Transkript

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16 BILAGA 1 INSTITUTIONEN FÖR MIKROELEKTRONIK CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA UTREDNING BETRÄFFANDE BRANDTEKNISK KLASS PÅ BÄRVERK (STÅL) 1. SAMMANFATTNING Beräkningar har utförts för en stålpelare i ett representativt utrymme vid ett fullständigt brandförlopp enligt öppningsfaktormetoden. Dimensionerande brandbelastning har antagits vara för verksamheten tekniskt kontor. P.g.a. att våningshöjden mellan våningar varierar samt att dimensionerande brandbelastning enbart tar hänsyn till lösa inventarier har brandbelastningen generellt ökats med 50 %. Byggnaden utförs dock med automatiskt vattensprinkleranläggning, varför den sammanlagda brandbelastningen reduceras till 60%. Beräkningar har utförts för ett mindre utrymme (mätlab) samt för ett större utrymme (hel brandcell) som innehåller kontor, mätlab, korridorer mm. För att få en uppskattning av stålets brandtekniska klass har ingående parametrar överförts till ekvivalent brandvaraktighet. Den ekvivalenta brandvaraktigheten blir ca 45 min. Pga att byggnaden utförs sprinklad, ekvivalent brandvaraktighet är uppskattad till ca 45 min samt att brandbelastningen har antagits på säkra sidan är bedömningen att stålbärverk (generellt) kan utföras i brandteknisk klass R 45. Funktionskravet för stålbärverket anses då vara uppfyllt. 2. ALLMÄNT Bärverk i sprinklade utrymmen för denna byggnad utförs generellt i lägst brandteknisk klass R 60. Syftet med denna utredning har varit att kontrollera om stålbärverk kan utföras i lägre klass än R60. Stålbärverk förekommer som pelare, balkar samt fackverk. Projektnr: M Adolfsson/bg

17 FÖRUTSÄTTNINGAR Enligt ref. /1/ skall för denna byggnad (vid osprinklat utförande) vertikalt bärverk utföras i klass R 90 och horisontellt i klass R 60. Pga sprinkler kan dock lägre klass accepteras. Byggnaden innehåller bl. a verksamheter mätlab, kontor, renrum, installationsutrymmen. I denna utredning har endast pelare kontrollerats. Beräkningar är utförda för utrymme, som är representativt för byggnaden och som, relativt andra utrymmen, bedömts ha hög brandbelastning. Vid beräkningarna har mätlab, plan 5, del A (lxbxh = 6x3x3 m) utgjort en brandcell. Öppningsfaktorn har då beräknats efter dörrar mot korridor. Mätlab utgör ingen formell brandcell men har antigits som en brandcell vid beräkningarna. P.g.a. osäkerheten i öppningsfaktorn samt uppbyggnaden av mätlab, (bl.a. väggar av plywood) har även kontroll utförts för hela brandcellen (lxbxh = 45x13x3 m), som nämnda mätlab är placerat i. Se bilaga Dimensionerande brandbelastning Enligt ref. /2/ sätts dimensionerande brandbelastning till 145 MJ/ m 2. (Tekniska kontorslokaler). P.g.a. att våningshöjden mellan våningar varierar samt att dimensionerande brandbelastning enbart tar hänsyn till lösa inventarier har brandbelastningen generellt ökats med 50 %. Även vid kontroll av hela brandcellen har dimensionerande brandbelastning valts utifrån tekniskt kontor. Brandbelastningen bedöms dock kunna minskas med 20 % pga att brandcellen innehåller korridorer, toaletter mm som har en lägre brandbelastning. P.g.a. sprinkleranläggningen kan brandbelastningen reduceras till 60 % enligt ref. /3/. Dimensionerande brandbelastning blir då: f = (145 + (145 x 0,5)) 0,6 = 130,5 MJ/ m 2 för mätlab. f = 0,8 (145 + (145 x 0,5)) 0,6 = 104,4 MJ/ m 2 för hela brandcellen.

18 Begränsningar/antaganden Beräkningarna bygger på följande: - Fullständigt brandförlopp enligt öppningsfaktormetoden. - Brandcellernas omslutande ytor består av 50% betong, 50% gips (2 x 13 mm, 100 mm luft, 2 x 13 mm). - Pelarens slankhetstal bestäms ur λ c =L/i min - Pelare kan längdändras fritt vid brandpåverkan. - Pelare är fritt stående i rummet.

19 BERÄKNING AV ERFORDERLIG BRANDTEKNISK KLASS Beräkningarna är utförda enligt ref. /2/ samt ref. /4/. FÖRKLARINGAR σ s = Sträckgräns, MPa L = Pelarens längd, m A = Tvärsnittsarea, m 2 i = Tröghetsradie, m σ k = Knäckspänning, MPa A h /A t = Verklig öppningsfaktor, m ½ k f = Faktor för beräkning av ekvivalent brandbelastning och öppningsfaktor. f = Verklig brandbelastning f fikt = Ekvivalent brandbelastning, MJ/ m 2. (A h /A t ) fikt = Ekvivalent öppningsfaktor, m ½ λ c = Slankhetstal ν kr = Kritisk ståltemperatur, C λ i = Värmeledningsförmåga, W/m C. A i /V s = Förhållande mellan isoleringens inre mantelyta per längdenhet (A i ) och innesluten stålvolym per längdenhet (V s ), m -1.

20 Mätlab plan 5-6, del A (l x b x h = 6 x 3 x 3m) Pelare: VKR 300 x 300 x 10 σ s = 360 Mpa L = c.a 3,0 m A = x 10-6 m 2 i y = i z = 118 x 10-3 m P = kn σ k = P/A = x 10 3 / x 10-6 = 146 MPa Öppningsfaktor, anta dörr (1,2, x 2 m) öppen mot korridor: A = 1,2 x 2 = 2,4 m 2 h = 1/2,4 (2,4 x 2) = 2 m A t = 2 (6 x x x 3) = 90 m 2 A h /A t = 0,038 m ½ Anta omslutande ytor, 50% betong, 50% gips. k f = 0,5/0,8 x k G + (0,5/0,8-0,5 x 0,2)k B k f = 0,5/0,8 x 1,45 + (0,5/0,8-0,5 x 0,2) x 0,85 = 1,23 f = (145 + (145 x 0,5)) x 0,6 = 130,5 MJ/ m 2 f fikt = 130,5. 1,23 = 160,5 MJ/ m 2 (A h /A t ) fikt = 0,038. 1,23 = 0,047 m ½

21 λ c = L/i min =3/118 x 10-3 = 25, ν kr = 515 C (för σ s = 320 MPa) A i /V s = (2 x 0,3 + 2 x 0,3) /11600 x 10-6 = 103,4 m -1 0,04 m ½ ger (A i x λ i )/(V s x d i ) = ,06 m ½ ger (A i x λ i )/(V s x d i ) = ,047 m½ ger (A i x λ i )/(V s x d i ) = Hela brandcellen, plan 5-6, del A (l x b x h = 45 x 13 x 3) Öppningsfaktor, anta 14 st fönster mot det fria. A = 14 (1,5 x 1,5) = 31,5 m 2 h = 1/31,5(1,5 x 1,5 x 1,5) 14 = 1,5 m A t = 2 (45 x 13) + (45 x 3) +13 x 3) = 1518 m 2 A h /A t = 0,025 m ½ (A h /A t ) fikt = 0,025 x 1,23 = 0,031 m ½ f = 0,8 (145 + (145 x 0,5)) x 0,6 = 104,4 MJ/ m 2 f fikt = 104,4 x 1,23 = 160,5 MJ/ m 2 0,02 m½ ger (A i x λ i )/(V s x d i ) = ,04 m½ ger (A i x λ i )/(V s x d i ) = ,031 m½ ger (A i x λ i )/(V s x d i ) = 2090

22 Kontroll av ekvivalent brandvaraktighet, Te Ekvivalent brandvaraktighet, T e, är den tid det tar för stålet att nå maximal temperatur enligt normerad brandprovning. Genom direkt överföring av maximal ståltemperatur vid verklig brandpåverkan kan en uppskattning av brandvaraktigheten utläsas enligt ref /2/. Mätlab: (A i x λ i )/(V s x d i ) = 1922 W C/m 3 f fikt = = 160,5 MJ/ m 2 0,04 m ½ ger T e = 0,8 tim 0,08 m ½ ger T e = 0,62 tim 0,047 m ½ ger T e = 0,77 tim = 46 min Hela brandcellen: (A i x λ i )/(V s x d i ) = 2090 W C/m 3 f fikt = 128 MJ/ m 2 0,02 m ½ ger T e = 0,75 tim 0,04 m ½ ger T e = 0,7 tim 0,031 m ½ ger T e = 0,72 tim = 43 min

23 Resultat/Kommentar För utrymmen (brandceller) som beräkningarna är utförda för visar resultaten på brandvaraktigheten min. Det är en uppskattning av den tid det tar att nå maximal ståltemperatur enligt normerad brandprovning. Pga att byggnaden utförs sprinklad, ekvivalent brandvaraktighet är uppskattad till ca 45 min samt att brandbelastningen har antagits på säkra sidan är bedömningen att stålbärverk (generellt) kan utföras i brandteknisk klass R 45. Funktionskravet för stålbärverket anses då vara uppfyllt. REFERENSER /1/ Byggregler, BBR -94:3, Boverket 1995 /2/ Magnusson, S-E, Pettersson. O, Thor J,Brandteknisk dimensionering av stålkonstruktioner. Stålbyggnadsinstitutet, /3/ Eurocode 1: Basis of design and actions on structures, Part 2-2: Actions on structures exposed to fire. ENV , 1994 /4/ Pettersson O, Ödeen K, Brandteknisk dimensionering, stål, Göteborg BENGT DAHLGREN AB Martin Adolfsson

24

25

26