Postbus ZN Bleiswijk Brandpuntlaan Zuid NZ Bleiswijk

Transcriptie

1 Postbus ZN Bleiswijk Brandpuntlaan Zuid NZ Bleiswijk Bepaling van de weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag volgens NEN 6068:2008 / C1:2011 van een staaldakconstructie rustend op een cellen betonnen wand Rapportnummer Sponsor 2015-Efectis-R000940[Rev.1] Bormstraat 24 B-2830 TISSELT BELGIE Auteur(s) P.W.M. Kortekaas Ing. R.D. Scheepe Projectnummer Rapportdatum Aantal pagina's 48 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt zonder voorafgaande toestemming van Efectis Nederland. Het ter inzage geven van het Efectis-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan. Indien dit rapport in opdracht werd uitgevoerd, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan Efectis Nederland, dan wel de betreffende ter zake tussen de partijen gesloten overeenkomst Efectis Nederland BV Pagina 1 / 48

2 2015-Efectis-R000940[Rev.1] INHOUDSOPGAVE 1. Onderwerp 4 2. Onderzoek 4 3. Opdrachtgever 4 4. Plaats en data betreffende het onderzoek 4 5. Onderzochte constructie Algemeen Proef Proef Modellering Materialen Staaldak Cannelure vulling Beplating aan onderzijde van het staaldak bij wand Steenwol scheiding in brandbare isolatie boven cellen betonnen wand Bevestigingsmiddelen Cellenbetonnen wand Methode van assemblage en montage Proef 1 (grote oven) Proef Vervaardiging van de constructie 8 7. Wijze van onderzoek Controle proefstuk Conditionering Brandproef Condities Belasting Metingen 9 8. Waarnemingen tijdens de verhitting Proef 1 (grote oven) Proef 2 (kleine oven) 9 9. Meetresultaten Volumieke massa en vochtgehalte Brandproef Meetonzekerheid Samenvatting Conclusie Direct toepassingsgebied Figurenlijst 12 Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 2 / 48

3 2015-Efectis-R000940[Rev.1] Bijlage A: Ovencondities 19 Bijlage B: Meetresultaten 28 Bijlage C: Modellering van de straling door een brand boven het dak 38 Bijlage D: Foto's 42 Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 3 / 48

4 2015-Efectis-R000940[Rev.1] 1. ONDERWERP Weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag van een staaldakconstructie rustend op een cellen betonnen wand. 2. ONDERZOEK Weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag volgens NEN 6068:2008 / C1: OPDRACHTGEVER PROMAT RESEARCH & TECHNOLOGY CENTRE NV Bormstraat 24 B-2830 TISSELT BELGIE 4. PLAATS EN DATA BETREFFENDE HET ONDERZOEK Het onderzoek vond plaats in het laboratorium van Efectis Nederland BV te Bleiswijk. Er werden twee brandproeven uitgevoerd Proef 1 : 10 juli 2015 Proef 2 : 22 juli 2015 Tevens werd een aanvullende modellering in Juli 2015 uitgevoerd. 5. ONDERZOCHTE CONSTRUCTIE 5.1 ALGEMEEN Doel van de testen en de modellering is om aan te tonen dat er een weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag (WBDBO) van tenminste 60 minuten aanwezig is tussen twee ruimten voorzien van een staaldakconstructie en gescheiden door een cellen betonnen wand. De staaldakconstructie is in de praktijk voorzien van een brandbare dakisolatie en heeft een verwachte brandwerendheid die aanzienlijk lager als 60 minuten zal liggen. Het is niet mogelijk om de WBDBO van deze constructie in een proef te bepalen omdat zeer ruim voor de 60 minuten de bovenzijde van het dak in brand staat en de proef dan niet tot 60 minuten kan worden doorgezet. Om deze reden is gekozen voor een andere opzet waarbij uitsluitend is gekeken naar de componenten van de constructie die de brandwerende scheiding tussen de beide ruimten verzorgen. Op deze basis zijn de volgende proeven en benodigde modellering gedefinieerd: Proef 1 Een proef op de horizontale oven op een staaldak met een verhitte overspanning van 5 meter, rustend op een cellen betonnen wand aan de andere zijde van de wand steekt het dak twee meter over. Het staaldak was voorzien van een beplating van PROMATECT -100, dikte 12 mm. Aan beide zijden van de wand over de volle breedte en over een lengte van 495 mm. Hier worden de volgende scheidende componenten beproefd: " cellen betonnen wand, dikte 100 mm; Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 4 / 48

5 2015-Efectis-R000940[Rev.1] " PROMATECT -100 beplating, dikte 12 mm, aan de onderzijde van het dak aan beide zijden van de wand; " cannelure vulling in het staaldak. Hieronder is de proefopzet schematisch weergegeven Proef 2 Een proef op de oven, op een klein compleet deel van de constructie inclusief staaldak, cannelurevulling boven en onder het dak en PROMATECT -100 platen onder het dak aan beide zijden van de wand. Boven de cellen betonnen wand is een scheiding van steenwol met een dikte van 100 mm, een volumieke massa van 150 kg/m 3 en een breedte van 600 mm aangebracht. Deze steenwol vormt in de praktijk de onderbreking van de brandbare dakisolatie. In deze proef wordt de volgende scheidende component beproefd: " steenwol dikte 100 mm, breedte 600 mm als onderbreking van de brandbare dakisolatie. Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 5 / 48

6 2015-Efectis-R000940[Rev.1] Hieronder is de proefopzet schematisch weergegeven Modellering De laatste mogelijkheid voor branddoorslag en brandoverslag die over blijft is wanneer de dakbedekking aan de bovenzijde van het dak vlam vat en de vlammen de zijde van het dak boven de niet verhitte zijde van de cellenbetonnen wand bereiken. Om dit te voorkomen is boven de cellenbetonnen wand een 1,2 meter brede strook betontegels gelegd over de gehele lengte van het dak. Doel van de modellering was om aan te tonen dat deze 1,2 meter betontegels voldoende zijn om branddoorslag en brandoverslag over het dak te voorkomen. Bij deze modellering werd de volgende scheidende component beproefd: - betontegels over 1,2 meter breedte boven de cellenbetonnen wand Bij de modellering is het volgende aangenomen: - Er staat geen wind boven het dak (dit aspect wordt nooit meegenomen tijdens brandwerendheidstesten); - Het gehele dakvlak staat totaal in brand; - De vlamhoogte is niet hoger is dan 1 meter. Op basis van bovenstaande proeven en modellering kan een conclusie worden getrokken over de weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag tussen de beschouwde ruimten. Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 6 / 48

7 2015-Efectis-R000940[Rev.1] 5.2 MATERIALEN Hieronder staan de gebruikte materialen in proef 1 en proef 2 beschreven Staaldak " type : trapeziumdakplaat type SAB-profiel R106/750, materiaaldikte : 0,75 mm. " bevestiging : dakplaten onderling gepopnageld met popnagels Ø4,8 x 11 mm, h.o.h mm en met teksen met afdichtingsring, afmetingen Ø 6,3 x 25 mm aan de stalen liggers Cannelure vulling " type : steenwol RL 433 DUO. " dikte : 80 mm. " volumieke massa : 45 kg/m Beplating aan onderzijde van het staaldak bij wand " type : PROMATECT " dikte : 12 mm. " breedte : 495 mm aan beide zijden van de wand tegen de onderzijde van het staaldak. Plaatnaden vallen samen met een dal van de dakplaat Steenwol scheiding in brandbare isolatie boven cellen betonnen wand " type : steenwol type Taurox. " dikte : 100 mm. " volumieke massa : 150 kg/m 3. " breedte : 600 mm boven de wand Bevestigingsmiddelen " type : Wurth zebra pias boorschroeven, verzinkkop met AW20, Ø4,2 x 32 mm, h.o.h. 200 mm voor de bevestiging van de PROMATECT platen Cellenbetonnen wand " dikte : 100 mm. Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 7 / 48

8 2015-Efectis-R000940[Rev.1] 5.3 METHODE VAN ASSEMBLAGE EN MONTAGE Proef 1 (grote oven) " maken van de cellen betonnen wand " positioneren HEA 200 liggers " bevestigen dakplaten " plaatsen cannelurevulling tussen wand en stalen dakplaten en aan de bovenzijde van de dakplaten " monteren PROMATECT -100 platen aan beide zijden van de wand tegen de onderzijde van het dak " afdekken van de bovenzijde van het dak met steenwol Proef 2 " maken van de cellen betonnen wand " bevestigen dakplaten met cannelurevullingen boven- en onder het dak " monteren PROMATECT -100 platen aan beide zijden van de wand " aanbrengen steenwolscheiding boven het dak " afdekken van bovenzijde van het dak met cellenbeton 6. VERVAARDIGING VAN DE CONSTRUCTIE * Promat BV Vervaardiging proefstukken. * Efectis Nederland BV te Rijswijk: Ondersteuningsconstructie. 7. WIJZE VAN ONDERZOEK 7.1 CONTROLE PROEFSTUK Gedurende de inbouw werden de gebruikte materialen en onderdelen gecontroleerd aan de hand van de verstrekte gegevens. Efectis Nederland BV was op geen enkele wijze betrokken bij de keuze van de proefstukken. 7.2 CONDITIONERING Vanaf de inbouw tot en met de beproeving bevond de onderzochte constructie zich in de beproevingshal van Efectis Nederland BV met als omgevingscondities: een temperatuur van (20 ± 5) C en een relatieve vochtigheid van (50 ± 10) %. 7.3 BRANDPROEF Condities Het onderzoek werd uitgevoerd in overeenstemming met het gestelde in EN : Het proefstuk werd eenzijdig aan de onderzijde verhit volgens de standaard brandkromme. De nagestreefde overdruk in de oven, op 100 mm vanaf de onderzijde van het proefstuk, was 20 Pa. Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 8 / 48

9 2015-Efectis-R000940[Rev.1] Belasting Bij beide proeven werd geen extra belasting op de daken boven het verhitte deel aangebracht. Bij de grote proef werd op het 2 meter lange niet-verhitte deel van de dakconstructie een extra belasting aangebracht om ook hier een overspanning van 5 meter te simuleren Metingen Gedurende de verhitting werden gemeten en geregistreerd: * de temperatuur in de oven met zestien plaatthermometers. * Overdruk in de oven * temperaturen in en op het proefstuk * Doorbuigingen De posities van de thermokoppels zijn gegeven in de figuren B1 en B2. 8. WAARNEMINGEN TIJDENS DE VERHITTING 8.1 PROEF 1 (GROTE OVEN) Tijd [min] Waarneming 0 Aanvang verhitting 12 Bovenste rij stenen wand lijkt te worden omgedrukt. De voeg staat open aan de vuurzijde 34 temperatuurstijging 180 C bij tk16. geen criterium omdat de brandscheiding hier niet ligt 60 stukken plaat beginnen weg te vallen aan de vuurzijde 90 einde verhitting i.o.m. opdrachtgever 8.2 PROEF 2 (KLEINE OVEN) Tijd [min] Waarneming 0 Aanvang verhitting 91 einde verhitting 9. MEETRESULTATEN 9.1 VOLUMIEKE MASSA EN VOCHTGEHALTE PROMATECT -100 platen " volumieke massa : 885 kg/m 3 " vochtgehalte : 0,4 % Cannelurevulling " volumieke massa : 50 kg/m 3 " vochtgehalte : 0,6 % Steenwolscheiding " volumieke massa : 150 kg/m 3 " vochtgehalte : 0,4 % Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 9 / 48

10 2015-Efectis-R000940[Rev.1] 9.2 BRANDPROEF De meetresultaten zijn gegeven in de bijlage A. Gedurende de verhitting voldeden de temperatuur in en buiten de oven aan het gestelde in EN : MEETONZEKERHEID Door de aard van brandwerendheidproeven, waarbij verschillende niet-lineaire effecten in zowel de testopstelling als ook het proefstuk een rol spelen die elkaar onderling beïnvloeden, is het op dit moment nog niet mogelijk om een onderbouwde kwantificering van de meetonzekerheden te geven. 10. SAMENVATTING De weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag van een staaldak rustend op een cellen betonnen wand werd bepaald overeenkomstig NEN 6068:2008. Ieder van de scheidende componenten werd beoordeeld. Proef/beoordeling Scheidende component Criterium Resultaat Minuten proef 1 grote oven proef 2 kleine oven modellering cellenbetonnen wand PROMATECT -100 platen cannelurevulling steenwolscheiding tussen brandbare isolatie 1.2 meter betonstenen boven de cellenbetonnenwand op de dakisolatie * vlamdichtheid thermische isolatie vlamdichtheid thermische isolatie warmtestraling 90 minuten geen falen 90 minuten geen falen 91 minuten geen falen 91 minuten geen falen 120 minuten geen falen * Voor de modellering is aangenomen dat er geen wind boven het dak staat, dat het gehele dakvlak totaal in brand staat en dat de vlamhoogte niet hoger is dan 1 meter. 11. CONCLUSIE Op basis van het bovenstaande kan worden geconcludeerd dat de weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag, volgens NEN 6068, van de beproefde constructie ten minste 90 minuten zal bedragen. Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 10 / 48

11 2015-Efectis-R000940[Rev.1] 12. DIRECT TOEPASSINGSGEBIED De testresultaten zijn direct toepasbaar op gelijke constructies indien aan de volgende voorwaarden wordt voldaan: de wand heeft een dikte van tenminste 100 mm en een volumieke massa van tenminste 600 kg/m 3 ; het staaldak bestaat uit trapezium dakplaten met een materiaaldikte en hoogte van het trapezium tenminste gelijk aan de testen; de cannelure vulling bestaat uit steenwol van tenminste 45 kg/m 3 en is tenminste aangebracht op de gelijke plaatsen als in de testen; de breedte van de PROMATECT -100 platen aan beide zijden van de wand is tenminste 495 mm; de steenwolscheiding in de dakisolatie boven de wand is tenminste 100 mm dik, heeft een volumieke massa van tenminste 150 kg/m 3 en is minstens 600 mm breed; op het dak zijn boven de brandscheiding betontegels over een breedte van tenminste 1,2 meter geplaatst. P.W.M. Kortekaas Projectleider brandwerendheid Ing. R.D. Scheepe Team leider brandwerendheid Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 11 / 48

12 2015-Efectis-R000940[Rev.1] 13. FIGURENLIJST Figuur Langsdoorsnede Figuur Dwarsdoorsnede Figuur Bovenaanzicht vloer Figuur Langsdoorsnede proef 2 Figuur Dwarsdoorsnede proef 2 Figuur 13.6 Bovenaanzicht proef 2 Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 12 / 48

13 Figuur 13.1 Langsdoorsnede proefstuk 1 (grote oven) Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 13 / 48

14 Figuur 13.2 Dwarsdoorsnede Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 14 / 48

15 Figuur 13.3 : Bovenaanzicht staaldak Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 15 / 48

16 Figuur 13.4 : Langsdoorsnede proef 2 Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 16 / 48

17 Figuur 13.5 : Dwarsdoorsnede proef 2 Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 17 / 48

18 Figuur 13.6 : bovenaanzicht proef 2 Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 18 / 48

19

20 Brand De brandstof is EPS en bitumen. De kalorische waarde, $ h, van EPS is 40MJ/kg. Bitumen is een zware koolwaterstof en heeft daarom ook een kalorische waarde in de orde van 40MJ/kg. Koolwaterstof plasbranden produceren normaal heat release rates in de range van 0.5MW/m 2 to 1.5MW/m 2. Uit figuur 1 blijkt dat het brandend oppervlak van het dak 17.6m 2 is. Op basis daarvan heeft de heat release rate Q ", een maximum waarde van 26,4MW. Stralings modellering View factors zijn berekend. Het brandend oppervlak is gemodelleerd als een cilinder die straalt naar een object. Zie figuur 2. De cilinder is verticaal (geen externe wind) of hellend (figuur 2b er is een externe wind). View factoren kunnen worden berekend voor een element op een afstand x vanaf de centerlijn van de cilinder. Figure 2a. Verticale cylinder: geen externe wind wind Figure 2b. hellende cylinder: met externe De radius van het grondoppervlak van de cilinder, R, is gelijk aan de radius van een cirkel met hetzelfde grondoppervlak als het brandend oppervlak te weten 17.6m 2. In dit geval betekend dit dat de cilinder een radius heeft van 2.37m. De warmtestraling op een horizontaal element is gedefinieerd als 4 q" )) # T f F, hierin is de vlam emmisiviteit, is de Stefan-Boltzmann constante, Tf is de stralende vlamtemperatuur, is de view factor voor een horizontaal element en is atmospherische geleiding. De view factor is afhankelijk van de vlamhoogte. EPS en bitumen branden naar verwachting als plasbranden. De theoretische vlamhoogte (voor plasbranden), L, is afhankelijk van de 5 branddiameter en de intensiteit van de brand, en wordt geschat volgens L # 0.235Q" 2 / " 1. 02D. Voor een 26,4 MW brand is de vlamhoogte ca. 9 meter. Op basis van literatuur over branden op platte daken mag echter worden aangenomen dat niet het gehele dakoppervlak in een keer in de brand zal staan. Uit praktijkvoorbeelden is geschat dat de vlamhoogte bij een normaal brandverloop aan de rand van de brand (bij de scheiding boven de brandmuur) beperkt blijft tot ca. 1 meter. Deze 1 meter is dan ook de basis voor de verdere modellering. Bovendien wordt bij brandwerendheidsproeven geen rekening gehouden met windsnelheden boven de 0,5 m/sec. In dat geval zal de cilinder niet gaan hellen. Voor de verdere modellering is dan ook uitgegaan van het ontbreken van externe wind. EPS en bitumen branden met zwarte rokende vlammen (zwarte straler) en de branddiameter is meerdere meters. Daarom is de emissiviteit op 1.0 gezet. Atmospherische absorptie heeft naar verwachting geen invloed op roetende vlammen, daarom is de transmissivity ook op 1.0 gezet. h Fh Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 39 / 48

21

22 Figuur 4 laat zien dat de warmtestraling op een ontvangend element toeneemt met de vlamhoogte. Voor vlamhoogten boven de 9 meter neemt de warmtestraling niet meer toe. Conclusie Er is een studie gedaan om de minimale benodigde breedte van de betontegels boven een brandwerende scheiding te bepalen om te voorkomen dat de brand van een brandend deel van het dak overslaat naar een niet brandend deel van het dak. Op basis van de modellering kan worden gesteld dat een breedte van 1,2 meter voldoende is. Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 41 / 48

23 BIJLAGE D: FOTO'S Foto 1 : Staaldak op de wand Foto 2 : Bevestigingsschroeven staaldak Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 42 / 48

24 Foto 3 : Staaldak met canalurevulling Foto 4 : Staaldak met beplating Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 43 / 48

25 Foto 5 : Bevestigingsschroeven PROMATECT-100 beplating Foto 6 : Bovenafdichting staaldak Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 44 / 48

26 Foto 7 : Niet verhitte zijde van de constructie voor de proef Foto 8 : Verhitte zijde van de constructie voor de proef Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 45 / 48

27 Foto 9 : Niet verhitte zijde van de constructie na 45 min proefduur Foto 10 : Niet verhitte zijde van de constructie na 60 min proefduur Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 46 / 48

28 Foto 11 : Niet verhitte zijde van de constructie na 90 min proefduur Foto 12 : Verhitte zijd van de constructie na de proef Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 47 / 48

29 Foto 13 : Constructie op kleine oven voor de proef Foto 14 : Constructie op kleine oven gedurende de proef Dit rapport bestaat uit achtenveertig pagina's en mag uitsluitend in zijn geheel worden gebruikt. Pagina 48 / 48