Les 10 : Brandweerstand

ONTWERPEN VAN CONSTRUCTIES IN PREFABBETON

Les 10

Brandweerstand

Les 10 : Brandweerstand

Basisvereisten

De brandweerstand van een constructie wordt bepaald volgens de volgende criteria:

Stabiliteit “R”: dragende functie

Thermische isolatie “I”: de gemiddelde temperatuurstijging van de niet blootgestelde oppervlakte < 140 °K en de maximum

temperatuurstijging op geen enkel punt > 180 °K

Vlamdichtheid “E”: geen doorgang van brand door wanden, vloeren, enz..

Les 10 : Brandweerstand

Brandacties

Thermische en mechanische acties

Reductie van de materiaaleigenschappen in functie van de temperatuur

Thermische uitzettingen

Les 10 : Brandweerstand

Reductie materiaaleigenschappen

Beton

Vermindering van de karakteristieke druksterkte

1. Silicium granulaten

2. Kalksteen granulaten

Les 10 : Brandweerstand

Reductie materiaaleigenschappen

Wapeningsstaal

Vermindering van de karakteristieke treksterkte

1. Trekwapening (warm gewalst) voor

rekken εs,fi 2%

2. Trekwapening (koud vervormd) voor

rekken εs,fi 2%

3. Druk- en trekwapening voor

rekken εs,fi 2%

Les 10 : Brandweerstand

Voorspanstaal

Vermindering van de karakteristieke sterkte (0,9 fpk)

Reductie materiaaleigenschappen

1. Koud vervormd voorspanstaal (draden en strengen)

2. Gekoeld en getemperd staal (staven)

Les 10 : Brandweerstand

Brandacties

Thermische uitzetting

Grotere doorbuiging bij platen

door blootstelling aan één zijde

Grotere langse uitzetting van ribbenvloeren omwille van blootstelling aan 3 zijden

Vloeren zetten uit in langse en dwarse richting

Les 10 : Brandweerstand

Thermische uitzetting

Constructief gedrag

Verhinderde thermische uitzetting door omringende constructie

Grote blokkeerkrachten in grotere constructies

Kleine blokkeerkrachten in kleinere constructies

Les 10 : Brandweerstand

Grote uitzettingen kunnen aanleiding geven tot incompabiliteit met de verbindingen

Cumulatie van thermische uitzettingen van

opeenvolgende overspanningen in dezelfde richting

kunnen 100 mm en meer bedragen

Thermische uitzetting

bij 120 °C ± 100 mm

Les 10 : Brandweerstand

Mogelijke gevolgen van thermische uitzettingen

Brand in bibliotheek in Linköping, Zweden

De constructie in ter plaatse gestort beton

stortte in na 30 minuten brand, omwille van de

incompatibiliteit van de verbindingen tussen

kolommen en vloeren met de grote uitzetting

van een 52 m lange vloer aan weerszijden

blootgesteld aan de brand

Les 10 : Brandweerstand

Indirecte thermische acties

Dwarsvervorming van de betondoorsnede

Trek- en drukspanningen in de betondoorsnede ten gevolge van de incompabiliteit tussen de niet-lineaire temperatuurgradiënt en de lineaire vervorming van de dwarsdoorsnede

Druk

DrukTrek

Lineaire vervorming van de dwarsdoorsnede

Temperatuurgradiënt

Temperatuur

Les 10 : Brandweerstand

Indirecte thermische acties

Toename van de steunpuntsmomenten bij hyperstatische constructies

De doorbuiging ten gevolge van thermische spanningen doet

het steunpuntsmoment bij doorlopende constructies toenemen

Thermische doorbuiging bij isostatisch opgelegde vloeren

Les 10 : Brandweerstand

Aanbevelingen bij het ontwerp

Thermische uitzettingen moeten mogelijk zijn

De stabiliteitskern zo centraal mogelijk in de constructie plaatsen en scharnierende verbindingen voorzien met de rest van de constructie

Geprefabriceerde betonnen constructies laten over ‘t algemeen grotere vervormingen toe dan ter plaatse gestorte monoliete constructies

Scharnierende verbinding

Centrale kern

Centrale kern

Scharnierende verbindingen

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht brandweerstand

Volgens Eurocode 2 - deel 1-2 kan de brandweerstand bepaald worden door:

Tabellen

Eenvoudige berekeningen

Brandproeven

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht brandweerstand

Tabellen

Opgesteld op empirische gegevens en berekeningen

Geven minimum afmetingen voor de betondoorsnede en asafstand van de hoofdwapening

De referentie belastingsgraad fi = 0,7

Opgesteld voor normaal beton met siliciumgranulaten (kalksteengranulaten middels aanpassingen)

Geen verder nazicht nodig voor dwarskracht en torsie

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht met tabellen

Balken blootgesteld aan 3 zijden

Definitie van de gebruikte afmetingen voor verschillende balktypes

deff d1 + 0,5 d2

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht met tabellen

Balken

Statisch opgelegde balken in gewapend en voorgespannen beton

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht met tabellen

KolommenMethode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Betondekking 40 mm

4 langswapenigen 8 langswapeningen

Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton

0

30

60

90

120

150

180

210

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(m

in)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40

0

30

60

90

120

150

180

210

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(m

in)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht met tabellen

KolommenMethode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Betondekking 50 mm

4 langswapenigen 8 langswapeningen

Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton

0

30

60

90

120

150

180

210

240

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(m

in)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=50 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=50

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=50 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=50

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=50 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=50

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=50 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=50

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=50

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(m

in)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=50 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=50

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=50 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=50

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=50 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=50

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=50 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=50

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=50

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht met tabellen

KolommenMethode A voor kolommen 300/300, 300/400 en

400/400Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Betondekking 60 mm

4 langswapenigen 8 langswapeningen

Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(min

)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=60 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=60

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=60 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=60

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=60 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=60

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=60 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=60

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=60

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

3 4 5 6 7

L (m) = actual length = 2 x effective length

Rfi

(m

in)

b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=60 b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=60

b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=60 b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=60

b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=60 b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=60

b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=60 b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=60

b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=60

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht met tabellen

Wanden

Dragende wanden in gewapend beton

Les 10 : Brandweerstand

Brandweerstand holle vloeren

Tabellen

Minimum plaatdikte en asafstand wapening

voor isostatisch opgelegde holle vloeren

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht brandweerstand

Eenvoudige berekeningen

Temperatuurcurven voor verschillende

types geprefabriceerde elementen

I - balken

Rechthoekige balken

Ribbenvloeren

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht door berekening

Gereduceerde betondoorsnede

Alleen de doorsnede < 500°C wordt gebruikt in de berekening

Berekening volgens de breukmethode

Temperatuur- gradient 500 °C

Materiaalsterkte functie van de temperatuur

Beton

Staal

Les 10 : Brandweerstand

Brandweerstand holle vloeren

Analyse door berekening

Temperatuurcurves / asafstand wapening

Berekeningsmodel voor de brandweerstand volgens de breukmethode

Kettingwapening ø 12 mm

Brandbescherming is noodzakelijk

Om een goede brandweerstand te bekomen zijn verbindingen met de oplegconstructie essentiëel

Les 10 : Brandweerstand

Nazicht brandweerstand

Brandproeven

ISO tijd - temperatuurcurve

Normale belastingen

Statisch opgelegde elementen

TT-element na 150 minuten ISO-brand

Tem

pera

tuur

Tijd - uren

Les 10 : Brandweerstand

Brandproef op een prefabhal

Details gebouw en brandlast

Schets binnenzicht zonder tussenvloer 125 kg hout per m²

Buitenzicht gebouw Binnenzicht met tussenvloer

Les 10 : Brandweerstand

Brandproef op een prefabhal

Proefresultaten

Op het einde van de brand

Tijdens de brand

Vervorming dakbalk Temperatuurverloop tijdens de brand

Les 10 : Brandweerstand

Brandweerstand verbindingen

Zelfde principes als constructieve componenten:

Minimum afmetingen

Voldoende betondekking op de wapeningen

Brandbescherming van blootgestelde metalen details

Grote vervormingen mogelijk maken

Deuvelverbindingen vereisen gewoonlijk geen speciale maatregelen tegen brand

Metalen verbindingen moeten tegen brand beschermd worden