NOVATHERM 4FR PROJEKTERINGSANVISNING BRANDISOLERING AV BÄRANDE STÅLKONSTRUKTIONER

NOVATHERM 4FR PROJEKTERINGSANVISNING BRANDISOLERING AV BÄRANDE STÅLKONSTRUKTIONER

Brandpåverkad stålkonstruktion Temperaturhöjningen i en brandpåverkad stål kon struk tion beror på profilens volym eller värmekapacitet och på hur stor yta som är exponerad. Detta kan förenklat uttryckas genom kvoten F/A som åskåd lig görs i fig. 1. F står för pro fil ens exponerade man tel y ta per meter, med andra ord ex po ne rad omkrets och A för den ex po ne ra de pro filens tvärsnittsyta. Ju mer koncentrerad stålvolymen är och mindre ex po ne rad yta pro fi len har, de sto läg re F/Avär de och lång sam ma re upp värm ning av pro fi len. Vid brand ut sätts en kon struk tion för termisk på ver kan med resultatet att temperaturen i materialet successivt höjs. Detta med för en minskning av bär för må gan beroende på kon struk tion ens temperaturtidfält. Kännedom om de in gå en de materialens mekaniska egen ska per vid höga tem pe ra tu rer utgör där för ett nödvändigt un der lag vid brandteknisk dimensionering. I enlighet med BKR 99 och Eurocode 1 skall under be grep pet olyckslast även inräknas brand. Olyckslast är den last som upp trä der med li ten san no lik het och oftast i sam band med icke avsedda hän del ser. Av den na an led ning til lå ter nor men en högre på kän ning och ett större ut nytt jan de av materialegenskaper vid olyckstillstånd, än under normala omständigheter. På sam ma sätt accepteras högre deformationer i olycksstadiet. Dimensionerande ma te ri al pa ra met rar reg le ras ge nom partialkoefficienter, vilka va rie rar för normal och olycksfallsdimensionering. Fig. 1 F/Aförhållandet för en stålkonstruktion Brandteknisk di men si o ne ring enligt NT FIRE 21 Tabell 1 och tabell 2 omfattar brandpåverkade pro fi ler med öppet respektive slutet tvärsnitt. Värdena i ta bel ler na är baserade på termi ska egenskaper hos NOVATHERM 4FR som fastställts efter fullskaleförsök på brandskyddsmålade stålprofi ler med såväl öppna som slutna tvärsnitt. Brandförsöken och beräkningarna är i enlighet med NT FIRE 21 och ut för da vid SP, Bor ås. För att kunna avläsa er for der lig mängd brand skydds färg mås te föl jan de pa ra met rar vara kän da: Kritisk tem peratur eller lastutnyttjandegrad, brandteknisk klass, sektionsfaktor F/A, balk eller pelare samt öppet eller slutet tvärsnitt. 2

Brandpåverkade balkar och pe la re med öppet tvär snitt Kritisk temp. Lastutnyttjandegrad % Brandtekninsk klass R3 Brandteknisk klass R6 Brandteknisk klass R9 ºC μ F/A (mˉ¹) Färgmängd (g/m²) 1 8 5115 1161 1411 176 262 2412 2763 1 1 1 1 2 2 F/A (mˉ¹) 58 8195 9611 11112 121135 13615 15116 Färgmängd (g/m²) 1 1 2 2 2 2 3 F/A (mˉ¹) 5 7685 8695 Färgmängd (g/m²) 2 2 3 7 51 126155 156195 19623 23127 2713 1 1 1 1 2 861 1115 11613 131145 146165 1661 1 1 2 2 2 2 3 5 768 819 911 2 2 2 3 6 5135 13617 17121 2115 63 1 1 1 1 5 769 9111 1111 1261 141155 15617 171185 1 1 1 2 2 2 2 3 58 8185 8695 9615 2 2 2 3 62 1 5 515 151185 186235 23628 2813 1 1 1 1 58 811 11115 11613 13115 151165 16618 181195 1 1 1 2 2 2 2 3 5 7685 869 911 1111 2 2 2 2 3 62 5 8 517 17121 21126 2613 1 1 1 5 769 9115 161 1261 14116 1611 176195 196215 1 1 1 1 2 2 2 2 3 58 819 9195 9615 16115 2 2 2 2 3 37 6 3 518 181235 2363 1 1 5 7695 96115 116135 136155 1561 17619 19121 21123 1 1 1 1 2 2 2 2 3 8695 9615 16115 1161 2 2 2 2 3 2 52 22628 2813 1 1 59 9111 11113 13115 1511 17619 19122 2212 24126 1 1 1 1 2 2 2 2 3 51 1111 1111 126135 13615 2 2 2 2 3 Tabell 1 Dimensioneringstabell för brandisolering av balkar och pelare med öppet tvärsnitt. 3

Brandpåverkade balkar och pelare med slutet tvärsnitt Kritisk temp. Lastutnyttjandegrad. Brandteknisk klass R3. Brandteknisk klass R6. Brandteknisk klass R9. (ºC) μ F/A (mˉ¹) Färgmängd (g/m²) F/A (mˉ¹) Färgmängd (g/m²) F/A (mˉ¹) Färgmängd (g/m²) 1 8 515 1613 131165 166195 19623 23126 26129 2913 1 1 1 1 2 2 2 5 7685 861 11115 1161 126135 13615 1 1 2 2 2 2 3 7 512 121145 14618 181215 216 1285 2863 1 1 1 1 2 2 58 8195 9615 1612 121135 13615 15116 1 1 2 2 2 2 3 56 3 6 51 126155 156195 196235 2362 2763 1 1 1 1 2 5 7685 861 11115 11613 1311 141155 15617 1 1 1 2 2 2 2 3 56 6165 2 3 62 1 5 51 14117 171215 21626 2613 1 1 1 1 58 8195 9611 11112 121135 136155 15617 171185 1 1 1 2 2 2 2 3 565 667 2 3 62 5 8 5155 15619 191235 23629 2913 1 1 1 1 861 11115 11613 13115 151165 16618 181195 1 1 1 2 2 2 2 3 555 56 768 1 2 3 37 6 3 51 176215 21627 2713 1 1 1 5 7695 9611 1111 126145 146165 16618 1812 21215 1 1 1 1 2 2 2 2 3 56 618 8185 1 2 3 2 5 2626 2613 1 1 8615 161 126145 14617 17119 19121 21123 2315 1 1 1 1 2 2 2 2 3 58 8195 961 1 2 3 Tabell 2 Dimensioneringstabell för brandisolering av balkar och pelare med slutet tvärsnitt. 4

Brandpåverkade be tong fyll da pe la re För att kunna uppnå längre brand motståndstid för hålprofi ler med tunnare gods tjock lek eller minska mäng den brand skydds färg kan en pe la re med cirkulärt eller fyrkantigt tvärsnitt fyllas med betong. Denna åtgärd ökar profilens samverkande vär me ka pa ci tet och tem pe ra tur höj ning en i stålet minskar med 12 C. Tabellerna 3 och 4 är baserade på full ska let es ter med 2 dm 2 som minsta tvär snitts area på betongen samt termi ska värden fram räk na de med hjälp av det finita elementprogrammet SUPERTEMPCALC. Tabellerna redovisar erforderlig mängd NOVATHERM 4FR för be tong fyll da pe la re där ingen hänsyn tagits till den oarmerade be tong ens bär för må ga. För att erhålla fullgott brandmotstånd är det vik tigt att betongen hanteras korrekt och att hela pelaren fylls med be tong. Invändiga eller ut vän di ga vibratorer bör an vän das för att erhålla en ho mo gen fyllning av be tong en. Små drä neringshål skall finnas i pelarens stål vägg för att för hin dra att pelaren sprängs under ångtrycket från det i be tong en inne slut na vattnet. Hå len (minst 15 mm i di a me ter) placeras parvis ca. 12 mm från pelarens topp och botten. Det ver ti ka la av stån det mellan hålparen skall inte överstiga 5 m. R6 Lastutnyttjandegrad (%) och kritisk temperatur ( C) 1 62 5 37 μ 8 7 6 5 3 2 62 Gods (mm) 4,5 1 1 13 12 11 1 7 6.3 1 1 13 12 11 1 7 8, 1 13 12 11 1 9 7 1, 1 13 12 1 9 8 7 12.5 1 12 11 9 8 8 6 15, 1 12 1 8 7 7 6 Tabell 3 Brandteknisk klass R6. Erforderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid oarmerad betongfylld pelare. R9 Lastutnyttjandegrad (%) och kritisk temperatur ( C) 1 62 5 37 μ 8 7 6 5 3 2 62 Gods (mm) 4,5 3 3 2 16 6.3 3 32 29 23 16 8, 3 32 29 26 22 1 1, 3 31 29 27 2 2 1 12.5 32 29 27 2 22 19 1 15, 3 27 2 22 2 17 1 Tabell 4 Brandteknisk klass R9. Erforderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid oarmerad betongfylld pelare. 5

Ingjutna HSQ, H och Ibalkar Som underlag till dimensioneringstabellerna har termi ska egen ska per, baserade på brandförsök vid SP, Bor ås och DBI, Köpenhamn använts. Dessutom har relativ momentkapacitet som funk tion av brandmotståndstiden för färgtjocklekar be räk nats med hjälp av FSD datorprogram FireDesign eftersom F/Ame to den inte är användbar vid temperaturgradienter och tjocka profiler. HSQbalk, R6 Flänstjocklek Lastuttnyttjandegrad (%) Kritisk temp. Färgmängd (g/m²) (mm) ( C) t u μ bu = 35 mm bu = 55 mm 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 1 8 6 1 8 6 1 8 6 5 3 2 5 3 2 5 3 2 62 62 62 Tabell 5 Erforderlig färgmängd NOVATHERM 4FR för ingutna HSQbalkar med brand ex po ne rad underfl äns som uppfyller den brandtekniska klassen R 6. HSQbalk, R9 Flänstjocklek Lastuttnyttjandegrad (%) Kritisk temp. Färgmängd (g/m²) (mm) ( C) t u μ bu = 35 mm bu = 55 mm 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 1 8 6 1 8 6 1 8 6 5 3 2 5 3 2 6 48 36 2 62 62 558 596 645 Tabell 6 Erforderlig färgmängd NOVATHERM 4FR för ingutna HSQbalkar med brand ex po ne rad underfl äns som uppfyller den brandtekniska klassen R 9. 6

HEAbalk Balkprofi l Lastutnyttjandegrad (%) Kritisk temp. ( o C) μ Tcr 1 5 HEA 1 8 62 6 3 2 HEA 2 HEA 3 HEA HEA 8 Tabell 7 1 8 6 1 8 6 1 8 6 1 8 6 5 3 2 5 3 2 5 3 2 5 3 2 62 62 62 62 R6 Färgmängd (g/m 2 ) Erfoderlig mängd Novatherm 4FR för ingjutna HEAbalkar med brandexponerad underfl äns som uppfyller den brand tek nis ka klassen R 6 respektive R 9. R9 1 HEBbalk Balkprofi l Lastutnyttjandegrad (%) Kritisk temp. Färgmängd (g/m 2 ) ( o C) μ Tcr R6 R9 HEB 1 HEB 2 HEB 3 HEB 8 1 8 6 1 8 6 1 8 6 1 8 6 5 3 2 5 3 2 5 3 2 5 3 2 62 62 62 62 Tabell 8 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR för ingjutna HEBbalkar med brandexponerad underfl äns som uppfyller den brand tek nis ka klassen R 6 respektive R 9. 7

Ibalk Balkprofi l Lastutnyttjandegrad (%) Kritisk temp. ( o C) Färgmängd (g/m 2 ) μ Tcr R6 R9 1 5 IPE 1 8 6 3 62 IPE 2 1 8 2 5 62 6 3 2 IPE 3 1 5 8 62 6 3 2 IPE 1 8 6 5 3 62 2 IPE 1 8 6 1 5 3 2 5 62 IPE 6 8 62 6 3 2 Tabell 9 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR för ingjutna IPE balkar med brandexponerad underfläns som uppfyller den brandtekninska klassen R 6 respektive R 9. Brandteknisk dimensionering enligt metoden NATURLIG BRAND Generellt har som dimensionerande brand på ver kan använts en standardiserad brand enligt ISO 834. ISOstandardbranden har emel ler tid en mycket hög tem pe ra tur ut veck ling varför den na metod ofta ger kraftigt överdimensionerade brand skyddstekniska lös ning ar. I många fall resulterar de mer noggranna beräkningarna i en betydligt lindrigare dimensionerande brandpåverkan med lägre kostna der som följd. BBR99 och BKR99 erbjuder möjligheter till al ter na ti va lös ning ar av brandskyddsproblematiken i bygg na der. Användandet av beräkningsmodellen naturliga brandförlopp, är helt i linje med de nya funk tions nor mer na för lokaler med max. m 2 golvyta. Målsättningen har varit, att för naturliga brand för lopp ta fram en lättillgänglig di men si o ne rings hand led ning ur vil ken er for der lig appliceringsmängd enkelt kunde er hål las för olika vär den på brandbelastning, lastutnyttjande grad och F/Aför hål lande. För att kunna avläsa erforderlig mängd brand skydds färg vid naturlig brand måste följande pa ra met rar vara kända: Brandbelastning, 1, 15, 2 eller 3 MJ/m 2 (öppningsfaktor.4 m ½ ), profiltyp, öppet eller slutet tvärsnitt F/Avärde resp. godstjocklek konstruktionstyp, balk eller pelare samt lastutnyttjandegrad. I tabellerna har öppningsfaktorn för samtliga fall valts till.4 m ½, ef ter som det ta ofta fungerar som ett scha blon vär de. Det innebär att för lokaler vars öpp nings fak tor avviker från,4 m ½, gäller inte giv na anvisningar. Dock kan man konstatera att anvisningarna är kon ser va ti va för öppningsfaktorer som är min dre än.4 m ½. 8

Brandpåverkade balkar och pelare med öppet tvärsnitt 1 MJ/m² μ F/A (mˉ¹) 5 761 111 12615 1511 1762 212 226 12 2763 1 8 56 67 79 9 12 118 129 1 7 56 67 98 11 12 6 56 67 79 98 11 1 62 5 63 67 79 9 8 5 62 63 67 73 Tabell 1 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 1 MJ/m 2. 6 37 3 56 63 67 2 15MJ/m² μ F/A (mˉ¹) 1 8 7 6 1 62 5 5 761 66 56 111 88 7 67 53 12615 1511 1762 212 226 12 15 127 1 159 176 198 88 11 127 1 157 176 83 93 11 127 139 157 67 83 9 11 127 137 2763 21 192 17 149 Tabell 11 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 15 MJ/m 2. 8 6 5 37 3 62 56 69 52 83 93 15 117 61 71 83 91 132 15 2 56 61 69 9

Brandpåverkade balkar och pelare med öppet tvär snitt 2MJ/m 2 μ F/A (mˉ¹) 5 761 111 12615 1511 1762 212 226 12 2763 1 8 11 1 156 1 218 249 28 31 342 7 97 128 137 16 19 22 3 28 31 33 6 85 11 1 156 179 21 233 6 28 31 1 62 5 73 97 117 137 162 1 218 241 26 28 8 5 62 66 85 98 1 148 168 19 218 241 5 Tabell 12 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 2 MJ/m 2. 6 37 3 644 7 16 1 148 168 1 21 22 2 67 73 11 1 1 156 179 1 3MJ/m² μ F/A (mˉ¹) 5 761 111 12615 1511 1762 212 226 12 2763 1 8 181 243 35 1 8 6 62 5 37 7 6 5 3 62 17 228 272 316 166 22 8 38 342 162 22 2 292 317 158 216 24 28 3 33 Tabell 13 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 3 MJ/m 2. 15 212 2 27 289 35 342 2 139 197 21 246 5 279 35 346 1

Brandpåverkade balkar och pelare med slutet tvärsnitt 1 MJ/m 2 μ Gods (mm) 4, 5, 6,3 8, 1, 12,5 16, 2, 1 8 7 6 1 62 5 8 5 62 6 37 3 22 172 189 142 158 12 127 1 113 85 18 77 135 1 77 58 58 11 8 66 97 73 73 5 66 52 58 Tabell 14 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 1 MJ/m 2. 2 8 5 15 MJ/m 2 μ Gods (mm) 4, 5, 345 6,3 299 8, 26 1, 228 12,5 17 16, 17 2, 17 1 8 6 1 8 62 5 37 7 6 5 3 62 342 33 7 189 166 288 249 198 159 127 2 27 17 133 89 212 177 142 115 72 189 158 127 97 58 139 116 97 66 139 116 97 66 139 116 97 66 Tabell 15 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 15 MJ/m 2. 2 135 97 52 11

Brandpåverkade balkar och pelare med slu tet tvär snitt 2 MJ/m 2 1 8 6 1 62 5 37 μ 8 7 6 5 3 2 62 Gods (mm) 4, 329 263 197 181 5, 291 237 18 139 6,3 35 262 219 165 112 8, 292 246 23 16 18 1, 313 266 228 189 142 96 12,5 289 2 28 173 142 18 73 16, 289 2 28 173 142 18 73 2, 289 2 28 173 142 18 73 Tabell 16 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 2 MJ/m 2. 3 MJ/m 2 1 8 6 1 62 5 37 μ 8 7 6 5 62 3 2 Gods (mm) 4, 5, 6,3 3 8, 31 1, 32 285 12,5 336 289 282 8 16, 336 289 282 8 2, 336 289 282 8 Tabell 17 Erfoderlig mängd Novatherm 4FR (g/m 2 ) vid brandbelastning 3 MJ/m 2. 12 41215

Protega AB Verkstadsgatan 6B SE231 66 Trelleborg, Sverige Tel. +46 41 567 8, fax + 46 41 567 89 Email: info@protega.se Internet: www.protega.se 212.3.sv