Bärförmåga för treskikts korslimmad träskiva vid brand

Bärförmåga för treskikts korslimmad träskiva vid brand Slutrapport Anders Gustafsson SP Trätek 1

INNEHÅLL 1. Förord... 2 2. Sammanfattning... 3 3. Bakgrund, syfte och avgränsningar... 4 4. Arbete inom projektet... 5 5 Vägg I, KL82+15 gips... 5 5.1 Beskrivning av provning... 5 5.2 Resultat från provning av vägg I... 6 5.3 Resultat och slutsatser från provning av vägg I... 6 6 Vägg II, KL82+13 gips... 7 6.1 Beskrivning av provning... 7 6.2 Resultat från provning av vägg I I... 8 6.3 Resultat och slutsatser från provning av vägg II... 8 7. Utvärdering av provningsresultat... 9 Bilagor: Bilaga 1: Rapport PX 04951-1, Provning av väggskivor i kallt tillstånd, KL82. Bilaga 2: Rapport PX 04951-01A, Brandprovning av bärande vägg. Bilaga 3: Rapport PX 04951-01B, Brandprovning av bärande vägg. Bilaga 4: Rapport PX 04951-01C, Analysis of two full-scale load bearing wall tests with CLT. 1

1. Förord Flervåningshus där flerskiktslimmade skivor är den bärande stommen ökar allt mer på marknaden. De beräkningsmetoder som tagits fram under de senaste åren har varit baserade på mindre provstycken. Genom det arbete som genomförts inom detta projekt har underlag skapats för verifiering av befintliga beräkningsmetoder och kommande nya förbättrade beräkningsmetoder. Detta projekt är en fortsättning på tidigare arbete inom TCN för ytterligare verifiering av treskikts korslimmade träskivor. Arbetet har finansierats av TräCentrum Norr och deltagande företag. Jag vill rikta ett varmt tack till alla deltagare för entusiasm och mycket gott samarbete. Förhoppningsvis har vi bidragit för att utveckla träbyggande i Sverige. Ett speciellt tack till: Viktor Rönnblom, Martinsons Byggsystem Birgit Östman, SP Trätek Joachim Schmid, SP Trätek Jurgen König, SP Trätek Lars Boström, SP Brand Skellefteå januari 2011 Anders Gustafsson, SP Trätek 2

2. Sammanfattning Inom projektet har två brandprov gjorts av fullstora bärande väggelement. Samtliga bärande delar är av flerskiktslimmade skivor. Brandprovningarna har gjorts för att verifiera enskilda och sammansatta byggdelars bärförmåga vid brand och tjäna som underlag för kommande förbättrade beräkningsmetoder. Projektet har genererat konkreta resultat gällande bärförmåga vid fullt utvecklad brand. Följande resultat har framkommit av provningarna: Väggtyp I, med bärande treskikts flerskiktlimmade skiva, KL82 (Martinsons Group AB). Den korslimmade skivan var mot brandsidan skyddad av ett lag 15 mm tjock gipsskiva (Knauf Danogips DB15F1). Komplett vägg provades under 60,5 minuter då brott uppstod. Last på vägg motsvarade ungefär den last som uppkommer vid ett fyravåningshus. All last togs upp av den korslimmade skivan. Väggtyp II, med bärande flerskiktlimmad skiva, KL82 (Martinsons Group AB). Den korslimmade skivan var mot brandsidan skyddad av ett lag 13 mm tjock gipsskiva (Knauf Danogips DFH-1). Även i detta fall var enbart skivan KL82 bärande. Provningen pågick i totalt 41,9 minuter då brott inträffade. Brandprovningen visar att konstruktionen klarar vid brand en linjelast på ca 52 kn per meter under minst 40 minuter. Vid jämförelse mellan testresultat och teoretiska beräkningar enligt EN 1995 framgår det att: - Angivna värden för skyddskoefficienterna k2,k3 för skivbeklädnader i EN 1995 kan i detta fall betraktas som valda konservativt. - Bärförmågan för resttvärsnitten överstiger klart den bärförmåga som erhålls vid teoretisk beräkning. 3

3. Bakgrund, syfte och avgränsningar Standardiserade provningar av väggar och bjälklag i fullskala skall ske under belastning och har enbart gjorts för träregelstommar. För massivträstommar baseras nuvarande beräkningsmetoder på jämförelser med icke korslimmade skivor och helt solida skivor. I en jämförelse med helt solida skivor kan korslimmade produkter förväntas få betydligt lägre tillåten last på grund av att horisontella skikt enbart blir indirekt lastbärande i brandlastfallet. Skiktens placering, tjockleken och eventuella håligheter påverkar resultaten och för att kunna förutsäga olika tvärsnitts hållfasthet under brand krävs goda verifierade mätvärden för att beräkna hållfastheten. Inom projektet Brandteknisk dimensionering av träkonstruktioner har beräkningsmetodiken inom Eurokod 5 vidareutvecklas. För att verifiera beräkningsmodellerna fullt ut krävs även instrumenterade fullskaleprovningar. Syftet med projektet är att stödja träbyggande att få användbara verktyg för att kunna med större exakthet beräkna träkonstruktioners bärande och avskiljande förmåga vid brand. Målet för föreliggande projekt är att skapa underlag för verifiering av beräkningsmodeller för konstruktioner vid brand samt att vara ett stöd till industriparter för verifiering av sina produkter. 4

4. Arbete inom projektet Inom projektet har två olika väggtyper brandprovats. Nedan presenteras sammanställning av utförda provningar och slutsatser. Komplett information framgår av följande rapporter. Provning av väggskivor i kallt tillstånd, KL82: Rapport SP PX04951-1 Vägg I, KL82+15 gips: Brandprovning av bärande vägg, SP PX04951-01A Vägg II, KL82+13 gips: Brandprovning av bärande vägg, SP PX04951-01B Analysis of two full-scale load bearing wall tests with CLT, SP PX04951-01C 5 Vägg I, KL82+15 gips 5.1 Beskrivning av provning Provföremål beskrivet i Figur 1 har brandprovats enligt EN 1363-11:1999, EN 1365-1:1999 och tillämpliga delar EN 1363-2:1999. provningen gjordes för en komplett vägg med storleken 3x3 m 2. Före provningen dokumenterades allt material och bärande delar av konstruktionen kontrollerades med avseende på överensstämmelse med egenskaper för normalskiva. För dokumentation av händelseförlopp och arbete med nya beräkningsmetoder instrumenterades väggen med 9 termoelement. Väggen provades med en linjelast av 52 kn/m 1 vilket ungefär motsvarar lasten på den understa väggen för ett fyravåningshus i brandlastfallet. Pålagd last och vertikal deformation dokumenterades under hela provningen. Observationer under provningen visade att sprickor i gipsskiva efter ca 32 minuter. Efter 60,5 minuter kollapsar väggen. Figur 1 Sektion brandprovad vägg I 5

5.2 Resultat från provning av vägg I Observationer efter brand Gipsen på den brandexponerade fanns kvar. Massivträskivan hade börjat förkola och första lagret av trä (19 mm) hade precis brunnit bort, Figur. Inga heta gaser kunde observeras på den av brand icke exponerade sidan. Deformationerna i vertikal led under den tid provobjektet var exponerad av brand var små, mindre än 2 mm. Temperaturer i väggen vid några tidpunkter blev: Efter 60 minuter (C) Bakom inv. gips 500-600 I KL-skiva* 60 Bakom KL-skiva 5-65 Utsida utv. Isolering 0 * två givare, djup i KL-skiva 41 mm. Figur 2. Träyta efter rivning av gips 5.3 Resultat och slutsatser från provning av vägg I Provningen pågick i totalt 60,5 minuter tills brott i konstruktionen. Bärförmåga (R), integritet (E) och isolering (I) uppfylldes under 60 minuter. Brandprovningen visar att konstruktionen har en tillräcklig bärförmåga vid brand med linjelast på ca 52 kn per meter under minst 60 minuter. 6

6 Vägg II, KL82+13 gips 6.1 Beskrivning av provning Provföremål beskrivet i Figur har brandprovats enligt EN 1363-11:1999, EN 1365-1:1999 och tillämpliga delar EN 1363-2:1999. provningen gjordes för en komplett vägg med storleken 3x3 m 2. Före provningen dokumenterades allt material och bärande delar av konstruktionen kontrollerades med avseende på överensstämmelse med egenskaper för normalskiva. Figur 3 Sektion brandprovad vägg II För dokumentation av händelseförlopp och arbete med nya beräkningsmetoder instrumenterades väggen med 27 termoelement. Väggen provades med en linjär belastning av 52 kn/m 1 vilket ungefär motsvarar lasten på den understa väggen för ett fyravåningshus i brandlastfallet. Pålagd last och vertikal deformation dokumenterades under hela provningen. Observationer under provningen visade på att vertikala sprickor uppkommer efter 7 minuter. Efter 23 minuter börjar den mittersta gipsskivan att ramla ner. Hälften av gipsskivor har rasat ner efter 32 minuter och provningen avslutas efter 41,5 minuter. 7

6.2 Resultat från provning av vägg I I Observationer efter brand Gipsen på den brandexponerade sidan var borta. Flerskiktsskivan hade börjat förkola och gott precis genom första skiktet (19 mm). Efter 40 minuter, (C) Bakom inv. gips 800 I KL-skiva, 41 mm 40 djup* Bakom KL-skiva 5-65 Utsida utv. isolering 0,5 * två givare per placering 6.3 Resultat och slutsatser från provning av vägg II Provningen pågick i totalt 41,9 minuter tills brott i konstruktionen. Bärförmåga (R), integritet (E) och isolering (I) uppfylldes under till och med 40 minuter. Provningarna av väggens egenskaper före brand visade att KL-skivornas egenskaper som ingick i den provade konstruktionen stämmer väl överens med normalskivornas egenskaper. Väggens konstruktion och ingående material kan därför betraktas som representativ. Brandprovningen visar att konstruktionen klarar vid brand en linjelast på ca 52 kn per meter under minst 40 minuter. Befintliga beräkningsmetoder för inbränning och effektivt tvärsnitt kan nyttjas. Resultaten från provningar bekräftar till vissa delar teorin om att större kantavstånd ger bättre skyddstider för gipsskivor. Provningsresultatet är direkt tillämpliga även för likartade konstruktioner och under likartade förutsättningar. 8

7. Utvärdering av provningsresultat Utvärderingen har gjort av tre faktorer, nedfallstider för skivor, start av förkolning, bärförmåga. Förkolningsmodellen angiven i i EN 1995-1-2 stämmer relativt väl med de observerade värdena. Isoleringsfaktorn k 2 och är beroende av skivans isolerande förmåga vid höga temperaturer, angiven i EN 1995-1-2 kan betraktas som konservativ i relation till provningsresultaten. Det gäller även för koefficienten, k 3, för skivbeklädnadens nedfallstid. Väggens bärförmåga har beräknats vid beaktande av buckling enligt EN 1995-1-1 och återstående resttvärsnitt efter brand. Eftersom i princip tvärsnittets hela första skikt (19 mm) var förkolat återstår enbart ett vertikalt skikt och ett horisontellt skikt och där enbart det horisontella skiktet kan betraktas som sammanhållande för de vertikala brädorna. Beräkning av bärförmågan visar dålig överensstämmelse med provningsresultaten. Beräkningarna visar att bärförmågan enbart uppgår till ca 20 % av den verkliga bärförmågan. Underlag för beräkningar och bedömningar framgår i bilagan Analysis of two full-scale load bearing wall tests with CLT. 9

Om TräCentrum Norr TräCentrum Norr finansieras av de deltagande parterna tillsammans med medel från Europeiska Utvecklingsfonden (Mål 2) och Länsstyrelserna i Västerbottens och Norrbottens län. Deltagande parter i TräCentrum Norr är: Holmen Skog, Lindbäcks Bygg AB, Luleå tekniska universitet, Martinsons Group AB, Norra Skogsägarna, Norvag Byggsystem AB, SCA Forest Products AB, Setra Group AB, Skellefteå kommun, Sveaskog AB, SÅGAB, AB Älvsbyhus och SP Trätek. Mer information om TräCentrum Norr finns på: www.ltu.se/ske/tcn 10

RAPPORT Datum Beteckning Sida 2010-09-02 PX04951-1 1 (2) Handläggare, enhet Anders Gustafsson SP Trätek 010-516 62 35, Anders.Gustafsson@sp.se TräCentrum Norr Olle Hagman 93176 Skellefteå Provning av väggskivor i kallt tillstånd, KL82 (3 bilagor) 1. Sammanfattning SP Trätek har inom TCNs projekt Verifiering av brandmotstånd, massivträ etapp II böjprovat massivträskivor med avseende på att fastställa skivornas styvhet. 2. Provning 2.1 Provobjekt Prov 1. Väggskiva (19+44+19), bredd 275 mm, längd 2920 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Prov 2. Väggskiva (19+44+19), bredd 275 mm, längd 2920 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Prov 3. Väggskiva (19+44+19), bredd 275 mm, längd 2920 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Prov 4. Väggskiva (19+44+19), bredd 275 mm, längd 2920 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Prov 5. Väggskiva (19+44+19), bredd 1200 mm, längd 3000 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Prov 6. Väggskiva (19+44+19), bredd 1200 mm, längd 3000 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Prov 7. Väggskiva (19+44+19), bredd 1200 mm, längd 3000 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Prov 8. Väggskiva (19+44+19), bredd 1200 mm, längd 3000 mm, upplagsavstånd 2800 mm. Samtliga skivor tillverkade av Martinsons Byggsystem AB utan insyn av SP Trätek. Fuktkvot vid stickpunktskontroll uppgår till ca 12 % 2.2 Provningsförfarande Samtliga prov utfördes som fyrpunkts-belastning i SP Träteks portalrigg med upplagsavståndet 2800 mm. Lasten påfördes hydrauliskt och registrerades med en lastcell, deformationen registrerades med två lägesgivare. Bilder se bilaga 1 2.3 Provningsbetingelse Datum för provningen: 2010-08-17 Temperatur i provhallen: 20-22 C Luftfuktighet i provhallen: 38 40% RH Mätsystem: Mesaurements Group System 5000 Lsatcell: Omegadyne LC 412-25K, 100 kn Lägesgivare nedböjning: 2 st. HS 100 Lägesgivare balkända: 2 st. HLS 50 Samplingshastighet: 50 ggr/sek. Belastningshastighet: 40 mm/min. SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Postadress Besöksadress Tfn / Fax / E-post Detta dokument får endast återges i sin helhet, om inte SP i förväg skriftligen SP Skería 2 931 77 Skellefteå Laboratorgränd 2 Skellefteå 010-516 50 00 0910-701 476 info@sp.se godkänt annat.

Datum Beteckning Sida RAPPORT 2010-09-02 PX04951-1 2 (2) 3. Resultat Tabell 1. Deformation vid två olika punkter, skivor, fyrpunktsprov Punkt 1, värde 1 Punkt 1, värde 2 Kommentar Element nummer Deformation (mm) Last (kn) Deformation (mm) Last (kn) Prov 1, b=275 mm 2 0,59 8 2,39 Prov 2, b=275 mm 2 0,56 8 2,36 Prov 3, b=275 mm 2 0,61 8 2,48 Prov 4, b=275 mm 2 0,53 8 2,13 Prov 5, b=1200 mm 2 2,54 8 10,20 Prov 6, b=1200 mm 2 2,45 8 10,25 Prov 7, b=1200 mm 2 1,97 8 9,47 Prov 8, b=1200 mm 2 2,33 8 10,15 4. Beräkning av elasticitetsmodul och brottspänning Värden har beräknats enligt bilaga 2. Tabell 2. Deformation vid två olika punkter, skivor, tre- och fyrpunktsprov Fyrpunktprov Kommentar Element nummer E-modul (MPa) Prov 1, b=275 mm 9247 4-punktböj. Prov 2, b=275 mm 9247 4-punktböj. Prov 3, b=275 mm 9607 4-punktböj. Prov 4, b=275 mm 8220 4-punktböj. Prov 5, b=1200 mm 9018 4-punktböj. Prov 6, b=1200 mm 9183 4-punktböj. Prov 7, b=1200 mm 8830 4-punktböj. Prov 8, b=1200 mm 9207 4-punktböj. Medelvärde 9070 MPa Standardavvik. 408 MPa SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut SP Trätek Anders Gustafsson Tekniskt ansvarig Göran Forsberg Teknisk handläggare Bilagor 1 Bilder från provningen. 2 Beräkning av elasticitetsmodul

Datum Beteckning Sida RAPPORT 2010-09-02 P903155-1 1 (1) Bilaga 1 Bild 1. Provuppställning vid fyrpunktsbelastning av väggskivor, b=275 mm. Bild 2. Provuppställning vid fyrpunktsbelastning av väggskivor, b=1200 mm

Fyrpunktsböj, 3-skikts skivor Martinsons Utvärdering 0-4 mm Utförande Provdatum 2010-08-17 Temp provhall 20 RF provhall 40 Utrustning: System 5000 Lastcell Bilaga 2 till rapport PX04951 Nr: 28b39 47d02 Belastningsriktning: Träslag: Limtyp/spik/skruv Produktens uppbyggnad: a= 933 mm Styva Gran Se bifogad bilaga yy F/2 a F/2 F/2 L F/2 Nedböjning mätes vid L/2, mitt för punkt eller linjelast Mått Prov Datum Bredd1 Bredd2 Bredd3 Medelbredd Tjockl. 1 Tjockl. 2 Tjockl. 3 Tjockl. 4 Tjockl. 5 Medel tjocklek L I(mm4) Prov 1 2010-08-17 275 275,0 82 82,0 2800 1,3E+07 Prov 2 2010-08-17 275 275,0 82 82,0 2800 1,3E+07 Prov 3 2010-08-17 275 275,0 82 82,0 2800 1,3E+07 Prov 4 2010-08-17 275 275,0 82 82,0 2800 1,3E+07 Prov 5 2010-08-17 1200 1200,0 82 82,0 2800 5,5E+07 Prov 6 2010-08-17 1200 1200,0 82 82,0 2800 5,5E+07 Prov 7 2010-08-17 1200 1200,0 82 82,0 2800 5,5E+07 Prov 8 2010-08-17 1200 1200,0 82 82,0 2800 5,5E+07 Sid 1

Bilaga 2 till rapport PX04951 Global E-modul E m, g 3 l ( F2 3 bh ( w 2 F1 ) w ) 1 3a 4l a l 3 Brottspänn ingen, max af 2W max 3 F b h max 2 a Hållfasthet Prov Datum F1 w1 F2 w2 Fmax w(fmax) Brottsp. E-modulKommentarer Nr. (kn) (mm) (kn) (mm) (kn) (mm) (MPa) (MPa) Global E-modul Prov 1 2010-08-17 0,59 2,00 2,39 8,00 0,00-0,00 9247 Prov 2 2010-08-17 0,56 2,00 2,36 8,00 0,00-0,00 9247 Prov 3 2010-08-17 0,61 2,00 2,48 8,00 - - ######### 9607 Prov 4 2010-08-17 0,53 2,00 2,13 8,00 8220 Prov 5 2010-08-17 2,54 2,00 10,2 8,00 9018 Prov 6 2010-08-17 2,45 2,00 10,25 8,00 9183 Prov 7 2010-08-17 1,97 2,00 9,47 8,00 8830 Prov 8 2010-08-17 2,33 2,00 10,15 8,00 9207 Medel 0,00 ####### ######### 9070 STD AV 0,00 ####### ######### 408 Max 0,00 0,00 ######### 9607 Min 0,00 0,00 ######### 8220 Sid 2

REPORT Handled by, department Joachim Schmid SP Trätek, Wood Technology Date Reference Page 2010-12-27 PX04951-01C 1 (7) +46 10 516 62 60, Joachim.Schmid@sp.se TräCentrum Norr c/o Luleå Tekniska Universitet Skeria 3 931 87 SKELLEFTEÅ Sweden Analysis of two full-scale load bearing wall tests with CLT (1 appendix) Overview Two wall tests were conducted by SP and are analyzed in this report. This report bases on the test reports PX04951, PX04951-01A and PX04951-01B. Two cross laminated timber (CLT) walls were tested with the same load but with different protection. While test PX04951-01A (test A in this report) was protected by a gypsum plaster board type F according EN 520 (GtF in this report), test PX04951-01B (test B in this report) was protected by a gypsum plaster board type A according EN 520 (GtA in this report). In this report test results are analyzed and compared with calculation models. General The tested walls were made of three layer CLT panels KL 82 produced by Martinsons. The test walls were built of CLT with a thickness of 82 mm (19+44+19). For the fire tests the walls were supplied with claddings and then subjected to standard fire exposure with a load of approximately 10% of the calculated load capacity at ambient temperature. Tests were conducted until failure of the wall, results of are given in Table 1. Table 1. Specifications of full scale wall tests. Test A Test B Test load [kn/m] 52,0 52,0 Protection GtF 15 mm GtA 12,5 mm Failure time cladding t f,cladding [min] No failure 23,0 Failure time wall t f,wall [min] 60,8 41,8 SP Technical Research Institute of Sweden Postal address Office location Phone / Fax / E-mail This document may not be reproduced other than in full, except with the prior SP Trätek Box 5609 SE-114 86 STOCKHOLM Sweden SP Trätek Drottning Kristinas väg 67 11428 STOCKHOLM +46 10 516 50 00 +46 8 411 83 35 info@sp.se written approval of SP.

Date Reference Page REPORT 2010-12-27 PX04951-01C 2 (7) Charring Charring for protected timber members can be calculated according EN 1995-1-2 [1]. The start of charring is calculated depending on the thickness of the plasterboard but not depending on the type. Results of equation 3.11 of [1] are compared with the test results in the table below: Table 2. Start of charring. Test A Test B Start of charring EN [min] 28,0 21,0 Start of charring test [min] 32,2 22,6 Whereas failure of gypsum plasterboards type F are not specified in EN 1995-1-2 failure of gypsum plasterboards type A is assumed when start of charring, t ch, is reached. During the tests the temperature beyond the cladding (interlayer) was measured with 8 thermocouples. Thermocouples in the centre of the CLT panels (C21, C23, C26 and C28) were used to evaluate t ch, see figures below. For details of the test assemblies see reports PX04951-01A and PX04951-01B. T [ C] 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Test A 0 10 20 30 40 50 60 t [min] C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 mean (center) standard fire tch,test Figure 1. Standard fire curve and measurements of thermocouples C21 to C28 of test A. No failure of the gypsum plaster boards was observed during the test nor can be figured out in Figure 1 whereas in Figure 2 failure of the cladding can be noticed short after the start of charring. Failure of the cladding occurred obviously in pieces. \\Sp-sthserver\bm\BMt\Gemensamma dokument\brand\massivträ\full-scale-tests\martinson-wall_nr2_px04951-01a\px04951-01c.docx

Date Reference Page REPORT 2010-12-27 PX04951-01C 3 (7) T [ C] 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Test B 0 10 20 30 40 50 60 t [min] C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 mean (center) standard fire tch,test Figure 2. Standard fire curve and measurements of thermocouples C21 to C28 of test B. Equations for start of charring in [1] are slightly conservative compared to the observed values. Figure 3 shows the difference between the measurements for thermocouples in the centre of the claddings and the corresponding derived results. T [ C] 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 t [min] standard fire Test A; measurements (mean) Test A; simulated Test B; measurements (mean) Test B; measurements (mean) Figure 3. Standard fire curve, measured and simulated temperature in the interlayer between cladding and CLT. For test B the simulated results agree well whereas for test A the plain curves deviates significantly from each other. Simulations were done with values for density and heat capacity \\Sp-sthserver\bm\BMt\Gemensamma dokument\brand\massivträ\full-scale-tests\martinson-wall_nr2_px04951-01a\px04951-01c.docx

charring depth [mm] Date Reference Page REPORT 2010-12-27 PX04951-01C 4 (7) according [4] but effective properties for the gypsum cladding were taken from [3]. The residual cross section was investigated using AutoCAD, comparison of the residual cross section and the derived charring depth can be found in Figure 4. 25 20 Test B Residual CS 15 Simulation 10 5 Test A Measurements 0 0 10 20 30 40 50 60 t [min] Figure 4. Start of charring and charring at failure in comparison to computer simulations. Figure 4 shows that differences between simulations and test results are small, the failure time for test B was taken from Table 1. Table 3. Charring depths and specific values according test analysis and [1]. One-dimensional charring rate 0,EC Test A Test B 0,65 0,65 Charring rate n,test [mm/min] 0,58 0,89 Start of charring t ch,ec [min] 28,0 21,0 Start of charring t ch,test [min] 32,2 22,6 Failure time wall t f,wall,test [min] 60,8 41,8 Charring depth (test, mean) mm 16,7 17,2 Charring depth (EC) mm 15,6 27,0 k 2 : test / EC 0,90 / 0,73 - k 3 : test / EC - 1,38 / 2,00 Residual depth of the first layer (test) [mm] 3,4 1,8 \\Sp-sthserver\bm\BMt\Gemensamma dokument\brand\massivträ\full-scale-tests\martinson-wall_nr2_px04951-01a\px04951-01c.docx

Date Reference Page REPORT 2010-12-27 PX04951-01C 5 (7) Mechanical resistance Using the residual cross section method the load bearing resistance of timber members can be calculated considering the charring depth on one hand and the heated depth of the CLT by means of a zero-strength layer, compare [1] and [3]. Following [3] the simplified model gives a zero-strength layer for protected walls of 14,5 mm. The residual cross section can be calculated according [1] and [3] to: Test A Test B h residual,ec [mm] 66,4 55 h ef [mm] 51,9 40,5 Following the available design procedures only the third layer (second load bearing layer) on the non-exposed side shall be used for further buckling design. This becomes even more obvious since the residual depth of the load bearing layer on the exposed side is 3,4 mm (test A) and 1,8 mm (test B) respectively. In the following interlayer the temperature at failure is in both cases approximately 230 C. 300 250 234 228 200 Test A Test B Measurements T [ C] 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 depth [mm] Figure 5. Calculated and measured temperature beyond the char line (300 C) for both tests at failure. \\Sp-sthserver\bm\BMt\Gemensamma dokument\brand\massivträ\full-scale-tests\martinson-wall_nr2_px04951-01a\px04951-01c.docx

Date Reference Page REPORT 2010-12-27 PX04951-01C 6 (7) Buckling calculation The buckling calculation was performed according the buckling model provided in EN 1995-1-1 [5]. Since for both tests the effective depth for the buckling calculation is 19 mm, the recalculation is equal for test A and B. Test A, B h [mm] 19,0 E [MPa] 10 700 [kg/m 3 ] at 12% MC 458 f cd [kn/mm 2 ] 36,8 l cr [mm] assuming =0,85 2 550 465 rel 8,68 k c 0,013 R d [kn] 9,2 R d,test / R d,model 5,7 The compression strength used was derived according [4] using the density for CLT of a similar product tested in [3]. The modulus of elasticity was derived from reference tests reported in PX04951 using the moment of inertia of a combined cross section. The buckling length was reduced by 0,85 since there was no hinge attached beyond the test wall but on the top beneath the loading device, see Annex A and [6]. Test vs. calculations The charring model agrees quite well with the observed values even if differences were observed for k 2 and k 3, see Table 3. The insulation factor k 2 given in [1] is unconservative compared to the test results. The insulation factor k 2 is mainly a property of the cladding but influence of the baking material is possible. This factor may be covered by further investigation, large scatter was reported in [3]. The constant post protection factor k 3 given in [1] is conservative compared to the test results, Annex C of [1] provides an equation for this factor for members of timber frame assemblies which may be considered even for large members. The agreement for the mechanical resistance is low, the calculation according the model of EN 1995-1-1 [5] gives less than 20 % of the observed failure load. SP Technical Research Institute of Sweden Wood Technology Signature_1 Signature_2 Joachim Schmid Technical Manager/Officer References \\Sp-sthserver\bm\BMt\Gemensamma dokument\brand\massivträ\full-scale-tests\martinson-wall_nr2_px04951-01a\px04951-01c.docx

Date Reference Page REPORT 2010-12-27 PX04951-01C 7 (7) [1] EN 1995-1-2 Eurocode 5: Design of timber structures Part 1-2: General Structural fire design. European Committee for Standardization, Brussels, 2004. [2] EN 520:2004, Gypsum plasterboards Definitions, requirements and test methods. European Committee for Standardization, Brussels, 2004. [3] Schmid, J., Cross laminated timber in fire, SP Report 2010:11, Stockholm 2010. [4] Fire safety in timber buildings, Technical guideline for Europe, SP Report 2010:19, Stockholm 2010. [5] EN 1995-1-1 Eurocode 5: Design of timber structures Part 1-1: General Common rules ad rules for buildings. European Committee for Standardization, Brussels, 2004. [6] Carling, O., Limträ Handbok, ISBN 91-631-1453-4, Stockholm, 2001. \\Sp-sthserver\bm\BMt\Gemensamma dokument\brand\massivträ\full-scale-tests\martinson-wall_nr2_px04951-01a\px04951-01c.docx

Date Reference Page REPORT 2010-12-27 PX04951-01C 1 (1) Appendix 1 Appendix A Schematic support conditions in fire tests \\Sp-sthserver\bm\BMt\Gemensamma dokument\brand\massivträ\full-scale-tests\martinson-wall_nr2_px04951-01a\px04951-01c.docx