I13: Diversen brandveiligheid
FAQs over het onderwerp I Diversen brandveiligheid
Is een verbinding met smeltbouten betrouwbaar? Waar zijn ze te koop?
Een bestek voor een hal geeft aan dat ter plaatse van de aansluiting met een brandwerende wand in de staalconstructie smeltbouten moeten worden toegepast. Is dat wel een betrouwbare verbinding? En waar zijn deze smeltbouten te koop?
Is een verbinding met smeltbouten betrouwbaar? Waar zijn ze te koop?
Een bestek voor een hal geeft aan dat ter plaatse van de aansluiting met een brandwerende wand in de staalconstructie smeltbouten moeten worden toegepast. Is dat wel een betrouwbare verbinding? En waar zijn deze smeltbouten te koop?
De bedoeling van zogeheten smeltbouten (ook wel brandbouten of breekbouten genoemd) is dat de verbinding bij hoge temperatuur zijn verbindende functie verliest. Een bekende toepassing zijn de kunststof smeltankers bij brandwanden. Dit anker koppelt de wand aan de staalconstructie (aan weerszijden van de wand), maar verliest bij brand zijn sterkte. Wanneer de staalconstructie aan de brandzijde bezwijkt, blijft de staalconstructie aan de andere (koude) zijde de wand steunen.
Smeltbouten met een constructief betrouwbaar gedrag (bij kamertemperatuur én bij brand) voor verbindingen in een staalconstructie zijn echter niet verkrijgbaar. De vergelijking met smeltankers in brandwanden (waar slechts beperkte steunkrachten moeten worden overgebracht) gaat niet op. Er bestaan wel kunststof bouten in zeer beperkte diameters van polyamide PA 6.6. Deze bouten zijn echter niet geschikt voor het betrouwbaar overbrengen van krachten bij gewone belastinggevallen. De gewenste ontkoppeling van bouwdelen bij brand moet daarom worden opgelost via een slimme nok (Bouwen met Staal 139, 150 en 153) of door de krachten door te voeren en op te nemen in het koude compartiment (Bouwen met Staal 158).
---
Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 169 (december 2002).
Op welke wijze is te beoordelen of een staalconstructie na brand nog bruikbaar is?
Op welke wijze is te beoordelen of een staalconstructie na brand nog bruikbaar is?
Als eenvoudige, handzame én betrouwbare stelregel geldt: als het staal geen zichtbare, blijvende vervorming heeft ondergaan na brand, hoeft de constructie niet te worden vervangen. Als constructiestaal wordt verhit tot 600 C of hoger daalt de sterkte tot 47% en de stijfheid tot 31% van de waarde bij 20 C (kamertemperatuur). Doorgaans zullen constructies die zijn verhit tot temperaturen van meer dan 600 C een aanzienlijke blijvende vervorming vertonen. Warmgewalste profielen die na verhitting tot 600 C weer afkoelen, krijgen hun oorspronkelijke mechanische eigenschappen weer terug. Dat betekent dat een staalconstructie na brand volledig herbruikbaar is wanneer er geen vervormingen te zien zijn. Veranderingen in de kristalstructuur van staal treden namelijk pas op bij een temperatuur van ongeveer 735 C. Zelfs staal dat tot 900 é 1000 C is verhit geweest, bezit na afkoeling nog ruim 90% van de oorspronkelijke sterkte. Deze waarden hebben betrekking op normaliserend gewalst staal; voor thermo-mechanisch gewalst staal (TM) gelden wat lagere temperaturen.
Voorzichtigheid is echter geboden bij koudgevormde onderdelen, zoals bouten en ankers. Hiervan neemt de sterkte al bij veel lagere temperaturen af. Als de maximale staaltemperatuur niet kan worden vastgesteld (bijvoorbeeld doordat het zink of de verf niet zijn gesmolten), is het raadzaam de bouten te vervangen in de gebieden waar de temperatuur het hoogst is geweest of waar de vervormingen het grootst zijn. Zonodig is door proeven vast te stellen welke bouten moeten worden vervangen.
Bij een staalconstructie die (door een isolerende bekleding) tegen brand is beschermd, blijft de temperatuur van het staal vrijwel altijd onder de grens van 600 C en is de staalconstructie volledig herbruikbaar. De bekleding die door brand of door het blussen is beschadigd, moet wel worden vervangen. In de meeste gevallen is dat goed mogelijk.
---
Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 135 (april 1997).
Door wie moet de kritieke staaltemperatuur en de dikte van de brandwerende bekleding worden uitgerekend?
Op de bestekstekeningen van een kantoorgebouw geeft het ingenieursbureau bij elk onderdeel van de draagconstructie aan wat de brandwerendheidseis is. Het wordt dan aan de aannemer of aan de leverancier van de brandwerende materialen overgelaten om de kritieke staaltemperatuur te bepalen en de dikte van de brandwerende bekleding (beplating of coating) te berekenen. Is dit een correcte werkwijze?
Door wie moet de kritieke staaltemperatuur en de dikte van de brandwerende bekleding worden uitgerekend?
Op de bestekstekeningen van een kantoorgebouw geeft het ingenieursbureau bij elk onderdeel van de draagconstructie aan wat de brandwerendheidseis is. Het wordt dan aan de aannemer of aan de leverancier van de brandwerende materialen overgelaten om de kritieke staaltemperatuur te bepalen en de dikte van de brandwerende bekleding (beplating of coating) te berekenen. Is dit een correcte werkwijze?
De beschreven werkwijze komt in de Nederlandse praktijk helaas vaak voor. Het ingenieursbureau rekent het dan niet tot zijn taak de constructieve veiligheid bij brand mee te nemen. Vaak wordt dit onderdeel zelfs contractueel uitgesloten. De constructeur laat dan het bepalen van de kritieke staaltemperatuur over aan andere partijen. Maar om dat goed te kunnen doen, is specifieke informatie nodig over de krachtsverdeling in de constructie, bijvoorbeeld om de belastinggraad van de onderdelen van de constructie te berekenen. Wanneer de kritieke temperatuur niet door het ingenieursbureau wordt opgegeven, doet de leverancier meestal een veilige aanname, waarbij in de meeste gevallen een te dure bekleding wordt aangebracht. Hierdoor betaalt de opdrachtgever uiteindelijk te veel voor zijn gebouw. Soms wordt echter een te hoge kritieke temperatuur aangehouden. Dat leidt mogelijk tot een scherpere offerte, maar ook tot een onvoldoende veilige oplossing.
Doorgaans levert het ingenieursbureau de informatie in de vorm van de hoofdberekening. Met de TGB 1990 was het nog relatief eenvoudig om op basis van de unity check en met een gemiddelde veiligheidsfactor voor elk element de belastinggraad te bepalen. Echter met de Eurocode werkt deze aanpak nog uitsluitend voor elementen belast op trek en op buiging zonder kip. Het is daarom het meest logisch dat de constructeur de kritische staaltemperatuur bepaalt. Hij kent immers de belastingen op en de krachtsverdeling in de constructie. Van een leverancier van brandwerende materialen mag niet worden verwacht dat hij de constructie kan uitrekenen.
In het Brandinformatiesysteem van Bouwen met Staal zie www.brandveiligmetstaal.nl staan onder kantoren/draagconstructies een aantal spreadsheets, waarmee op eenvoudige wijze de kritieke staaltemperatuur voor liggers en kolommen kan worden berekend volgens de Eurocode.
---
Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 214 (april 2010).
Is de werking van de kantelnok wel te garanderen als de liggers eerst langer worden door de hogere temperatuur?
In Nederland zijn veel bedrijfshallen uitgevoerd met zogenaamde kantelnokken bij brandscheidingen. Volgens de literatuur moet de kantelnok gaan werken als de stalen liggers gaan doorhangen door de brandbelasting. In werkelijkheid zullen de liggers door de hogere temperatuur eerst langer worden en daarna pas doorhangen. Is een goede werking van de kantelnok dan wel te garanderen?
Is de werking van de kantelnok wel te garanderen als de liggers eerst langer worden door de hogere temperatuur?
In Nederland zijn veel bedrijfshallen uitgevoerd met zogenaamde kantelnokken bij brandscheidingen. Volgens de literatuur moet de kantelnok gaan werken als de stalen liggers gaan doorhangen door de brandbelasting. In werkelijkheid zullen de liggers door de hogere temperatuur eerst langer worden en daarna pas doorhangen. Is een goede werking van de kantelnok dan wel te garanderen?
Ondanks het vele gebruik is de werking van de kantelnok nog nooit proefondervindelijk geanalyseerd. Het blijft bij een kwalitatieve analyse waarbij de werking aannemelijk kan worden gemaakt, maar niet kan worden gegarandeerd (evenals vele andere aspecten tijdens brand). Tijdens brand zullen de stalen liggers inderdaad eerst uitzetten (een ligger van 25 m zal 60 mm verlengen bij 200 °C), daarna zal de ligger al vrij snel doorbuigen. De elasticiteitsmodulus van staal neemt al af vanaf 100 °C. Bij voldoende speling tussen het uiteinde van de ligger en de wand is er geen enkel probleem te verwachten. Als de speling gering is, zal de constructie zich gaan zetten, maar daarna zal de ligger toch van de nok afvallen door het doorbuigen van de ligger. De verlenging van de ligger zal dus een goede werking van de kantelnok niet in de weg staan. Als de ligger aan de andere zijde (gevel) vrij kan vervormen is speling in het kantelnokdetail van de wand uiteraard niet nodig. Hetzelfde geldt wanneer de krachten door verhinderde uitzetting aan de koude zijde van de wand kunnen worden opgenomen.
---
Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 233 (juni 2013).