Tillämpningsstöd vid brandteknisk dimensionering av höga Br0- byggnader med förnyelsebara material (trä)

Transkript

1 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 1 av 8 Tillämpningsstöd vid brandteknisk dimensinering av höga Br0- byggnader Intresset kring att bygga höga byggnader med träknstruktin har ökat kraftigt på senare tid. Att bygga med trä sm är ett förnyelsebart material innebär miljövinster samt eknmiska vinningar för design, prduktin ch utförande. Ett led i att öka kunskapen med höga träbyggnader har ett natinellt prjekt Tall Timber Buildings Cncept Studies startats upp där möjligheter ch svårigheter med en hög träbyggnad (+20 våningsplan) ska undersökas. En betydelsefull del i det arbetet är brandskyddets utfrmning. Då Bverkets byggregler anger att byggnader över 16 våningsplan tillhör byggnadsklass Br0 ställs särskilda krav på verifieringen av att brandskyddet i dessa byggnader uppfyller samhällets krav. De allmänna råden hur brandskyddet ska uppföras är inte tillämpbara ch byggherren har det fulla ansvaret att visa att den föreslagna utfrmningen uppfyller samtliga funktinskrav i BBR ch EKS. Någn specifik vägledning kring verifiering av brandskyddet i höga byggnader av med träknstruktin finns inte. I ett prjekt finansierat av SBUF Svenska Byggbranschens Utvecklingsfnd har Brandskyddslaget AB ch Briab Brand & Riskingenjörerna AB, med stöd av AB Fristad bygg, försökt ändra på detta. Prjektets syfte har varit att ta fram ett tillämpningsstöd avseende verifiering ch utfrmning av brandskyddet i höga byggnader (över 16 våningar) där bärverk ch andra delar, t.ex. avskiljande väggar ch fasadelement består av förnyelsebara material (trä). Målsättningen är att underlätta prjektering av brandskydd i höga byggnader med träknstruktin ch på så vis möjliggöra ett mer hållbart byggande. Föreningen för brandteknisk ingenjörsvetenskap BIV har tidigare tagit fram ett tillämpningsstöd hur brandskyddet i Br0-byggnader kan verifieras. Denna rapprt kan beaktas sm ett kmplement till BIV:s tillämpningsstöd med fkus på Br0-byggnader sm är höga ch uppförs med träknstruktin. Rapprten innehåller en sammanfattning av de specifika brandrisker sm finns i en hög byggnad med knstruktin av trä samt ger vägledning avseende identifiering av verifieringsbehv, verifiering, kntrll ch dkumentatin vid prjektering av brandskydd i en hög Br0-byggnad med knstruktin av trä.

2 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 2 av 8 Trä sm knstruktinsmaterial Det finns idag ett flertal byggelement för knstruktinsändamål på marknaden. Dessa kan generellt delas in i två lika huvudgrupper; vanligt knstruktinsträ ch sammansatta knstruktinselement i trä, se Figur 1. Limträ ch krslimmat trä (KL-trä) utgör två exempel på sammansatta byggelement i trä. Båda elementen utgörs av sågat knstruktinsträ sm har sammanfgats genm limning. Figur 1 Principutfrmning av knstruktinsträ (t.v.), limträ (mitten) ch KL-trä (t.h.). Knstruktinsträ ch limträ har under en längre tid använts sm bärande byggnadsdelar i byggnader. Den långa erfarenheten har medfört att kunskaperna m hur respektive byggelement beter sig vid brand är gda ch det finns idag vedertagna metder ch mdeller i den eurpeiska standarden för dimensinering av träknstruktiner (EN ). För KL-trä ser det annrlunda ut. Här finns inte någn eurpeisk standard eller vedertagna metder ch mdeller för dimensinering vid brandpåverkan. Kunskapen gällande bärförmåga vid brand är begränsad för detta byggelement i jämförelse med knstruktinsträ ch limträ. En betydande faktr sm påverkar KL-träets egenskaper, särskilt vid brand, är limmet sm binder samman de lika lagren. Det finns idag en mängd lika limmer på marknaden sm är gdkända att användas sm del i bärande träknstruktiner. Det har dck knstaterats valet av lim är avgörande för hur byggelementet beter sig vid brand. Här är det av yttersta vikt att använda ett lim sm inte släpper vid förhöjd temperatur. Brandförlpp i träbyggnader Trä utgör ett brännbart material, vilket innebär att det kmmer att antändas ch förklnas då det utsätts för tillräckligt hög värmepåverkan i samband med en brand. Klskiktet uppstår sm en följd av en icke fullständig förbränning av materialet ch träet frtsätter att förklas så länge värmepåverkan från branden är tillräckligt str. Klskiktet har en värmeislerande effekt, vilket medför att både skyddade ch skyddade träknstruktiner kan antas brinna ch förklna på ett förutsägbart sätt. I Figur 2 visas de lika skikten sm bildas vid förklningsprcessen.

3 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 3 av 8 Figur 2 Schematisk beskrivning av lika skikt sm uppstår i brandpåverkat trä. Det har visat sig att byggelement av KL-trä kan bete sig annrlunda vid brand ch skapa förutsägbara brandförlpp till skillnad från andra knstruktinsmaterial. Anledningen till detta är att m limmet mellan de lameller sm elementet byggs upp av släpper vid upphettning försvinner det skyddande klskiktet ch nytt bränsle tillförs. När så sker ökar brandens intensitet ch det med upprepade övertändningar sm följd. Expnerade ytr av trä ger ckså upphv till mer intensiva brandförlpp utanför brandrummet ch ytterväggen utsätts för en större påverkan. Ett viktigt skyddsmål i en byggnad med träknstruktin är att branden självslcknar när den lösa inredningen brunnit upp. Detta kan säkerställas genm att använda värmebeständigt lim sm inte delaminerar eller m träknstruktinen skyddas med beklädnadsskivr. På så vis skapas ett förutsägbart brandförlpp. Dimensineringsprcessen för Br0-byggnader Att dimensinera brandskyddet i en Br0-byggnad innebär att först identifiera verifieringsbehvet ch därefter verifiera att brandsäkerheten är tillfredsställande. Under prjekteringen bör kntrll av verifieringen ske löpande för att säkerställa rätt kvalitet. I identifieringen av verifieringsbehvet läggs grunden för det kmmande verifieringsarbetet. Här är det viktigt att göra en riskidentifiering med utgångspunkt i byggnadens utfrmning ch verksamhet. Riskidentifieringen ska ta hänsyn till de särskilda aspekter sm BBRAD listar: Om utvändig släckinsats inte kan genmföras. Om invändig räddningsinsats kan vara kmplicerad. Om den befarade knsekvensen är mycket str. Om utrymningsförlppet kan vara förenat med stra svårigheter. För en hög byggnad är det bl.a. aspekter kpplat utrymning ch genmförande av räddningsinsats sm är särskilt viktiga att belysa. Om den höga byggnaden dessutm förses med träknstruktin ändras förutsättningarna gällande brandbelastning, brandpåverkan på knstruktinsdelar, brandförlppets varaktighet, taktik för släckinsats, etc. Dessa förändringar behöver belysas i riskidentifieringen.

4 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 4 av 8 En hög byggnad står inför följande särskilda brandrisker till följd av byggnadshöjden: Risk för brandspridning inm byggnaden: Utvändig släckinsats kan inte göras vilket gör att brand i ch längs med fasad blir särskilt riskabel ch ställer höga krav på material ch utfrmning. Skrstenseffekt i vertikala schakt. Risk för mer mfattande brandspridning till följd av längre insatstid för räddningstjänsten. Långa insatstider för räddningstjänsten: Långa sträckr tar längre tid att förflytta sig. Orienterbarheten försvåras. Kmmunikatin vid insats kan försvåras till följd av stra avstånd. Lång utrymningstid då långa sträckr att förflytta sig tar lång tid. Utöver de svårigheter sm höga byggnader står inför har en hög byggnad av trä även följande särskilda brandtekniska förutsättningar till följd av materialet: Brandbelastningen ökar då bärverk ch ytskikt utförs av brännbart material. Brandbelastningen är en dimensinerande faktr för brandskyddet, skyddad respektive skyddad brandbelastning behöver utredas ch fastställas. Bärverket består av brännbart material vilket gör att risk finns för brandspridning till ch inm knstruktinen. Risken för s.k. kavitetsbränder vid mdulbyggande ökar m inte särskild fkus läggs på skydd. Det finns ingen tydlig sluttid för ett fullständigt brandförlpp i en träbyggnad där flera brinnande ytr ser varandra, vilken används för att dimensinera bärverket. Mntering ch infästningar i stål skulle kunna förlra sin funktin vid förhöjd temperatur. Spridning av brandgaser i byggnaden genm läckage i skarvar till andra brandceller eller knstruktin. Extra sektinering kan krävas för att förhindra mfattande brandspridning vertikalt. Ytskikt av skyddat trä inm bstäder ch lkaler kan intensifiera brandförlppet ch öka förbränningen utanför brandrummet. Räddningstjänstens insats krävs för att släcka en brand då chansen till självslckning är mindre. En brand kan få större spridning under en krtare tid i en byggnad av trä än i en byggnad av traditinella brännbara material.

5 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 5 av 8 De brandtekniska aspekterna sm bör utredas specifikt vid dimensinering av brandskydd i höga byggnader i trä kan vara: Vilket bidrag får skyddade ytr av trä till följd av placering ch mängd? Kan ytskikt av trä tillåtas inm lägenheter. Brandbelastningen behöver fastställas, likväl knstruktinens bidrag till brandförlppet. Målsättningen är att skapa ett förutsägbart förlpp där branden självslcknar när lös inredning brunnit upp. Hur ska skydd mt brandspridning inm byggnaden, till ch inm bärverk, i fasad ch längs med fasaden upprätthållas? Hur ska schakt, installatiner ch hålrum (kaviteter) sm går igenm brandcellsgränser utfrmas för att ge ett fullgtt skydd mt brandspridning? Hur kan brandsläckning ske på bästa sätt? Räddningstjänstens möjlighet till insats bör utredas ch vid behv ges bättre förutsättningar jämfört med en traditinell byggnad Hur kan risk för uppkmst av brand minskas? Värdet av att förebygga bränder ökar med knstruktinens känslighet för brand. Exempel på åtgärder sm får ökade betydelse är spisvakt, utbildning, tillgång till släckutrustning, etc. Med utgångspunkt i utredningsbehvet enligt van görs en inventering av föreskrifterna i BBR ch EKS för att identifiera de avsnitt i där knstruktinsmaterial ch byggnadshöjd påverkar möjligheten att uppfylla funktinskraven på ett sätt sm inte hanteras av de allmänna råden. Att belysa barriärernas prestanda utifrån ett materialperspektiv är en betydelsefull uppgift. Avsikten är att bedöma: De föreskrifter sm påverkas i str grad av byggnadens särskilda förutsättningar så att utfrmningen behöver verifieras direkt mt funktinskraven (analytisk dimensinering)? De föreskrifter sm påverkas mindre av byggnadens särskilda förutsättningar ch utfrmningen bör kunna följa de allmänna råden (förenklad dimensinering)? De föreskrifter sm påverkas av byggnadens särskilda förutsättningar ch utfrmningen behöver verifieras i direkt samverkan med t.ex. räddningstjänsten? För respektive avsnitt i BBR ch EKS görs en bedömning av funktinskraven med tillhörande allmänna råd utifrån följande frågeställningar: Innebär byggnadshöjden en svårighet att uppfylla funktinskravet? Utgå från de särskilda aspekterna ch bedöm m: Kan de allmänna råden användas för att utfrma brandskyddet? Är de allmänna råden tillräckliga för att fånga upp riskerna sm byggnadshöjden innebär?

6 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 6 av 8 Innebär knstruktinsmaterialet en svårighet att uppfylla funktinskravet? Utgå från de särskilda aspekterna ch bedöm m: Kan de allmänna råden användas för att utfrma brandskyddet? Är de allmänna råden tillräckliga för att fånga upp riskerna sm knstruktinsmaterialet innebär? I föreskriftsinventeringen rangrdnas identifierade knsekvensers påverkan på byggnadens möjligheter att uppfylla krav ställda i BBR (Bverket, 2018a). Rangrdningen utförs i en 4-gradig skala ingen påverkan, viss påverkan, str påverkan ch mycket str påverkan. Rangrdningen bör baseras på ingenjörsmässiga bedömningar utifrån välkända fysiska fenmen ch lgiska resnemang. Den utgör främst en grvsrtering inför analysen av verifieringsbehvet. Mtiven till bedömningen av påverkan bör dkumenteras. De delar av brandskyddet sm kräver fördjupad analys i denna typ av byggnader är vanligen möjligheten till utrymning vid brand (BBR 5:3), skydd mt utveckling ch spridning av brand ch brandgas (BBR 5:5), möjlighet till räddningsinsats (BBR 5:7) samt bärförmåga vid brand (EKS 1.1.2). Utöver delar av brandskyddet krävs det även att den ttala brandsäkerheten i byggnaden bedöms genm att studera brandskyddets rbusthet. Här handlar det m att bedöma hur pass känslig byggnaden är för fel av lika slag ch m det finns händelser sm kan rsaka samtidiga fel på flera skyddssystem. När brandskyddet utfrmas bör det göras utifrån ledrd sm djupförsvarsprincip ch enkelfelskriterier. Djupförsvarsprincipen (se Figur 3) anger att säkerheten ska bygga på flera försvarslinjer där den första linjen mfattar kvaliteten i anläggningen, dess drift ch underhåll, för att förebygga driftstörningar sm kan hta säkerheten. I den andra linjen finns säkerhetssystem ch förberedda åtgärder för att mtverka att driftstörningar, sm trts allt kan inträffa, leder till lyckr. I påföljande linjer finns ytterligare system sm begränsar knsekvensens mfattning med målsättningen att undvika katastrfer. I visas ett exempel på hur djupförsvarsprincipen kan tillämpas när brandskyddet utfrmas i en byggnad. Begränsa skadans mfattning Skydda egendm Innesluta Förhindra spridning Frtsatt utrymning Avbryta brandförlppet Utrymma htade delar Upptäcka tidigt ch larma Skydda mt skada Kunna göra insats Förhindra uppkmst Säkerställa att system fungerar Brandsektiner, bärförmåga Brandceller, räddningsinsats Släcksystem, utrymningsvägar Larm, ytskikt, utrustning & utbildning Systematiskt brandskyddsarbete Figur 3 Exempel på tillämpning av djupförsvarsprincipen på brandskyddets utfrmning. En traditinell utfrmning av brandskydd i ett bstadshus lägger större vikt på de yttre försvarslinjerna än de tidiga. I byggreglerna finns förhållandevis få bestämmelser sm verkar lycksförebyggande jämfört med sådana sm är skadebegränsande. I en byggnad

7 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 7 av 8 av brännbart material är tidiga åtgärder av ökad betydelse eftersm förväntade skadr på knstruktinen är större i dessa byggnader. Att arbeta med rganisatriska åtgärder, samt tekniska lösningar för att förhindra uppkmst av brand bör få ökad vikt här. Vidare kan det finnas anledning att överväga m åtgärder ska vidtas för att kunna göra en tidig släckinsats. Här kan tillgång till handbrandsläckare i kmbinatin med ökade utbildningsinsatser spela en avgörande rll. Djupförsvarsprincipen handlar m att skapa flera berende ch redundanta lager av skyddsåtgärder för att undvika den ptentiellt stra skada sm kan inträffa. Syftet är att inget enskilt system, avsett hur rbust det är utfrmat, ensamt ska stå för det erfrderliga skyddet. Nyckelrd i sammanhanget är redundans, berende ch diversifiering. Slutsatser Kunskapen m hur träknstruktinens bidrag till brandförlppet ch dess beteende vid brand (KL-trä) medför att vissa försiktighetsmått behöver vidtas vid användning av en brännbar stmme. Att en brand självslcknar när lös inredning (variabel brandbelastning) brunnit upp är en viktig förutsättning för att brandförlppet ska vara förutsägbart. Ett förutsägbart brandförlpp skapas genm att antingen säkerställa att KL-trä inte delaminerar eller genm att använda beklädnadsskivr sm skyddar träknstruktinen tills dess att bränslet tar slut. Pga. begränsat kunskapsunderlag ch avsaknad av harmnisering rekmmenderas att byggelement av KL-trä skyddas med beklädnadskivr. Att dessutm bygga högt innebär särskilda utmaningar sm behöver hanteras under prjektering, prduktin ch förvaltning. Var nggrann i riskidentifieringen. Lägg vikt vid att fånga upp de svårigheter sm uppkmmer i en hög byggnad med träknstruktin. Utfrma brandskyddet med utgångspunkt i djupförsvarsprincipen med ledrden redundans, berende ch diversifiering. Visa att vald utfrmning av brandskyddet kan hantera identifierade svårigheter med tillräcklig rbusthet. Överväg åtgärder sm förhindrar att bränder uppkmmer ch säkerställer att det kan släckas snabbt m de uppstår. Var nggrann med detaljer. Anslutningar (förband) är en svag länk sm kräver särskild hänsyn. Implementera rutiner för kntrll av prjekteringen sm är aktiv under hela prjekteringsfasen. Utförande av detaljer kräver utökad egenkntrll eller kntrll av tredje part. Ftdkumentatin är särskilt betydelsefull för delar sm ej kan kntrlleras efter färdigställande. Brandskydd under byggtid behöver planeras med särskild hänsyn till knstruktinens sårbarhet. Därutöver rekmmenderas att samråda med räddningstjänsten m lämplig insatstaktik, utfrma ett system för reparatin efter skada, t.ex. vattenläckage eller brand samt att fastställa hur mbyggnad kan ske med hänsyn till knstruktinens unika förutsättningar.

8 Brandteknisk dimensinering av höga Br0-byggnader Sida 8 av 8 För mer infrmatin För mer infrmatin m prjektet kntakta prjektledare Fredrik Nystedt, Briab Brand & Riskingenjörerna AB på e-pstadressen fredrik.nystedt@briab.se eller på telefn: Slutrapprten kan laddas ner från SBUF:s hemsida ( Brandskyddslaget AB hemsida ( eller från Briab Brand & Riskingenjörerna AB hemsida ( Malmö, 12 augusti 2018 Fredrik Nystedt, Briab Brand & Riskingenjörerna AB