Brandsäkerhet i byggnader Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH

Transkript

1 . Brandsäkerhet i byggnader Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 1 Sverige Göteborgsbranden 1998 Antal personer Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 2 1

2 Dödsfall vid brand i Sverige 2001 Totalt 137 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 3 Brand- orsaker Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 4 2

3 Brandstatistik från England Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 5 Brandförlopp. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 6 3

4 . Brandskyddsdokumentationkrävs för varje viktig byggnad Innehåll/Checklista Byggnadsbeskrivning Dimensionerande förutsättningar Mindre avvikelser och alternativ utformning Utrymning Skydd mot brandspridning inom brandcell Skydd mot brand- och brandgasspridning mellan brandceller Skydd mot brandspridning mellan byggnader Ventilation Uppvärmningsanordningar Bärförmåga vid brand Räddningstjänstens insatsmöjligheter Brandtekniska installationer Övriga brandtekniska åtgärder Planer för drift och underhåll Verifieringar Ritningar bilagor Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 7 Byggnadstekniskt brandskydd: hindra ras och spridning av brand Utformning av brandskydd styrs bl a av. Antal våningar Verksamhet Byggnadens utformning Materialval Estetiska önskemål Samverkan med övriga brandskyddsåtgärder Avstånd till grannbebyggelse Aktivt brandskydd Sprinkler Brandventilation Brandlarm Räddningstjänsten Passivt brandskydd Utrymningsvägar Avskiljande konstruktioner Brandbeständighet hos den bärande stommen Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 8 4

5 Dimensionering enligt brandtekniska klasser Byggnadsdelar. indelas efter tre grundläggande funktioner som skall uppfyllas med avseende på brandmotstånd Klass R: Bärförmåga Klass E: Integritet (täthet) Klass I: Isolering Dessa funktioner kan kombineras på olika sätt och åtföljs av tidskrav på 15 till 360 minuter, t ex REI 60, EI 30 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 9 Standardiserad brand enligt ISO Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 10 5

6 Bärförmåga R. Bärande byggnadsdelar, inkl. upplag, fogar, förband o.d. skall utföras så att de behåller sin bärande funktion angiven tid Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 11 Integritet E. Flam- och rökavskiljande funktion. (Täthet) Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 12 6

7 .Avskiljande funktion Inga lågor får släppas igenom Temperaturökningen på den icke brandutsatta sidan får inte överskrida angivna gränsvärden Gränsvärden: Maximal medeltemperatur- ökning på 140 C Maximal temperaturstegring i enstaka punkter på 180 C Isolering I (EI) Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 13. Brandtekniska byggnadsklasser Kraven bestäms av Våningsantal Byggnadsarea Verksamhet RISK Stor Måttlig Liten Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 14 7

8 Building classes according to Swedish building regulations Building class definitions in the Swedish BBR - recommendations Building class BR1 BR2 BR1 Description 3 storeys or higher 2 storeys if sleeping persons unfamiliar with the building persons with limited ability to escape multiassembly space on second floor 2 storeys if assembly space first floor area > 200 m 2 1 storey if hospital multiassembly space All other buildings 15. Mått på den sammanlagda värmemängd som frigörs vid en fullständig förbränning av allt brännbart material i brandcellen. Anges i MJ per m 2 golvyta*. *(Tidigare per omslutningsyta) Brandbelastning f Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 16 8

9 Brandcell. Avgränsad del av byggnad inom vilken en brand under en föreskriven minsta tid kan utvecklas utan att sprida sig till andra delar av byggnaden. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 17 Dockporten Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 18 9

10 Brandvägg. Ex. gräns mellan fastigheter Skall hindra brandspridning oavsett brandkårs- ingripandei Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 19 Utrymningsväg Utgång direkt till det fria Korridor, Trapphus, Loftgång etc. som leder till säker plats i det fria eller till säker flyktplats Utrymningsväg inom byggnad skall normalt vara brandtekniskt avskild från annan verksamhet. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 20 10

11 Utrymning Grundkrav Två av varandra oberoende utrymningsvägar. Fönster kan i många fall utgöra en av dem. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 21 Två utrymningsvägar Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 22 11

12 Utrymning genom fönster Godtas om fönstret är nära mark leder till utvändig fast stege eller trappa (inte för vårdinrättningar och äldreboende) kan användas i kombination med räddningstjänstens stegutrustning (enbart vissa bostäder och mindre kontor med få personer) Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 23 men högst 16 våningar Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 24 12

13 Krav på trapphus Klasser Tr 1 Tr2 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 25 Utformning av trapphus klasser Tr1 och Tr2 Tr1/Tr2: Spridning av brand och brandgas skall förhindras i 60 min Tr1: Förbindelse med andra utrymmen via brandsluss. Hiss och sopnedkast får inte finnas i trapphuset Tr2: Förbindelse med andra utrymmen via separat brandcell. Hiss och sopnedkast får inte finnas i trapphuset Särskilda krav ställs på dörrar (självstängande, brandmotstånd, täthet) Brandsluss: Särkilt höga krav på skydd mot spridning av brandgaser. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 26 13

14 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 27 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 28 14

15 Brygghuset trapphus Tr2, Konstruktionsteknik LTH 29 Skydd mot brandspridning inom brandcell Krav ställs på ytskikt och golvbeläggningar Begrepp: Obrännbart material Brännbart material Svårantändligt material Tändskyddande beklädnad Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 30 15

16 Brandcellsindelning Krav ställs av bl.a. följande skäl Utrymning - personsäkerhet (ex. trapphus, hotellkorridorer) Lokaler med ökad risk för brand avskiljs (pannrum, verkstad m.m.) Skydd av egendom (ex. lägenheter) Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 31. Skydd mot brand- och brandgasspridning mellan brandceller Br1 f 800 f 1600 f > 1600 Br2 och Br3 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 32 16

17 Brandbelastning För byggnadsklass Br 1 gäller att Brandbelastningen f<800 MJ/m 2 får tillämpas för: Bostäder Kontor Skolor Hotell mm m.m. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 33 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 34 17

18 . Skydd mot brand- och brandgasspridning mellan brandceller Ställer krav på exempelvis: Anslutning mellan brandcellsskiljande byggnadsdelar Genomföringar Eldosor Glas Dörrar Ytterväggar Fönster Taktäckning Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 35 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 36 18

19 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 37 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 38 19

20 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 39 Skall utformas så att Ytterväggar väggen uppfyller sin avskiljande funktion mot andra brandceller brandspridning i väggen och längs fasadytan begränsas risken för spridning via fönster begränsas delar av väggen inte faller ner vid brand Design av möte mellan bjälklag och yttervägg bör särskilt uppmärksammas Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 40 20

21 Ventilationssystem Luftbehandlingsinstallationer som går genom brandavskiljande byggnadsdelar skall utformas så att den brandavskiljande förmågan upprätthålls (BBR) Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 41 Hur? Brandisolering av kanaler Avstängande spjäll i EI-klass Skyddsavstånd från oisolerad kanal till brännbart material Sprinkler i byggnaden Schakt i klass EI 60 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 42 21

22 Brygghuset Installationsschakt Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 43 Bärförmåga vid brand (Eurokod) Generella krav. Bärverkets delar, inklusive upplag, fogar, förband o.d., skall utföras antingen så att kollaps inte inträffar under en given tidsperiod enligt kraven på brandteknisk klass för byggnadsdelar i avsnitt 5:82 i BBR, (BFS 1998:39) under ett fullständigt brandförlopp eller under del av ett fullständigt brandförlopp, om det genom särskild utredning kan påvisas att utrymningssäkerheten inte försämras och att riskerna för räddningstjänstpersonalen och påverkan på omgivningen inte ökar. Dimensionering genom klassificering Krav på brandmotstånd beror på Byggnadens användning Byggnadens höjd Brandbelastning Byggnadsdelens betydelse för konstruktionens totala bärförmåga Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 44 22

23 Brandsäkerhetsklass 45 Brandsäkerhetsklasser Eurocode NA (ny) Byggnadsdelens betydelse m.h.t. personskada Förutsättningar 1 Ringa Snabb utrymning förväntas Insatsmöjlighet behövs inte Bärverk som vid brott förväntas ge obetydliga sekundära effekter på angränsande delar av byggnadens bärande system 2 Liten Utrymning förväntas Viss insatsmöjlighet behövs Byggnadsdelen har en särskild funktion, t.ex. utrymningsväg Bärverk som vid brott förväntas ge små sekundära effekter på angränsande delar av byggnadens bärande system 3 Måttlig Utrymning förväntas Viss insatsmöjlighet behövs Bärverk som vid brott förväntas ge måttliga sekundära effekter på angränsande delar av byggnadens bärande system 4 Stor Utrymning kan inte förväntas Insatsmöjlighet krävs Komplicerade insatsförhållanden Bärverk som vid brott förväntas ge väsentliga sekundära effekter på angränsande delar av byggnadens bärande system 5 Mycket stor Utrymning kan inte förväntas Insatsmöjlighet krävs Komplicerade insatsförhållanden Bärverk som vid brott förväntas ge väsentliga sekundära effekter på stora delar av byggnadens bärande system Advice: Structures in buildings of class BR1 - examples Fire safety class Example 1 Secondary element whose failure will not affect the primary structural system 2-3 Staircases used for escape 4 -Horisontal structural elements such as floors, not utilised for horisontal stabilisation - Stabilising structural elements in building 4 storeys, such as walls and columns as well as floors used for horisontal stabilization 5 Stabilising structural elements in building 5 storeys, such as walls and columns as well as floors used for horisontal stabilization Structures belonging to the buildings main structural system located below the top basement level 46 23

24 Advice: Structures in buildings of class BR2 - examples Fire Elements in building class Br2 safety class 1 Structure t belonging to the main structural t system, whose collapse due to fire does not lead to progressive failure, such as columns and girders where failure only affects a limited area.* 2-3 Structure belonging to the main structural system, whose collapse due to fire may lead to progressive failure *. 4 - Stair space used as escape route below top basement storey 5 Structure belonging to the main structural system, below top basement storey * Progressive failure if affected area larger than 600 m 2 47 Design fire scenario based on standard ISO fire Fire safety class Fire load <800 MJ/m MJ/m2 >1600 MJ/m R15 R15 R15 3 R30 R30 R30 4 R60 R120 (R90*) R180 (R120*) 5 R90 (R60*) R180 (R120*) R240 (R180*) * Valid for buildings with automatic sprinkler system Fire load can be assumed < 800 MJ/m 2 for ordinary office, residential, school, hotel, shop, car garage spaces

25 . Dimensionerande lastkombination i brandlastfallet Q d = 1.0Gk + 1.0ψ 1,1Q k,1 + ψ 2, iqk, i + 1.0Qak Q ak i> 1 termisk last som följd av brand f fd = ηγ Dimensionerande materialvärden k m, f ηγ m, f = partialkoefficent för brandfallet Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 49 Lastkombinationsfaktorer enligt SS-EN 1990 Structural 50 Engineering - Lund University 25

26 . Brandskydd av stålstommar Stålets hållfasthet som funktion av temperatur Sträckgräns E-modul Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 51 Ökning av temperaturen i stål Stål leder värme mycket bra (snabbt) I en oskyddad stålprofil kan därför temperaturen antas vara lika stor i alla punkter av tvärsnittet 26

27 Temp. Brandtemperatur Oskyddat stål Isolerat stål TID, h Brandskydd av stålstommar. Inbyggda konstruktioner Överdimensionerat stål Samverkan med betong Brandskyddsfärg Sprutisolering Stenullsskivor Gipsskivor Fibersilikatskivor Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 54 27

28 Brandskydd genom inklädnad. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 55 Profilfaktor F/A vid oskyddad stålkonstruktion F= brandpåverkad omkrets A= tvärsnittsarea 28

29 Profilfaktor F/A för isolerad konstruktion Tveksamt Exempel på dimensioneringsdiagram för stenull vid 90 min brandmotståndstid Tjocklek 29

30 Erforderlig mängd brandskyddsfärg g/m 2 för R60. Betongfylld stålpelare med varierande godstjocklek Erforderlig färgmängd för R60 Ingjuten balk med brandpåverkad underfläns 30

31 Inklädnad av HEA-pelare med gips Brandskydd av betongkonstruktioner Brandmotståndet. beror på Betongens värmeledningsförmåga och värmekapacitet Betongens och armeringens mekaniska egenskaper vid höga temperaturer Vidhäftning mellan betong och armering vid höga temperaturer Hur exponerad konstruktionen är för brandpåverkan Geometriska faktorer (tvärsnitt, täckskikt) Fuktinnehåll och täthet Ballast av kvartshaltiga bergarter Ballast av kalksten Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 62 31

32 Tryckhållfasthet vid höga temperaturer Beror huvudsakligen av Ballasttyp Belastning under uppvärmningen Hållfastheten är lägre efter avsvalning Vidhäftning mellan armering och betong -inverkan av temperatur, Hertz (1980) 32

33 Flytspänning hos armeringsstål inverkan av temperatur och gränstöjning Temperatur i betongtvärsnitt vid brand 33

34 Temperaturhöjning i betong vid standardbrand för endimensionell värmetransport ( halvoändlig kropp ) Förenklad metod att dimensionera brandutsatt betong Reducera tvärsnittet med delar som har högre temperatur än 500 C 34

35 Exempel på reducerade tvärsnitt efter 500 C - isotermen Brandskydd av betongkonstruktioner. Avspjälkning Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 70 35

36 Brandskydd av betongkonstruktioner. Faktorer som ökar risken för avspjälkning Hög fukthalt Hög betongkvalitet med tät materialstruktur Närvaro av tryckspänningar Hastig temperaturstegring Starkt osymmetrisk temperaturfördelning Tvärsnitt med tunna sektionsdelar Hög armeringstäthet Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 71. Brandskydd av betongkonstruktioner Åtgärder för att minska risken för avspjälkning Begränsa fukthalten i betongen Inblandning av plastfibrer för ökad permeabilitet vid brand Luftporbildare (osäker effekt) Välja lämplig geometri (undvika tunna sektionsdelar och skarpa hörn) Isolera ytan med skyddskikt Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 72 36

37 . Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 73 Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 74 37

38 . Betongbjälklag Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 75 Brandskydd av Träkonstruktioner Inbyggda. konstruktioner Överdimensionerat trä Brandskyddsfärg Stenullsskivor Gipsskivor Fibersilikatskivor ilik t ki Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 76 38

39 Brandskydd av Träkonstruktioner. Effektivt resttvärsnitt efter t minuters brand Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 77 Effektivt inbränningsdjup d ef d = d + d = β t + ef char o o d o β o = medelinbränningshastighet, 0.7 mm/min (limträ) d o = zon med nedsatt hållfasthet = 7mm (t>20 min) Villkor: β o t min(b/4, h/4) 39

40 Trä kan skyddas med brandskyddsfärg Dim. tabell: Limträbalk R60 Stålförband i trä måste normalt brandisoleras 40

41 . TRÄ Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 81. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 82 41

42 . Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 83. SLUT Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 84 42

43 Brandförlopp. Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 85 43