatur på 800 o C. 18
Stål utsatt for brann Når en stålkonstruksjon utsettes for brann øker ståltemperaturen, og styrke/fastheten reduseres. Ubeskyttede stålkonstruksjoner kan overleve en brann som ikke når høge temperaturer,>400 o C. Den termiske utvidelsen av stålkonstruksjon kan forårsake skader på andre bygningsdeler. 19
Betong utsatt for brann Betong beholder sin fasthet fram til 500 o C, kollaps ved 800 o C. Termisk utvidelse Fare for avskalling, vann fordamper og sprenger. Armeringsstålet har termisk utvidelse. Strekk-konstruksjoner utsatt, som dekker og bjelker. 20
Tre utsatt for brann Tre er brennbart, men vi vet hvordan det brenner. Tre har ingen termisk utvidelse ved økt temperatur. Trekonstruksjoner med store tverrsnitt har god brannmotstand. 21
Tre utsatt for brann Forkullingslaget isolerer treet innenfor, og forbrenningshastigheten vil gå ned og holde seg på et lavt nivå. Hvis det resterende tverrsnittet er lite, vil forkullingshastigheten (mm/min) øke. Det er ingen forskjell på forkullingshastighet for limtre og heltre. Harde treslag antennes fortere enn myke treslag(gran og furu), men har lavere forkullingshastighet. 22
Forbindelser, knutepunkter Beskyttelse av forbindelser er like viktig som beskyttelse av selve bærende konstruksjon. F.eks. innslissende stålplater 23
Eksempel Limtredrager 130x720 mm, Spenn 7,5 meter Nyttelast 7,0 kn/m2, Egenlast 4,0kN/m2 60 minutters brannforløp, brannbelastning 3 sider Forkulling og redusert tverrsnitt β = 0,7 mm/min 24
Eksempel Moment, ql 2 /8: Opptredende: M = 107 knm Normal temperatur Kapasitet: Mk = 159 knm Last q = 15,3 kn/m Effektivt tverrsnitt etter forkulling: 32x671mm Ny momentkapasitet: Mkf = 48,9 knm Reduksjon av last: qf = 6,8 kn/m Opptredende Mf = 47,8 knm Mf<Mkf OK 25