Inhoudstafel. Brandveiligheid van industriegebouwen Dragende elementen en stabiliteit bij brand van structurele elementen: basisprincipe en typologie

Transcriptie

1 Brandveiligheid van industriegebouwen Dragende elementen en stabiliteit bij brand van structurele elementen: basisprincipe en typologie Luc Schueremans (Frisomat & KULeuven) Lincy Pyl (Vrije Universiteit Brussel) IE NET Antwerpen Inhoudstafel Context H4. Dragende elementen en structurele elementen Terminologie Brandweerstandseisen van structurele elementen Algemene principes structurele en niet structurele elementen Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie Elementen die deel uitmaken van de secundaire constructie Bijlage C: Typologie van structurele en niet structurele elementen Typologische fiches Nut en beperkingen Gebruikte grafische symbolen Typologische fiches Gebouw met één enkel compartiment (Fiche nr. 1) Gebouw met twee of meerdere compartimenten compartimentswanden in langsrichting (Fiche nr. 2 5) Gebouw met twee of meerdere compartimenten compartimentswanden in de dwarsrichting (Fiche nr. 6 8) Kleine toevoeging/uitbreiding (Fiche nr. 9 13) 2 1

2 Context Algemene toelichting dragende en structurele elementen Oorsprong typologische fiches: TETRA project Brandveilig constructief ontwerp. Toepassing van de nieuwe op performantiecriteria gebaseerde ontwerpcodes Bezwijken van de structuurelementen naar binnen toe (Bijlage D) Maximale horizontale verplaatsing en krachtwerking aan de kop van de kolom bij brand (Bijlage F) 3 Dragende elementen en structurele elementen Een dragend element is een element dat een dragende rol vervult, met andere woorden dat naast zijn eigengewicht ook nog andere belastingen opneemt. (niet) dragend element : bijlage 6 = (niet) constructief element: Eurocode Structurele elementen: bijlage 6 = Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie: Eurocode Niet Structurele elementen: bijlage 6 = Elementen die deel uitmaken van de secuncaire constructie: Eurocode 4 2

3 Dragende elementen en structurele elementen Bezwijken van structurele elementen geeft aanleiding tot voortschrijdende instorting Voortschrijdende instorting treedt op indien het bezwijken van een constructieonderdeel aanleiding geeft tot bezwijken van onderdelen van het gebouw die zich niet bevinden in de onmiddellijke omgeving van het beschouwde onderdeel en indien de draagkracht van het overblijvende bouwwerk onvoldoende is om de optredende belasting te dragen onmiddellijke omgeving? Intentie om de omvang van de schade in geval van de instorting van een constructief (of dragend) element te beperken; Indicatieve waarde: de kleinste waarde van 100 m² of 15 % van de vloeroppervlakte. ( 3.3 (2), NBN EN :ANB) [34] 5 Dragende elementen en structurele elementen Dragend element kan beschouwd worden als structureel element (volgens bijlage 6 van KB basisnormen) indien instorten ervan in geval van brand aanleiding geeft tot bezwijken van andere elementen over een oppervlakte van meer dan 100 m² 6 3

4 7 Structurele elementen Hoofdkolommen en hoofdliggers Windverbanden voor algemene stabiliteit Niet structurele elmenten Zelfdragende dakpanelen kepers, tegellatten en panlatten Opm.: Bij de dimensionering in koude toestand (zonder brand) worden zelfdragende panelen, zoals geprofileerde staalplaten, doorgaans beschouwd als knik en kipverkorters. Bij de dimensionering in warme toestand (bij brand) wordt deze functie doorgaans niet in aanmerking genomen. De zelfdragende panelen mogen dus doorgaans beschouwd worden als niet structurele elementen 8 4

5 Structurele elementen Hoofdkolommen en hoofdliggers Windverbanden voor algemene stabiliteit Niet structurele elmenten Gording TENZIJ vb: zelfdragende dakpanelen opgelegd op gordingen met overspanning 12 m en tussenafstand 6 m Instorting bij bezwijken gording van zelfdragende dakpanelen over een oppervlakte van 144m² (12 m x 12 m) > 100 m² gording is structureel element 9 Dragende elementen en structurele elementen Structurele element type I: elementen die bij bezwijken aanleiding geven tot voortschrijdende instorting die zich kan uitbreiden over de compartimentsgrenzen heen of die aanleiding geeft tot de beschadiging van de compartimentswanden Structurele element type II: elementen die bij bezwijken aanleiding geven tot een voortschrijdende instorting maar niet over de compartimentsgrenzen heen! De brandstabiliteit van structurele elementen van type I is van groot belang compartimenten die grenzen aan het geteisterde compartiment te beschermen Opgelegde eisen logischerwijze strenger zijn dan voor structurele elementen van type II 10 5

6 R Brandweerstandseisen van compartimentswanden Klasse van het compartiment Vereiste brandweerstand A EI 60 B/C EI 120 Structurele elementen: type I (Deel van) gebouw van klasse Vereiste brandweerstand A R 60 B/C R 120 Klasse A B C Maatgevende brandbelasting q f,cl q f,cl 350 MJ/m² 350 MJ/m² < q f,cl 900 MJ/m² 900 MJ/m² < q f,cl type II Niet bezwijken bij blootstelling aan standaard temperatuur tijdskromme binnen tijspanne gelijk aan de equivalente tijdsduur t e,d bepaald op basis van NBN EN :2003 waarbij q1 bepaald is op basis van een aanvaardbare faalkans van instorting gelijk aan 10 3 per jaar 11 R Brandweerstandseisen Structurele elementen van type II : eis R t e,d. De t e,d waarde duidt de equivalente tijdsduur aan [min] = de duur van een gestandaardiseerde brand (zie Bijlage I, p. 123) die dezelfde impact zou hebben op een structureel element als een natuurlijke brand in een gegeven compartiment De equivalente tijdsduur t e,d wordt voor elk compartiment berekend met behulp van een equivalent tijdsmodel (zie onder meer de bijlage F van de norm NBN EN ANB) [33] Structurele elementen van type I : eis R 60 of R120. Een vaste waarde 12 6

7 Dragende elementen en structurele elementen Structurele element type I: versus Structurele element type II: Niet altijd evident. Deze karakteristiek hangt niet enkel af van het element, maar ook van diens verbindingen, de belastingen die erop aangrijpen, de configuratie van het gebouw... Vandaar: hulpmiddel typologische fiches uit Bijlage C bij deze TV (p. 82) staat voor een aantal courante situaties aangegeven welke structurele elementen van type I of type II zijn en/of de manier waarop dit bepaald kan worden 13 Brandweerstandseisen van tussenvloeren en hun draagstructuur Definitie tussenvloer: Horizontale gesloten vloer, in een compartiment, die niet uitsluitend voor circulatie gebruikt wordt, maar waarop ook goederen en machines kunnen geplaatst zijn Opm.: Open vloeren, bv. Roostervloeren, voorzien van gelijkmatig verdeelde openingen die minstens 25% van de oppervlakte; bestrijken, zijn geen tussenvloeren vloer voor circulatie alleen geen tussenvloer Minimum R 30 Als de tussenvloeren en draagstructuur structurele elementen type I zijn, geldt uiteraard: R 60 voor klasse A R 120 voor klasse B/C 14 7

8 Brandweerstandseisen van tussenvloeren en hun draagstructuur 15 Effecten van het bezwijken van een bouwelement op de brandweerstand van de andere elementen 2 ontwerpmogelijkheden NBN EN : Geen impact van structuur op vloer veroorzaken min R 30 voor elementen die tussenvloer en diens draagstructuur kunnen beschadigen Versteviging tussenvloer en diens draagstructuur voor opnemen effecten van de impact (te beschouwen als buitengewone belasting) Opm.: Momenteel staat er noch in de Eurocodes noch in de proefnormen een methode vermeld waarmee het mogelijk is het effect van een impact op een structuur in aanmerking te nemen brosse breuk versus plastische vervorming 16 8

9 Effecten van het bezwijken van een bouwelement op de brandweerstand van de andere elementen 17 Effecten van het bezwijken van een bouwelement op de brandweerstand van de andere elementen Vakwerkliggers dak Structurele elementen type II? Stap 1 structureel element: JA (voortschrijdend falen > 100m²) Stap 2 type II (compartimentsgrenzen): ok + Bij brand bijkomend gewicht van lichte staalstructuur + dakbeplating op vloer Bij brand geen impactbelasting (uitgaan van plastische vervorming staalstructuur bij brand) Opm.: Momenteel staat er noch in de Eurocodes noch in de proefnormen een methode vermeld waarmee het mogelijk is het effect van een impact op een structuur in aanmerking te nemen brosse breuk versus plastische vervorming 18 9

10 BIJLAGE C Typologie van structurele en nietstructurele elementen Aantal verschillende typeopbouwen van industriegebouwen structurele (type I en type II) niet structurele elementen zich bevinden de voorgestelde configuraties zijn niet beperkend verdere technische uitleg rapporten in literatuurlijst [2, 3, 87, 93, 94] 19 Algemene principes structurele en niet structurele elementen Structurele elementen: (primaire constructie onderdelen) liggers, kolommen, windverbanden Niet structurele elementen: (secundaire constructie onderdelen) dakgordingen en wandregels 20 10

11 Algemene principes structurele en niet structurele elementen Maar soms subtieler dakgordingen en wandregels worden: structurele elementen type II: wanneer ze samen met de onderdelen van het windverband instaan voor de stabiliteit in de langsrichting wanneer ze bijdragen tot de beperking van de kniklengte van liggers en kolommen waarvan de stabiliteit niet langer gewaarborgd is bij een instorting in geval van brand (onder de buitengewone belastingcombinatie) wanneer ze bij het bezwijken ervan aanleiding geven tot de voortschrijdende instorting van andere elementen over een oppervlakte van meer dan 100 m² Structurele elementen type I: als instorting ervan kan leiden tot schade aan de compartimentswand of over de compartimentsgrenzen heen (bv. Gerberligger) 21 Algemene principes structurele en niet structurele elementen Gerberligger 22 11

12 Algemene principes structurele en niet structurele elementen Roloplegging Elementen van hoofdconstructie Scharnierende oplegging Aanbevolen Stabiliteit in dwarsrichting Elementen die niet volledig tot het niet geteisterde compartiment behoren type I type I Structurele elementen type I type II Structurele elementen type II (eventueel) Elementen die volledig tot het nietgeteisterde compartiment behoren type II eventueel (als op te nemen krachten en verplaatsingen opneembaar zijn door de nietgeteisterde structuur rekenmethode, bijlage F 23 Algemene principes structurele en niet structurele elementen Elementen van hoofdconstructie Stabiliteit in langsrichting Compartimentswand in dwarsrichting Eis inzake niet instorten over de compartimentsgrenzen uitvoering van een verticaal windverband aan weerszijden van de compartimentswand structurele elementen type II 24 12

13 Algemene principes structurele en niet structurele elementen Elementen van hoofdconstructie Stabiliteit in langsrichting Compartimentswand in langsrichting Eis inzake niet instorten over de compartimentsgrenzen uitvoering van een windverband systeem in dak en wand in elke compartiment structurele elementen type II 25 Typologische fiches Compartimentswand Stijve verbinding Windverband via structureel element type I Scharnierende verbinding Windverband via structureel element type II Rolverbinding Structureel element type I (kolom, ligger) type II (kolom, ligger) Niet structureel element Gelede verbinding (van het veertype) 26 13

14 Typologische fiches Gebouw met één enkel compartiment (Fiche nr. 1) Gebouw met twee of meerdere compartimenten compartimentswanden in langsrichting (Fiche nr. 2 5) Gebouw met twee of meerdere compartimenten compartimentswanden in de dwarsrichting (Fiche nr. 6 8) Kleine toevoeging/uitbreiding (Fiche 9 13) Afbeelding Beschrijving en voorwaarden (structuur en materialen) Liggers en kolommen Randvoorwaarden Identificatie van de dragende elementen Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie Elementen die deel uitmaken van de secundaire constructie 27 Fiche nr. 1 Gebouw met één enkel compartiment Dwarsdoorsnede Langsdoorsnede Beschrijving en voorwaarden (structuur en materialen Liggers en kolommen: alle types materialen (staal, beton, staal beton, hout ) Randvoorwaarden: alle types verbindingen met fundering en tussen kolommen en liggers Identificatie van de dragende elementen Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie: structurele elementen type II (slechts één compartiment) Elementen die deel uitmaken van de secundaire constructie: niet structurele elementen (op enkele uitzonderingen na) LP

15 Slide 28 LP3 wordt verwezen naar afb 71 maar ik vind dit verwarrend Lincy Pyl, 23/09/2017

16 Fiche nr. 2 5 Gebouw met twee of meerdere compartimenten Compartimentswanden in langsrichting Fiche nr. 2: Liggers en kolommen: I of H profielen uit warmgewalst staal. H/L < 0,4 (H: hoogte van de kolommen; L: overspanning van de liggers). Dak van het lichte type (geprofileerde staalplaten) Fiche nr. 5: Beschrijving en voorwaarden Liggers: voorgespannen beton (horizontaal ondervlak, variabele hoogte) Kolommen: gewapend beton H/L < 0,8 (H: hoogte kolom; L: overspanning ligger) Dak van het zware type Compartimentswanden Randvoorwaarden: Klemverbindingen (fundering), scharnierende verbindingen (liggers kolommen) Identificatie van de dragende elementen Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie: structurele elementen type II onder voorbehoud Stabiliteit in dwarsrichting: stabiliteit compartimentswand gegarandeerd krachtswerking /verplaatsingen (Bijlage F) Stabiliteit in langsrichting (windverband): windverband nietgeteisterde compartiment is in staat om de stabiliteit te waarborgen onder bijzondere belastingscombinatie bij brand Elementen die deel uitmaken van de secundaire constructie: nietstructurele elementen (op enkele uitzonderingen na) 29 Fiche nr. 6 Gebouw met twee compartimenten Compartimentswanden in de dwarsrichting Beschrijving en voorwaarden Liggers en kolommen: I of H profielen uit warmgewalst staal H/L < 0,4 (H: hoogte kolom; L: overspanning ligger) Dak van het lichte type (geprofileerde staalplaten) Compartimentswanden Randvoorwaarden: scharnierende verbindingen tussen de kolommen en de fundering, doorlopende verbindingen tussen de liggers en de kolommen Identificatie van de dragende elementen Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie: structurele elementen type II onder voorbehoud Stabiliteit in dwarsrichting: stabiliteit compartimentswand gegarandeerd krachtswerking /verplaatsingen (Bijlage F) Stabiliteit in langsrichting (windverband): windverband nietgeteisterde compartiment is in staat om de stabiliteit te waarborgen onder bijzondere belastingscombinatie bij brand Elementen die deel uitmaken van de secundaire constructie: nietstructurele elementen (op enkele uitzonderingen na) 30 15

17 Fiche nr. 7 8 Gebouw met meerdere compartimenten meervoudige portiek uit staal of andere materialen Fiche nr. 8 Beschrijving en voorwaarden Liggers en kolommen: gewapend beton, uit voorgespannen beton, uit gelijmd gelamelleerd hout Dak van het lichte type (geprofileerde staalplaten) Compartimentswanden: zie 5.3.4, p. 35 (voorbeeld: zie Detail 3, p. 40). Randvoorwaarden: scharnierende verbindingen tussen de kolommen en de fundering, doorlopende verbindingen tussen de liggers en de kolommen Identificatie van de dragende elementen Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie: structurele elementen type I of type II onder voorbehoud stabiliteit in de dwarsrichting (kolommen en liggers): de stabiliteit van het niet blootgestelde compartiment moet gevrijwaard blijven bij de instorting van het geteisterde compartiment. Men dient na te gaan of deze ontwerpmethode verenigbaar is met de te verwachten krachtwerking en verplaatsingen (zie C2.2.1, p. 83), bijvoorbeeld door zijn toevlucht te nemen tot vereenvoudigde en gevalideerde rekenmethoden Stabiliteit in langsrichting (windverband): windverband niet geteisterde compartiment is in staat om de stabiliteit te waarborgen onder bijzondere belastingscombinatie bij brand Elementen die deel uitmaken van de secundaire constructie: niet structurele elementen (op enkele uitzonderingen 31 na) Fiche 9 13 Kleine toevoeging/uitbreiding Fiche nr. 9 Fiche nr. 10 Fiche nr. 9 Beschrijving en voorwaarden De afmetingen van de uitbreiding ten opzichte van het hoofdgebouw zijn zodanig dat de instorting ervan de stabiliteit van de hoofdconstructie niet in het gedrang kan brengen Liggers en kolommen: alle types materialen (staal, beton, staalbeton, hout...) Randvoorwaarden: alle types verbindingen met de fundering, alle types verbindingen tussen de kolommen en de liggers Identificatie van de dragende elementen Elementen die deel uitmaken van de hoofdconstructie: van het hoofdgebouw: de compartimentswand beantwoordt aan de strengste brandweerstandseisen de uitbreiding vertoont een zodanige weerstand dat de voortschrijdende instorting ervan in geval van brand en bij het bezwijken van de kolommen en liggers van het hoofdgebouw beperkt blijft tot binnen de compartimentsgrenzen; aan deze eis kan bijvoorbeeld voldaan worden dankzij de uitvoering van een compartimentswand zoals beschreven in de 5.3.2, p. 33 en 5.3.3, p. 34 (voorbeelden: zie Details 1 en 2, p. 38 en 39, en in het bijzonder Detail 4, p. 41) de uitbreiding is zodanig ontworpen dat de verenigbaarheid van de verplaatsingen in geval van brand verzekerd is Elementen die deel uitmaken van de secundaire constructie: niet structurele elementen (op enkele uitzonderingen na) 32 16

18 Dank voor uw aandacht Referenties 2, 3, 87, 93, 94 [2]. Sécurité incendie des entrepôts industriels. Technisch ondersteuningsdocument, ontwerp RFS2 CR , [3]. Sécurité incendie des entrepôts industriels. Ontwerpgids, ontwerp RFS2 CR , 2007 (en update 2011). [87]. Brandveilig Constructief Ontwerp. Leuven, Associatie KULeuven, technisch rapport TR2 MP0.4, 2009 (en updates 2010). [93]. Comportement au feu de façades des bâtiments industriels. Evaluation du comportement au feu standard. Evolution des déformations et résistance ultime. Guide de conception, Comportement au feu de façades des bâtiments industriels. Evaluation du comportement au feu standard. Evolution des déformations et résistance ultime. Rapport de recherche,