Brandveiligheid
1. Basisbegrippen op het gedrag van een brand
1.1. Ontwikkeling van een brand
Brand is ongewenst vuur. Voor het ontstaan van brand zijn nodig:
- brandstof
- zuurstof
- een warmtebron om de verbrandingsreactie op gang te brengen.
De manier waarop een brand zich ontwikkelt, kenmerkt zich door drie fasen.
- De groeifase: Eenmaal op gang gebracht kan een lokale brandhaard zich snel of langzaam ontwikkelen. Dit hangt af van de toevoer van zuurstof bij de bron, de aard en verdeling van de brandstof ten opzichte van de bron en de verspreiding van de warmte rondom de bron. Als de brandhaard zich blijft uitbreiden, neemt de temperatuur in het brandcompartiment geleidelijk toe en ook vormt zich een rooklaag die opstijgt en zich onder het dak of plafond verspreid over de gehele brandruimte. Deze rooklaag wordt dan dikker en warmer en straalt deze warmte uit op alle goederen in de brandruimte. Cellulose houdende materialen (papier, karton, meubilair) die zich in de rooklaag bevinden kunnen vanaf zo’n 300 °C spontaan ontbranden. Cellulose houdende materialen onder de rooklaag kunnen door de straling van de rooklaag spontaan gaan branden als de straling zo’n 15 kW/m2 is. Dit komt overeen met een temperatuur van de rooklaag van zo’n 500-650 °C. Op dat moment kan de brand zich dus overal tegelijk in de brandruimte uitbreiden: er treedt vlamoverslag op. Vice versa, als er onvoldoende zuurstof toegevoerd wordt of als de warmte zeer goed kan worden afgevoerd, zal de temperatuur en de straling in de brandruimte onvoldoende oplopen en zal er geen vlamoverslag optreden.
De brandfase: Na vlamoverslag is de brand niet meer lokaal maar heerst de brand overal in de brandruimte. Men spreekt van een volledig ontwikkelde brand. De temperatuur stijgt nu snel verder. Als er maar weinig ventilatie is zal de zuurstof in de ruimte snel op zijn en zullen veel deels onverbrande brandbare gassen in de ruimte aanwezig zijn. Men spreekt van een zuurstofbeheerste of ventilatiebeheerste brand. Kenmerkend voor de zuurstofbeheerste brand zijn de vlammen die uit de openingen van de brandruimte komen. Deze worden gevormd door de deels onverbrande gassen die bij buitenkomst alsnog met zuurstof mengen en verbranden. In geval er genoeg ventilatie is, zal er meer brandstof verbranden dan in de zuurstofbeheerste brand en zal de temperatuur hoger oplopen. In dat geval is het vrijkomen van brandbare gassen uit de brandstof de beperkende factor voor het vermogen van de brand. Dit hangt af van de aard van de brandstof en de omvang van het buitenoppervlak van de brandstof. Men spreekt van een brandstofbeheerste brand. Als er heel veel ventilatie is, zal de warmte snel worden afgevoerd door de ventilatieopeningen naar buiten en zal de temperatuur lager zijn.- De dooffase: In elke brand zal op een zeker moment de brandstof opraken. De verbranding neemt af en de temperatuur daalt. Ruwweg kan men zeggen dat de intensiteit van een brand afneemt als zo’n 70 % van alle brandstof verbrand is. De duur van de brand hangt dus af van de totale hoeveelheid brandstof maar ook van de snelheid waarmee het verbrand is.
1.2 Gedrag van staal bij brand
Staal is een onbrandbaar materiaal. Staal verbrandt niet en er komt ook geen warmte of rook vrij. Maar bij de temperaturen die bij een brand in een gebouw kan optreden treedt wel een verlies van sterkte en stijfheid. Vanaf een staaltemperatuur van 400 °C neemt de sterkte af en bij 800 °C is er nog 10 % van de sterkte over.
Door de juiste maatregelen te nemen is elke brandweerstand te realiseren. En bovendien biedt staal een grote mate van veiligheid om de volgende redenen:
- Staal is een voorspelbaar constructiemateriaal. In tegenstelling tot sommige andere constructiematerialen zoals metselwerk en beton, zijn van staal de materiaaleigenschappen bij hoge temperatuur nauwkeurig bepaald en bestaan er maar kleine variaties.
- Staal is ook een vervormbaar constructiemateriaal. Alle materialen ondergaan bij verhoogde temperatuur grote thermische vervormingen. Deze vervormingen genereren extra krachten in de constructie. Om de vervormingen en krachten op te kunnen nemen moet een materiaal niet zozeer sterk zijn maar juist vervormbaar. In tegenstelling tot bijvoorbeeld een bros materiaal als beton is staal hiertoe perfect in staat.
- Staal waarschuwt met grote vervormingen voordat het eventueel bezwijkt. De brandweer en andere hulpverleners kunnen normaliter aan de ontwikkeling van de vervormingen zien of het gebouw op instorten staat. Het plotseling en bros bezwijken zoals dat bij bijvoorbeeld beton- en metselwerkconstructies kan optreden, is voor staalconstructies hoogst zeldzaam.
- Staal is een goed berekenbaar materiaal. De Eurocodes voor de berekening van de brandweerstand van staal zijn gebaseerd op decennia van uitgebreid wetenschappelijk onderzoek. Het constructieve gedrag is goed gekend en alle mogelijke fenomenen zijn nauwkeurig te voorspellen. Het risico dat een andere bezwijkvorm optreedt dan voorzien in het ontwerp is daardoor voor staalconstructies heel klein.
inhoud - hoofdstuk1 - hoofdstuk2 - hoofdstuk3 - hoofdstuk4 - hoofdstuk5 - hoofdstuk6 - referenties