Brandwerendheid bij een natuurlijke parkeergaragebrand

Transcriptie

1 Brandwerendheid bij een natuurlijke parkeergaragebrand Hoofdrapport Auteur: Ruben Dijkstra Student nr.: S Christelijke Hogeschool Windesheim Opleiding Bouwkunde Opdrachtgever Afstudeerbedrijf

2 II

3 Hoofdtitel Brandwerendheid bij een natuurlijke parkeergaragebrand Ondertitel Brandwerendheid van de betonnen prefab vloerconstructie boven een parkeergarage bij een thermische belasting door een autobrandscenario. Opdrachtgever ROCKFON ROCKWOOL B.V. Industrieweg JG Roermond Afstudeerbedrijf Nieman Raadgevende Ingenieurs Dr. Van Lookeren Campagneweg BX Zwolle Afstudeerrapport HBO opleiding Bouwkunde, Christelijke Hogeschool Windesheim Zwolle, mei 2014 Begeleiding Namens de opdrachtgever dhr. S. Vroomen Namens het afstudeerbedrijf dhr. ir. R.A.P. van Herpen Manager Technical Service Rockfon Technisch directeur Nieman Raadgevende Ingenieurs Namens de Christelijke Hogeschool Windesheim ing. W. Eschbach Docent bouwfysica / docent-onderzoeker BIM Auteur Ruben Dijkstra s rubendijkstra@msn.com III

4 IV

5 VOORWOORD Mijn naam is Ruben Dijkstra en ik zit momenteel in het 4 e leerjaar van de opleiding Bouwkunde aan de Christelijke Hogeschool Windesheim. Dit onderzoek vormt de afronding van mijn opleiding en het behalen van mijn bachelor graad bouwkunde. Gedurende mijn opleiding is mijn interesse steeds meer uitgegaan naar de bouwfysica. Na mijn stageperiode bij Nieman Raadgevende Ingenieurs werd dit wederom bevestigd, echter was mijn interesse tijdens en na deze stage meer specifiek gericht op de brandveiligheid. Voornamelijk het uitvoeren van de berekeningen benodigd om de vraagstukken die voorhanden liggen op te lossen. Met dit onderzoek wil ik graag mijn kennisniveau en vaardigheden met betrekking tot brandveiligheid aanzienlijk verhogen. Voornamelijk mijn vaardigheden in het uitvoeren van berekeningen en simulaties ten behoeve van het onderzoek. Het afstudeeronderzoek heeft plaatsgevonden van februari 2014 tot juni Ik wil graag van deze mogelijkheid gebruik maken om de mensen die mij geholpen hebben bij dit onderzoek te bedanken. Ten eerste wil ik graag dhr. S. Vroomen van Rockfon bedanken voor het verstrekken van de afstudeeropdracht en zijn enthousiaste begeleiding hierbij. Ook wil ik graag dhr. ing. W. Eschbach bedanken voor zijn begeleiding in mijn afstudeerproces, dankzij hem heb ik grip op het onderzoek gehouden. Tot slot wil ik graag ir. R.A.P. van Herpen en zijn collega s bij Nieman Raadgevende Ingenieurs bedanken voor de begeleiding met de reken- en simulatieprogramma s en het beantwoorden van mijn inhoudelijke vragen. Ruben Dijkstra Zwolle, mei 2014 V

6 VI

7 SAMENVATTING In 2007 heeft een zware brand gewoed in een parkeergarage onder een appartementencomplex aan de Lloydstraat te Rotterdam. De schade ontstaan bij deze brand was groter dan verwacht. In de afgelopen jaren hebben meerdere branden gewoed waarbij de omvang van de brand groter was dan verwacht. De ontstane schade bij deze branden aan de bovenliggende betonnen vloerconstructie was groot. De schade die was ontstaan aan de bovengelegen vloerconstructie bij de brand aan de Lloydstraat te Rotterdam betreft geen incident. Dit houdt het afspatten, horizontaal scheuren en delamineren van de bovengelegen kanaalplaatvloer in. Het ontstaan van deze schadepatronen heeft echter niet geleden tot het bezwijken van de vloer. Wel was sprake van een gevaarlijke situatie gedurende en enige tijd na de brand. Een parkeergaragebrand is ernstig en onvoorspelbaar en zal, vanwege de spanningen die in de vloer optreden, schade veroorzaken aan elk soort vloerconstructie. Het doel van dit onderzoek is te weten komen of de Rockfon Facett panelen toepasbaar zijn als brandwerende voorziening tegen de onderzijde van de kanaalplaatvloer bij onderwerping aan een autobrandscenario in een parkeergarage. Dit is ter voorkoming van het ontstaan van de schade aan de bovengelegen kanaalplaatvloer. Bij brand in natuurlijk geventileerde parkeergarages is het mogelijk dat een situatie ontstaat waarbij het te gevaarlijk is voor de brandweer om een offensieve aanval uit te voeren. Wanneer dit het geval is, kiest de brandweer voor het laten uitbranden van de brand. Bij een uitbrandscenario zal een groot aantal auto s in vlammen opgaan en dus zal een groot gedeelte van de parkeergarage blootgesteld worden aan de brand. Door het hoge brandvermogen dat hierbij vrijkomt en de grote omvang van de schade die hierbij ontstaat, is een parkeergarage ontworpen aan de hand van het de ontwerpnorm NEN 2443 als maatgevend bepaald. In de parkeergarage vindt een lokaal verplaatsende brandscenario plaats. De resultaten van recente autobrandtesten geven geen aanleiding tot aanpassing van de bestaande ontwerpcurves. Uit literatuuronderzoek blijkt dat het opwarmen van de naast geparkeerde auto wel plaatsvindt, dit komt overeen met de CaPaFi-brandcurves. De CaPaFi-brandcurves geven een realistisch beeld van het brandvermogen dat vrijkomt bij een autobrand. De tijd tot vlamoverslag tussen de auto s zoals gehanteerd wordt in het CaPaFi-scenario komt overeen met een brand in een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Echter vindt brandoverslag van de eerste auto naar de naast geparkeerde auto s op een ander tijdstip plaats. Bij het maatgevende scenario is sprake van brandoverslag naar een tegenover geparkeerde auto. Wanneer de kanaalplaatvloer beschermd is door middel van Facett panelen, dan blijven de temperaturen aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer bij een autobrandscenario beneden het gestelde toetskader van 200 C. Hierdoor vindt geen afname in de karakteristieke sterkte van het beton plaats en is geconcludeerd dat geen gevolgen ontstaan aan de kanaalplaatvloer wanneer deze voorzien is van Facett panelen. Rockfon Facett panelen zijn dus een toepasselijke maatregel ter voorkoming van het ontstaan van schade aan kanaalplaatvloeren. In de praktijk komt het voor dat naden tussen de Facett panelen ontstaan en doorvoeringen in de Facett panelen worden gemaakt. Het gevolg van dit ondeskundig gebruik van de panelen op de brandwerendheid van de Rockfon Facett panelen en de sterkte van de lijm is niet onderzocht. VII

8 VIII

9 SUMMARY In 2007, a large fire raged in a car park under the apartment building at the Lloydstraat in Rotterdam. In the recent years several fires raged where the size of the fire was larger than expected, this includes the incident at the Lloydstraat in Rotterdam. The damage caused by these fires to the concrete flooring structure was severe. The damage caused to the flooring structure because of the fire at the Lloydstraat in Rotterdam was not an incident. This implies the spalling, horizontal cracking and delamination of the hollow core floor. The occurring of this damage does not lead to the complete failure of the floor. However it will create is a dangerous situation during the fire and for some time after the fire. A car park fire is severe and unpredictable, and will due to restraints in the floor, cause damage to any type of flooring structure. The purpose of this study is to research whether Rockfon Facett panels mounted on the underside of the hollow core floor can serve as protection exposed to the fire load of a car-fire scenario in a car park. This is to prevent the occurrence of the damage to the hollow core floor. In case of a fire in a car park designed based on the draft standard NEN 2443 for natural ventilated car parks, it is possible that a situation occurs in which it is too dangerous for the firefighters to execute an offensive attempt to put out the fire. When this is the case, the firefighters will make the choice to let the car park fire burn out. In this scenario many cars will go up in flames, and thus a large area of the car park will be exposed to the fire. Due to the high rate of heat release during the fire and the large extent of the damage that occurs, the fire scenario that takes place in a car park designed based on the draft standard NEN 2443 is defined as normative. The fire in the car park is local and will during the fire travel through the car park. The results of recent car fire tests give no motive to adjust the existing design rate of heat release curves. Literature study shows that pre-heating of the car parked next to a burning car does occur. This corresponds with the CaPaFi rate of heat release curves. The CaPaFi rate of heat release curves give a realistic representation of the rate of heat released during a car fire. The time for a fire to flashover to the next car as used in the CaPaFi scenario corresponds to a fire in a natural ventilated car park. However the time for a fire to flashover from the first burning car to adjacent cars differs from the CaPaFi scenario. In the normative scenario flashover will occur to the car parked at the front side of the first burning car. When the hollow core floor is protected with Facett panels, the temperature at the underside of the hollow core floor when exposed to a car park fire does not exceed the limit key frame of 200 C. This doesn t result in a decrease of the characteristic strength of the concrete in the hollow core floor. Therefor it is concluded that there will be no consequences to the hollow core floor when it is protected by Facett panels. Rockfon Facett panels are therefore an appropriate measure to prevent the occurrence of damage to the hollow core floor. When the Facett panels are used in practice it happens that joints between and penetrations in the Facett panels are made, by accident or on purpose. The result of this improper use of the panels to the fire resistance of the Rockfon Facett panels and the strength of the mounting adhesive has not been studied. IX

10 X

11 INHOUDSOPGAVE Voorwoord... V Samenvatting... VII Summary... IX Begrippenlijst... XIII 1 Inleiding Inleiding met leeswijzer Onderzoeksopzet Achtergrond Relevante branden in parkeergarages Wat voor schade is er waargenomen? Hoe is de waargenomen schade aan de kanaalplaatvloeren ontstaan? Maatregelen ter voorkoming van de optredende schade Maatregel ter beperking van de temperatuur Tussenconclusie Brandscenario s aan de hand van de meest toegepaste ontwerpmethoden Regelgeving voor het brandveilig ontwerpen van parkeergarages Bouwbesluit Gelijkwaardige brandbeveiligingsconcepten Tussenconclusie Brandvermogen en Brandcurves Standaardbrandcurve (ISO 834/NEN6069) Huidig toegepaste autobrandcurves Overige onderzoeken brandcurves Alternatieve brandstofvoertuigen Vergelijking en tussenconclusie brandcurves en vlamoverslagtijden Berekenen brandcurve parkeergaragebrand Uitgangspunten Brandscenario Lokale thermische belasting Globale thermische belasting parkeergarage Stijging temperatuur brandcurve Maatgevende autobrandcurve Evaluatie fysisch scenario en risicofactor Tussenconclusie Temperatuurverloop in de constructie Uitgangspunten VOLTRA Eigenschappen bevestigingslijm Validatie VOLTRA model XI

12 6.4 Resultaten VOLTRA Praktijkbrandproef Tussenconclusie Eindconclusies en aanbevelingen Eindconclusies Aanbevelingen Referentielijst XII

13 BEGRIPPENLIJST Brandbeveiligingsconcept Brandcompartiment Brandcurve (temperatuurverloop) Brandscenario Brandvermogencurve(Rate of Heat Release) Brandwerende voorziening (bouwkundig) Brandwerendheid CaPaFi Integrale benadering op hoofdlijnen van de beveiliging tegen brand en de gevolgen daarvan. Een brandcompartiment is een besloten gedeelte van een gebouw, bestemd als maximaal uitbreidingsgebied voor brand. Het verloop van de temperatuur in de brandruimte (compartiment) in relatie tot de tijd van een brand. Een beschrijving van het brandverloop. Een beschrijving van het brandvermogen in de tijd. Een voorziening getroffen om een constructie-onderdeel te beschermen tegen brand. De tijd waarin een bouwelement bestand is tegen brand. Europees model brandvermogenscenario (Car Park Fire) De rekenmethode voor het berekenen van de opwarming van stalen constructiedelen van parkeergarages tijdens brand. Convectie Fire Dynamics Simulator(FDS) Flashover Geleiding Gevolgklasse(gebouwen) Convectie is een vorm van energietransport waarbij de energie met het medium mee stroomt. CFD model (Computational Fluid Dynamics). Een stromingsmodel dat de invloed bepaalt van een zekere bron bij de ontvanger, met de nadruk op rook en warmte van branden. Het plotseling ontbranden van alle brandstof in het brandcompartiment. Geleiding is een vorm van energietransport waarbij de energie door temperatuurverschillen in een materiaal verplaatst. De kwantificering van gebouwen in klassen gericht op het risico dat in de gebouwen aanwezig is. Kanaalplaatvloer Een vrijdragende systeemvloer, bestaande uit geprefabriceerde voorgespannen betonnen vloerpanelen die van holle kanalen zijn voorzien. Karakteristieke sterkte van een materiaal NEN-normen De sterkte die door het merendeel (>95%) van een materiaal bereikt wordt. Door het Nederlands Normalisatie Instituut uitgegeven bladen waarin bepalingsmethoden voor een bepaald specialisatiegebied zijn vastgelegd. Offensieve aanval Het ingrijpen door de brandweer in het (lokale) brandscenario. Parkeergarage Gebouw of onderdeel daarvan met het doel daarin auto s te parkeren of stallen en daartoe bestaande uit een samenstel van verkeersruimten voor voetgangers en personenauto s XIII

14 voor horizontaal en verticaal transport, parkeervlakken en de noodzakelijke nevenruimten. Praktijkbrandproef (Repressieve) brandweer Risicoanalyse Rockfon Facett panelen Soortelijke massa Soortelijke warmte Standaardbrandcurve Straling Thermische belasting Thermokoppels Een proef waarin een werkelijke parkeergaragebrand wordt nagebootst in een modelopzet. De overheidsinstantie die zich bezig houdt met het redden van mens en dier en het bestrijden van brand. Een risicoanalyse is een methode waarbij risico`s worden gekwantificeerd door het bepalen van de kans dat een dreiging zich voordoet en de gevolgen daarvan. Plafondpanelen van steenwol die rechtstreeks tegen de bovenconstructie verlijmd worden, d.m.v. het lijmen zijn ze toe te passen in ruimtes waar geen mogelijkheid is het plafond te verlagen. Het aantal kilogram per kubieke meter van een materiaal. De hoeveelheid energie die nodig is om 1 kilogram van een materiaal met 1 C te laten stijgen. Genormeerde brandcurve gehanteerd bij experimentele beproevingen betreffende de brandwerendheid van bouwdelen volgens NEN6069. Straling is een vorm van energietransport waarbij de energie in de vorm van deeltjes of golven worden uitgezonden. Belasting door warmte Meetpunten waar de temperatuur of straling gemeten wordt tijdens een proef. Toplaag De aanwezige druklaag met dekvloer bovenop de kanaalplaatvloer. Uitbrandscenario Vlamoverslag Het scenario waarbij niet ingegrepen wordt in de brand maar gewacht wordt totdat de brandstof is opgebrand. Het overslaan van de brand van een auto naar een andere auto. VOLTRA Thermodynamisch rekenprogramma waarmee het warmtetransport door de constructie wordt berekend. Vuurbelasting Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) Worst-case scenario De potentiële verbrandingsenergie die in het compartiment aanwezig is. Een eigenschap van een materiaal dat het transport van warmte door het materiaal aangeeft. Het scenario dat tot de grootste consequenties leidt. XIV

15 1 INLEIDING 1.1 Inleiding met leeswijzer De keuze voor het ontwerp van een parkeergarage ligt voornamelijk bij de architect en opdrachtgever. Hierbij wordt vooral gelet op de veiligheid, met daaropvolgend het budget. Deze twee onderwerpen spreken elkaar tegen, immers meer brandveiligheid gaat meestal gepaard met hogere kosten. En wanneer is een parkeergarage veilig? Als die voldoet aan de regelgeving? Er hebben meerdere branden gewoed waarvan de parkeergarage voldeed aan de regelgeving maar waarbij alsnog grote schade is ontstaan aan de parkeergarage. Een voorbeeld is de schade ontstaan tijdens de zware brand in 2007 in een parkeergarage onder een appartementencomplex aan de Lloydstraat te Rotterdam. Hierbij is hevige schade ontstaan aan de bovengelegen kanaalplaatvloer. Is het verstandig om extra geld te investeren in een hoger brandveiligheidsniveau dan in de regelgeving geëist wordt? Ontwerpers van parkeergarages vinden van wel en zijn op zoek naar een toepasselijke oplossing tegen de schade ontstaan bij branden in parkeergarages. In paragraaf 1.2 wordt de onderzoeksopzet beschreven. Wat de aanleiding is van het onderzoek, tegen welk probleem de opdrachtgever aanloopt en wat de opdrachtgever met dit onderzoek wil behalen. Tevens zijn de onderzoeksvragen van dit onderzoek weergegeven met het schema van het onderzoek. In hoofdstuk 2 is een literatuuronderzoek uitgevoerd naar de schade die heeft plaatsgevonden bij parkeergaragebranden, hoe deze schade is ontstaan en welke maatregelen in de regelgeving zijn doorgevoerd ter voorkoming van deze schade. In hoofdstuk 3 is onderzocht welke brandscenario s met bijbehorende schade bij de bestaande ontwerpmethoden van parkeergarages kunnen ontstaan. Naar aanleiding van de ontstane schade wordt een maatgevend scenario bepaald. In hoofdstuk 4 is het brandscenario onderzocht met nadruk op het brandvermogen van de auto s en de tijd tot vlamoverslag tussen de auto s. In hoofdstuk 5 is een brandcurve van de thermische lokale belasting ontstaan bij een autobrand in een parkeergarage ontworpen. Vervolgens zijn in hoofdstuk 6 de onbeschermde constructie en de met Rockfon Facett panelen beschermde constructie getest aan de autobrandcurve. In hoofdstuk 7 worden de conclusies en aanbevelingen van het rapport weergegeven en in hoofdstuk 8 treft u een lijst van de gebruikte bronnen voor dit onderzoek aan. 1.2 Onderzoeksopzet Aanleiding Naar aanleiding van de parkeergaragebranden over de afgelopen jaren met grote gevolgen voor de vloerconstructie zijn architecten, opdrachtgevers, aannemers en overige ontwerpers van parkeergarages zich meer bewust geworden van het gevaar dat kan ontstaan bij een brand in een parkeergarage. Dat blijkt uit vragen die Rockfon krijgt over de toepassing van de Rockfon Facett panelen als een bouwkundige brandwerende voorziening in een parkeergarage

16 Rockfon is een leverancier van plafond- en wandoplossingen gemaakt uit steenwol. Rockfon krijgt vaker vragen over de brandwerendheid van de Facett plafondpanelen bij toepassing als brandwerende voorziening in een parkeergarage. Deze steenwol isolatiepanelen zijn in eerste optie bedoeld voor het thermisch isoleren van de onderzijde van bouwkundige vloerconstructies van onder andere parkeergarages. Steenwol is van zichzelf een onbrandbaar materiaal, om deze reden zal een plafondplaat geproduceerd van steenwol over goede brandwerende eigenschappen beschikken. Dit maakt het relevant voor Rockfon om te onderzoeken wat de brandwerendheid van de steenwol isolatiepanelen in parkeergarages is. Probleemstelling Om aan de vraag van de klant te voldoen heeft Rockfon de steenwol isolatiepanelen getest aan de standaardbrandcurve, zoals voorgeschreven in de regelgeving, en heeft hiermee een brandwerendheid van minstens 120 minuten behaald bij een plaatdikte van 80mm 1. Ondanks dat dit resultaat voldoet aan de eisen gesteld in de regelgeving is het niet duidelijk of de steenwol isolatieplaat dezelfde brandwerendheid behaald bij een werkelijke parkeergaragebrand. Een parkeergaragebrand is vaak een afwijkende brand waarbij lokaal een hoger brandvermogen en een hogere temperatuur in een eerder tijdstadium wordt bereikt dan bij de standaardbrandcurve 2. Naar verwachting heeft een realistisch autobrandscenario gevolgen op de brandwerendheid van de panelen. Het testen van de steenwol isolatiepanelen ter bescherming van de bovenliggende vloerconstructie aan een realistisch autobrandscenario zal naar verwachting andere resultaten opleveren. In de huidige regelgeving wordt voor het ontwerpen van parkeergarages op gebied van brandveiligheid rekening gehouden met de vluchtveiligheid van de aanwezige personen. Maar bij het ontwerpen van een parkeergarage wordt een belangrijk aandachtspunt niet meegenomen, namelijk de schade ontstaan bij de brand. In de afgelopen jaren zijn door parkeergaragebranden de schade aan vloerconstructies aanzienlijk groot geweest. De schade aan de vloerconstructie levert mogelijk een gevaarlijke situatie en een arbeidsintensieve en langdurige herstelperiode met hoge kosten op. Deze gevolgen zijn naar verwachting te voorkomen mits maatregelen worden genomen om de vloerconstructie te beschermen. De auto s gebruikt voor het opstellen van de brandcurve voor het berekenen van de gelijkwaardigheid volgens de NEN6098 zijn inmiddels 15 á 25 jaar oud. Het aantal personenauto s uit die tijd omvat 15 % van de huidige voorraad personenauto s in Nederland 3. Deze brandcurves zijn mogelijk niet meer van toepassing op de huidige voorraad auto s waarin steeds meer kunststof toegepast wordt. In dit onderzoek is aandacht besteedt naar het gevolg van deze verandering in brandbaar materiaal op de huidig toegepaste brandcurves. Doelstelling Rockfon wil met dit onderzoek te weten komen of de Facett panelen toepasbaar zijn als brandwerende voorziening tegen de vloerconstructie bij een natuurlijke autobrand in een parkeergarage. De resultaten van dit onderzoek bieden Rockfon een extra meerwaarde bij het aanbieden van het product op de markt. Daarnaast voorkomt Rockfon dat zij voor verassingen komen te staan indien daadwerkelijk een autobrand in een parkeergarage plaats vindt waarin Facett panelen toegepast zijn. 1 De Feijter en Kortekaas, 2011: 10 2 De Feijter en Breunese, 2007: 24, 26 3 CBS,

17 Hoofdonderzoeksvraag Het onderzoek zal zich voornamelijk richten op de bouwkundige gevolgen aan een kanaalplaatvloer bij een parkeergaragebrand wanneer deze beschermd wordt door Rockfon Facett panelen. Dit leidt tot de volgende hoofdvraag: Wat zijn de gevolgen voor een met Rockfon Facett panelen beschermde kanaalplaatvloer van een parkeergarage bij een realistisch autobrandscenario? Deelonderzoeksvragen De hoofdvraag is op te delen in drie deelvragen, met deze drie vragen is de hoofdvraag te beantwoorden. Literatuuronderzoek Welk brandscenario is maatgevend in een parkeergarage en wat voor brandvermogen komt hierbij vrij? Berekeningen/praktijk onderzoek Welke gevolgen heeft (hebben) de autobrandcurve(s) voor de onbeschermde kanaalplaatvloer in een parkeergarage? Welke gevolgen heeft (hebben) de autobrandcurve(s) voor de kanaalplaatvloer in een parkeergarage mits deze beschermd word door Rockfon Facett panelen? - 3 -

18 Onderzoek schema Figuur 1 - Schema van het onderzoek - 4 -

19 2 ACHTERGROND In dit hoofdstuk is een literatuuronderzoek uitgevoerd naar de achtergrond informatie relevant voor dit onderzoek. Hierbij worden twee branden in parkeergarages behandeld die in de afgelopen jaren plaats hebben gevonden. De brand in de parkeergarage aan de Lloydstraat te Rotterdam wordt behandeld vanwege het opmerkelijke schadepatroon die daar is ontstaan. De brand in parkeergarage De Appelaar wordt behandeld om aan te tonen dat de brandweer in verscheidene situaties niet in het brandscenario in kan grijpen wat kan leiden tot een grote en langdurende brand. De schade ontstaan bij de brand in de parkeergarage aan de Lloydstraat te Rotterdam is de aanleiding geweest tot een aantal opvolgende onderzoeken naar de gevolgen aan kanaalplaatvloeren bij een parkeergaragebrand. Het verband tussen de onderzoeken wordt genoemd en de conclusies van de onderzoekers worden behandeld. Als gevolg van enkele onderzoeken zijn door de Bond van Fabrikanten van Betonproducten in Nederland (BFBN) voorschriften opgesteld voor het verantwoord gebruik van kanaalplaatvloeren. Dit heeft ook geleid tot een aanpassing in de regelgeving. Vervolgens is onderzocht wanneer de kanaalplaatvloeren voldoende beschermd zijn zodat geen gevolgen plaatsvinden aan de vloerconstructie. Tevens is onderzocht hoe deze bescherming aan de regelgeving voldoet. 2.1 Relevante branden in parkeergarages Harbour Edge, Lloydstraat te Rotterdam In de parkeergarage onder het woongebouw Harbour Edge aan de Lloydstraat in Rotterdam heeft op 1 oktober 2007 een zware brand gewoed. De brand werd door de bewoners s morgens gemeld. Bij aankomst van de repressieve brandweer was sprake van een uitslaande brand. De brandweer was in eerste instantie gericht op het evacueren van de nog in het gebouw aanwezige bewoners. Door de brand raakte de constructie van het gebouw zwaar beschadigd. De zwaarste schade vond plaats aan de kanaalplaatvloeren. Naar aanleiding van de ontstane schade aan de vloerconstructie was er motivatie voor een kritisch onderzoek naar de brandveiligheid in parkeergarages. Zodoende heeft Efectis Nederland BV een onderzoek uitgevoerd naar dit incident met betrekking tot het ontstaan en verloop van de brand in de parkeergarage. De parkeergarage bestaat uit drie verdiepingen en heeft een totaal gebruiksoppervlak van 2100 m². In de parkeergarage is het mogelijk om ruim 60 voertuigen te stallen. Boven de parkeergarage bevinden zich zeven verdiepingen met appartementen en twee kantoorverdiepingen. Figuur 2: Foto Harbours Edge 10 januari 2007 te Rotterdam [Bron: Leo Roubos

20 Het brandcompartiment van de parkeergarage is groter dan 1000 m² en voldoet daarmee niet aan de prestatie-eis die gesteld wordt aan de omvang van een brandcompartiment in het bouwbesluit. De parkeergarage is ontworpen aan de hand van de gelijkwaardige oplossing gebaseerd op een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Het ontwerpen van een dergelijke parkeergarage moet voldoen aan de uitgangspunten gesteld in de NEN2443. De parkeergarage onder woongebouw Harbour Edge voldeed bij het plaatsvinden van de brand aan de uitgangspunten voor een natuurlijk geventileerde parkeergarage 4. Tevens voldeed de parkeergarage aan de voorschriften uit het Bouwbesluit(2003) met uitzondering van de compartimentsgrootte. De Appelaar te Haarlem In de parkeergarage de Appelaar te Haarlem heeft in de nacht van 26 op 27 oktober 2010 een zware brand gewoed. De brand ontstond in een auto op parkeerdek -2 in de parkeergarage. De eigenaresse van de betreffende auto is vervolgens op zoek gegaan naar een brandblusser om de tot nu toe kleine brand te blussen. Bij het niet kunnen vinden van een brandblusser was de eigenaresse genoodzaakt om de parkeergarage te verlaten. Figuur 3 Parkeergarage de Appelaar tijdens de nacht van de brand [Bron: Michel van Bergen Bij de brand was sprake van enorme hitte waardoor de brand zeer moeilijk te bestrijden was 5 en waardoor de constructie van de parkeergarage zwaar beschadigd raakte. Door de rookontwikkeling was het zicht voor de brandweer beperkt, in combinatie met de enorme hitte kon de brandweer de garage niet betreden. Naar aanleiding van de brand zijn twijfels ontstaan over de preventieve voorzieningen voor brandveiligheid in een parkeergarage en de repressieve brandweer. Dit was de oorzaak voor een onderzoek 4 De Feijter en Breunese, 2007: 6 5 Van den Dikkenberg, 2011: 3-6 -

21 uitgevoerd door het Nederlands Instituut Fysieke Veiligheid(NIFV) in opdracht van brandweer Kennemerland naar dit incident op preventief, preparatief en repressief gebied. De parkeergarage de Appelaar is een ondergrondse parkeergarage bestaande uit twee bouwlagen met elk een gebruiksoppervlakte van 4500 m². In de parkeergarage is het mogelijk om 290 voertuigen te stallen. Ten tijde van de brand waren 275 voertuigen aanwezig. Het brandcompartiment van de parkeergarage is groter dan 1000 m² en voldeed daarmee niet aan de prestatie-eisen die gesteld werden aan de omvang van een brandcompartiment in het destijds vigerend bouwbesluit. De huidige gelijkwaardige ontwerpmethoden waren tijdens het aanvragen van de definitieve bouwvergunning, , nog niet van toepassing, de beoordeling daarop is dan ook niet relevant. Deze brand wordt behandeld om aan te tonen dat de brandweer wellicht niet in het brandscenario in kan grijpen met een enorme brand als gevolg. In totaal zijn bij de brand 26 auto s volledig in vlammen opgegaan. Wanneer de brandweer er voor kiest om niet in te grijpen(omdat het te gevaarlijk is) is sprake van een uitbrandscenario. Na 6,5 uur was de brand te blussen. 2.2 Wat voor schade is er waargenomen? Harbour Edge Lloydstraat Rotterdam Bij de brand zijn in totaal zeven auto s beschadigd geraakt, waarvan vijf volledig uitgebrand, één voor 75 % verbrand en één auto had enkel schroei en smeltschade. De hitte die bij de verbranding van deze auto s is ontstaan heeft tot aanzienlijke schade geleid aan de wandconstructie en vloerconstructie. In het onderzoek naar de brand door Efectis zijn de volgende schadepatronen waargenomen. De binnenzijde van de dragende geprefabriceerde gevelelementen is afgespat tot achter de wapening. Hierdoor ontstaat een afwijkende belasting waardoor de gevel mogelijk naar buiten neigt te knikken. Dit werd tegengehouden doordat de vloer (voor zover de vloer nog aanwezig was) aan de gevel trekt 6, dit is te zien op figuur 4. 6 De Feijter en Breunese, 2007:

22 Figuur 4 - Schade binnenzijde prefab gevelelementen brand Harbour Edge [Bron: Brekelmans et al, 2009: 13] De meest opmerkelijke en aanzienlijke schade heeft plaatsgevonden aan de vloerconstructie. Het vloersysteem dat bij Harbour Edge toegepast is bestaat uit geprefabriceerde kanaalplaatvloeren. In deze panelen zijn gedurende de brand en mogelijk enige tijd na de brand grote scheuren ontstaan. Dit resulteerde in het afspatten en delamineren van de onderzijde van een groot deel van de kanaalplaatvloeren gelegen boven de brand. Zelfs enkele uren na de brand is het delamineren van de kanaalplaatvloeren nog waargenomen. Ondanks de zware schade aan de vloerconstructie is de vloerconstructie zelf niet bezweken. Figuur 5 Schade kanaalplaatvloeren brand Harbour Edge [Bron: Brekelmans et al, 2009: 13] - 8 -

23 De Appelaar te Haarlem Bij de brand in de Appelaar te Haarlem zijn in totaal 26 auto s volledig verbrand 7. Als gevolg van de hitte ontstaan bij de brand is schade ontstaan aan de vloerconstructie. Dit is van toepassing op de vloerconstructie onder en boven de auto s. De vloerconstructie bestaat uit een in het werk gestorte massieve betonvloer voorzien van wapening. Wederom is het spatten van de onderkant van de vloer geconstateerd met als gevolg het blootliggen van de wapening, zie figuur 6. In totaal bedragen de herstelkosten voor het gehele gebouw met aangelegen gebouwen 2,65 miljoen. De kosten die enkel aan het herstellen van de parkeergarage toe te rekenen zijn is 1,29 miljoen 8. Figuur 6- Schade vloerconstructie brand de Appelaar te Haarlem[Foto gemaakt door Michel van Bergen Hoe is de waargenomen schade aan de kanaalplaatvloeren ontstaan? Primair onderzoek uitgevoerd door Efectis In het onderzoek uitgevoerd door Efectis Nederlands BV is het ontwerp van de parkeergarage, de brand en de schade onderzocht. Een eenduidige verklaring voor de ontstane schade tijdens de brand is niet vermeldt. De vuurbelasting van de brand werd gevormd door enkel de aanwezige auto s. Voor de in dit onderzoek gebruikte modellen is voor het brandvermogen dat vrijkomt bij een autobrand gebruik gemaakt van de CaPaFi curve. Geconcludeerd is dat de brandkromme gedefinieerd aan de hand van de gebruikte modellen in het begin van de brand hoger lijkt op te lopen dan een standaardbrand. Uit de resultaten van het onderzoek heeft Efectis de volgende conclusie getrokken: Het brandverloop komt niet overeen met het uitgangspunt van de regelgeving en richtlijnen. Voornamelijk de uitgangspunten met betrekking tot de vuurbelasting van een auto en de toepasbaarheid van de standaardbrandcurve zijn discutabel. Op grond van de regelgeving en de richtlijnen was een brand met deze omvang niet te verwachten. 9 Belangrijk om te vermelden is dat niet alleen tijdens de verhittingsfase de constructie schade opgelopen heeft, maar ook tijdens de afkoelfase is schade optreden aan de constructie. Dit kan mogelijk door de afkoelingskrimp van (tijdens de brand verhitte) constructiedelen en het dieper in de constructie doordringen van de reeds in de constructie opgenomen warmte. Dit kan leiden tot extra scheurvorming en bezwijken 7 Van den Dikkenberg, 2011: 3 8 Schade, 2012: 3 9 de Feijter en Breunese, 2007: 26,

24 van constructiedelen, dit is waarschijnlijk de reden voor het neervallen van de onderzijde van de kanaalplaatvloer na de brand. Oriënterend onderzoek uitgevoerd door TNO Naar aanleiding van de waargenomen schade aan de kanaalplaatvloeren bij de brand in de parkeergarage Harbour Edge aan de Lloydstraat te Rotterdam is door TNO in 2007/2008 een oriënterend onderzoek 10 verricht naar de oorzaak voor de ontstane schade aan de kanaalplaatvloeren. In dit onderzoek is uitsluitend gekeken naar het gedrag van de vloer in de horizontale richting dwars op de richting van de overspanning. Met het onderzoek zijn twee varianten onderzocht, namelijk een kanaalplaat zonder druklaag die vrij kan vervormen in dwarsrichting en een kanaalplaat met een druklaag waarvan de horizontale vervorming in dwarsrichting is verhinderd. Het schadepatroon dat bij deze twee varianten ontstaat is weergegeven op figuur 7. In de eerste situatie heeft de kanaalplaat de mogelijkheid om krom te buigen, waarbij de lijven min of meer spanningsloos blijven, zodat daarin geen scheurvorming ontstaat. De scheurvorming die optreedt in de kanaalplaatvloer zorgt ervoor dat de kanaalplaat in afzonderlijke I-vormige liggers scheurt, die op zichzelf in staat zijn om de belasting te dragen. Figuur 7 Links het schadepatroon van de eerste variant zonder druklaag (na 800 seconden verandert de situatie nauwelijks), rechts het schadepatroon van de tweede variant met druklaag.[bron: briefrapport TNO 2008] 10 van Overbeek en Gijsbers, 2008: 9,

25 In de tweede variant is echter een geheel ander gedrag bevonden. Deze variant is vergelijkbaar met een ingeklemde situatie in een vloerconstructie, zoals ook sprake van was bij de Harbour Edge te Rotterdam. De uitzetting van de onderflens leidt tot scheurvorming in de onderhoek van het buitenste kanaal die het vervolgens begeeft. Opeenvolgend ontstaat de mogelijkheid voor de onderflens om verder uit te zetten, dit terwijl de bovenste deel van de kanaalplaat niet kan vervormen. Hierdoor begint de plaat ter plaatse van de kanalen horizontaal te scheuren. Binnen een half uur is een situatie ontstaan waarbij de onderste plaathelft is losgescheurd van de bovenste plaathelft, ook wel het delamineren van de kanaalplaatvloer genoemd. Bij de eerste variant die overeenkomt met de gangbare beproevingsmethoden om de brandwerendheid van de kanaalplaatvloer te bepalen ontstaan geen horizontale scheuren in de lijven. Echter komt de tweede variant meer overeen met de praktijksituatie in kwestie, waarbij de panelen zijn voorzien van een druklaag en in dwarsrichting horizontaal zijn opgesloten. Het effect van de aanwezigheid van een druklaag en van horizontale opsluiting wordt in de gangbare beproevingsmethode (NEN6069) geen rekening gehouden. Vervolgonderzoek uitgevoerd door TNO Om te onderzoeken of de horizontale scheuren waargenomen bij de brand in de parkeergarage aan de Lloydstraat in Rotterdam een incident betreft of dat de van kracht zijnde regelgeving in dit aspect tekort kwam. Heeft BFBN in 2008 opdracht gegeven aan een consortium bestaande uit TNO, Efectis Nederland en Stichting Expertisecentrum Regelgeving Bouw(ERB) om dit te onderzoeken. Met dit onderzoek is extra inzicht in de brand aan de Lloydstraat te Rotterdam ontstaan, de resultaten en waarnemingen van dit onderzoek zijn behandeld in het boek van BIBM en IPHA 11 en hieruit zijn de volgende conclusies met betrekking tot het brandscenario gekomen: - De schade en roet patronen tonen aan dat het horizontaal scheuren van de kanaalplaatvloeren al aanwezig was ten tijde dat een grote rookontwikkeling plaatsvond, dus het horizontaal scheuren vond plaats tijdens de brand. - Het delamineren van de kanaalplaatvloeren vond niet alleen tijdens de brand plaats maar ook enkele uren na de brand. Naar vermoeden was dit het gevolg van het blussen van de brand vanaf de boot, dit is echter nog nooit in beheersbare omstandigheden experimenteel onderzocht. - Het ontstaan van horizontale scheuren wordt meerdere malen waargenomen, bij zowel echte branden als test branden. Het horizontaal scheuren van de kanaalplaatvloer leidt echter niet direct tot het bezwijken van de vloerconstructie. - De vloerconstructie die toegepast werd in de parkeergarage betreft geen uitzonderlijke constructie, al was de toplaag enigszins aan de hoge kant (40 mm). - De variabele belasting op de bovengelegen vloer was relatief laag, slechts zeven auto s waren destijds aanwezig. Ondanks dat het onderzoek een groot deel van de vragen beantwoordt heeft, bestaan nog steeds twijfels in de Europese markt over de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren. Dit was de reden voor de BFBN om een internationaal Europees onderzoek uitgevoerd door BIBM en IPHA op te starten. 11 Jansze,van Acker et al, 2014: 132 t/m

26 Vervolgonderzoek uitgevoerd door BIBM en IPHA Dit internationaal 12 Europees onderzoek wordt het Holcofire project genoemd. Het doel van het onderzoek was om een volledig beeld te krijgen van het gedrag van kanaalplaatvloeren bij brand. De resultaten uit het onderzoek zijn weergegeven in het boek Structural behaviour of prestressed concrete hollow core floors exposed to fire. Bij eerder genoemde onderzoeken is voor het modelleren van de brand in de parkeergarage aan de Lloydstraat te Rotterdam gebruik gemaakt van het CaPaFi rekenmodel. Dit rekenmodel werd te simpel geacht door het Holcofire onderzoeksteam. In het Holcofire onderzoek is hiervoor gebruikt gemaakt van het stromingsmodel Fire Dynamics Simulator 5.5(FDS5). FDS geeft een beter inzicht in de brand- en temperatuurontwikkeling gedurende de brand in de parkeergarage aan de Lloydstraat. Uit het Holcofire onderzoek blijkt dat de temperaturen hoger waren dan voorheen met het CaPaFi model was berekend, tevens vinden de hoge temperaturen ook over een groter gedeelte van het plafond plaats. De temperaturen die volgens het stromingsmodel FDS5 bij de brand aan de Lloydstraat plaatsvonden waren hoger dan de temperaturen van de standaardbrandcurve zoals die in NEN6069 weergegeven wordt. De onderzoekers delen daarom de eerder gestelde conclusie op bladzijde 47 uit het Efectis rapport uit 2007 Het brandverloop komt niet overeen met het uitgangspunt van de regelgeving en richtlijnen. Voornamelijk de uitgangspunten met betrekking tot de vuurbelasting van een auto en de toepasbaarheid van de standaardbrandcurve zijn discutabel. Op grond van de regelgeving en de richtlijnen was een brand met deze omvang niet te verwachten. De onderzoekers zijn van mening dat tijdens het ontwerpen van parkeergarages gebruik gemaakt moet worden van een lokaal verplaatsende brand in plaats van een compartimentsbrand aan de standaardbrandcurve. Met betrekking tot de brand aan de Lloydstraat te Rotterdam voldeed de muur- en vloerconstructie zelfs na de brand nog aan de regelgeving en richtlijnen. Er is dus, ondanks de ernstige lokale schade, geen sprake geweest van bezwijken van de vloer. In de proeven uitgevoerd met het Holcofire project blijkt dat wanneer een kanaalplaatvloer voorzien is van een dikke toplaag en in de dwarsrichting niet kan vervormen dit kan leiden tot het afspatten van beton en het horizontaal scheuren in de kanaalplaatvloer. Dit komt overeen met het oriënterend onderzoek uitgevoerd door TNO in 2007/2008. De onderzoekers van het Holcofire project concluderen dat werkelijke branden in parkeergarages incidenteel, ernstig en onvoorspelbaar zijn en zullen, vanwege de spanningen die in de vloer ontstaan, schade veroorzaken aan elk soort vloerconstructie. Dit geldt voor kanaalplaatvloeren evenals voor andere prefab vloeren, in het werk gestorte vloeren en combinatievloeren Jansze,van Acker et al, 2014: 140, 141, 143, 151,152, Jansze,van Acker et al, 2014:

27 2.4 Maatregelen ter voorkoming van de optredende schade Aanbevolen maatregelen naar aanleiding van de uitgevoerde onderzoeken Naar aanleiding van de waargenomen schade bij de brand in de parkeergarage Harbour Edge aan de Lloydstraat te Rotterdam, heeft de Bond van Fabrikanten van Betonproducten in Nederland(BFBN) op 16 november 2009 een brief gepubliceerd. In deze brief staan tijdelijke maatregelen voor het beoordelen van de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren. Deze brief is gebaseerd op de tussenresultaten van het onderzoek uitgevoerd door TNO in 2008/2009. De brief is na heroverwegen van de aanbevolen maatregelen door de Korte Termijn Actie groep(kta), bestaande uit TNO, Efectis Nederland bv, Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V., ERB en DGMR, ingetrokken en op grond van verbeterd inzicht vervangen door een nieuwe brief van juni De maatregelen vermeldt in de brief zijn opgesteld door de Korte Termijn Actie groep. De groep is van mening dat deze mogelijke maatregelen voor nieuwe projecten in voldoende mate tegemoet komt aan de beschikbare inzichten over het gedrag van kanaalplaatvloeren bij brand 14. De maatregelen zijn bedoeld voor het brandveilig ontwerpen van kanaalplaatvloeren voor nieuwe projecten. In bijlage 1 is de tabel uit de BFBN brief van juni 2011 weergegeven. In de tabel is aangegeven in welke situatie het nodig is één van de vier mogelijke maatregelen toe te passen, in de tabel aangeduid met A. De tabel is zo ingedeeld dat afhankelijk van de gevolgklasse van het gebouw in combinatie met de toplaagdikte van de toegepaste vloerconstructie bepaald kan worden of maatregelen toegepast moeten worden om de kanaalplaatvloer te beschermen. Eén van de vier aanbevolen maatregelen is het beperken van de temperatuur van het betonoppervlak tot maximaal 200 C gedurende de wettelijke geëiste tijdsduur. Indien het risiconiveau nog niet voldoende laag is kan één van de overige drie maatregelen als aanvullende maatregel worden toegepast. In de volgende paragraaf wordt de risicoanalyse behandeld. In het kort zijn voor woningbouw (gevolgklasse 1) en vloerconstructies in de utiliteitsbouw met een toplaagdikte van minder dan 50 mm geen aanvullende maatregelen benodigd. Indien de toplaagdikte wel overschreden wordt is één van de vier mogelijke maatregelen uit de tabel toe te passen, zoals visueel is weergegeven in figuur 8. Figuur 8 - De vier mogelijke maatregelen van de tabel uit de BFBN brief van juni 2011 om een kanaalplaatvloer met een te dikke toplaag te beschermen. In bijlage 2 is een overzicht van de gevolgklassen van gebouwwerken toegevoegd. 14 Pielkenrood, 2011:

28 Wijziging BRL 0203 en beschrijving risicoanalyse Naar aanleiding van de aanbevolen maatregelen uit bijlage 1 zijn wijzigingen doorgevoerd aan de nationale beoordelingsrichtlijn BRL 0203; vrijdragende systeemvloeren van vooraf vervaardigd constructief beton. Deze wijziging heeft betrekking op de maximale toplaagdikte in het midden van de overspanning van de vloer is weergegeven in tabel 1. Tabel 1 - Wijziging doorgevoerd in de BRL 0203 met betrekking tot de toplaagdikte van vrijdragende systeemvloeren naar aanleiding van de aanbevolen maatregelen Gevolgklasse Maximale toplaagdikte in het midden van de overspanning (mm) 1 geen beperking 2a, 2b en 3 50 Een dikkere toplaag is toelaatbaar wanneer gelijkwaardigheid kan worden aangetoond volgens een risicoanalyse volgens NEN-EN Hierbij mag rekening worden gehouden met aanvullend getroffen maatregelen 15. Bijlage B van de NEN-EN geeft een richtlijn voor de planning en uitvoering van een risicoanalyse op het gebied van gebouwen en civieltechnische werken. In het geval van een kwalitatieve risicoanalyse behoren voor gevolgen die als onaanvaardbaar worden beschouwd geschikte risico beperkende maatregelen te zijn genomen. Voor risico beperkende maatregelen mag zijn gekozen voor het wegnemen, verminderen of ontlopen van de dreiging door het ontwerpconcept te veranderen. Een voorbeeld van een risico beperkende maatregel die in dit onderzoek toegepast wordt, is het beperken van de temperatuur tot maximaal 200 C aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer gedurende de wettelijke geëiste tijdsduur. Gevolg nieuwe inzichten Holcofire onderzoek op aanbevolen maatregelen In het Holcofire onderzoek is geconcludeerd dat kanaalplaatvloeren voldoen aan de gestelde regelgeving en richtlijnen, zelfs na blootstelling aan brand en de hierdoor ontstane schade. Naar aanleiding van deze conclusie bestaat de mogelijkheid dat in de toekomst de beperkende maatregelen worden ingetrokken. De BFBN en VNConstructeurs houden op 25 maart een bijeenkomst over het Holcofire-onderzoek. vermeldt het artikel Kanaalpanelen gedragen zich goed bij brand in de Cobouw van 12 februari Tijdens deze bijeenkomst zou besproken worden of de beperkende maatregelen konden worden opgeheven. De bijeenkomst is verplaatst en er is nog geen beslissing genomen om de maatregelen in te trekken, de beperkende maatregelen zijn dus nog steeds van toepassing. Uit het Holcofire onderzoek blijkt dat de kanaalplaatvloeren niet bezwijken door afspatten of horizontale scheuren, echter is dit geen reden om hier geen maatregelen tegen te treffen. Door het afspatten en horizontaal scheuren van de constructie ontstaat een gevaarlijke situatie en de vloerconstructie dient naderhand gerepareerd te worden, dit is ongewenst. Door het nemen van preventieve maatregelen kan dit voorkomen worden. 15 KIWA N.V., 2013:

29 2.5 Maatregel ter beperking van de temperatuur Één van de maatregelen ter voorkoming van schade aan de constructie is het beperken van de temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer. Dit is te realiseren door het thermisch isoleren van de kanaalplaatvloer, bijvoorbeeld met Rockfon Facett panelen. Facett panelen zijn plafondpanelen die bestaan uit onbrandbare en kiemvrije steenwol met de zichtzijde van het paneel afgewerkt met wit mineraalvlies voorzien van verf. Het plafondpaneel heeft twee bevestigingsmethoden, namelijk mechanisch en gelijmd. In dit onderzoek zal enkel de gelijmde bevestigingsmethode onderzocht worden. Dit paneel wordt aan de onderzijde van de constructie verlijmd. Beton begint significant zijn sterkte te verliezen bij een temperatuur hoger dan 200 C. Dit is te zien in figuur Wanneer de maximale temperatuur niet wordt overschreden, zullen gevolgen aan het beton van de kanaalplaatvloer uitgesloten zijn. Figuur 9 Coëfficiënt k c(θ) voor het in rekening brengen van de afname van de karakteristieke sterkte (f ck) van beton (NEN-EN ) Aan de hand van deze informatie is een toetskader op te stellen waar de resultaten van de vloerconstructie na onderwerping van een brandcurve aan beoordeeld worden. De maximale toegestane temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer is 200 C. Efectis heeft in opdracht van Rockfon de brandwerendheid van de Facett panelen getest aan de hand van de standaardbrandcurve (NEN6069) zoals dit in de regelgeving is voorgeschreven. De brandwerendheid die de Facett panelen behaald hebben zijn weergegeven in tabel 2. 16,7 Bron:NEN-EN , Ontwerp en berekening van betonconstructies

30 Tabel 2 - Tijdsduur tot het bereiken van de criteria bij verschillende dikten van de Rockfon Facett panelen aan de standaardbrandcurve[bron: Rapport Efectis 2010] Dikte (mm) Bevestigingsmethode Tijdsduur (min) Criterium: T<200 C Tijdsduur (min) Criterium: T<400 C 50 verlijmd mechanisch verlijmd 120 geen falen 120 geen falen 100 verlijmd Deze brandwerendheid is behaald bij een test aan een brandscenario waarbij de standaardbrandcurve toegepast is. Echter in dit onderzoek wordt uitgegaan van een werkelijke autobrand in een parkeergarage, de brandcurve die bij een dergelijk realistisch autobrandscenario plaats vindt komt niet overeen met de standaardbrandcurve. Het toepassen van een realistisch brandcurvescenario heeft naar verwachting gevolgen voor de brandwerendheid van de Facett panelen. 2.6 Tussenconclusie De schade die was ontstaan aan de vloerconstructie bij de brand aan de Lloydstraat te Rotterdam betreft geen incident, dit houdt het afspatten, horizontaal scheuren en delamineren van de bovengelegen kanaalpanelen in. Deze schadepatronen worden meerdere malen bij diverse echte branden en testen waargenomen. Het ontstaan van dit ernstige schadepatroon leidt echter niet tot bezwijken van de vloerconstructie. De vloerconstructie blijft zelfs na de brand nog voldoen aan de regelgeving en richtlijnen. Een kanaalplaatvloer voorzien van een dikke toplaag (50< mm) die in de horizontale dwarsrichting niet kan vervormen leidt bij brand tot het afspatten van beton en het ontstaan van horizontale scheuren in de kanaalplaatvloer, met als ernstig gevolg het delamineren van de kanaalplaatvloer. Een parkeergaragebrand is ernstig en onvoorspelbaar en zal, vanwege de spanningen die in de vloer optreden, schade veroorzaken aan elk soort vloerconstructie. Dit geldt voor kanaalplaatvloeren evenals voor andere prefab vloeren, in het werk gestorte vloeren en combinatievloeren. Rockfon Facett panelen kunnen als maatregel dienen ter voorkoming van de ontstane schade aan de kanaalplaatvloeren evenals andere prefab vloeren. Echter dient de temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer te voldoen aan het toetskader. Dit is het geval wanneer de temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer de 200 C niet overschrijdt

31 3 BRANDSCENARIO S AAN DE HAND VAN DE MEEST TOEGEPASTE ONTWERPMETHODEN 3.1 Regelgeving voor het brandveilig ontwerpen van parkeergarages De regelgeving voor de eisen gesteld aan de brandveiligheid van parkeergarages bestaat uit het Bouwbesluit Het Bouwbesluit bevat voor nieuw te bouwen bouwwerken de minimum bouwtechnische voorschriften omtrent veiligheid, gezondheid, bruikbaarheid, energiezuinigheid en milieu 17. Deze bouwtechnische voorschriften worden in de vorm van functionele eisen gesteld. Waar mogelijk zijn deze eisen uitgewerkt in concrete prestatieeisen. Prestatie-eisen kunnen worden gesteld aan eigenschappen van onderdelen van een bouwwerk of bestaan uit een aanwezigheidseis. Het kan soms wenselijk of zelfs noodzakelijk zijn om van de prestatie-eisen af te wijken. Het bouwbesluit voorziet in deze mogelijkheid om af te wijken van de prestatie-eisen, mits wel wordt voldaan aan de gestelde functionele eis. Bij het ontwerpen van een parkeergarage wordt meestal gekozen voor het afwijken aan de prestatie-eis gesteld aan de maximale omvang van de parkeergarage 18. Om toch een gelijkwaardig brandbeveiligingsniveau te garanderen zijn brandbeveiligingsconcepten ontwikkeld die, mits goed worden toegepast in het ontwerp, als een gelijkwaardige oplossing worden geaccepteerd. De meest toegepaste gelijkwaardige brandbeveiligingsconcepten zijn: - Automatische blussing met bijvoorbeeld een sprinklerinstallatie - Mechanisch geventileerde parkeergarages - Natuurlijk geventileerde parkeergarages De parkeergarages ontworpen aan de hand van het Bouwbesluit 2012 of de brandbeveiligingsconcepten brengen verschillende ontwerpmethoden met zich mee. Vanwege het verschil in voorwaarden en eisen gesteld in de ontwerpmethoden wijken de preventieve voorzieningen toegepast in parkeergarages van elkaar af. Hierdoor ontstaan tussen de ontwerpmethoden verschillende brandscenario s. De omvang van de brand en de schade ontstaan door de brand verschilt per brandscenario. In dit hoofdstuk zal worden ingegaan op de werking van de meest toegepaste ontwerpmethoden voor de brandveiligheid van een parkeergarage en het brandscenario wat bij de betreffende ontwerpmethode kan optreden. Enkele ontwerpmethoden zijn afhankelijk van een offensief optreden door de brandweer. Echter sinds 1 januari 2010 is de brandweer aan het bezuinigen. De korpsen vallen niet langer meer onder gemeenten maar onder veel grotere veiligheidsregio s, ook wel regionalisering genoemd. Hierbij zijn brandweerlieden ontslagen en brandweerlieden die met pensioen zijn gegaan niet meer vervangen. Recent is een onderzoek uitgevoerd door EenVandaag in samenwerking met Abvakabo FNV naar de mening van brandweerlieden over de huidige stand van zaken. In dit onderzoek kwam naar voren dat 74% van de brandweerlieden van mening is dat de veiligheid die de brandweer biedt aan burgers sinds de regionalisering afneemt 19. Door de bezuinigingen kan de brandweer niet meer hetzelfde veiligheidsniveau garanderen als voorheen. Dit kan mogelijk gevolgen hebben op de opkomsttijd en de tijd tot ingrijpen in het brandscenario dat ontstaat bij de ontwerpmethoden die gebaseerd zijn op het offensief ingrijpen van de brandweer tijdens brand. In de huidige tijd zal de brandweer steeds vaker kiezen voor het niet offensief optreden bij een brand in een parkeergarage. In het persbericht 20 op de website van BNR Van Herpen(1), 2014: 1 19 EenVandaag Opiniepanel, Abvakabo FNV, 2014: Van den Akker,

32 zegt Hagen, R., lector brandpreventie aan de Brandweeracademie, het volgende: "Auto s worden steeds meer van kunststof. De auto s branden steeds sneller en met steeds meer auto's tegelijk. Dat maakt het onmogelijk voor de brandweer om naar binnen te gaan." 3.2 Bouwbesluit 2012 Bouwbesluit 2012 regelgeving Zoals in paragraaf 3.1 genoemd is gelden voor het ontwerpen van de brandveiligheid van parkeergarages functionele eisen. Deze functionele eisen zijn uitgewerkt in concrete prestatie-eisen. De prestatie-eisen die het bouwbesluit stelt aan parkeergarages zijn samengevat en in tabel 3 overzichtelijk weergegeven. Tabel 3 - Prestatie-eisen uit het Bouwbesluit 2012 gesteld aan het ontwerpen van een parkeergarage. Onderdeel Prestatie-eis Omvang parkeergarage 1000 m² maximaal Weerstand tegen branddoorslag en 60 minuten (indien onderdeel van brandoverslag (WBDBO) hoofddraagconstructie 90/120 minuten) Voorzieningen t.b.v. brandpreventie Voorzieningen t.b.v. veilig vluchten Ventilatie t.b.v. luchtverversing 3 dm³/s per m² Geen Noodverlichting, vluchtrouteaanduiding, minimale loopafstanden De omvang van een brandcompartiment in een parkeergarage bedraagt maximaal 1000m². Echter in de praktijk zijn in verband met gebruiksvriendelijkheid grotere parkeergarages gewenst. Door toepassing van zelfsluitende brandschermen is het mogelijk om dergelijke grote parkeergarages op te delen in compartimenten van maximaal 1000m². Door het zelf sluiten van de deuren ontstaat gevaar voor opsluiting en desoriëntatie voor de repressieve brandweer, dit kan tot grote gevolgen leiden 21. Uit het oogpunt van publieksveiligheid en gebruiksvriendelijkheid is compartimentering tevens ongewenst. Een parkeergarage groter dan 1000m² is te ontwerpen op basis van gelijkwaardigheid aan de prestatie-eisen gesteld in het Bouwbesluit, de parkeergarage dient hiervoor voorzien te worden van installaties en voorzieningen waarmee in voldoende mate de risico s beperkt worden. Deze voorzieningen bestaan meestal uit een combinatie van branddetectie, ventilatie-installaties en blusinstallaties. Deze gelijkwaardige ontwerpmethoden worden in de volgende paragraaf behandeld. Mogelijk brandscenario Bouwbesluit 2012 De repressieve brandweer zal steeds minder vaak kiezen voor het actief ingrijpen bij een brand. De oorzaak hiervan is het ontbreken van de mensen en middelen om de brand te bestrijden en de risico s voor een offensieve aanval te groot zijn. Alleen in de gevallen dat personen moeten worden gered zal de brandweer het brandcompartiment betreden 22. Wanneer besloten wordt dat het te gevaarlijk is voor de repressieve brandweer om het brandcompartiment te betreden zal vervolgens niet worden ingegrepen in het brandscenario. De brandweer zal de brandscheidingen van het brandcompartiment vervolgens koelen door die te blussen, dit voor extra zekerheid dat de brandscheidingen het gehele brandscenario blijven werken en de brand niet overslaat naar een volgend compartiment. Bij een dergelijk scenario is het waarschijnlijk dat de brand uitbreidt naar de naast geparkeerde auto s. Uiteindelijk zal door een te lage afvoer van warmte flashover plaatsvinden en slaat de brand over in een compartimentsbrand. Het resultaat 21 VEBON, 2012: 5 22 NOVB, 2012:

33 hiervan is een groot brandvermogen, hierdoor ontstaat een hoge thermische belasting op de draag- en scheidingsconstructies. De schade die hierbij aan de constructie en aanwezige auto s ontstaat is groot, maar zal wel beperkt blijven tot het brandcompartiment. Bij een parkeergarage ontworpen aan de hand van het Bouwbesluit 2012 zal sprake zijn van een compartimentsbrand. Bij een compartimentsbrand komt de thermische belasting overeen met de standaardbrandcurve. Rockfon heeft de brandwerendheid van de Facett panelen aan de standaardbrandcurve al onderzocht. Daarom wordt een parkeergarage ontworpen volgens Bouwbesluit 2012 niet verder onderzocht. 3.3 Gelijkwaardige brandbeveiligingsconcepten Automatische blussing met bijvoorbeeld een sprinklerinstallatie De bedoeling van een sprinklerinstallatie is het beperken van de rookontwikkeling en warmteontwikkeling van de brand. Waarna vervolgens de repressieve brandweer een offensieve aanval kan ondernemen om de laatste hand te leggen in het doven van de brand. Met een sprinklerinstallatie wordt de brand beperkt tot een enkele auto 23, dit zorgt voor een laag brandvermogen. Een sprinklerinstallatie op zichzelf is bij gesloten parkeergarages niet voldoende, de vrijkomende gevaarlijke gassen (koolmonoxide en benzeen) die de parkeergarage vullen zijn een gevaar voor de aanwezige personen. Om dit te voorkomen dienen de gevaarlijke gassen afgevoerd te worden. Hiervoor kan gebruik gemaakt worden van de ventilatie die aanwezig is voor normaal gebruik van de parkeergarage. Met de combinatie van een sprinkler- en ventilatie-installatie wordt een veilige evacuatie voor de aanwezige personen gewaarborgd en een veilige situatie gecreëerd voor de repressieve brandweer om in the grijpen. Figuur 10 - Sprinklerinstallatie in een parkeergarage [Bron: De schade die ontstaat aan de constructie is minimaal tot helemaal niet aanwezig en de parkeergarage kan snel weer in gebruik genomen worden. Door de veiligheid die een sprinklerinstallatie biedt is het algemeen geaccepteerd als gelijkwaardige oplossing voor de prestatie-eisen die gesteld worden in het Bouwbesluit. 23 NOVB, 2012:

34 Een sprinklerinstallatie biedt veel voordelen, maar wordt niet altijd toegepast in parkeergarages. De reden hiervoor is dat een sprinklerinstallatie een grote investering is en veel eigenaren zich dit niet kunnen en/of niet willen veroorloven. Mogelijk scenario automatische blussing Een sprinklerinstallatie sproeit water op de brandhaard en koelt hiermee de brand. Uitbreiding van de brand wordt hiermee beheerst. Met een sprinklerinstallatie wordt de brand beperkt tot een enkele auto. Dit leidt tot een minimale rook- en warmteontwikkeling. Echter bestaat de mogelijkheid dat de sprinklerinstallatie faalt. In een Amerikaans onderzoek uitgevoerd door de NFPA(National Fire Protection Association) blijkt dat bij een brand waar een sprinklerinstallatie in de brandruimte aanwezig was en de brand ook groot genoeg was voor het activeren van de sprinkler, de sprinkler daadwerkelijk effectief was in 87% van de onderzochte gevallen 24. Dit betekent dat in 13 % van de onderzochte gevallen de sprinkler heeft gefaald. Echter is dit onderzoek in de Verenigde Staten uitgevoerd. De certificering van sprinklerinstallaties in de Verenigde Staten verschilt met de certificering in Nederland, dit resulteert naar verwachting in een andere faalkans van de sprinklers toegepast in Nederland. Wanneer de situatie ontstaat dat de sprinklerinstallatie faalt, wordt de brand niet beheerst en kan sprake zijn van een uitbrandscenario. Mechanisch geventileerde parkeergarages (NEN6098) Door het toepassen van rookbeheersingssystemen in een parkeergarage kan een brandveiligheidniveau bereikt worden gelijkwaardig aan of zelfs hoger dan het Bouwbesluit. Door toepassing van een dergelijk rookbeheersingssysteem blijft de brandomvang beperkt tot enkele auto s. De ventilatie in een parkeergarage zorgt voor het beheersen en verwijderen van de warmte en rook die ontstaan bij de brand. Dit zorgt voor een beperkte omvang van het rookverspreidingsgebied. Hierdoor verbeteren de condities voor een veilige ontsluiting en creëert men zicht op de brand. Dit biedt de mogelijkheid aan de repressieve brandweer om reddend op te treden naar de (nog) aanwezige personen en het bestrijden van de brand in een vroeg stadium. Figuur 11 - Visuele weergave van de werking van een rookbeheersingsysteem [Bron: Voor parkeergarages tot maximaal 2500m² bestaat een gegeven luchthoeveelheid die altijd voldoende wordt geacht voor het realiseren van het benodigde ventilatievoud voor het realiseren van de zichtlengte op de brand 25. Om voor parkeergarages groter dan 2500m² aan te tonen dat de toegepaste ventilatie een gelijkwaardige oplossing betreft, kan dat door middel van het uitvoeren van een CFD(computational fluid dynamics)- berekening. Deze berekeningen worden uitgevoerd aan de hand van de NEN Deze norm geeft prestatie-eisen aan het ontwerpen van een mechanisch geventileerde parkeergarage. 24 Hall, 2013: i 25 NEN 6098:2012:

35 Gebruik van deze ontwerpmethode met mechanische ventilatie als gelijkwaardige oplossing is een praktisch ontwerp. De reden hierachter is dat de dagelijks gebruikte ventilatie-installatie al aanwezig is voor de luchtverversing van de parkeergarage. De aanwezige installatie is dus te combineren met een rookbeheersingssysteem. Mogelijk scenario mechanisch geventileerd Het doel van een mechanisch ventilatiesysteem is de rook- en warmte ontwikkeling in de parkeergarage te sturen en vervolgens af te voeren. Dit is ter ondersteuning van de brandweer bij een offensief optreden. Het mechanisch ventilatiesysteem zorgt voor zicht op de brandhaard. Dit bevordert het offensieve optreden van de brandweer. Bij dit scenario zal na ingrijpen van de brandweer totaal 2 á 3 auto s geheel of gedeeltelijk verbrand zijn. Er zal lichte schade optreden aan de constructie en de parkeergarage kan snel weer in gebruik genomen worden. Echter wordt er in de norm nadrukkelijk van uitgegaan dat de brandweer, 22 minuten na ontstaan van de brand, een offensieve aanval op de brandhaard onderneemt. Figuur 12 Stuwkrachtventilator toegepast in een parkeergarage ten behoeve van rookbeheersing [Bron: De werking van deze ontwerpmethode is afhankelijk van het optreden van de brandweer. Dit vereist een goede aanpak en organisatie van de brandweer. Vanwege de bezuinigingen bij de brandweer is het misschien niet mogelijk om deze goede aanpak en organisatie te garanderen. Dit kan gevolgen hebben op het moment dat de brandweer in de brand in kan grijpen, indien dit later gebeurd zal de brand de kans hebben om zich verder uit te breiden en zal het meer moeite kosten om de brand te blussen Natuurlijk geventileerde parkeergarages (NEN2443) Bij een natuurlijk geventileerde parkeergarage ontworpen volgens NEN2443 is onder specifieke voorwaarden een brandcompartiment groter dan 1000 m² toegestaan. Deze voorwaarden bestaan uit een minimale hoeveelheid gevelopeningen in de parkeergarage, deze openingen zorgen voor voldoende afvoer van warmte zodat geen compartimentsbrand plaats vindt en blijft de brand lokaal. Indien niet voldaan kan worden aan de ventilatie-eisen moet een installatie voor mechanische ventilatie worden aangebracht. Indien deze ventilatie-installatie wordt ingezet bij brand, wordt in de norm voor het ontwerpen verwezen naar de NEN

36 Mogelijk scenario natuurlijk geventileerd Bij deze ontwerpmethode wordt rekening gehouden met voldoende openingen in de gevel voor voldoende natuurlijke ventilatie ten behoeve van de rook- en warmteafvoer bij een brand. Echter zijn de windcondities niet controleerbaar, tevens is de natuurlijke ventilatie in de parkeergarage niet te sturen. Dit kan een offensief brandweeroptreden bemoeilijken en in het ernstige geval onmogelijk maken. Wanneer de brandweer niet in het brandscenario ingrijpt, is er sprake van een uitbrandscenario. In dit scenario bestaat de mogelijkheid dat een gehele rij auto s uitbrand 26. De schade die ontstaat aan de constructie en de aanwezige auto s is groot. Uitgaande van het niet ingrijpen door de brandweer en daardoor het ontstaan van een uitbrandscenario is een tamelijk robuust concept, ook wel een worstcasescenario genoemd. Als de parkeergarage wordt ontworpen aan de hand van het bijbehorend vrijkomend brandvermogen is de mogelijkheid tot het voorkomen van onverwachte gevolgen tot een minimum gebracht. 3.4 Tussenconclusie Elke ontwerpmethode heeft een maatgevend brandscenario, bij dit brandscenario ontstaat een brandvermogen. De hoogte van het brandvermogen wordt bepaald door de hoeveelheid auto s die bij de brand betrokken raken. Des te groter het brandvermogen dat ontstaat is, des te meer schade zal plaatsvinden aan de parkeergarage. In tabel 4 zijn de resultaten per ontwerpmethode hierover weergegeven. Tabel 4 - Overzicht brandscenario's ontwerpmethoden Ontwerpmethode Mogelijk brandscenario Omvang brand Bouwbesluit 2012 Automatische blusinstallatie Mechanisch geventileerde parkeergarages Natuurlijk geventileerde parkeergarages Compartiment uitbrandscenario Lokaal blusscenario Lokaal blusscenario Lokaal verplaatsende uitbrandscenario Compartiment (<1000m²) Een enkele auto Twee á drie auto s Gehele rij auto s Schade Ernstige schade aan constructie en aanwezige auto s Minimale schade aan constructie en een enkele auto Lichte schade aan constructie en aanwezige auto s Ernstige schade aan constructie en aanwezige auto s Brandweer grijpt in bij de brand? Onzeker Ja Ja Onzeker De grootste schade vindt plaats bij het uitbrandscenario waarin de brandweer niet in kan grijpen. Een dergelijk uitbrandscenario zal door de bezuinigingen bij de brandweer vaker ter sprake komen. Er doen zich situaties voord waarin de brandweer met de beschikbare middelen niet meer veilig de brand kan bestrijden en kiest dan voor het laten uitbranden van de parkeergarage. Uitbrandscenario s vinden plaats bij natuurlijk geventileerde parkeergarages en bij parkeergarages ontworpen volgens het Bouwbesluit 2012, omdat hier weinig maatregelen getroffen worden om het ingrijpen van de brandweer in het brandscenario te ondersteunen. De thermische belasting en de gevolgen van een compartimentsbrand zoals die in een parkeergarage ontworpen volgens Bouwbesluit 2012 plaats vindt is al bekend, en zal niet verder onderzocht worden. 26 Van Herpen(1), 2014:

37 Temperatuur in het compartiment ( C) 4 BRANDVERMOGEN EN BRANDCURVES Om de brandwerendheid van constructiedelen in een parkeergarage te bepalen dienen de constructiedelen getest te worden aan een thermische belasting. Deze thermische belasting is in de regelgeving vastgelegd in een temperatuurverloop, deze wordt ook wel de standaardbrandcurve genoemd. De vraag is of deze standaardbrandcurve wel van toepassing is bij een autobrand in een parkeergarage, of dat hier een andere brandcurve van toepassing is. In dit hoofdstuk zal het brandvermogen van een parkeergaragebrand die plaats vindt bij een werkelijke brand onderzocht worden. 4.1 Standaardbrandcurve (ISO 834/NEN6069) Vanuit de regelgeving wordt voor het bepalen van de brandwerendheid van constructiedelen in parkeergarages verwezen naar de NEN6069. In deze norm wordt de standaardbrandcurve als thermische belasting op de constructie aangehouden. Bij de standaardbrandcurve wordt uitgegaan van een compartimentsbrand, dit betekent dat over het gehele brandcompartiment dezelfde thermische belasting plaats vindt. 1200, , ,00 900,00 800,00 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 Standaardbrandkromme Tijdsduur (seconden) Figuur 13 Standaardbrandcurve (ISO 834/NEN6069) Bij een parkeergaragebrand is een compartimentsbrand onwaarschijnlijk 27. De brand zal gedurende de tijd overspringen naar de naast geparkeerde auto s, maar vanwege het hoge vermogen is de auto waarin de brand is ontstaan al bijna uitgebrand voordat de brand in de naast geparkeerde auto tot maximale ontwikkeling is gekomen 28. Bij een parkeergaragebrand is dus sprake van een lokaal verplaatsende brand. Dit betekent dat bij een brand in een parkeergarage een afwijkend brandscenario plaats vindt dan in de regelgeving wordt voorgeschreven voor het bepalen van de brandwerendheid van constructieonderdelen. Dit komt overeen met eerder behandelde onderzoeken naar de parkeergaragebrand aan de Lloydstraat. 27 Jansze, van Acker et al, 2014: Van Herpen(1), 2014: 1,

38 Vermogen RHR [MW] 4.2 Huidig toegepaste autobrandcurves Bij een parkeergaragebrand vindt dus een lokaal verplaatsende autobrandscenario plaats. Dit resulteert in een kort durende maar hoge lokale thermische belasting op de vloerconstructie. Voor een autobrand wordt in de regelgeving geen thermische belasting weergegeven. Echter zijn in de gelijkwaardige ontwerpmethoden voor brand in parkeergarages wel brandvermogens voor autobranden beschikbaar. Het temperatuurverloop dat bij het brandvermogen van auto s behoord kan worden berekend door middel van reken- en simulatiemodellen In deze paragraaf worden de huidig toegepaste referentie brandvermogencurves behandeld. Eveneens is de snelheid voor de ontwikkeling van de brand van de auto waarin de brand is ontstaan naar de naast geparkeerde auto s van belang. Des te sneller de brand over slaat des te groter het gecombineerde brandvermogen van de brandende auto s is. Dit resulteert in een hogere lokale en globale thermische belasting op de vloerconstructie. De tijdsduur tot vlamoverslag die gehanteerd wordt bij de huidig toegepaste ontwerpmethoden word in deze paragraaf behandeld. Brandvermogencurve CaPaFi In de jaren 90 is een Europees onderzoek 29 uitgevoerd naar autobranden. Aan de hand van de metingen uitgevoerd in dit onderzoek is een vastgestelde referentie brandvermogencurve voor een enkele auto opgesteld die gehanteerd word in de rekenmethode CaPaFi(Car Park Fire). Deze eenvoudige rekenmethode wordt toegepast voor het berekenen van stalen constructiedelen van parkeergarages bij brand Tijdsduur [min.] Auto 1 Auto 2 Bij het CaPaFi scenario wordt voor elk opvolgende autobrand een aangepaste brandvermogencurve gebruikt. Bij de ontwikkeling van het brandvermogen wordt aangenomen dat de opvolgende auto s zijn voorverwarmd door de naast geparkeerde al brandende auto. Dit zorgt voor een snellere ontwikkeling van het brandvermogen vanaf het moment dat de brand is overgeslagen. De brandvermogencurve CaPaFi van de auto waarin de brand ontstaat en de CaPaFi brandvermogencurve van de opvolgende auto s zijn weergegeven in figuur 14. Figuur 14 - Brandvermogenscurve autobrand CaPaFi, de brandvermogencurve van de auto waar de brand is in ontstaan is blauw gekleurd, de brandvermogencurve voor een opvolgende autobrand is rood gekleurd. 29 Schleich et al,

39 Vermogen RHR [MW] Tijdsduur [min.] Ontwerpcurve CaPaFi Ontwerpcurve CaPaFi (CFD) Enkele CFD-modellen hebben moeite met het simuleren van branden waarbij scherpe piekwaarden in het brandvermogen optreden. Dit kan mogelijk gevolgen hebben voor de betrouwbaarheid van het model en geen realistische resultaten opleveren. Om de CaPaFi curve met een scherpe piekwaarde in het brandvermogen destijds toepasbaar te maken voor CFD-modellen is door Sleich et al. de piekwaarde aangepast naar een constante piekwaarde. Figuur 15 - Brandvermogenscurve autobrand CaPaFi, de oorspronkelijke CaPaFi curve is rood weergegeven en de bij CFD toepasbare brandvermogencurve is groen weergegeven. Bij de CaPaFi rekenmethode wordt uitgegaan van een vlamoverslag van een brandende auto naar een naastgelegen auto van 12 minuten. Dit betekent dat de naastgelegen auto 12 minuten na ontstaan van de brand aangestoken wordt, 24 minuten na ontstaan van de brand wordt de volgende auto aangestoken en zo voort. Dit geldt in beide richtingen van de oorspronkelijke brandende auto. Dit is visueel weergegeven op figuur 16 Figuur 16 - Tijd tot vlamoverslag CaPaFi scenario Brandvermogencurve NEN 6098 De ontwerpmethode NEN 6098 wordt toegepast voor het ontwerpen van mechanisch geventileerde parkeergarages gelijkwaardig aan het Bouwbesluit In deze norm wordt gebruik gemaakt van een lokaal autobrandscenario in plaats van een compartimentsbrand aan de hand van de standaardbrandcurve. De brandvermogencurve voor een enkele autobrand die in deze norm wordt toegepast is opgesteld door TNO aan de hand van metingen aan het brandvermogen van uitgevoerde ontwerpbranden uit TNO,

40 Figuur 17 - Opstellen van een ontwerp brandvermogencurve aan de hand van metingen uitgevoerd tijdens de ontwerpbranden uit 1999.[Bron: van Oerle, 1999] In het brandscenario waar van uitgegaan wordt in de NEN6098 treedt de brandweer offensief op. Door het offensief optreden van de brandweer wordt aangenomen dat maximaal drie auto s betrokken raken bij de brand. Echter wordt met het maatgevend brandscenario zoals behandeld is in paragraaf 3.4 van dit onderzoek uitgegaan van een uitbrandscenario waar de brandweer niet in grijpt. De beide scenario s die hierbij ontstaan zijn visueel weergegeven op figuur 18. Figuur 18 Tijd tot vlamoverslag NEN6098 scenario, met links het offensief ingrijpen door de brandweer zoals verwacht in de norm en rechts wanneer sprake is van een uitbrandscenario en het offensief ingrijpen uitblijft. 4.3 Overige onderzoeken brandcurves Brandvermogencurve BRE testing facility In opdracht van Communities and Local Government(CLG) Sustainable Buildings Division is in 2006 een opdracht verleend aan BRE om een 3-jarig durend onderzoek uit te voeren genaamd Fire Spread in Car Parks. Gedurende dit onderzoek zijn een aantal autobrandtesten uitgevoerd. Met deze testen is onderzoek gedaan naar de verspreiding van de brand tussen auto s, het brandvermogen dat vrij komt en de vrijkomende gevaarlijke gassen voor de aanwezigen in een parkeergarage. De testopstelling van de garage komt overeen met een matig geventileerde ondergrondse parkeergarage. Bij het onderzoek is gebruik gemaakt van diversiteit in auto s om een volledig beeld te krijgen van de resultaten van moderne auto s met betrekking tot de verspreiding van de brand en het brandvermogen dat ontstaat

41 Van de uitgevoerde testen zijn voor het vrijkomend brandvermogen van een enkele auto twee testen relevant voor dit onderzoek, dit is onderzocht in test nr. 7 en test nr. 8. In test 7 wordt het vrijkomend brandvermogen bij brand in een enkele gezinsauto getest. Het brandvermogen dat hierbij vrijkwam is weergegeven in figuur 19. In test 8 is het vrijkomend brandvermogen bij brand in een MPV-auto getest. De resultaten hiervan zijn weergegeven in figuur 20. Figuur 19 - Test 7: Enkele gezinsauto brand [Bron: M. Shipp, et al, 2010: 77] Figuur 20 - Test 8: Enkele MPV brand [Bron: M. Shipp, et al, 2010: 80] Een autobrand is een unieke brand en zal door het type auto dat gebruikt wordt en de randcondities van de autobrandtest unieke resultaten opleveren. De resultaten van de enkele autobranden zoals weergegeven in figuren 19 en 20 komen niet overeen met de eerder behandelde ontwerpcurves. De ontwikkeling van de brand verloopt te langzaam en daardoor neemt de autobrand een lang tijd in beslag. Hierbij komen niet de hoge piekwaarden in het brandvermogen vrij zoals dat bij de andere ontwerpcurves wel is waargenomen

42 Tevens zijn in het onderzoek ook testen uitgevoerd waarbij meerdere auto s betrokken waren, hierbij is voornamelijk de tijd tot vlamoverslag naar naastgelegen auto s van belang. Er zijn meerdere testen uitgevoerd en onderling verschillen de tijden tot vlamoverslag. Dit betreft test nr. 1, 3 en 4, een overzicht van de resultaten uit deze testen is visueel weergegeven in figuur 21. Bij test 8 is onderzocht of het mogelijk is voor de brand om over te slaan naar een auto geparkeerd in het tegenoverstaande parkeervak. Bij de huidig toegepaste brandscenario s wordt aangenomen dat geen vlamoverslag plaats vindt naar tegenover geparkeerde auto s omdat de afstand tussen de auto s groot genoeg wordt geacht om dit te voorkomen. Echter bij test 8, waarbij de brand ontstaan is bij de motor, is aangetoond dat wel degelijk brandoverslag naar de tegenover geparkeerde auto kan plaatsvinden. Dit werd gedeeltelijk veroorzaakt door thermische straling, gedeeltelijk door uitslaande vlammen uit de koplampen en gedeeltelijk door het overspringen van brandend plastic. Vlamoverslag sloeg al vijf minuten na ontsteking van de eerste auto plaats. De brand is daarbij ontstaan bij de motor. Ontstaat de brand op een andere plek of staat de auto achterstevoren geparkeerd, dan is de tijd tot vlamoverslag langer of zal vlamoverslag zelfs helemaal niet plaats vinden. Figuur 21 - Overzicht vlamoverslag uitgevoerde testen BRE De tijdsduur tot brandoverslag verschilt per test, tevens slaat de brand bij test 1 en 4 pas laat in het stadium over naar auto 2. Hieropvolgend slaat de brand wel aanzienlijk snel over naar de daarnaast geparkeerde auto( s). Bij test 3 komt de vlamoverslag van auto 1 naar auto 2 wel overeen met de vlamoverslag van 10 minuten zoals aangehouden bij NEN6098. Echter slaat de brand hier wederom aanzienlijk snel over. De genoemde oorzaak hiervoor is dat de naast geparkeerde auto s al voorverwarmd zijn voordat de brand daadwerkelijk overslaat. In figuur 22 is de testopstelling van de garage weergegeven, op te merken is dat de auto s grotendeels door muren omringd wordt. Door de matige ventilatie in de testopstelling samen met de compacte grote van een parkeergarage stijgt de temperatuur van de omgeving in een snel tempo. De snelle stijging van de hoge temperatuur in combinatie met de straling vanaf de brandhaard is de oorzaak voor de

43 snelle brandoverslag naar de naast geparkeerde auto s. Bij een brand in een grotere parkeergarage zou de warmte verspreid worden over een groter deel van de parkeergarage en eventueel een gedeelte van de warmte afgevoerd worden. Dit resulteert in een langere tijdsduur tot vlamoverslag van auto 2 naar auto 3. Figuur 22 - Opstelling test 3 BRE, de auto s zijn aan alle zijden voor het grootste gedeelte ingesloten door muren. [Bron: M. Shipp, et al, 2010: 62] Het bouwjaar van de gebruikte auto s in dit onderzoek is van 1998 t/m Uit de statistieken van het Centraal Bureau Statistieken(CBS) blijkt dat de auto s uit deze periode 32% omvat van het totale aantal personenauto s in Nederland uit beslaat. De resultaten van dit onderzoek hebben een grotere relevantie met de huidige voorraad auto s dan de brandvermogencurve aangehouden in de ontwerpnorm NEN6098. Alhoewel de auto s gebruikt bij de testen een grotere relevantie hebben met de huidig toegepaste brandvermogencurves, geven de resultaten van het onderzoek geen reden voor aanpassing van het brandvermogen bij de huidig toegepaste brandvermogencurves. Echter is wel een ander patroon te zien in de tijdsduur tot vlamoverslag naar naastgeparkeerde auto s. De brand slaat in een sneller tempo over. Onderzoek brandcurve Lloydstraat Rotterdam Naar aanleiding van de ontstane schade aan de parkeergarage aan de Lloydstraat te Rotterdam, is in opdracht van Veiligheidsregio Rotterdam-Rijnmond opdracht verleend aan Efectis Nederland BV. om de brand in de parkeergarage te onderzoeken. In het onderzoek is voor het brandvermogen van de aanwezige auto s uitgegaan van de CaPaFi brandvermogencurve. Echter is de tijd tot vlamoverslag naar naast geparkeerde auto s aangepast op het brandscenario dat destijds plaats vond. Het brandscenario komt overeen met het brandscenario dat gehanteerd wordt in het CaPaFi rekenmodel, met 31 CBS

44 uitzondering van vlamoverslag van de auto waarin de brand is ontstaan naar de naastgeparkeerde auto s. Figuur 23 Tijd tot vlamoverslag brandscenario parkeergarage Lloydstraat te Rotterdam Zoals eerder in paragraaf 2.1 vermeld is voldeed de parkeergarage aan de uitgangspunten van een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Een dergelijke parkeergarage wordt in specifieke situaties, wanneer de windsnelheid buiten beperkt is, matig geventileerd. Dit komt overeen met het brandscenario wat in dit onderzoek gehanteerd wordt. 4.4 Alternatieve brandstofvoertuigen Tegenwoordig is een opkomst waar te nemen in auto s voorzien met een alternatieve brandstof dan de huidige benzine en diesel auto s. Hiermee worden de LPG en hybride auto s bedoeld die al een lange tijd op de markt verkrijgbaar zijn, dit geldt mede voor de elektrische- en waterstofauto s die momenteel in opkomst zijn. Uit het onderzoek dat is uitgevoerd door BRE naar elektrische en hybride auto s blijkt dat het probleem zich vooral bevind in de batterijen, echter is hierover nog weinig informatie beschikbaar. Het probleem zijn de resten die ontstaan bij verbranding van de aanwezige batterijen, de vrijkomende stoffen kunnen bijtend of giftig zijn. Met de opkomst van deze auto s is het niet ondenkbaar dat in de nabije toekomst laadstations worden geplaatst in parkeergarages, dit brengt gevaren met zich mee. Een voorbeeld hiervan is brand door kortsluiting, hier zal dan ook nader onderzoek naar gedaan moeten worden. Het effect van elektrische auto s op het brandvermogen van een autobrand zal niet onderzocht worden door gebrek aan informatie. Met betrekking tot LPG-auto s zijn tot nu toe geen redenen om aan te nemen dat zij een gevaar vormen bij verbranding, hierbij dient het overdrukventiel van de gastank wel juist te functioneren 32. De gevallen waarbij het overdrukventiel niet juist functioneerde en de auto explodeerde was er sprake van sabotage aan het voertuig. Waterstofauto s gaan uit van hetzelfde principe als LPG auto s, indien de tank is voorzien van een functionerend overdrukventiel is naar verwachting geen kans op een explosie. Bij LPG- en waterstofauto s bouwt de druk in de tank tijdens de brand hoger op, voordat de druk in de tank een kritieke waarde bereikt word door middel van het overdrukventiel gas uit de tank geloosd. Doordat de tank zich in een brandende auto bevindt slaat het vrijkomende gas direct in de brand en zal dit toevoegen aan het brandvermogen van de autobrand. Dit kan leiden tot een hoger brandvermogen, echter is dit door gebrek aan informatie buiten beschouwing gelaten. 32 M. Shipp, et al, 2010:

45 Vermogen RHR [MW] 4.5 Vergelijking en tussenconclusie brandcurves en vlamoverslagtijden Brandvermogencurves Om een goed overzicht te krijgen hoe de brandvermogencurves onderling met elkaar verschillen zijn ze weergeven in figuur Ontwerpcurve NEN6098 (TNO- 1999) Ontwerpcurve CaPaFi - auto 1 Ontwerpcurve CaPaFi - opvolgende auto's Ontwerpcurve CaPaFi (CFD) Autobrand test 7 BRE (figuur 19) Autobrand test 8 BRE (figuur 20) Tijdsduur [min.] Figuur 24 - Vergelijking brandvermogencurves Uit de vergelijking is geconcludeerd dat de ontwikkeling van de autotestbranden die uitgevoerd zijn door BRE te langzaam verlopen en dat daardoor de autobrand een lange tijd in beslag neemt. De resultaten van de autobrandtesten uitgevoerd door BRE zijn niet maatgevend en geven dus geen aanleiding tot aanpassing van de bestaande ontwerpcurves. Geconcludeerd is dat de CaPaFi-brandvermogencurve voor de auto waarin de brand begint in combinatie met de CaPaFi-brandvermogencurve voor opvolgende auto s een realistisch beeld weergeven van het brandvermogen dat vrijkomt bij een autobrand in een parkeergarage. Vlamoverslagtijden In de tabel 5 is een overzicht gegeven van de tijden tot vlamoverslag zoals die bij de voorgaande onderzoeken en referentiecurves wordt aangehouden. Uit dit overzicht zijn de volgende conclusies getrokken: - De tijd tot vlamoverslag van de oorspronkelijke auto naar de naast geparkeerde auto bevindt zich tussen de 9,5 en 20,5 minuten(afhankelijk van randcondities). - De tijd tot vlamoverslag naar een tegenover geparkeerde auto was gedurende de test 5 minuten. Echter was dit een situatie waarin de brand begon in het motorgedeelte van het voertuig, deze zijde van het voertuig was richting de tegenover geparkeerde auto gericht. Indien de brand in een ander gedeelte van de auto begint of de auto omgekeerd geparkeerd staat bedraagt naar verwachting de tijd tot vlamoverslag al gauw 10 tot 15 minuten

46 - De tijden tot vlamoverslag van auto 2 naar elke opvolgende auto bevinden zich tussen een halve minuut en 12 minuten. De testen uitgevoerd door BRE voor de tijden tot vlamoverslag zijn uitgevoerd in een zeer compacte opstelling met matige ventilatie. Deze testen geven een scheef beeld van de tijd tot vlamoverslag in een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Voor de tijd tot vlamoverslag in de parkeergarage aan de Lloydstraat te Rotterdam is uitgegaan van het CaPaFi-scenario. Het CaPaFi scenario komt overeen met het geconstateerde brandscenario dat daadwerkelijk bij de brand in de parkeergarage plaats vond 33. De parkeergarage komt overeen met de uitgangspunten van een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Om deze reden is geconcludeerd dat de tijd tot vlamoverslag zoals aangehouden in het CaPaFi-scenario het meest overeenkomt met een brandscenario in een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Tabel 5 - Overzicht tijden tot vlamoverslag Tijd tot vlamoverslag in minuten na ontstaan van de brand Brandscenario Auto 1 Auto 2 Auto 3 Auto 4 Auto 5 Auto 6 Zijwaartse vlamoverslag CaPaFi NEN (Blusscenario) NEN (Uitbrandscenario) Lloydstraat te Rotterdam BRE Test BRE Test 3 0 9, BRE Test , ,5 - - Tegenoverstaande vlamoverslag BRE Test Uitgaande van het CaPaFi scenario zijn er enkele uitzonderingen die van toepassing zijn op het brandscenario in een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Dit houdt de tijd tot vlamoverslag van de auto waarin de brand is ontstaan naar de naast- en tegenover geparkeerde auto s in. Vlamoverslag naar beide zijden van naast geparkeerde auto s zal naar verwachting niet gelijktijdig plaatsvinden. De oorzaak hiervoor is dat de tijd tot vlamoverslag van meerdere factoren afhankelijk is (de ventilatierichting, de afstand tussen naast geparkeerde auto s en een niet egale verbranding van de auto) en is hierdoor met de beschikbare informatie niet tot één tijdstip te definiëren. In tegenstelling tot het CaPaFi-scenario is het wel degelijk mogelijk voor de brand om over te slaan naar de tegenover geparkeerde auto. Bij een maatgevend brandscenario zal dit het geval zijn. 33 de Feijter en Breunese, 2007:

47 5 BEREKENEN BRANDCURVE PARKEERGARAGEBRAND In de afgelopen jaren zijn meerdere onderzoeken uitgevoerd naar het temperatuurverloop dat plaats vond in de parkeergarage aan de Lloydstraat te Rotterdam. De parkeergarage aan de Lloydstraat te Rotterdam voldoet aan de voorwaarden van een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Al verschilt het brandscenario gedeeltelijk met het maatgevend scenario en is de geometrie van de parkeergarage projectspecifiek, de resultaten geven echter wel een vergelijkbaar beeld met betrekking tot de lokale thermische belasting op de bovengelegen vloer. Voor het berekenen van de lokale thermische belasting in de parkeergarage is in de voorgaande onderzoeken gebruik gemaakt van het CaPaFi-rekenprogramma en het CFDsimulatieprogramma. Het temperatuurverloop dat met beide programma s berekend is, overschrijden beide de standaardbrandcurve op specifieke momenten. Echter nadat de lokale thermische belasting heeft plaatsgevonden wordt het vloerelement nog blootgesteld aan de globale thermische belasting. Deze globale thermische belasting vindt plaats over de gehele parkeergarage en word veroorzaakt door de brandende auto s in de parkeergarage. 5.1 Uitgangspunten Brandscenario Het uitvoeren van de berekeningen met CaPaFi en OZone hebben als doel om de lokale en globale thermische belasting in een parkeergarage te berekenen. De thermische belasting die hiermee berekend wordt komt overeen met de thermische belasting in een groot aantal parkeergarages en is niet projectspecifiek gericht. - Het maatgevend brandscenario vindt plaats in een natuurlijk geventileerde parkeergarage waarbij twee parkeerrijen zich tegenover elkaar bevinden. - Bij het maatgevende brandscenario is geen tot matige ventilatie aanwezig. - Als brandvermogen voor de auto s wordt uitgegaan van de CaPaFi brandvermogencurve. - Als tijd tot vlamoverslag vanaf de auto waarin de brand is ontstaan wordt van de volgende waarden uitgegaan: o Naar de naast geparkeerde auto aan de linkerzijde 10 minuten o Naar de tegenover geparkeerde auto 12 minuten o Naar de naast geparkeerde auto aan de rechterzijde 15 minuten - Als tijd voor vlamoverslag vanaf één van de bovenstaande auto s naar elk opvolgende auto wordt in overeenstemming met het CaPaFi-scenario 12 minuten aangehouden. Een visuele weergave van het brandscenario is weergegeven in figuur 25. Voor de visuele weergave is een brandscenario van 12 auto s getekend, echter bij een uitbrandscenario kan het aantal auto s dat betrokken raakt bij de brand verder oplopen

48 Figuur 25 - Brandscenario maatgevend scenario bestaande uit 12 auto s 5.2 Lokale thermische belasting Met behulp van de brandcurves uit voorgaande onderzoeken en de resultaten van de CaPaFi berekening is de lokale thermische belasting van een parkeergaragebrand op de bovengelegen vloer te berekenen. CaPaFi berekening Voor het bepalen van de lokale thermische belasting is een berekening gemaakt met het rekenprogramma CaPaFi. In deze berekening wordt de lokale thermische belasting berekend die op de onderzijde van de kanaalplaatvloer plaats vindt. Hierbij wordt voor het brandscenario uitgegaan van het maatgevend brandscenario zoals die in paragraaf 5.1 is weergegeven. Het rekenprogramma CaPaFi is gebaseerd op het empirisch model van Hasemi. Het model van Hasemi berekent de lokale temperatuur aan de onderzijde van de bovenliggende vloerconstructie. Hierbij wordt niet alleen de gastemperatuur berekend, maar ook de straling van het vuur wordt meegenomen. Het rekenprogramma CaPaFi is oorspronkelijk bedoeld voor het berekenen van de opwarming van stalen constructiedelen van parkeergarages tijdens brand. Echter is het programma ook geschikt voor het berekenen van de lokale thermische belasting op de bovenliggende vloerconstructie Figuur 26 - Brandscenario CaPaFi berekening

49 Temperatuur onderzijde vloer ( C) Een berekening met CaPaFi is eenvoudig en heeft door de beperkte invoermogelijkheden een minimale kans op verkeerde resultaten, echter is dit ook het nadeel van het rekenprogramma. Met het rekenprogramma kan een brandscenario met maximaal vijf auto s ingevoerd worden en is hiermee alleen de lokale thermische belasting dat vrijkomt bij vijf auto s te onderzoeken en niet de globale thermische belasting van de overige auto s. Het brandvermogen van de auto s ingevoerd in het rekenprogramma CaPaFi is gelijk aan de CaPaFi-brandvermogencurve. De tijd tot vlamoverslag van de vijf ingevoerde auto s komt overeen met het maatgevende brandscenario, zie figuur 26. De berekening met resultaten zijn toegevoegd als bijlage 4. Brandcurve lokale thermische belasting parkeergaragebrand In figuur 27 is de thermische belasting aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer uit de beschikbare onderzoeken en uit de CaPaFi berekening in temperatuurverlopen weergegeven. Elk van deze brandcurves overschrijdt op een bepaald moment het temperatuurverloop van de standaardbrandcurve zoals in figuur 27 te zien is Tijdsduur (seconden) Standaardbrandcurve Lloydstraat Holcofire FDS auto 1 Lloydstraat Holcofire FDS auto 2 CaPaFi berekening 5 auto's (auto 1) Lloydstraat Efectis CaPaFi berekening Figuur 27 Brandcurves lokale thermische belasting parkeergaragebrand Met behulp van de brandcurves uit de beschikbare onderzoeken en de brandcurve uit de CaPaFi berekening is het mogelijk om een omhullende brandcurve samen te stellen die verder in het onderzoek toegepast wordt. Door het toepassen van een omhullende brandcurve is een veilige benadering voor de temperatuur die ontstaat bij een parkeergaragebrand gegarandeerd. Deze brandcurve zal voor de gastemperatuur maar ook voor de stralingstemperatuur van toepassing zijn, dit komt overeen met de standaardbrandcurve

50 Temperatuur onderzijde vloer ( C) Tijdsduur (seconden) Standaardbrandcurve Lloydstraat Holcofire FDS auto 1 Lloydstraat Holcofire FDS auto 2 CaPaFi berekening 5 auto's (auto 1) Lloydstraat Efectis CaPaFi berekening Omhullende brandcurve Figuur 28 - Omhullende brandcurve lokale thermische belasting parkeergaragebrand 5.3 Globale thermische belasting parkeergarage Werking OZone OZone is oorspronkelijk bedoeld voor het berekenen van de thermische respons van de stalen liggers op de temperatuurontwikkeling in het brandcompartiment. Echter kan OZone ook toegepast worden om de globale thermische belasting in het brandcompartiment te berekenen. OZone is een zonemodel waar de ontwikkeling van de rooklaag in het brandcompartiment berekend wordt. Hierbij wordt de hoogte en de temperatuur van de rooklaag gedurende de brand berekend. Zonemodellen gaan uit van een sterke vereenvoudiging van de werkelijke situatie. Zonemodellen rekenen met één en/of twee zonemodellen. In OZone kan met een combinatie van deze twee zonemodellen gerekend worden, OZone berekent dan wanneer de twee-zonemodel overgaat in een één-zonemodel. Bij een twee zonemodel wordt uitgegaan van een hete rooklaag (upper layer) bovenin het brandcompartiment en een koude luchtlaag (lower layer) onderin het brandcompartiment. Gedurende de brand wordt de rooklaag dikker en neemt die in temperatuur toe. Tevens verliest de rooklaag tijdens de brand warmte aan de vloeren en wanden door convectie en straling. Door aanwezige openingen kunnen hete rookgassen naar buiten stromen en kan verse koude lucht weer naar binnen stromen. Bij een één-zonemodel wordt ervan uitgegaan dat in het gehele brandcompartiment dezelfde temperatuur heerst. De overgang van een twee-zonemodel naar een éénzonemodel gebeurt voornamelijk wanneer een flashover plaats vindt. Een flashover kan op enkele manieren plaatsvinden, in OZone wordt een flashover geconstateerd wanneer situatie A of B ontstaat. Bij situatie C en D is geen sprake van een flashover maar is de brand wel zo groot dat het als een één-zone model gerekend wordt

51 A) De temperatuur van de rooklaag een bepaalde kritieke waarde voor stralingsflux overschrijdt. B) De rooklaag zo dik wordt dat het in contact komt met de aanwezige materialen en de rooklaag de ontbrandingstemperatuur van deze materialen overschrijdt. C) De rooklaag een bepaalde minimale hoogte vanaf de vloer van het brandcompartiment overschrijdt. D) De oppervlakte van de brandhaard een bepaalde kritieke waarde overschrijdt. Invoer OZone Voor de geometrie van het zonemodel is een parkeergarage ingevoerd van 54 x 80m die voldoet aan de minimale voorwaarden voor luchtopeningen van een natuurlijk geventileerde parkeergarage volgens de NEN2443. In beide langsgevels zijn gevelopeningen aangebracht met een doorlaat van 108 m². Figuur 29 - Geometrie ingevoerde parkeergarage OZone met in beide langsgevels gevelopeningen van 108 m²

52 Vermogen RHR (MW) Het brandscenario komt met betrekking tot tijd tot vlamoverslag overeen met het maatgevend brandscenario zoals die in paragraaf 5.1 is weergegeven. In dit model wordt de brand echter niet beperkt tot 12 auto s maar blijft de brand naar naast geparkeerde auto s overslaan zoals sprake van is bij een uitbrandscenario. Het hierdoor vrijkomende brandvermogen is weergegeven in figuur Tijd (minuten) Auto 1 Auto 2 Auto 3 Auto 4 Auto 5 Auto 6 Auto 7 Auto 8 Auto 9 Auto 10 Auto 11 Auto 12 Auto 13 Auto 14 Auto 15 Auto 16 Auto 17 Auto 18 Auto 19 Auto 20 Auto 21 Auto 22 Auto 23 Auto 24 Auto 25 Auto 26 Auto 27 Auto 28 Auto 29 Auto 30 Auto 31 Auto 32 Auto 33 Auto 34 Auto 35 Auto 36 Auto 37 Totaal Figuur 30 - Vrijkomend brandvermogen uitbrandscenario t.b.v. OZone berekening Brandcurve globale thermische belasting Uit de resultaten van de OZone berekening komt een globale thermische belasting. Deze belasting resulteert in een temperatuur van de rooklaag aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer van het brandcompartiment. Het verloop van de temperatuur in het compartiment is weergegeven in figuur 31. Uit de figuur blijkt dat gemiddeld een globale thermische belasting van 281 C in het compartiment plaats vindt. Geen van de eerder beschreven situaties tot flashover heeft plaats gevonden. Figuur 31 - Temperatuur van de hete roooklaag(hot zone) en de koude luchtlaag(cold zone) in het brandcompartiment met natuurlijke ventilatie volgens NEN

53 Met deze waarde kan de brandcurve met betrekking tot de lokale thermische belasting van de brand gecombineerd worden met de globale thermische belasting van de brand. Een gedetailleerde beschrijving van de invoer met resultaten van de OZone berekening is bijgevoegd onder bijlage Stijging temperatuur brandcurve De standaardbrandcurve heeft een exponentiële stijging in de thermische belasting, hierdoor wordt de thermische belasting geleidelijk hoger. De Rockfon Facett panelen en de bevestigingslijm worden daardoor geleidelijk warmer en zetten geleidelijk uit. De omhullende brandcurve van de lokale belasting van een autobrand heeft echter geen geleidelijk stijgende lokale thermische belasting. De temperatuur stijgt op specifieke momenten sneller dan de standaardbrandcurve en koelt zelfs op sommige momenten af. Het snel stijgen van de temperatuur in de Facett panelen en bevestigingslijm en vervolgens weer afkoelen kan effect hebben op het mechanische gedrag van de materialen tijdens de brand. Immers wanneer materialen opwarmen zetten ze uit en wanneer ze afkoelen krimpen de materialen weer, hierdoor kunnen gevolgen optreden aan de materialen. De mechanische respons van de vloerconstructie is berekenbaar, echter vergt een berekening naar de mechanische respons van de vloerconstructie een grote kennis van de constructieve werking in de vloerconstructie. Tevens zijn de eigenschappen van de kanaalplaatvloer projectspecifiek, voornamelijk de voorspanning die in de vloer is aangebracht. Om deze redenen is de mechanische respons van de vloerconstructie buiten beschouwing gelaten. 5.5 Maatgevende autobrandcurve De lokale en globale thermische belasting van een natuurlijk geventileerde parkeergaragebrand gebaseerd op het maatgevend scenario zijn bekend. Het is mogelijk om deze belasting te combineren tot een autobrandcurve. De brand begint met de lokale thermische belasting boven de eerste auto en gaat na verloop van tijd over op de globale thermische belasting zoals die berekend is met OZone. Dit geeft de volledige thermische belasting die op de onderzijde van de kanaalplaatvloer plaats vindt bij een brand in een natuurlijk geventileerde parkeergarage. De autobrandcurve die hierdoor ontstaat, is weergegeven in figuur

54 Temperatuur onderzijde vloer ( C) Temperatuur onderzijde vloer ( C) Tijd (seconden) Standaardbrandcurve Gecombineerde autobrandcurve Figuur 32 - lokale en globale thermische belasting gecombineerd tot één maatgevende autobrandcurve De absolute afwijking van de temperatuur van de autobrandcurve in vergelijking met de standaardbrandcurve verschilt in de eerste 40 minuten nauwelijks, zoals weergegeven is in figuur 33. Vanaf 40 minuten blijft het verschil toe nemen en wordt duidelijk dat de autobrandcurve vanaf dat moment een veel lagere temperatuur hanteert dan de standaardbrandcurve Tijd (seconden) Absolute afwijking van de autobrandcurve Figuur 33 - Absolute afwijking van de temperatuur van de autobrandcurve in vergelijking met de standaardbrandcurve

55 5.6 Evaluatie fysisch scenario en risicofactor In dit onderzoek is gerekend met het fysisch scenario van de brand, dit houdt de werkelijke temperatuur in die bij een autobrand op de bovenliggende vloerconstructie plaats vindt. Bij een natuurlijk geventileerde parkeergarage is sprake van een lokaal verplaatsende brand. Bij een lokaal verplaatsende brand wordt bij een uitbrandscenario meerdere vloerelementen blootgesteld aan de thermische belasting. Bij het blootstellen van meerdere elementen ontstaat een grotere faalkans. Om deze faalkans te compenseren is het mogelijk om het brandvermogen met een risicofactor te vermenigvuldigen in analogie met Bijlage E van Eurocode 1 (NEN-EN C1+NB). Het rekenen met een risicofactor wordt buiten dit onderzoek gelaten. Voor projectspecifieke berekeningen kan wel gebruik gemaakt worden van de risicofactor op het brandvermogen. 5.7 Tussenconclusie Met behulp van de resultaten uit eerder uitgevoerde onderzoeken en de resultaten van de uitgevoerde CaPaFi berekening is een brandcurve voor de lokale thermische belasting opgesteld. De lokale thermische belasting komt overeen met een lokaal verplaatsend brandscenario in een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Met de OZone berekening is de globale thermische belasting in een natuurlijke geventileerde parkeergarage bij een uitbrandscenario berekend. In een parkeergarage dat voldoet aan de minimale randvoorwaarden van een natuurlijk geventileerde parkeergarage volgens de NEN 2443 vindt bij een uitbrandscenario geen flashover plaats. De bepaalde lokale thermische belasting is samen met de berekende globale thermische belasting gecombineerd tot een maatgevende autobrandcurve. De autobrandcurve reflecteert de thermische belasting op de bovenliggende vloerconstructie in een natuurlijk geventileerde parkeergarage wanneer sprake is van een uitbrandscenario. De temperatuur tussen de autobrandcurve en de standaardbrandkromme verschilt in de eerste 40 minuten nauwelijks. Vanaf de 40 minuten is de standaardbrandkromme met veel hogere temperaturen maatgevend

56 6 TEMPERATUURVERLOOP IN DE CONSTRUCTIE In paragraaf 2.5 van dit rapport is beschreven dat de kanaalplaatvloer voldoende beschermd is mits de temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer de 200 C niet overschrijdt. Om te controleren of deze temperatuur niet wordt overschreden dient het temperatuurverloop in de constructie berekend te worden bij blootstelling aan de brand. Dit is mogelijk met het programma VOLTRA. VOLTRA is een dynamisch rekenprogramma waarmee het temperatuurverloop in de constructie te berekenen is. Dynamisch houdt in dat de eigenschappen van de materialen in de constructie temperatuurafhankelijk en/of tijdsafhankelijk veranderen. Dit maakt het mogelijk om het gevolg van de autobrandcurve op de constructie te bepalen. Tevens is het van belang om de juiste eigenschappen van de Rockfon Facett panelen in te voeren. 6.1 Uitgangspunten VOLTRA De vloerconstructie ingevoerd in het VOLTRA model is opgebouwd uit een kanaalplaatvloer met een dikte van 200 mm voorzien van een dekvloer met een dikte van 50 mm. De kanaalplaatvloer is aan de onderzijde beschermd met een verlijmde steenwol isolatieplaat. De dikte van de steenwolisolatie verschilt tussen 50, 80 en 100 mm. Figuur 34 - Opbouw vloerconstructie toegepast in VOLTRA Voor een goede berekening dienen de juiste eigenschappen van de materialen ingevoerd te worden. De warmtegeleidingscoëfficiënt(λ) van een materiaal geeft de warmtegeleidbaarheid van het materiaal aan. Hoe hoger de warmtegeleidingscoëfficiënt, des te meer warmte het materiaal geleid. Dit is nadelig voor het beschermen van de vloer. De warmtegeleidingscoëfficiënt-waarden van steenwol isolatiepanelen neemt toe naarmate de temperatuur van het materiaal stijgt. Het materiaal gaat gedurende de brand dus slechter presteren. De volledige invoer van het VOLTRA model is bijgevoegd onder bijlage

57 Temperatuur ( C) Warmtegeleidingscoëfficiënt(W/m.K) Temperatuur ( C) Warmtegeleidingscoëfficiënt(W/m.K) Temperatuur ( C) Warmtegeleidingscoëfficiënt(W/m.K) Temperatuur ( C) Warmtegeleidingscoëfficiënt(W/m.K) De warmtegeleidingscoëfficiënt-waarden van de Rockfon Facett panelen bij de hoge temperaturen van een brandscenario zijn onbekend. Echter bestaat het paneel uit steenwol en komen de warmtegeleidingscoëfficiënt-waarden overeen met vergelijkbare steenwol producten. Hierom is een vergelijking opgesteld van meerdere vergelijkbare steenwol producten waarvan de warmtegeleidingscoëfficiënt-waarden bij hogere temperaturen wel bekend zijn. Deze producten zijn met elkaar vergeleken en vervolgens is uit deze vergelijking het gemiddelde van de warmtegeleidingscoëfficiënt-waarden berekend, zie tabel 6. De volledige vergelijking van de warmtegeleidingscoëfficiëntwaarden van de vergelijkbare steenwol producten is bijgevoegd onder bijlage 6. Tabel 6 - Warmtegeleidingscoëfficiënt waarden steenwol isolatiepanelen 20 0, , , , , , , , , , , , , , , ,488 Naast de warmtegeleidingscoëfficiënt is de soortelijke warmte van het materiaal van belang. De soortelijke warmte geeft aan hoeveel warmte-energie nodig is om één kilogram van het materiaal met 1 C te laten stijgen. De soortelijke warmte verandert ook bij stijging van de temperatuur van het materiaal. Voor de soortelijke warmte van de steenwol isolatieplaat zijn de waarden van een vergelijkbaar Rockwool product aangehouden. Tabel 7 - Soortelijke warmte steenwol isolatiepanelen Temperatuur ( C) Soortelijke warmte (J/kg.K) Tevens dient de soortelijke massa van het materiaal ingevoerd te worden, echter veranderd de soortelijke massa van de steenwol isolatiepanelen nauwelijks bij temperatuurverhoging en is daarom een vaste waarde. Een overzicht van de eigenschappen van de ingevoerde materialen is toegevoegd als bijlage 7. Als thermische belasting wordt de autobrandcurve voor een natuurlijk geventileerde parkeergarage gebruikt die eerder in het onderzoek is bepaald. Ter controle van het ingevoerde model wordt de standaardbrandcurve toegepast. Beide brandcurves gelden voor de gastemperatuur evenals voor de stralingstemperatuur. 6.2 Eigenschappen bevestigingslijm De lijm die gebruikt wordt voor het bevestigen van de Rockfon Facett panelen is niet brandwerend en dus gevoelig voor temperatuurverhogingen. Er is geen testrapport beschikbaar waarin de sterkte van de lijm is getest bij verhitting. Maar de leverancier van de lijm heeft wel richtlijnen gegeven voor dergelijke elastische lijmen

58 In de praktijk zijn de lijmen langdurig bestand tegen temperaturen van -40 C t/m 90 C. Temperaturen onder de 90 C hebben geen effect op de sterkte van de lijm. Wanneer de lijmlaag, zonder bescherming, direct wordt blootgesteld aan een temperatuur van 180 C behoudt de lijm genoeg sterkte om het paneel vast te houden voor ca. 30 minuten. Indien de temperatuur opgelopen is tot de 200 C behoudt de lijm genoeg sterkte om het paneel vast te houden voor maar minuten. Naar aanleiding van deze gegevens is de verwachting dat de lijm de bepalende factor zal zijn in de brandwerendheid van de Facett panelen. De lijm zal voor dat de kritieke waarde van 200 C wordt overschreden naar verwachting niet meer genoeg sterkte bevatten om de Facett panelen vast te houden. Dit heeft als gevolg het bezwijken van het paneel en het teniet doen van de bescherming van de kanaalplaatvloer. De genoemde waarden vinden plaats wanneer de lijm onbeschermd is. In dit geval is de lijm beschermd door Facett panelen en zal naar verwachting betere resultaten behalen. De bovengenoemde waarden en conclusies zijn dus een conservatieve benadering van de praktijk. De bevestigingslijm wordt beschermd door Facett panelen, hierbij wordt de lijm niet direct blootgesteld aan weersinvloeden zoals UV-belasting en waterbelasting en extreme temperatuurwisselingen. Om deze reden zal de lijm over de jaren naar verwachting van de leverancier niet of nauwelijks aan sterkte verliezen. 6.3 Validatie VOLTRA model De invoer van het VOLTRA model is te controleren door de uitkomsten van het model die onderworpen is aan de standaardbrandcurve te vergelijken met de resultaten van de eerder door Efectis Nederland BV. uitgevoerde brandtesten. Tijdens deze brandtesten zijn de steenwol isolatiepanelen tevens onderworpen aan de standaardbrandcurve om de brandwerendheid van de Facett panelen te bepalen. Bij een correct ingevoerd model komen de resultaten van de berekening en meting sterk overeen. In figuur 35 staan de resultaten van een kanaalplaatvloer beschermd met een 80mm Facett paneel getest aan de standaardbrandcurve zoals die in het rapport van Efectis weergegeven is. Figuur 35 Resultaten temperatuur onderzijde kanaalplaatvloer praktijktest uitgevoerd door Efectis aan de standaardbrandcurve beschermd met een 80mm Facett plaat

59 Temperatuur onderzijde kanaalplaatvloer( C) Temperatuur onderzijde kanaalplaatvloer ( C) Bij de brandtesten naar de brandwerendheid van de Facett panelen zijn meerdere thermokoppels gebruikt. De thermokoppel die de hoogste waarden geeft en de thermokoppel die de laagste waarden geeft zijn overgenomen in figuren 36 en 37, de waarden van de overige thermokoppels bevinden zich hiertussen. De verschillen in temperatuur komen doordat een thermokoppel zich gunstiger bevindt dan een andere thermokoppel. Het verschil hierin wordt veroorzaakt door de warmtegeleidbaarheid van de materialen in de constructie die zich achter de thermokoppel bevinden. Hoe beter de geleidbaarheid van de materialen achter de thermokoppel des te gemakkelijker de warmte door dit gedeelte van de constructie geleid en des te hoger de temperatuur van de thermokoppel op die plek dan is. Dit is voornamelijk van toepassing op de kanalen in de kanaalplaatvloer Tijdsduur (seconden) Gemeten 50mm minimum Gemeten 50mm maximum Berekend VOLTRA 50mm meetpunt 1 Berekend VOLTRA 50mm meetpunt 2 Berekend VOLTRA 50mm meetpunt 3 Figuur 36 - Temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer beschermd met een steenwol isolatieplaat van 50mm bij onderwerping aan de standaardbrandcurve Tijdsduur (seconden) Gemeten 80mm minimum Gemeten 80mm maximum Berekend VOLTRA 80mm meetpunt 1 Berekend VOLTRA 80mm meetpunt 2 Berekend VOLTRA 80mm meetpunt 3 Figuur 37 - Temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer beschermd met een steenwol isolatieplaat van 80mm bij onderwerping aan de standaardbrandcurve

60 De resultaten in figuren 36 en 37 die berekend zijn met VOLTRA met als thermische belasting de standaardbrandcurve komen overeen met de resultaten van de praktijktesten die door Efectis zijn uitgevoerd. Hieruit is geconcludeerd dat het model correct is ingevoerd en de resultaten die volgen uit de berekeningen sterk overeen komen met toekomstige praktijktesten gebaseerd op het VOLTRA model. In figuur 38 is het temperatuurverloop dat ontstaat in de vloerconstructie na 2 uur blootgesteld te worden aan de standaardbrandcurve. Hierbij is de werking van de steenwol isolatiepanelen te zien in het voorkomen van de opwarming van de vloerconstructie. Figuur 38 - Temperatuurverloop in de vloerconstructie met links een onbeschermde vloerconstructie en rechts een vloerconstructie beschermd met een steenwol isolatiepanelen met een dikte van 50mm na 2 uur durende onderwerping aan de standaardbrandcurve. 6.4 Resultaten VOLTRA Temperatuurverloop in de constructie Nu het VOLTRA model gevalideerd is, maakt dit het mogelijk om het temperatuurverloop in de vloerconstructie te berekenen. Als thermische belasting wordt het paneel onderworpen aan de autobrandcurve voor de lokale en globale belasting zoals die in paragraaf 5.5 is bepaald. In figuur 39 is de temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer onderworpen aan de autobrandcurve vergeleken met de temperatuur aan de standaardbrandcurve. In het vroege stadium van de autobrandcurve stijgt de temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer sneller dan bij de standaardbrandcurve. Echter wanneer de lokale belasting van de autobrandcurve overgaat in de globale belasting stijgt de temperatuur niet langer en begint de temperatuur vervolgens te dalen

61 Temperatuur onderzijde kanaalplaatvloer ( C) Tijdsduur (seconden) VOLTRA 50mm autobrandcurve meetpunt 1 VOLTRA 50mm autobrandcurve meetpunt 2 VOLTRA 50mm autobrandcurve meetpunt 3 VOLTRA 50mm standaardbrandcurve meetpunt 1 VOLTRA 50mm standaardbrandcurve meetpunt 2 VOLTRA 50mm standaardbrandcurve meetpunt 3 Figuur 39 - Temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer beschermd met Rockfon Facet panelen van 50 mm bij onderwerping aan de autobrandcurve en standaardbrandcurve. Uit figuur 39 is waar te nemen dat tussen de 9 minuten en 47 minuten de maximale temperatuur ontstaan bij onderwerping aan de autobrandcurve hoger ligt dan de maximale temperatuur ontstaan bij onderwerping aan de standaardbrandcurve. In tabel 8 is een overzicht weergegeven met de overschrijding van het temperatuurverloop onderworpen aan de standaardbrandcurve door het temperatuurverloop onderworpen aan de autobrandcurve. Uit de tabel is op te maken dat de overschrijding in temperatuur voor een lange tijd plaats vind, van 38 minuten bij panelen van 50mm tot 54 minuten bij panelen van 100mm. Echter is de maximale overschrijding in de temperatuur maar 8,33 C. Tabel 8 - Overzicht overschrijding van het temperatuurverloop aan de standaardbrandcurve door het temperatuurverloop aan de autobrandcurve. Vloerconstructie Tijd overschrijding (seconden) Tijdstip maximale overschrijding (seconden) Temperatuur maximale overschrijding ( C) Facett 50mm ,11 8,33 Facett 80mm ,97 4,54 Facett 100mm ,82 6,55 Maximale overschrijding ( C) In figuur 39 zijn de resultaten van de VOLTRA berekeningen aan de autobrandcurve bij bescherming met steenwol isolatiepanelen met een dikte van 50, 80 en 100 mm weergegeven. De temperaturen vinden plaats aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer. De maximale temperatuur blijft zelfs bij bescherming door steenwol isolatiepanelen met een dikte van 50 mm onder de 100 C. Dit voldoet aan het eerder vastgestelde toetskader met betrekking tot de maximale toelaatbare temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer van 200 C

62 Temperatuur onderzijde kanaalplaatvloer ( C) Temperatuur onderzijde kanaalplaatvloer ( C) Tijdsduur (seconden) VOLTRA 50mm autobrandcurve meetpunt 2 VOLTRA 80mm autobrandcurve meetpunt 2 VOLTRA 100mm autobrandcurve meetpunt 2 Temperatuur wanneer de lijm sterkte begint te verliezen Figuur 40 Temperatuurverloop aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer van de vloerconstructie beschermd met steenwol isolatiepanelen van 50, 80 en 100 mm onderworpen aan de autobrandcurve Tijdsduur (seconden) Absolute afwijking resultaten autobrandcurve 50mm Absolute afwijking resultaten autobrandcurve 80mm Absolute afwijking resultaten autobrandcurve 100mm Figuur 41 - Absolute afwijking van de resultaten aan de autobrandcurve in vergelijking met de resultaten aan de standaardbrandcurve Wederom wordt in figuur 41 bevestigd dat in het vroege stadium de resultaten aan de autobrandcurve de resultaten aan de standaardbrandcurve overschrijdt. Echter is in het eindstadium de temperatuur aan de standaardbrandcurve aanzienlijk hoger. Hierbij vergeleken is de eerdere overschrijding van de temperatuur aan de autobrandcurve verwaarloosbaar. In figuur 42 is het temperatuurverloop dat aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer ter plaatse van de naad ontstaat wanneer er tussen de aangebrachte steenwol isolatiepanelen een naad van 1 mm bevind. De temperatuur overschrijdt de maximale

63 Temperatuur onderzijde kanaalplaatvloer ( C) toelaatbare temperatuur van 200 C niet. Echter wordt de temperatuur waarbij de lijm sterkte begint te verliezen wel degelijk overschreden. Het is onduidelijk of de lijm genoeg sterkte behoudt om de steenwol isolatiepanelen vast te blijven houden. Het gegeven temperatuurverloop vindt plaats ter plaatse van de naad, onder de steenwol isolatiepanelen is het temperatuurverloop in figuur 40 van toepassing. Een overzicht van de resultaten van de VOLTRA berekeningen is toegevoegd als bijlage Tijdsduur (seconden) Resultaten 1mm naad tussen Facett plaat meetpunt naad Temperatuur wanneer de lijm sterkte begint te verliezen Figuur 42 Temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer ter plaatse van de naad wanneer een naad van 1 mm tussen de steenwol isolatiepanelen met een dikte van 50mm zit. In figuur 43 is het temperatuurverloop dat in de onbeschermde vloerconstructie en de vloerconstructie beschermd met steenwol isolatiepanelen van 50mm ontstaat na onderwerping aan de autobrandcurve visueel weergegeven. Op te merken is dat wanneer de constructie beschermd is door middel van steenwol isolatiepanelen van 50mm de warmte niet tot nauwelijks doordringt in de vloerconstructie

64 Figuur 43 Temperatuurverloop in de onbeschermde vloerconstructie en de met steenwol isolatiepanelen van 50mm beschermde vloerconstructie na 40, 60 en 120 minuten onderwerping aan de autobrandcurve. Gevolg afname karakteristieke sterkte van het beton in de kanaalplaatvloer De temperatuur die bij onderwerping aan de brandcurve in de vloerconstructie ontstaat is te koppelen aan de afname van de karakteristieke sterkte van het beton. In de norm voor ontwerp en berekening van betonconstructies NEN-EN is de coëfficiënt voor het in rekening brengen van de afname van de karakteristieke sterkte van beton bij de bijbehorende temperatuur weergegeven. Aan de hand van de coëfficiënt is de karakteristieke sterkte van het beton in de vloer te bepalen. In figuur 44 is de coëfficiënt voor het bepalen van de karakteristieke sterkte van beton weergegeven gebaseerd op de temperatuurontwikkeling in de onbeschermde en de met 50mm steenwol isolatiepanelen beschermde vloerconstructie

65 Figuur 44 Coëfficiënt voor het in rekening brengen van de karakteristieke sterkte van beton aan de autobrandcurve bij boven een onbeschermde vloerconstructie en onder een met 50mm steenwol isolatieplaat beschermde vloerconstructie. Bij de onbeschermde vloerconstructie is te zien dat de onderzijde van de kanaalplaatvloer in een vroeg stadium een groot deel van zijn sterkte verliest. Dit kan tot gevolg hebben dat de onderzijde van de kanaalplaatvloer af spat of zelfs geheel delamineerd. Indien dit het geval is treedt de thermische belasting die op de onderzijde van de vloer optreedt dieper in de vloerconstructie door. Het moment wanneer de kanaalplaatvloer af spat of delamineerd is zonder de nodigde complexe constructieve berekeningen niet te concluderen. Echter bij eerder uitgevoerde berekeningen door TNO met het eindige elementen model Diana is dit bezwijkmechanisme bij een onbeschermde kanaalplaatvloer al binnen een half uur waargenomen 34. Wanneer de vloerconstructie beschermd is door middel van een steenwol isolatieplaat, dan blijven de temperaturen zo laag dat geen afname in de karakteristieke sterkte van het beton plaats vind. 6.5 Praktijkbrandproef De resultaten uit de VOLTRA berekeningen geven geen directe aanleiding tot het uitvoeren van een praktijkbrandproef. De maximale temperatuur die bij onderwerping aan de autobrandcurve ontstaat, overschrijdt niet de maximale temperatuur die ontstaat bij onderwerping aan de standaardbrandcurve. Bij een volledige beplating met Rockfon Facett panelen van 50 mm overschrijdt de temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer de 100 C niet, dit ligt aanzienlijk onder het gestelde toetskader van 200 C. Wanneer tussen de panelen een naad ontstaat van 1 mm loopt de maximale temperatuur aan de onderzijde van de betonplaat ter plaatse van de naad al op tot 160 C. Dit overschrijdt niet het gestelde toetskader van 200 C. Met de berekeningen is het temperatuurverloop in de vloerconstructie berekend, hierbij zijn de eigenschappen van de bevestigingslijm niet te bepalen. Uit de voorgaande 34 van Overbeek en Gijsbers, 2008:

66 praktijkbrandproef is het loslaten van de bevestigingslijm waargenomen. Doordat de lijm niet is onderzocht is het onduidelijk hoe de lijm zal presteren bij het autobrandscenario. Het uitvoeren van een brandproef zou deze onduidelijkheid verhelpen. Het gevolg van naden tussen de Facett panelen en doorvoeringen door de Facett panelen op de mechanische werking van de vloerconstructie en/of de sterkte van de bevestigingslijm is niet onderzocht. Dit is mogelijk met een praktijkbrandproef te onderzoeken. 6.6 Tussenconclusie Geconcludeerd is dat het VOLTRA model correct is ingevoerd en dat de resultaten die leiden uit de berekeningen aan de autobrandcurve overeenkomen met de praktijk. De tijdsduur dat het temperatuurverloop aan de standaardbrandcurve overschreden wordt is aanzienlijk groot, echter is gedurende die tijd maar een maximale overschrijding van 8,33 C geconstateerd. Voor de overige diktes van de steenwol isolatiepanelen is de tijdsduur van de overschrijding langer, echter is de hoogte van de maximale temperatuur bij die overschrijding lager. Wanneer de vloerconstructie beschermd is door middel van een steenwol isolatieplaat, dan blijven de temperaturen beneden het gestelde toetskader van 200 C zodat geen afname in de karakteristieke sterkte van het beton plaats vind. Hieruit is geconcludeerd dat geen gevolgen ontstaan aan de kanaalplaatvloer bij onderwerping aan een autobrand wanneer de kanaalplaatvloer voorzien is van Rockfon Facett panelen. De temperatuur aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer beschermd met Rockfon Facett panelen bij een autobrandscenario overschrijdt de 90 C niet en de lijm zal naar verwachting van de leverancier geen sterkte verliezen. De temperatuuroverschrijding van de autobrandcurve op de standaardbrandcurve in het vroege stadium van de brand is marginaal. Na het vroege stadium overschrijdt de standaardbrandcurve de autobrandcurve met hoge temperaturen. Naar verwachting is de brand aan de standaardbrandcurve maatgevend

67 7 EINDCONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Hoofdonderzoeksvraag: 7.1 Eindconclusies Wat zijn de gevolgen voor een met Rockfon Facett panelen beschermde kanaalplaatvloer van een parkeergarage bij een realistisch autobrandscenario? Wanneer de kanaalplaatvloer beschermd is door middel van Rockfon Facett panelen, dan blijven de temperaturen aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer bij een realistisch autobrandscenario beneden het gestelde toetskader van 200 C. Hierdoor vindt geen afname in de karakteristieke sterkte van het beton plaats. Hieruit is geconcludeerd dat er geen gevolgen ontstaan aan de kanaalplaatvloer wanneer deze beschermd is door Rockfon Facett panelen. Rockfon Facett panelen zijn gedurende 120 minuten een toepasselijke maatregel ter voorkoming van het ontstaan van schade aan kanaalplaatvloeren. Deelvragen: Welk brandscenario is maatgevend in een parkeergarage en wat voor brandvermogen komt hierbij vrij? Brandscenario Uit dit onderzoek is geconcludeerd dat door de omvang van de brand en de schade die hierdoor ontstaat het uitbrandscenario maatgevend is in een parkeergarage. Het uitbrandscenario vindt plaats in natuurlijk geventileerde parkeergarages ontworpen aan de hand van de ontwerpnorm NEN2443. Brandvermogen De resultaten van de recent uitgevoerde autobrandtesten door BRE geven geen aanstoot tot aanpassing van de bestaande ontwerpcurves. Uit dit onderzoek is geconcludeerd dat de CaPaFi-brandcurve voor de auto waarin de brand begint in combinatie met de CaPaFi-brandcurve voor opvolgende auto s een realistisch beeld weergeeft van het brandvermogen dat vrijkomt bij een autobrand in een parkeergarage. Vlamoverslag De tijd tot vlamoverslag zoals aangehouden in het CaPaFi-scenario komt het meest overeen met een brandscenario in een natuurlijk geventileerde parkeergarage. De vlamoverslag van de auto waarin de brand is ontstaan naar de naast- en tegenover geparkeerde auto s zal naar verwachting niet gelijktijdig plaatsvinden. Door randcondities zal dit projectspecifiek verschillen. Bij het maatgevende brandscenario zal de brand over slaan naar de tegenover geparkeerde auto. Welke gevolgen heeft (hebben) de brandcurve(s) voor de onbeschermde kanaalplaatvloer in een parkeergarage? De schade die was ontstaan aan de vloerconstructie bij de brand aan de Lloydstraat te Rotterdam betreft geen incident. Dit houdt het afspatten, horizontaal scheuren en delamineren van de bovengelegen kanaalplaatvloer in. Deze schadepatronen worden meerdere malen bij diverse echte branden en testen waargenomen. Het ontstaan van dit

68 ernstige schadepatroon leidt echter niet tot bezwijken van de vloerconstructie. De vloerconstructie blijft zelfs na de brand nog voldoen aan de regelgeving en richtlijnen. Welke gevolgen heeft (hebben) de brandcurve(s) voor de kanaalplaatvloer in een parkeergarage mits deze beschermd word door Rockfon Facett panelen? Het toetskader van 200 C aan de onderzijde van de kanaalplaatvloer wordt na 2 uur blootstelling aan de autobrandcurve niet overschreden. Hierdoor is geconcludeerd dat gedurende 2 uur geen gevolgen ontstaan aan de kanaalplaatvloer wanneer deze beschermd is met Rockfon Facett panelen. De temperatuur ter plaatse van de bevestigingslijm overschrijdt de 90 C niet en de lijm zal naar verwachting van de leverancier geen sterkte verliezen. 7.2 Aanbevelingen Aanbeveling #1 Uitvoeren van een praktijkbrandproef Geen van de resultaten uit de berekeningen overschrijden het gestelde toetskader van 200 C. Echter in de praktijk komt het voor dat naden tussen de Rockfon Facett panelen ontstaan en doorvoeringen in de Facett panelen worden gemaakt. Hierdoor kunnen hete gassen in aanraking komen met de lijm. Het effect van dit ondeskundig gebruik van de Facett panelen op de brandwerendheid van de Facett panelen en de sterkte van de lijm is niet onderzocht. Er heersen dus nog steeds onzekerheden over de eigenschappen van de bevestigingslijm. In de voorgaande praktijkbrandproef aan de standaardbrandcurve is het bezwijken van de bevestigingslijm wel waargenomen, hierdoor is naar aanleiding van de beschikbare informatie over de bevestigingslijm niet met zekerheid te zeggen hoe de lijm zich zal verhouden. Door het uitvoeren van een praktijkbrandproef aan de autobrandcurve kan het gedrag van de bevestigingslijm bij een autobrand worden onderzocht. Aanbeveling #2 Onderzoek brandvermogen recente auto s Gedurende mijn literatuuronderzoek is meerdere malen gebleken dat men twijfels heeft over de huidige toegepaste brandvermogencurves. Deze brandvermogencurves zijn gebaseerd op auto s van 15 á 25 jaar geleden. Auto s uit het jaar 2014 bestaan uit meer kunststof en zullen naar verwachting over meer brandvermogen beschikken. Er dient een volledig onderzoek gedaan te worden naar de brandvermogencurve van deze auto s. Aanbeveling #3 Onderzoek auto s met een alternatieve brandstof op het brandvermogen In de huidige tijd is een opkomst in auto s voorzien met een alternatieve brandstof dan de huidige benzine en diesel auto s. Hiermee worden de LPG en hybride auto s bedoeld die al een langere tijd op de markt verkrijgbaar zijn en de elektrische- en waterstofauto s die momenteel in opkomst zijn. Over wat voor effect deze alternatieve brandstofvoertuigen op de brandvermogencurve hebben is geen informatie beschikbaar, aanbevolen wordt om hier nader onderzoek naar uit te voeren en indien nodig een brandvermogencurve voor op te stellen. Aanbeveling #4 Gevolg bezuinigingen op het optreden van de brandweer Uit literatuuronderzoek is gebleken dat door de bezuinigingen in de brandweer, de brandweer mogelijk niet langer dezelfde veiligheid kan garanderen dan voorheen. Door de bezuinigingen zou de opkomsttijd vergroot kunnen worden, de

69 brandveiligheidsconcepten die afhankelijk zijn van een offensieve aanval door de brandweer moeten mogelijk uitgaan van een langere opkomsttijd. Het wordt aanbevolen om hier nader onderzoek naar te doen. Aanbeveling #5 Bestaande parkeergaragevoorraad In de regelgeving gelden alleen eisen aan nieuw te bouwen parkeergarages. Echter is er een grote voorraad bestaande parkeergarages waar het brandveiligheidsniveau onder het minimum van de nieuwbouweisen gesteld in Bouwbesluit 2012 zit. Er dient een onderzoek gedaan te worden bij welke parkeergarages het brandveiligheidsniveau te laag is en extra maatregelen moeten getroffen te worden. Aanbeveling #6 Standaardbrandcurve maatgevend Uit dit onderzoek blijkt dat de standaardbrandcurve in het vroege stadium van de brand marginaal wordt overschreden door de autobrandcurve. Opvolgend overschrijdt de standaardbrandcurve de autobrandcurve aanzienlijk. Naar verwachting is de standaardbrandcurve maatgevend, dit kan met een onderzoek aangetoond worden

70 8 REFERENTIELIJST Boeken en rapporten Brekelmans, J.W.P.M. Overbeek, A.B.M. Breunese, A.J. Scholten, N.P.M. (2009). Brandwerendheid kanaalplaatvloeren; Onderzoeksresultaten deelplan A; Bijlagen. Schleich, J.B. Cajot, L.G. Pierre, M. en Brasseur, M. (1997). Development of design rules for steel structures subjected to natural fires in closed car parks. Collier PCR. (2011). Car Parks Fires involving modern cars and stacking systems. BRANZ Study Report 255. BRANZ Ltd. Judgeford. New Zealand. Dikkenberg, R. van den. (2011). Onderzoek naar het brandweeroptreden bij de brand in Parkeergarage Appelaar. versie 411N1004. Nederlands Instituut Fysieke Veiligheid EenVandaag Opiniepanel. Abvakabo FNV. (2014). Onderzoek brandweer. Hilversum. Feijter, M.P. de, Breunese, A.J. (2007). Onderzoek brand parkeergarage Lloydstraat, Rotterdam. Report no Efectis-R0894. Efectis Nederland BV. Feijter, M.P. de, Kortekaas, P.W.M. (2011). Brandwerende bescherming van betonnen kanaalpanelen met Rockfon Facett en Rockfon Facett Lux panelen Efectis- R0778[Rev.1]. Efectis Nederland BV. Herpen(1), R.A.P. van (2014). Brandbeveiligingsconcepten voor parkeergarages. Technische Universiteit Eindhoven; Nieman Raadgevende Ingenieurs. Zwolle. Herpen, R.A.P. van (2014). Brandveiligheid natuurlijk geventileerde parkeergarages. Technische Universiteit Eindhoven. Zwolle. Jansen, D. (2010). Autobranden in parkeergarages brandscenario s, brandsimulaties en de gevolgen voor constructies. Postgraduaat Fire Safety Engineering. Universiteit Gent. Jansze, W. van Acker, A. et al. (2014). Structural behaviour of prestressed concrete hollow core floors exposed to fire. s Hertogenbosch: BOXPress BV. John, R., Hall, JR. (2013). U.S. Experience with Sprinklers. National Fire Protection Association. NOVB leden. (2012). Position paper Brandveiligheid van parkeergarages. NOVB. Oerle, N.J. van, Lemaire, A.D., Leur, P.H.E. van de. (1999). Effectiviteit van stuwkrachtventilatie in gesloten parkeergarages, brandproeven en simulatie. TNO Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk. Schade, mr. drs. T. (2012). Financiële verantwoording afhandeling brandschade Appelaar. Haarlem: MenS/JZ Shipp, M. Fraser-Mitchell, J., Chitty, R., Cullinan, R., Crowder, D., Clark, P. (2010). Fire spread in car parks BD2552. Department for Communities and Local Government. London. VEBON leden. (2012). Hoe en wat over sprinkler, compartimentering en/of ventilatie in parkeergarages. VEBON

71 Artikelen en brieven Akker, P. van den. (18 september 2013). Brandweer durft brandende parkeergarages niet meer in. Geraadpleegd op 14 april 2014, van Overbeek, ir. A.B.M. van. Gijsbers, ir. F.B.J. (2008). Onderzoek naar het constructieve gedrag tijdens brand van een kanaalplaatvloer zoals toegepast aan de Lloydstraat te Rotterdam. Delft: TNO Constructies en Veiligheid Pielkenrood, Ir. A.P. (2009). brief nader onderzoek brand Lloydstraat te Rotterdam. BFBN. Woerden. Pielkenrood, Ir. A.P. (2011). brief beoordeling van kanaalplaatvloeren bij brand. BFBN. Woerden. Velden, F. van. (2014). Kanaalpanelen gedragen zich goed bij brand. Cobouw Brussel. Regelgeving, normen en richtlijnen KIWA, BRL 0203;2006 inclusief wijzigingsblad d.d. 9 september 2013, geraadpleegd op 19 maart 2014 NNI, NEN 2443: Parkeren en stallen van personenauto's op terreinen en in garages. BRISwarenhuis. Zwolle. geraadpleegd op 18 maart NNI, NEN 6069:2011 Experimentele bepaling van de brandwerendheid van bouwdelen en bouwproducten en het classificeren daarvan. BRISwarenhuis, Zwolle. geraadpleegd op 10 februari NNI, NEN 6098:2012 Rookbeheersingssystemen voor mechanisch geventileerde parkeergarages. BRISwarenhuis. Zwolle. geraadpleegd op 13 februari NNI, NEN-EN C1 Algemene belastingen Belasting bij brand. BRISwarenhuis. Zwolle. geraadpleegd op 28 februari 2014 NNI, NEN-EN Ontwerp en berekening van betonconstructies. BRISwarenhuis. Zwolle. geraadpleegd op 11 maart 2014 Internet CBS. Motorvoertuigenpark Centraal Bureau voor de Statistiek. Zwolle. geraadpleegd op 20 februari 2014, van Handleidingen McGrattan, K. Klein, B. Hostikka, S. Floyd, J. (2007). Fire Dynamics Simulator (Version 5) User s Guide. National Institute of Standard and Technology Special Publication PHYSIBEL, (2010), TRISCO v12.0w Manual PHYSIBEL, (2011), VOLTRA v7.0w Manual Thunderhead Engineering, The RJA Group. (2010). PyroSim User Manual

72

73 Brandwerendheid bij een natuurlijke parkeergaragebrand Bijlagen Auteur: Ruben Dijkstra Student nr.: S Christelijke Hogeschool Windesheim Opleiding Bouwkunde Opdrachtgever Afstudeerbedrijf

74 - 1 -

75 Hoofdtitel Brandwerendheid bij een natuurlijke parkeergaragebrand Ondertitel Brandwerendheid van de betonnen prefab vloerconstructie boven een parkeergarage bij een thermische belasting door een autobrandscenario. Opdrachtgever ROCKFON ROCKWOOL B.V. Industrieweg JG Roermond Afstudeerbedrijf Nieman Raadgevende Ingenieurs Dr. Van Lookeren Campagneweg BX Zwolle Afstudeerrapport HBO opleiding Bouwkunde, Christelijke Hogeschool Windesheim Zwolle, mei 2014 Begeleiding Namens de opdrachtgever dhr. S. Vroomen Namens het afstudeerbedrijf dhr. ir. R.A.P. van Herpen Manager Technical Service Rockfon Technisch directeur Nieman Raadgevende Ingenieurs Namens de Christelijke Hogeschool Windesheim ing. W. Eschbach Docent bouwfysica / docent-onderzoeker BIM Auteur Ruben Dijkstra s rubendijkstra@msn.com - 2 -

76 - 3 -

77 BIJLAGEN Bijlage I Tabel brief BFBN 2011 Bepalen brandwerendheid kanaalplaatvloeren Bijlage II Beschrijving gevolgklassen Bijlage III - Overzicht uitgevoerde testen BRE Bijlage IV Invoer en resultaten CaPaFi berekening Bijlage V Invoer en resultaten OZone berekening Bijlage VI Vergelijking Warmtecoëfficiënt-waarden Rockfon Facett platen Bijlage VII Eigenschappen invoer materialen in VOLTRA Bijlage VIII Invoer VOLTRA model 50 mm Rockfon Facett platen Bijlage IX Resultaten VOLTRA berekeningen Vloerconstructie beschermd met Rockfon Facett platen van 50mm Vloerconstructie beschermd met Rockfon Facett platen van 50mm ter plaatse van 1mm naad Vloerconstructie beschermd met Rockfon Facett platen van 80mm Vloerconstructie beschermd met Rockfon Facett platen van 100mm Vloerconstructie onbeschermd

78 - 5 -

79 BIJLAGE I TABEL BRIEF BFBN 2011 BEPALEN BRANDWERENDHEID KANAALPLAATVLOEREN - 6 -

80 - 7 -

81 BIJLAGE II BESCHRIJVING GEVOLGKLASSEN Gevolgklasse Beschrijving 1 Woonhuizen van maximaal 4 bouwlagen. Gebouwen met agrarische bestemming. Gebouwen waarin zich niet veel personen ophouden, mits geen enkel deel van het gebouw zich dichter dan een afstand van 1 ½ maal de gebouwhoogte bij een ander gebouw, of een gebied waar zich wel personen ophouden, bevindt. 2a Woonhuizen van 5 bouwlagen. Hotels van maximaal 4 bouwlagen. Flats, appartementen en andere woongebouwen van maximaal 4 bouwlagen. Kantoren van maximaal 4 bouwlagen. Industriële gebouwen van maximaal 3 bouwlagen. Winkels van maximaal 3 bouwlagen met een vloeroppervlakte kleiner dan 1000 m2 per bouwlaag. Onderwijsgebouwen van één bouwlaag. Alle openbare gebouwen van maximaal twee bouwlagen en met vloeroppervlakten van niet meer dan 2000 m2 per bouwlaag. 2b Hotels, flats, appartementen en andere woongebouwen van meer dan 4 bouwlagen, maar van maximaal 15 bouwlagen. Onderwijsgebouwen van meer dan één bouwlaag maar van maximaal 15 bouwlagen. Winkels van meer dan 3 bouwlagen, maar van maximaal 15 bouwlagen. Ziekenhuizen van maximaal 3 bouwlagen. Kantoren van meer dan 4 bouwlagen, maar van maximaal 15 bouwlagen. Alle openbare gebouwen met vloeroppervlakten van meer dan m2 maar van niet meer dan m2 per bouwlaag. Parkeergarages van maximaal 6 bouwlagen. 3 Alle gebouwen hierboven vermeld als gevolgklasse 2 laag en hoog, die buiten de grenzen van oppervlakte of aantal bouwlagen vallen. Alle gebouwen waarin publiek in grote aantallen is toegelaten. Stadions voor meer dan toeschouwers Gebouwen met gevaarlijke stoffen en/of processen - 8 -

82 - 9 -

83 BIJLAGE III - OVERZICHT UITGEVOERDE TESTEN BRE Bouwjaar Laatste ontwerpwijziging Merk Model Variant Type Test 1 3 gemiddelde personenauto s in parkeergaragemodel Renault Laguna V6 24V Hatchback Privilege groot Renault Clio RXE Auto klein Ford Mondeo LX TDCI Stationwagen groot Test 3 3 grote personenauto s in parkeergaragemodel Renault Espace RT Auto MPV Peugeot 307 SW Hdi Stationwagen middel Land Freelander 1.8i 4x4 Rover Test 7 Enkele gezinsauto brand Ford Focus 1.6 LX Hatchback middel Test 8 Enkele MPV brand Renault Espace Authentique MPV Peugeot 406 Auto Stationwagen groot

84 - 11 -

85 BIJLAGE IV INVOER EN RESULTATEN CAPAFI BEREKENING

86 - 13 -

87 - 14 -

88 - 15 -

89 - 16 -

90 - 17 -