Zum Hauptinhalt springen

I02: Vereiste brandweerstand

FAQs over het onderwerp I Vereiste brandweerstand

Mag een buiskolom in plaats van beton met zand worden gevuld?

De hoofddraagconstructie van een kantoorgebouw moet 60 minuten brandwerend zijn. Een mogelijke oplossing is om de stalen buiskolommen te vullen met ongewapend beton. Mag ik als alternatief in plaats van ongewapend beton droog zilverzand als vulling gebruiken?

Nee. Het draagvermogen van betongevulde buiskolommen is zeer waarschijnlijk groter dan die van kolommen gevuld met zand. De capaciteit op druk van betongevulde buizen is toe te schrijven aan twee factoren:

door het warmte-accumulerend vermogen van het beton warmt het stalen profiel minder snel op;

doordat de temperatuur van de stalen buis hoger is dan die van het beton, neemt de stijfheid van de stalen buis sneller af dan die van de betonvulling. Daardoor treedt er een herverdeling van krachten op: de drukkracht in het staal neemt af, terwijl de drukkracht in het beton toeneemt.

Bij buizen gevuld met zand zal het warmte-accumulerend vermogen overeenkomen met dat van een buis gevuld met beton. Echter een kolom droog zand is zelf niet in staat een drukkracht op te nemen. Indien het zand in de stalen buis volledig is opgesloten ontstaat er in het zand weliswaar een drieassige spanningstoestand, maar voor zover bekend zijn er geen draagkrachtproeven uitgevoerd met zandgevulde buiskolommen. Het is daarom niet in te schatten wat de brandwerendheid is van een zandgevulde buiskolom. Hoogstwaarschijnlijk is hiermee een brandwerendheid van 60 minuten niet haalbaar.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 199 (december 2007).

Hoe toon ik de brandwerendheid aan van een lipverbinding?

Een atriumkap bestaat uit HEA-kolommen met aangelaste lippen en HEA-liggers. De staalconstructie zelf (liggers en kolommen) bezit een brandwerendheid van 30 minuten die is bepaald volgens NEN-EN 1993-1-2. Bouw- en Woningtoezicht vraagt nu de brandwerendheid van de lipverbindingen aan te tonen. Hoe gaat dat in zijn werk?

De verbindingen van een staalconstructie zijn bij brand meestal niet maatgevend. Bij een verbinding is doorgaans relatief veel materiaal aanwezig, bijvoorbeeld in de vorm van schotten.

De profielfactor van de verbinding is dan lager dan die van de ligger. Dit betekent dat het langer duurt voordat het materiaal bij brand is opgewarmd. Daarnaast is de unity check van een verbinding over het algemeen lager dan die van de aansluitende ligger. Dit betekent dat de kritieke staaltemperatuur dat is de temperatuur waarbij de constructie bezwijkt hoger ligt.

In het geval van lipverbindingen is er echter niet veel materiaal bij de verbinding aanwezig. De temperatuur in een lipverbinding kan dan wat hoger oplopen dan die in andere typen verbindingen.

De kritieke staaltemperatuur van de verbinding kan analoog aan de berekening van een ligger worden bepaald volgens NEN-EN 1993-1-2, art. 4.2.4. De werkelijke temperatuur van de verbinding volgt uit bijlage D.3 van dezelfde norm. Wanneer de werkelijke temperatuur lager is dan de kritieke temperatuur voldoet de verbinding. Een extra controle is nodig voor de bouten waarmee de ligger op de lippen aansluit.

De bouten kunnen maatgevend zijn, ondanks dat de temperatuur in de bouten achterblijft bij die in de ligger. Bouten in de kwaliteit 8.8 of hoger zijn namelijk vervaardigd uit koudgevormd staal, dat bij hoge temperaturen aan sterkte verliest. Voor de toetsing van de bouten kan bijlage D.1 van NEN-EN 1993-1-2 worden gebruikt.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 201 (april 2008).

Moet een onbeklede dakligger als vierzijdig verhit worden beschouwd?

Een hal bestaat uit stalen dakliggers met geprofileerde stalen dakplaten. Voor de berekening van de brandwerendheid van de onbeklede dakliggers eist de brandweer dat de liggers worden beschouwd als vierzijdig verhit. Is deze eis terecht?

Ja, zonder speciale voorzieningen moet er worden gerekend met een vierzijdig verhit profiel. Uitsluitend wanneer de cannelures van de stalen dakplaten boven de liggers over minimaal de breedte van de bovenflens worden dichtgezet met minerale wol, dan mag worden uitgegaan van een driezijdig verhit profiel. De minerale wol zorgt er namelijk voor dat er een warmteweerstand ontstaat tussen de brand en de bovenkant van de dakliggers. Hierdoor is de bijdrage aan de opwarming van het profiel via de bovenzijde van de bovenflens verwaarloosbaar klein ten opzichte van de opwarming via de andere profieldelen.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 187 (december 2005).

Waarom is glasvezelversterkte gipsplaat wel opgenomen in Brawesta en waarom gipskartonplaat niet?

In een staalconstructie wil ik een aantal liggers en kolommen met gewone gipskartonplaten bekleden voor de brandwerendheid. De benodigde dikte van deze platen wilde ik uitrekenen met Brawesta. Echter dit computerprogramma kent de gipskartonplaat niet, maar wel de glasvezelversterkte gipsplaat. Wat is hiervan de reden?

Een staalconstructie kan tegen brand worden beschermd door het aanbrengen van een brandwerende bekleding. Deze bekleding heeft als functie om de opwarming van de achterliggende staalconstructie te vertragen, zodat bijvoorbeeld een brandwerendheid van 60 minuten wordt behaald. Om deze functie te kunnen vervullen, moet het bekledingsmateriaal aan een aantal eisen voldoen. Zo moet onder meer het bekledingsmateriaal onbrandbaar zijn en tijdens de brand intact blijven. Een andere eis is dat het bekledingsmateriaal tijdens brand de vervorming van de staalconstructie moet kunnen volgen. Dit doorbuigingscriterium voorkomt dat het bekledingsmateriaal voortijdig scheurt of zelf loslaat. Deze eigenschap wordt beoordeeld in een brandproef.

Gewone gipskartonplaten voldoen niet aan alle eisen die aan het bekledingsmateriaal worden gesteld. Met name aan de onbrandbaarheid en het intact blijven wordt niet voldaan. Om die reden is de gipskartonplaat niet opgenomen in Brawesta en de glasvezelversterkte gipsplaat wel.

Voor niet-dragende bouwdelen, zoals scheidingswanden in metal-stud, kan de gewone gipskartonplaat wel worden gebruikt voor de brandwerendheid. In deze situaties speelt vooral het criterium op de scheidende functie (rook, hitte) een rol. Voor deze toepassing bevat art. 8.5.2 van NEN 6073 een eenvoudige formule om de doorbrandtijd van gipskartonplaten te bepalen. Ook fabrikanten kunnen deze informatie leveren.

Wanneer echter een metal-stud wand een draagconstructie in staal tegen brand moet beschermen, dan moet deze wand altijd intact blijven en moet weer een glasvezelversterkte gipsplaat worden gebruikt.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 181 (december 2004).

Moeten koppelliggers, die kipstabiliteit verlenen aan de liggers, brandwerend zijn?

In een dakconstructie worden de stalen dakliggers tegen kip gesteund door een aantal koppelliggers. Deze dakliggers moeten een brandwerendheid hebben van 60 minuten. Moeten de koppelliggers nu ook 60 minuten brandwerend worden uitgevoerd?

In beginsel wel, maar het is niet altijd nodig. Wanneer de koppelliggers niet brandwerend worden bekleed valt de steunende werking in een vroeg stadium van de brand weg en kunnen de dakliggers eerder bezwijken. Het is echter toegestaan om in de brandberekening het effect van (bij brand) ontbrekende kipsteunen mee te nemen. In dat laatste geval moet de belastinggraad worden gebaseerd op de bij brand aanwezige belasting én op de maximale opneembare kipbelasting van de niet-gesteunde ligger bij kamertemperatuur (20 éC). Deze beschouwing leidt tot een hogere belastinggraad van de dakligger en dus een lagere kritieke staaltemperatuur. Er zal derhalve een grotere bekledingsdikte van de dakliggers nodig zijn. Deze meerkosten voor een duurdere bekleding vallen echter vermoedelijk ruimschoots lager uit dan de kosten van het bekleden van de koppelliggers.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 166 (juni 2002).

Hebben betongevulde kokerliggers hetzelfde brandgedrag als betongevulde kokerkolommen?

In een staalconstructie worden als liggers kokerprofielen gebruikt, gevuld met ongewapend beton. Komt het gedrag van deze liggers bij brand overeen met het gedrag van dezelfde profielen (inclusief betonvulling), maar dan gebruikt als kolommen?

Nee. Er bestaat een duidelijk verschil tussen het gedrag bij brand van een ligger en van een kolom. Bij centrisch belaste kolommen, uitgevoerd als stalen koker- of buisprofielen gevuld met ongewapend beton, is het gunstige effect van de ongewapende betonvulling toe te schrijven aan twee factoren:

door het warmte-accumulerend vermogen van het beton warmt de stalen koker minder snel op;

doordat de temperatuur van de stalen buis hoger is dan die van het beton, neemt de stijfheid van de stalen buis sneller af dan die van de betonvulling. Daardoor treedt een herverdeling van de krachten op en neemt de drukkracht in het staal af, terwijl de drukkracht in het beton toeneemt.

Beide effecten leiden ertoe dat de brandwerendheid van een centrisch belaste buiskolom met een vulling van ongewapend beton bij een gelijkblijvende wanddikte en belastinggraad duidelijk hoger is ten opzichte van een ongevulde buiskolom. De Britse norm BS 5950 geeft een model waarmee dit effect in rekening is te brengen (zie literatuur).

Bij liggers uitgevoerd als koker- of buisprofielen met een vulling van ongewapend beton treedt wel het warmte-accumulerende effect op, maar kan de herverdeling van krachten niet optreden. Het beton kan zonder wapening immers geen buigtrekspanningen van de warmgeworden buis overnemen. Bij centrisch belaste kolommen kan het beton wel de drukkrachten van het staal overnemen. Daarom is het model uit de Britse norm niet van toepassing op ongewapende betongevulde buisliggers. Het is evenwel aannemelijk dat de betonvulling door de warmte-accumulatie een positief effect heeft op de brandwerendheid van de ligger. Echter door een gebrek aan bruikbare rekenmodellen op dit gebied kan er geen uitspraak worden gedaan over het werkelijke effect.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 143 (augustus 1998).

Is koppelwapening bij kanaalplaatvloeren ook noodzakelijk bij vloeren met een druklaag?

In een vloerconstructie van kanaalplaten met geïntegreerde liggers voor een kantoorgebouw moeten de kanaalplaten onderling zijn gekoppeld om de constructieve samenhang te waarborgen. Meestal wordt dat gedaan met gebogen staven (in kopsleuven) die over de geïntegreerde ligger heen lopen. De vloer krijgt echter een gewapende druklaag vanwege de gewenste schijfwerking. Is het dan toch nog nodig de gebogen koppelwapening aan te brengen?

Dat hangt af van de brandwerendheidseis, zie ook CUR/BmS-Aanbeveling 104. Voor een brandwerendheid van 30, 60 en 90 minuten is een koppelwapening niet nodig wanneer er een gewapende druklaag aanwezig is van minimaal 50 mm dikte en met een kruisnet van minimaal diameter5-200 mm. Voor een brandwerendheid van 120 minuten is zowel een gewapende druklaag nodig als een koppelwapening (per kanaalplaat twee staven diameter 10 mm met een minimale verankeringslengte van 600 mm).

Voor een brandwerendheid van 90 of 120 minuten moet de ligger tegen brand worden beschermd. Daarbij deze bescherming vanwege de verankering van de voorspanwapening in de kanaalplaat zijn gedimensioneerd op een staaltemperatuur van maximaal 650 °C.

Voor een brandwerendheid van 60 minuten ligt het aan de specifieke situatie of de ligger beschermd moet worden, zie ook Bouwen met Staal 169 (2002). Voor de brandwerendheid van de kanaalplaat is in dat geval geen bescherming van de ligger nodig. Een voorwaarde is natuurlijk dat de kanaalplaten (en dus de kopsleuven) in elkaars verlengde moeten liggen. Dit vraagt om een nauwkeurige uitvoering.

[afb. a]

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 193 (december 2006).

Moeten de flenzen bij kolommen in kalkzandsteenwand worden bekleed bij 30 minuten brandwerendheid?

Voor een (dichte) gevel van een kantoorgebouw bedraagt de eis voor de brandwerendheid van binnen naar buiten 30 minuten om te voldoen aan de wbdbo-eis (weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag) tussen verdiepingen. De gevelkolommen zijn HE-profielen die alle zijn ingemetseld in een binnenspouwblad van kalkzandsteen. Uitsluitend de kolomflenzen zijn aan de binnenzijde nog zichtbaar. Moeten deze kolomflenzen brandwerend worden bekleed?

Nee. Brandproeven in Engeland (zie Wainman en Kirby) hebben aangetoond dat een ingemetselde I-vormige kolom minimaal een brandwerendheid bezit van 30 minuten bij een belastinggraad = 0,5. Zelfs als het lijf aan brand is blootgesteld hebben de 'koude' delen van de doorsnede nog voldoende draagvermogen. De voorwaarde is een zorgvuldige aansluiting van de gemetselde wand tegen de kolom om te voorkomen dat via spleten tussen de wand en het staalprofiel de afgeschermde delen van de doorsnede alsnog opwarmen. Let er op dat het staalprofiel bij een brandduur van 30 minuten een behoorlijke temperatuurgradient heeft, waardoor de kolom een zekere kromming gaat vertonen. De aansluitende wand moet deze kromming zonder scheurvorming kunnen volgen of de kolom moet vrij kunnen vervormen zonder dat er spleten ontstaan tussen kolom en wand.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 200 (februari 2008).

Is het noodzakelijk de aansluiting van een betongevulde buiskolom en een ligger bij brand te controleren?

De constructie voor een schoolgebouw met vier bouwlagen bestaat uit kanaalplaten op geïntegreerde liggers, ondersteund door stalen buiskolommen. Voor de brandwerendheid zijn de liggers aan de onderzijde bekleed en worden de kolommen gevuld met gewapend beton. In hoeverre is het noodzakelijk de aansluiting van de kolom en de ligger bij brand te controleren? De stalen kolom wordt immers zeer heet (het beton neemt de draagkracht over) en geeft zijn warmte door aan de ligger die op de kolom rust.

Het klopt dat de draagkracht van de staal-beton kolom bij hogere temperaturen voor een min of meer belangrijk deel door het beton wordt overgenomen. Maar het beton warmt ook op, waardoor de temperatuur van het staal lager is dan zonder beton (800-850 °C met beton en 950 °C zonder beton). Het beton heeft derhalve een vertragende werking op de temperatuurontwikkeling van het staal. Ook bij de ge°ntegreerde ligger zorgt het beton voor een vertragende werking. Het effect van geleiding via de stalen buis op de temperatuur van de beklede ligger is echter beperkt. Het is daarom niet aannemelijk dat de staal-beton kolom de stalen ligger veel zal opwarmen. De kritieke doorsnede van de ligger ligt doorgaans in het veld (kritieke temperatuur in de orde van 650 °C) en daar zal de invloed van eventuele extra opwarming via de oplegging verwaarloosbaar zijn.

Een ander punt van aandacht zijn de verbindingen. In de praktijk blijkt dat de verbindingen meestal niet maatgevend zijn bij brand. NEN-EN 1993-1-2 stelt daarom dat staal-beton verbindingen bij brand niet hoeven te worden gecontroleerd. De voorwaarden hiervoor zijn dat de bescherming van de verbinding gelijk is aan die van de aangesloten profielen °n dat de belastinggraad van de verbindingen kleiner of gelijk is aan die van de aangesloten profielen. Doorgaans is de bekleding op de ge°ntegreerde ligger ook op de verbinding aanwezig en hoeft de verbinding niet te worden gecontroleerd. Voor de inleiding van de kracht in de ligger naar de kolom (doorgaans uitsluitend een dwarskracht vanuit de ligger en geen buigende momenten) moeten de detailleringsregels NEN-EN 1994-1-2, art. 5.4 worden gevolgd.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 211 (oktober 2009).

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).

Klopt het dat bouten en moeren niet brandwerend hoeven te worden gecoat?

De hoofddraagconstructie van een bedrijfspand bestaat uit spanten met momentvaste verbindingen. Voor het verkrijgen van 60 minuten brandwerendheid zijn spanten behandeld met brandwerende coating. De bouten en moeren zijn niet behandeld met brandwerende coating. Volgens de leverancier is dat niet nodig omdat tijdens brand de bevestigingsmiddelen door opschuiming van de coating worden omkapseld, waardoor de verbinding brandwerend wordt beschermd. Klopt het dat de bouten en moeren niet brandwerend hoeven te worden gecoat?

De verbindingen in een staalconstructie hebben vaak een hogere capaciteit bij brand dan de constructiedelen. Dit wordt vooral veroorzaakt doordat er in een verbinding veelal meer materiaal aanwezig is. Daardoor is een verbinding vaak wel 30 minuten brandwerend. Dit kan worden aangetoond met de Eurocode, NEN-EN 1993-1-2.

Onze ervaring is niet dat de boutkoppen geheel zullen worden ingekapseld tijdens brand. De boutkoppen zullen gedeeltelijk worden beschermd tijdens brand, maar niet helemaal. Bouten in sterkteklasse 8.8 of hoger zijn vervaardigd van koudgevormd staal dat bij hoge temperaturen eerder aan sterkte verliest. Boutkoppen en moeren moeten in principe dus brandwerend worden beschermd tenzij kan worden aangetoond (met bijlage D.1 van Eurocode NEN-EN 1993-1-2) dat ze de vereiste brandwerendheid halen.

---

Deze vraag is eerder beantwoord door de Helpdesk van Bouwen met Staal (januari 2009).

Hoe moet de brandwerendheid van gietijzeren kolommen worden berekend?

In een gebouw uit 1890 dat wordt gerenoveerd staan enkele fraaie gietijzeren kolommen. Voor de constructie geldt een brandwerendheidseis van 90 minuten. De architect wil deze brandwerendheid graag realiseren met de kolommen in het zicht. Aangezien de belastinggraad van de kolommen erg laag is (zo n 10% van de capaciteit) willen we uitrekenen wat de brandwerendheid is van de onbeschermde kolommen. Als de onbeschermde kolom geen 90 minuten haalt willen we het restant realiseren met brandwerende coating. De berekening van de brandwerendheid van een stalen kolom is bekend, maar hoe berekenen we de brandwerendheid van gietijzeren kolommen?

De warmtegeleiding van gietijzer komt overeen met die van gewoon staal. Dit betekent dat de bij staal gebruikelijke aanname dat bij brand gerekend mag worden met een gelijkmatige temperatuurverdeling in een constructiedeel, ook voor gietijzer opgaat. De warmtecapaciteit van gietijzer, hoewel bij kamertemperatuur vrijwel gelijk aan die van staal, neemt echter minder snel toe bij toenemende temperatuur dan voor staal. Onder gelijke omstandigheden moet er dus op gerekend worden dat een gietijzeren profiel wat sneller opwarmt dan een stalen profiel. De temperatuur waarbij gietijzeren constructies bezwijken onder brandomstandigheden is niet wezenlijk anders dan die van stalen constructies. In de praktijk zal een onbeschermde kolom 30 minuten brandwerend zijn. Een brandwerendheid van 60 minuten kan worden gehaald als de kolom relatief licht is belast. Een praktische oplossing is de toepassing van een brandwerende coating. Hierbij moet wel opgemerkt worden dat verschillende systemen van brandwerendheid (bijvoorbeeld onbeklede brandwerendheid en brandwerendheid coating) niet bij elkaar opgeteld kunnen worden. Een brandwerende coating moet bepaald worden op basis van de volledige vereiste brandwerendheid.

In het artikel van Käpplein en Frey is een rekentechnische relatie gelegd tussen temperatuur en draagkracht.

---

Deze vraag is eerder beantwoord door de Helpdesk van Bouwen met Staal (februari 2009).

Mogen de in de kolom aangebrachte gaten ter voorkoming van drukopbouw bij brand worden opgevuld met kit?

Ik heb een vraag over betongevulde kolommen. In een betongevulde buis worden gaten aangebracht om bij brand de drukopbouw in de kolom te voorkomen. Mogen deze gaten met kit opgevuld worden?

In NEN-EN 1994-1-2, art. 5.3.2 staat aangegeven dat in elke betongevulde buiskolom aan de boven- en onderzijde een gat moet zijn aangebracht met een diameter van minimaal 20 mm. Daarnaast mag de afstand tussen de gaten niet groter zijn dan 5 m. De gaten zijn bedoeld voor het reguleren van het vochttransport tijdens brand, zodanig dat zich geen druk in de kolom tijdens brand kon opbouwen. Door het dichtstoppen van de gaten kan zich weer druk opbouwen. De gaten mogen dus niet worden afgedicht.

---

Deze vraag is eerder beantwoord door de Helpdesk van Bouwen met Staal (november 2009).

Is er een website waar ik de kritieke staaltemperatuur van stalen liggers kan vinden?

De kritieke staaltemperatuur moet in principe uit een statische berekening volgen. Deze berekening kan door een constructeur of een brandveiligheidsadviseur worden gemaakt. Als er geen berekening is gemaakt moet een veilige inschatting worden gemaakt. In het Brandinformatiesysteem (www.brandveiligmetstaal.nl) zijn richtwaarden gegeven voor kolommen en liggers en wordt aangegeven hoe de kritieke staaltemperatuur kan worden berekend. In het boek Brand wordt dit ook uitgelegd.

---

Deze vraag is eerder beantwoord door de Helpdesk van Bouwen met Staal (februari 2010).

Mag de brandwerendheid van 60 minuten betonvulling worden opgeteld bij 60 minuten brandwerende bekleding?

Is het toegestaan de brandwerendheid van een betongevulde stalen buiskolom (60 minuten) te verhogen tot 120 minuten door brandwerende bekleding (60 minuten) rondom de kolom aan te brengen?

Nee, het is niet mogelijk de brandwerendheden bij elkaar op te tellen. De totale brandwerendheid is niet de som van 60+60 maar lager. Als na 60 minuten de brandwerende bekleding is 'uitgewerkt' zal de temperatuur in de kolom zo hoog zijn dat niet nog eens 60 minuten brandwerendheid als gevolg van de betonvulling kan worden gehaald. Er zijn ook geen rekenmethoden bekend waarbij de brandwerendheid kan worden bepaald bij een combinatie van twee methoden.

---

Deze vraag is eerder beantwoord door de Helpdesk van Bouwen met Staal (juli 2010).

Hoe moet de brandwerendheid van kolommen in de buitenlucht worden bepaald?

Een kantoorgebouw met een staalskelet heeft op de begane grond een terugspringende gevel. De kolommen op de begane grond staan daardoor in de buitenlucht. Hoe moet de brandwerendheid van deze kolommen worden bepaald?

Voor de brandwerendheid van een staalprofiel is de kritieke staaltemperatuur van belang: dat is de temperatuur waarbij de constructie bezwijkt. Deze temperatuur moet worden vergeleken met de werkelijke staaltemperatuur bij brand. De kritieke staaltemperatuur van een profiel hangt af van de benuttingsgraad: de verhouding tussen de optredende belasting bij de buitengewone belastingcombinatie brand en de rekenwaarde van de weerstand van het profiel bij normale temperatuur. De kritieke temperatuur moet worden bepaald door de constructeur. Op basis hiervan bepaalt de leverancier van de coating de benodigde laagdikte. Wanneer het profiel niet volledig wordt belast (lage benuttinggraad) kan een hogere temperatuur bij brand worden doorstaan. De kritieke temperatuur hangt dus niet af van de werkelijke temperatuur. De werkelijke temperatuur van de staalconstructie bij brand wordt vaak gerelateerd aan de standaardbrandkromme (constructie binnen) of aan een gereduceerde brandkromme (constructie buiten). Het hangt echter van de situatie af of er sprake is van een gereduceerde brandkromme. Wanneer de kolommen bijvoorbeeld 0,3 m voor de gevel staan en bij brand uitslaande vlammen om de kolom heen grijpen kan de brandbelasting in de orde van grootte van de standaardbrandkromme zijn. Bij grotere afstand van de kolommen tot de gevel bijvoorbeeld 1,8 m bij een galerijconstructie treedt direct vlamcontact niet op en is de gereduceerde standaardbrandkromme een veilig (conservatief) uitgangspunt.In plaats van een (gereduceerde) standaardbrandkromme kan ook een berekening met een natuurlijke brand worden gemaakt om de werkelijke temperaturen te bepalen.

De opwarming van het staal bij brand hangt af van de profielfactor. Voor onbeklede profielen is dat de verhouding tussen de omtrek van het staalprofiel en de oppervlakte van de staaldoorsnede. Bij beklede profielen is de profielfactor de verhouding tussen de binnenomtrek van de brandwerende bekleding en de oppervlakte van de staaldoorsnede.

De profielfactor is een maat voor de massiviteit van het profiel: een IPE warmt sneller op dan bijvoorbeeld een HEM. Bij een gereduceerde brandkromme is de temperatuurontwikkeling geringer. Het staalprofiel zal minder snel opwarmen en uiteindelijk ook een lagere maximumtemperatuur bereiken dan bij een standaardbrandkromme.

Wanneer de kritieke staaltemperatuur hoger is dan de werkelijke staaltemperatuur bij brand is de kolom voldoende brandveilig. Zie ook de publicatie Brand.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 222 (augustus 2011).

Hoe bereken ik de temperatuur in de staalprofielen bij een koolwaterstofbrand?

In een betonnen verkeerstunnel worden ook staalprofielen toegepast. De opdrachtgever eist dat de gehele constructie moet worden getoetst op een situatie met een koolwaterstofbrand. Hoe bereken ik de temperatuur in de staalprofielen bij een koolwaterstofbrand?

De berekening van de temperatuur van het staal bij een koolwaterstofbrand verloopt identiek aan de berekening bij een standaardbrand. Het enige verschil is dat bij een koolwaterstofbrand de temperatuur vrij snel oploopt tot de maximale waarde van zo n 1100 C. Het temperatuurverloop van een koolwaterstofbrand is gegeven in NEN-EN 1991-1-2, art. 3.2.3 (zie grafiek). Hiermee kan de temperatuurontwikkeling in het staalprofiel worden bepaald volgens NEN-EN 1993-1-2, art. 4.2.5.

Het is niet mogelijk de temperatuur in het staalprofiel rechtstreeks te bepalen, omdat de materiaaleigenschappen van het staal en van de eventuele bekleding afhangen van de temperatuur. Gebruikelijk is een zogenaamde tijdstapmethode, waarbij de temperatuur in stappen van maximaal 5 seconden wordt bepaald. Op tijdstip 0 worden de materiaaleigenschappen bepaald bij de starttemperatuur waarmee vervolgens een nieuwe staaltemperatuur wordt bepaald. Vervolgens worden de materiaaleigenschappen bij de nieuwe temperatuur bepaald, waarmee weer een nieuwe berekening kan worden uitgevoerd. Voor een berekening van de staaltemperatuur na 30 minuten zijn dus minimaal 30°(60/5) = 360 berekeningen nodig. De berekening is niet iteratief en kan daarom eenvoudig met een spreadsheet worden bepaald. Een alternatief is het gebruik van het gratis programma Ozone, dat is te downloaden via www.brandveiligmetstaal.nl (zoeken op Ozone).

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 222 (augustus 2011).

Hoe moet de profielfactor voor een betongevulde buiskolom met brandwerende coating worden bepaald?

De brandwerendheidseis voor een vierkante buiskolom 300x300x6,3 mm in een kantoorgebouw bedraagt 90 minuten. De architect wil de kolom vullen met beton én een brandwerende coating aanbrengen. Hoe moet de profielfactor voor deze kolom worden bepaald?

Betongevulde kolommen kunnen niet worden berekend met profielfactoren. Deze methode gaat er namelijk van uit dat de doorsnede gelijkmatig opwarmt en dat is door de betonvulling zeker niet zo. Betongevulde kolommen moeten daarom worden berekend volgens NEN-EN 1994-1-2, zie ook het artikel van Twilt en Hamerlinck. De berekening is bijvoorbeeld uit te voeren met het programma Potfire (gratis via www.brandveiligmetstaal.nl bij 'tools').

Overigens is het effect van de betonvulling op de opwarming met een conservatieve vuistregel in te schatten door aan te nemen dat ongeveer 40 mm van de buitenste schil van de betonvulling thermisch wordt geactiveerd. De thermische massa van beton (pccc = 2400 . 1000 = 2,40 . 106 J/(m3K)) is ongeveer de helft van die van staal (paca = 4,68 . 106 J/(m3K)), zodat in plaats van een betonnen schil van 40 mm mag worden gerekend met een 20 mm grotere wanddikte. Voor een buis met een wanddikte van 6,3 mm daalt de profielfactor door de betonvulling dan van Am/V = 1/t = 1/(6,3 . 10-3) = 159 m-1 naar Am/V = 1/t = 1/(26,3 . 10-3) = 38 m-1. Deze vuistregel is echter alleen geldig voor profielen met afmetingen van 200 mm of meer. In Europees verband wordt gewerkt aan NEN-EN 13381-6 voor het testen van betongevulde buiskolommen met een coating. Deze norm komt binnenkort beschikbaar.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 226 (april 2012).

Moet de kritieke staaltemperatuur boven de gereduceerde standaardbrandkromme liggen?

Voor de berekening van een staalconstructie in de buitenlucht wordt gebruik gemaakt van de gereduceerde (of afgeknotte) standaardbrandkromme. Is de constructie voldoende brandwerend als de kritieke staaltemperatuur boven de gereduceerde standaardbrandkromme ligt?

De constructie voldoet aan de brandwerendheidseis als de werkelijke temperatuur in de constructie lager is dan de kritieke staaltemperatuur. De kritieke staaltemperatuur is de temperatuur in de constructie waarbij de constructie bezwijkt. De werkelijke staaltemperatuur wordt bepaald aan de hand van de gereduceerde standaardbrandkromme en is afhankelijk van de profielfactor. De profielfactor geeft de massiviteit van het profiel aan (een IPE warmt sneller op dan een HEM). Bij een gereduceerde standaardbrandkromme zal het staalprofiel minder warm zijn dan bij de standaardbrandkromme. Bij een massief profiel (lage profielfactor) zal de temperatuur duidelijk onder de gereduceerde standaardbrandkromme liggen. Als de kritieke staaltemperatuur hoger is dan de werkelijke staaltemperatuur is de constructie brandveilig, de kritieke staaltemperatuur hoeft dus niet perse boven de gereduceerde standaardbrandkromme te liggen.

---

Deze vraag is eerder beantwoord door de Helpdesk van Bouwen met Staal (januari 2011).

Is het mogelijk minder brandwerende coating aan te brengen bij staalsoort S355 in plaats van S235?

De brandwerendheidseis van een kantoorgebouw met een staalconstructie is 60 minuten. De brandwerendheid van de stalen liggers wordt gerealiseerd met een brandwerende coating. De benodigde laagdikte is echter nogal groot waardoor de kosten van de coating hoog oplopen. We overwegen nu de staalconstructie uit te voeren in staalsoort S355 in plaats van S235 zodat de laagdikte kleiner wordt. Is dat mogelijk?

De benodigde laagdikte van de brandwerende coating is afhankelijk van de belastinggraad (de belasting bij brand gedeeld door de weerstand van het profiel bij normale temperatuur) en het gekozen profiel. Als er wordt gekozen voor een hogere staalsoort zal dit leiden tot een lagere belastinggraad. Hierdoor zal de kritieke staaltemperatuur (temperatuur waarbij de constructie bezwijkt) hoger zijn en dit leidt tot een kleinere laagdikte. Als de constructie door het toepassen van staalsoort S355 lichter wordt uitgevoerd zodat de belastinggraad ongeveer gelijk blijft zal de benodigde laagdikte ook ongeveer gelijk blijven.

---

Deze vraag is eerder beantwoord door de Helpdesk van Bouwen met Staal (maart 2011).

Bestaat er een limiet aan de kniklengte van kolommen bij de berekening op brand?

Voor de uitbreiding van een kantoor is er een ontwerp gemaakt waarbij de constructie, geheel zelfdragend, boven een bestaand magazijn komt te staan. De kniklengte van de nieuwe kolommen is 11 m. De grafieken in het CUR-SG-CS-rapport 6 gaan maar tot een kniklengte van 4,5 m. Bij het programma Brawesta is het wel mogelijk om een kniklengte van 11 m in te vullen. Bestaat er een limiet aan de kniklengte bij de berekening op brand?

Zowel Brawesta als CUR-SG-CS-rapport 6 zijn achterhaald. Tegenwoordig kan de brandwerendheid van betongevulde buiskolommen worden bepaald met NEN-EN 1994-1-2. De toetsingsmethode in deze norm geldt echter uitsluitend voor kolommen tot 4,5 m (zie bijlage H.5 van de norm). In Bouwen met Staal 222 is een in Frankrijk ontwikkelde, methode beschreven met een groter toepassingsgebied (kniklengte tot 30 x kolombreedte/-hoogte), waarvoor versie 3 van het softwarepakket Potfire beschikbaar is. In het artikel kan enige onderbouwing worden gevonden om een beroep op gelijkwaardigheid bij gebruik van die methode te motiveren. De brandwerendheid van stalen kolommen kan worden bepaald met NEN-EN 1993-1-2. De toetsingsmethode in deze norm kent geen restrictie voor de kniklengte. Berekeningstools zijn onder andere een Excel-bestand van Bouwen met Staal, Ozone en die van softwareleveranciers.

---

Deze vraag is eerder verschenen in de rubriek Vraag & Antwoord in Bouwen met Staal 238 (april 2014).