Brandveiligheid
5. Brandveilige oplossingen
5.1. Actieve maatregelen
Actieve maatregelen zijn alle maatregelen die ervoor zorgen dat een beginnende brand zich niet ontwikkeld tot een volledig ontwikkelde brand. De meest toegepaste maatregelen zijn:
- Detectie
- Alarmering
- Blusmiddelen
- Sprinklers
- Rook en warmte afvoer (RWA) installaties
- Verlaging van het zuurstofgehalte (in sommige industriegebouwen)
De actieve maatregelen verlagen de kans dat een volledig ontwikkelde brand kan ontstaan. De brand blijft beperkt tot een lokale brand. De verhitting van de staalconstructies is in dat geval beperkt en lokaal. De benodigde weerstand tegen brand kan in principe worden gehaald zonder aanvullende passieve maatregelen. Echter, er blijft altijd een kleine kans over dat de actieve maatregelen niet in staat zijn om een volledig ontwikkelde brand te voorkomen. Als deze kans te groot wordt geacht moet men in aanvulling hierop de staalconstructie zo ontwerpen dat de kans dat deze bezwijkt toch klein genoeg is. De Eurocodes geven hiervoor een methode.
5.2. Passieve maatregelen
Passieve maatregelen zijn alle maatregelen die de weerstand tegen brand van de staalconstructie verhogen uitgaande van een volledig ontwikkelde brand. De mogelijkheden zijn
- Overdimensionering
- Plaatsing van de constructie buiten het gebouw
- Bouwkundige integratie
- Brandwerende isolatie
- Waterkoeling
5.2.1. Overdimensionering
Het tijdstip waarop het staal bezwijkt, hangt af van :
- de kritieke temperatuur
- de opwarmsnelheid
Door de staalconstructies zwaarder uit te voeren dan voor het koude ontwerp nodig is, zal de constructie bij een hogere temperatuur bezwijken en zal de profielfactor (en dus de opwarmsnelheid) afnemen. Beide effecten zorgen ervoor dat de constructie op een later tijdstip bezwijkt. Vooral voor eisen van 15 en 30 minuten kan overdimensioneren een zeer economische oplossing zijn.
De kritieke temperatuur is de temperatuur waarbij het staal bezwijkt. Deze hangt af van de belastinggraad. Dit is de verhouding tussen de belasting die tijdens de brand op de constructie werkt en de initiële draagkracht.
De opwarmsnelheid van de staalconstructie hangt niet alleen van het temperatuurverloop van de brand zelf af, maar ook van de verhouding tussen het verhitte buitenoppervlak (A) en het staalvolume (V). Een massief profiel met een klein buitenoppervlak dat wordt verhit, warmt langzamer op dan een licht profiel met een groot verhit buitenoppervlak. Deze verhouding wordt aangeduid met de massiviteit (V/A in mm) of omgekeerd met de profielfactor (A/V in 1/m). Deze laatste definitie wordt in de Eurocodes gebruikt.
5.2.2. Plaatsing buiten het gebouw
Een kolomstructuur die buiten het gebouw is geplaatst wordt bij brand in een brandcompartiment slechts verhit door de straling uit het ramen en de verhitting van de eventuele vlammen uit het raam. Bovendien straalt de kolom bij opwarming veel warmte af naar de buitenlucht.
Door de kolommen niet recht voor de ramen te positioneren, blijft de verhitting beperkt. Op deze manier kan de constructie zonder brandwerende isolatie worden uitgevoerd om een weerstand tegen brand van 120 minuten te realiseren. In deel 1991-1-2 van de Eurocodes wordt een berekeningsmethode gegeven om weerstand tegen brand te toetsen. Deze oplossing kan ook economisch zijn met een constructie van roestvast staal ondanks de hogere materiaalkosten dankzij de inherente duurzaamheid en de betere mechanische eigenschappen bij verhoogde temperatuur dan gewoon staal.
5.2.3. Bouwkundige integratie
Bouwkundige integratie is een veel gebruikte manier om het staal economisch te beschermen tegen brand. De staalconstructie wordt geheel of gedeeltelijk opgenomen in de rest van de constructie waardoor de constructie niet of slechts beperkt door de brand wordt verhit. Door de integratie ontstaan bovendien vlakke vloeren en wanden die ruimte besparen en het plaatsen van leidingen en installaties vereenvoudigen.
Ook kunnen kolommen of liggers geheel of gedeeltelijk met beton worden omstort. Ook kunnen kokerprofielen worden gevuld met beton. Om brandweerstand te berekenen is in het kader van CIDECT het software tool POTFIRE ontwikkeld. Er worden in deel 1994-1-2 van de Eurocodes berekeningsmethoden gegeven voor verschillende typen liggers en kolommen. Op deze manieren is een weerstand tegen brand van 120 minuten haalbaar.
POTFIRE is een eenvoudige gratis software tool om de brandweerstand van betongevulde buiskolommen te berekenen. Er bestaat een POTFIRE versie volgens ENV 1994-1-2: 2002 en een nieuwe versie volgens EN 1994-1-2: 2005. De EN versie gebruikt licht gewijzigde materiaaleigenschappen voor staal en beton ten opzichte van de ENV versie. De verschillen zijn in alle gevallen klein.
5.2.4. Brandwerende isolatie
Een veel gebruikte oplossing om staal de gewenste weerstand tegen brand te geven is het beschermen van de staalconstructie tegen brand met brandwerende isolatie. Er bestaan verschillende types isolatiemateriaal:
- Opschuimende verf
- Beplating
- Spuitmortel
Voor alle isolatiematerialen hangt de benodigde dikte af van de kritieke temperatuur en de profielfactor van de staalconstructie. In een attest worden de diktes gegeven. De attesten van de isolatiematerialen zijn gebaseerd op een serie brandproeven waarbij zowel de isolerende werking is onderzocht als de mate waarin het materiaal bevestigd blijft aan de staalconstructie tijdens de brand. De proefresultaten zijn wiskundig bewerkt tot veilige ontwerpwaarden voor de benodigde isolatiedikte. Afhankelijk van de proefmethode en de bewerkingsmethode kunnen in de praktijk meerdere attesten voor één materiaal bestaan. Niettemin zijn de ontwerpwaarden van alle attesten altijd aan de veilige kant ten opzichte van de beproevingsresultaten.
Opschuimende verf
Een populaire manier om de constructie de gewenste weerstand tegen brand te geven en het staal toch in het zicht te laten is het aanbrengen van een dunne laag bij brand opschuimende verf. De verf schuimt bij verhitting op en vormt een isolerende laag die de opwarming van het staal vertraagt.
De laagdikte hangt af van de gewenste brandwerendheid. De verf wordt in een of meerdere lagen van enkele tienden van millimeters aangebracht in het atelier of op de werf. De dikte is eenvoudig te controleren met een speciaal daartoe ontwikkelde diktemeter.
Een weerstand tegen brand tot 120 minuten is voor zwaardere staalprofielen mogelijk maar de meest praktische toepassing is voor eisen van 30 en 60 minuten brandweerstand. Om te besparen op de laagdikte en het aantal aan te brengen lagen, kan het economisch zijn de staalconstructie over te dimensioneren. Immers, door overdimensionering stijgt de kritieke temperatuur en daalt de profielfactor en dus de opwarmsnelheid.
Voor een goede werking moet het staal gestraald worden en is een grondlaag nodig. De duurzaamheid van de verf hangt af van de omgevingscondities van de constructie. Als de verf wordt toegepast in een vochtige omgeving moet op de opschuimende verf een toplaag worden aangebracht om een duurzaamheid van 10-20 jaar te bereiken. De leverancier van de verf kan hierover adviseren.
Beplating
Brandwerende platen worden traditioneel veel toegepast en men kan elke gewenste weerstand tegen brand te realiseren. Er zijn platen op basis van (vezelversterkt) gips, calciumsilicaat of minerale wol. De platen op basis van gips of calciumsilicaat zijn zeer geschikt voor zichtwerk. Voor beplatingen is een goede bevestiging essentieel zodat de platen tijdens brand de vervorming van het staal kan volgen. Voor de afmetingen van de plaat, het type en de tussenafstanden van bevestigingsmiddelen dienen de voorschriften van het attest gevolgd te worden.
Spuitmortel
Spuitmortels worden op de werf aangebracht en men kan elke gewenste brandweerstand realiseren. Spuitmortels kunnen een zeer economische oplossing zijn maar het oppervlak van de spuitmortel is ruw en het is daarom minder geschikt voor zichtwerk.
Voor een goede hechting moet het staal meestal eerst worden gestraald en worden voorzien van een corrosiewerende laag. Aanwijzingen hieromtrent staan in het attest.
5.2.5. Waterkoeling
Kokerprofielen kunnen effectief tegen brand worden beschermd voor 120 minuten en meer door ze te vullen met water. De circulatie van het water is essentieel zodat de warmte wordt afgevoerd en het water niet gaat koken. De circulatie kan op natuurlijk wijze op gang worden gebracht door de lokale opstijging van het verwarmde water bij de brandhaard. Het systeem is vooral effectief voor kolommen in relatief hoge gebouwen. Op deze wijze kan een zeer ranke en aansprekende constructie worden gerealiseerd.
inhoud - hoofdstuk1 - hoofdstuk2 - hoofdstuk3 - hoofdstuk4 - hoofdstuk5 - hoofdstuk6 - referenties