Fire Safety Engineering met staal in Nederland

Transcriptie

1 Fire Safety Engineering met staal in Nederland Ralph Hamerlinck (BmS/AH) Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context

2 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) Bouwbesluit en eisen aan constructies Berekening constructies (Eurocode) Traditioneel brandontwerp Fysisch brandmodel Compartimentsbrand Lokale brand Globaal constructiegedrag Juridische context

3 Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) - thermisch

4 Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) - mechanisch Doorbuiging als functie van T (t): component vs. systeem

5 Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) traditioneel

6 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context ü Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) Bouwbesluit en eisen aan constructies Berekening constructies (Eurocode) Traditioneel brandontwerp Fysisch brandmodel Compartimentsbrand Lokale brand Globaal constructiegedrag Juridische context

7 Bouwbesluit en eisen aan constructies

8 Bouwbesluit en eisen aan constructies Hoofd draagconstructie Onderscheid slaap- en niet-slaapgebouwen Invloed bovenste vloer verblijfsgebied geen eis kantoor hotel geen eis < 5 m < 13 m > 13 m 60/30 min. 90/60 min. 120/90 min. hotel 90/60 min. kantoor als de permanente vuurbelasting < 500 MJ /m 2 (ca. 25 kg vurenhout/m 2 )

9 Bouwbesluit en eisen aan constructies Naast eisen aan hoofd draagconstructie ook eisen aan draagconstructie: onbruikbaar worden vluchtroute» 30 minuten brandwerendheid (brand in ander subbc) brandoverslag naar andere gebouwen» 30 minuten brandwerendheid gevel compartimentering binnen gebouw» 60 minuten brandwerendheid (30 min. als h vloer < 5 m)

10 Bouwbesluit en eisen aan constructies: Wat is hoofd draagconstructie? BB 2012 kent het begrip hoofddraagconstructie niet meer maar omschrijft de constructies waarvoor de hogere eisen gelden (60, 90, 120): Een bouwconstructie bezwijkt bij brand in een brandcompartiment waarin die bouwconstructie niet ligt, niet binnen de in tabel aangegeven tijdsduur door het bezwijken van een bouwconstructie binnen of grenzend aan dat brandcompartiment Gaat onverminderd om het voorkomen van voortschrijdend bezwijken (buiten het bc) Eis in minuten, niet meer automatisch aan standaard brandkromme gekoppeld, bepaling volgens Eurocodes

11 Bouwbesluit en eisen aan constructies: Wat is hoofd draagconstructie? Tot 2012: term met definitie Bouwbesluit 2012: geen term, maar omschrijving wanneer de (hogere) eisen gelden: geen voortschrijdend bezwijken buiten het brandcompartiment Brandcompartiment 1 Brandcompartiment 2 Geen eis van 90 / 60 min. als constructie ontkoppeld is dwz bezwijken ene compartiment leidt niet tot bezwijken andere; 30 min ivm vluchten (bij opdeling in subbc s)

12 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context ü Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) ü Bouwbesluit en eisen aan constructies Berekening constructies (Eurocode) Traditioneel brandontwerp Fysisch brandmodel Compartimentsbrand Lokale brand Globaal constructiegedrag Juridische context

13 Overzicht Eurocodes Brand EN : Belastingen EN : Beton EN : Staal EN : Staal-beton EN : Hout EN : Metselwerk EN : Aluminium

14 Berekening constructies (Eurocode): EN Ontwerp en berekening van een project Voorgeschreven regels (thermische belas<ngen volgend uit een nominale brand) Presta<egerelateerde regels (thermische belas<ngen op basisch van fysische eigenschappen) Keuze van eenvoudige of geavanceerde modellen voor de ontwikkeling van brand Berekening van een element Berekening van een deel van de construc<e Berekening van de gehele construc<e Berekening van een element Berekening van een deel van de construc<e Berekening van de gehele construc<e Berekening van de mechanische belas<ngen en randvoorwaarden Berekening van de mechanische belas<ngen en randvoorwaarden Keuze van de mechanische belas<ngen Berekening van de mechanische belas<ngen en randvoorwaarden Berekening van de mechanische belas<ngen en randvoorwaarden Keuze van de mechanische belas<ngen Gegevens in tabelvorm Eenvoudige berekeningsmodellen Geavanceerde berekeningsmodellen Eenvoudige berekeningsmodellen Geavanceerde berekeningsmodellen Geavanceerde berekeningsmodellen Eenvoudige berekeningsmodellen Geavanceerde berekeningsmodellen Geavanceerde berekeningsmodellen Geavanceerde berekeningsmodellen

15 Berekening constructies (Eurocode): EN thermisch Keuze bij de berekening van de constructie bij brand Thermische belasting op basis van standaardbrandkromme Thermische belasting op basis van de fysica (natuurlijke of fysische brandkromme)

16 Berekening constructies (Eurocode): EN thermisch Thermische belasting: Nominale en Natuurlijke brandkrommen Gas Temperatuur ( C) Koolwaterstof brand u Brandwerenheidseis is gebaseerd op standaard brandproef; NIET op Standaard brand werkelijk gedrag in een echte brand Buiten brand Natuurlijke brandkromme uit Eurocode u Natuurlijke brandkromme uit Eurocode, gebaseerd op vuurbelasting en eigenschappen brandcompartiment Tijd (sec)

17 Berekening constructies (Eurocode): EN Belastingen E (wind, sneeuw, personen, enz.) bepaald met een lage overschrijdingskans: E d = γ F E k Sterkte van constructie R berekenen met een lage onderschrijdingskans: R d = R k /γ M Veiligheidsfactoren R d E d

18 Berekening constructies (Eurocode): EN Elke constructie heeft een bezwijkkans, hoe klein ook: orde van grootte over levensduur Maximaal toegestane bezwijkkans is lager wanneer de effecten van bezwijken groter zijn: brug, hoogbouw of theaterzaal vs. eengezinswoning, industriehal of stal Eurocode: indeling in gevolgklassen CC1, CC2, CC3 Per hogere klasse ± 10 x lagere bezwijkkans In deze benadering hebben we het dus niet à priori over.. minuten brandwerendheid

19 Eurocodes en Bouwbesluit 2012 Geen directe koppeling met gevolgklassen en ontwerplevensduur? Nee, niet als je de gebruikelijke optie standaardbrand uit de EC toepast, want dan wordt je voor de eisen terugverwezen naar het BB (30, 60, 90, 120 minuten) Ja, als je de optie natuurlijke brand uit de EC gebruikt

20 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context ü Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) ü Bouwbesluit en eisen aan constructies ü Berekening constructies (Eurocode) Traditioneel brandontwerp Fysisch brandmodel Compartimentsbrand Lokale brand Globaal constructiegedrag Juridische context

21 Traditioneel brandontwerp Standaardbrand; opwarming als functie van profielfactor A m /V = verf opp. inhoud A m /V = verhitte omtrek doorsnede opp

22 Traditioneel brandontwerp Eenvoudige berekening van de brandwerendheid staalconstructies: Thermisch: profielfactor / bekleding > θ a Mechanisch: benuttingsgraad > kritieke staaltemperatuur θ a;cr θ, θ a standaardbrand θ a staal temp. θ a,cr stap 2 stap 1 stap 3 t fi tijd benuttingsgraad µ 0 Stap 1: bepaal mechanische respons: µ 0 θ a,cr Stap 2: bepaal thermische respons θ a Stap 3: bepaal brandwerendheid t fi

23 Traditioneel brandontwerp Nomogram vb statisch bepaalde ligger ^ ^ HEA240 voor onbekleed staal voor bekleed staal te gebruiken als eerste benadering mechanisch thermisch

24 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context ü Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) ü Bouwbesluit en eisen aan constructies ü Berekening constructies (Eurocode) ü Traditioneel brandontwerp Fysisch brandmodel Compartimentsbrand Lokale brand Globaal constructiegedrag Juridische context

25 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand Zonemodel als basis Vóór flashover: twee zones Ná flashover: één gemengde zone flashover overgangsvoorwaarden

26 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand Natuurlijke brand met Eurocode / NEN 6055 RHR [MW] 0 t dooffase tijd [min] RHR: afbrandsnelheid of brandvermogensdichtheid

27 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand Natuurlijke brand met Eurocode / NEN 6055 RHR [MW] RHR [MW] RHR [MW] ultra- 8 snel groeifase stationaire fase A f x RHR f snel) brandstof-beheerst matig) Groeisnelheid brand A f x RHR f traag ventilatie-beheerst 2 1 Decay phase 75'' 150'' 300'' 600'' dooffase t [min] % (qf,d Afi) t [min] t dooffase tijd [min] RHR: afbrandsnelheid of brandvermogensdichtheid

28 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand Natuurlijke brand met Eurocode / NEN 6055 RHR [MW] stationaire fase A f x RHR brandstof-beheerst f RHR [MW] A f x RHR f 3 2 ventilatie-beheerst 1 Decay phase dooffase t [min] 0 70% (qf,d Afi) t dooffase tijd [min] RHR: afbrandsnelheid of brandvermogensdichtheid

29 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand Natuurlijke brand met Eurocode / NEN 6055 RHR [MW] 70% (qf,d Afi) dooffase 0 t dooffase tijd [min] RHR: afbrandsnelheid of brandvermogensdichtheid

30 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand Veiligheidsfactoren in Eurocode vloeroppervlak brandruimte Af [m²] activerings- risico δ q1 1,10 1,50 activerings- risico δ q2 0,78 1,00 museum, zwembad voorbeelden van gebruik woning, hotel, kantoor ,90 1,22 machinefabriek chemische fabriek, ,00 1,44 verfwinkel vuurwerkfabriek, q10000 = δ 2,13 δ. δ1,66. m verffabriek. q δni functie voor actieve brandveiligheid-maatregelen f, d q1 q2 ni f,. k automatische blussing automatische melding handmatige blussing automatisch waterblussysteem onafhankelijke water- - toevoer automatische melding & alarm door hitte door rook automatische doormelding naar de brandweer bedrijfs- gemeente brandweer brandweer veilige brandblustoegang middelen rookafvoer δ n1 δ n2 δ n3 δ n4 δ n5 δ n6 δ n7 δ n8 δ n9 δ n10 0,61 1,0 0,87 0,7 0,87 or 0,73 0,87 0,61 or 0,78 0,9 or 1 1,5 1,0 1,5 1,0 1,5

31 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand Wijziging in NB t.o.v. NEN-EN : q f = δ δ. δ. m., d q1 q2 ni. q f, k Rekenwaarde voor de vuurbelasting & brandvermogen q f,r = δ qf. m. q f,k RHR f,r (t) = RHR f,d (t) δ qf Globale risicofactor δ qf op basis van partiële kansen p 1, p 2 en p ni, overeenkomstig de partiële δ qf risicofactoren δ q1, δ q2 en δ ni uit EN (met schrap factor 0,1 brandweer (2018 )) NB: 2018 met factor p cc volgens gevolgklasse: 0,005 (CC1), 0,03 (CC2), 0,2(CC3) p tot = p 1. p 2. p ni. p cc

32 Fysisch brandmodel: Compartimentsbrand NB: Wijzigingen tov EN q f,r = δ qf. m. q f,k RHR f,r (t) = RHR f,d (t) δ qf p tot = p 1. p 2. p ni. p cc Globale risicofactor δ qf : bepaal partiële kansen p 1, p 2, p cc en p ni, uit NBtabellen bepaal globale kans p tot bepaal δ qf uit p tot met ondergrens 0,54 (NB-tabel) Berekening met aangepaste brandvermogenscurve

33 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context ü Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) ü Bouwbesluit en eisen aan constructies ü Berekening constructies (Eurocode) ü Traditioneel brandontwerp Fysisch brandmodel ü Compartimentsbrand Lokale brand Globaal constructiegedrag Juridische context

34 Fysisch brandmodel: Lokale brand Wanneer geen compartimentsbrand kan ontstaan en de brand lokaal blijft (grote hal met beperkte vuurlast; parkeergarage) LOKALE BRAND θ (x, y, z, t) VOLLEDIG ONTWIKKELDE BRAND θ (t) gelijkmatig verdeeld

35 Fysisch brandmodel: Lokale brand Methode van HASEMI EN , bijlage C: Vlam bereikt het plafond (L f > H) betonvloer ligger θ g Y = hoogte van de rookvrije zone θ = luchttemperatuur t.p.v. ligger berekend met CaPaFi x

36 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context ü Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) ü Bouwbesluit en eisen aan constructies ü Berekening constructies (Eurocode) ü Traditioneel brandontwerp ü Fysisch brandmodel ü Compartimentsbrand ü Lokale brand Globaal constructiegedrag Juridische context

37 Globaal constructiegedrag Het vervormings- en bezwijkgedrag van een stalen raamwerk onder (standaard) brandomstandigheden wijkt sterk af van dat van een afzonderlijke ligger. Het globaal constructie- (of systeem-) gedrag is door interactie van de ligger met de vloer en andere stalen constructieonderdelen in werkelijkheid anders.

38 Globaal constructiegedrag Tool MACS+: gebruik membraanwerking in staalplaat-betonvloer, waardoor deel van de liggers onbekleed kan blijven mindset: brand in Broadgate, Londen 1 : 1 testfaciliteit in Zeppelinhangar constructie als een systeem veel sterker liggers hangen aan de vloer! standaard brandkromme Metz: 6,6 x 8,7 m vloerveld 2 liggers onbekleed > 120 minuten brandwerend ontwerptool en achtergronddocumenten (18 talen) en 863/7a10_ontwerptool_macs.html zie laatste lezing Systeem-gedrag vloer + liggers

39 Onderwerpen Introductie van FSE met de Eurocodes en Juridische context ü Introductie van FSE (Fire Safety Engineering) ü Bouwbesluit en eisen aan constructies ü Berekening constructies (Eurocode) ü Traditioneel brandontwerp ü Fysisch brandmodel ü Compartimentsbrand ü Lokale brand ü Globaal constructiegedrag Juridische context

40 Juridische context Eurocodes + Nationale Bijlagen aangewezen door Bouwbesluit NEN-EN (belastingen) + NB: Annex B constructie buiten : normatief Annex C lokale branden : informatief Annex D geavanceerde modellen : informatief Annex E fyisische brandmodellen : informatief, wordt normatief in NB: 2018 Normatief: berekening moet worden geaccepteerd door bevoegd gezag, mits Informatief: bevoegd gezag heeft enige vrijheid berekening te weigeren (met motivatie)

41 Juridische context Huidige NB bij NEN-EN Annex E: Informatief: bevoegd gezag kan vragen naar (ref. introductie bij annex E): een specifieke analyse van de afkoelingsfase, de verbindingen, de effecten van thermische vervormingen (en de verhindering daarvan), een globale bechouwing van de veiligheid van het ontwerp in vergelijking met traditionele ontwerp. op zijn minst een verklaring waarom deze aspecten zijn afgedekt in het ontwerp. Deze status biedt nog onvoldoende aanmoediging voor de toepassing van fire safety engineering door ingenieurs

42 Juridische context NB: 2018 bij NEN-EN Annex E: Normatief: berekening moet worden geaccepteerd door bevoegd gezag, mits : Terzake kundig, Relevante scenario s zijn beschouwd (gevoeligheidsanalyse) Aandacht voor de eerder genoemde aspecten, met name verhinderde vervormingen. Nieuwe status stimulans voor de toepassing van fire safety engineering door ingenieurs Voordelen: meer inzicht in werkelijke gedrag, economie Nadelen: meer inspanning, nog niet algemeen bekend (bij indieners & toetsers), soms is een second opinion gewenst of extra berekeningen Inmiddels vele praktijkvoorbeelden en toename kennis (zie het programma van vandaag

43 Dank voor uw aandacht 43