ONTWERPEN VAN CONSTRUCTIES IN PREFABBETON Les 10 Brandweerstand

Basisvereisten De brandweerstand van een constructie wordt bepaald volgens de volgende criteria:  Stabiliteit “R”: dragende functie  Thermische isolatie “I”: de gemiddelde temperatuurstijging van de niet blootgestelde oppervlakte < 140 °K en de maximum temperatuurstijging op geen enkel punt > 180 °K  Vlamdichtheid “E”: geen doorgang van brand door wanden, vloeren, enz..

Brandacties Thermische en mechanische acties  Thermische uitzettingen  Reductie van de materiaaleigenschappen in functie van de temperatuur  Thermische uitzettingen

Reductie materiaaleigenschappen Beton Vermindering van de karakteristieke druksterkte 1. Silicium granulaten 2. Kalksteen granulaten

Reductie materiaaleigenschappen Wapeningsstaal Vermindering van de karakteristieke treksterkte 1. Trekwapening (warm gewalst) voor rekken εs,fi  2% 2. Trekwapening (koud vervormd) voor rekken εs,fi  2% 3. Druk- en trekwapening voor rekken εs,fi  2%

Reductie materiaaleigenschappen Voorspanstaal Vermindering van de karakteristieke sterkte (0,9 fpk) 1. Koud vervormd voorspanstaal (draden en strengen) 2. Gekoeld en getemperd staal (staven)

Brandacties Thermische uitzetting Grotere doorbuiging bij platen door blootstelling aan één zijde Grotere langse uitzetting van ribbenvloeren omwille van blootstelling aan 3 zijden Vloeren zetten uit in langse en dwarse richting

Thermische uitzetting Constructief gedrag Verhinderde thermische uitzetting door omringende constructie Kleine blokkeerkrachten in kleinere constructies Grote blokkeerkrachten in grotere constructies

Thermische uitzetting  Grote uitzettingen kunnen aanleiding geven tot incompabiliteit met de verbindingen Cumulatie van thermische uitzettingen van opeenvolgende overspanningen in dezelfde richting kunnen 100 mm en meer bedragen bij 120 °C ± 100 mm

Mogelijke gevolgen van thermische uitzettingen Brand in bibliotheek in Linköping, Zweden De constructie in ter plaatse gestort beton stortte in na 30 minuten brand, omwille van de incompatibiliteit van de verbindingen tussen kolommen en vloeren met de grote uitzetting van een 52 m lange vloer aan weerszijden blootgesteld aan de brand

Indirecte thermische acties  Dwarsvervorming van de betondoorsnede Trek- en drukspanningen in de betondoorsnede ten gevolge van de incompabiliteit tussen de niet-lineaire temperatuurgradiënt en de lineaire vervorming van de dwarsdoorsnede Druk Temperatuurgradiënt Lineaire vervorming van de dwarsdoorsnede Trek Druk Temperatuur

Indirecte thermische acties  Toename van de steunpuntsmomenten bij hyperstatische constructies De doorbuiging ten gevolge van thermische spanningen doet het steunpuntsmoment bij doorlopende constructies toenemen Thermische doorbuiging bij isostatisch opgelegde vloeren

Aanbevelingen bij het ontwerp Thermische uitzettingen moeten mogelijk zijn  De stabiliteitskern zo centraal mogelijk in de constructie plaatsen en scharnierende verbindingen voorzien met de rest van de constructie Geprefabriceerde betonnen constructies laten over ‘t algemeen grotere vervormingen toe dan ter plaatse gestorte monoliete constructies Centrale kern Scharnierende verbinding Scharnierende verbindingen Centrale kern

Nazicht brandweerstand Volgens Eurocode 2 - deel 1-2 kan de brandweerstand bepaald worden door: Tabellen Eenvoudige berekeningen Brandproeven

Nazicht brandweerstand Tabellen  Opgesteld op empirische gegevens en berekeningen  Geven minimum afmetingen voor de betondoorsnede en asafstand van de hoofdwapening  De referentie belastingsgraad fi = 0,7  Opgesteld voor normaal beton met siliciumgranulaten (kalksteengranulaten middels aanpassingen)  Geen verder nazicht nodig voor dwarskracht en torsie

Nazicht met tabellen deff  d1 + 0,5 d2 Balken blootgesteld aan 3 zijden Definitie van de gebruikte afmetingen voor verschillende balktypes deff  d1 + 0,5 d2

Nazicht met tabellen Balken Statisch opgelegde balken in gewapend en voorgespannen beton

Nazicht met tabellen Kolommen Methode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400 Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Betondekking 40 mm 4 langswapenigen 8 langswapeningen Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton

Nazicht met tabellen Kolommen Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Methode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400 Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Betondekking 50 mm 4 langswapenigen 8 langswapeningen Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton

Nazicht met tabellen Kolommen Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Methode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400 Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7 Betondekking 60 mm 4 langswapenigen 8 langswapeningen Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton

Nazicht met tabellen Wanden Dragende wanden in gewapend beton

Brandweerstand holle vloeren Tabellen Minimum plaatdikte en asafstand wapening voor isostatisch opgelegde holle vloeren

Nazicht brandweerstand Eenvoudige berekeningen Temperatuurcurven voor verschillende types geprefabriceerde elementen Ribbenvloeren I - balken Rechthoekige balken

Nazicht door berekening  Gereduceerde betondoorsnede Alleen de doorsnede < 500°C wordt gebruikt in de berekening Berekening volgens de breukmethode Temperatuur- gradient 500 °C Beton Materiaalsterkte functie van de temperatuur Staal

Brandweerstand holle vloeren Analyse door berekening Temperatuurcurves / asafstand wapening Berekeningsmodel voor de brandweerstand volgens de breukmethode Om een goede brandweerstand te bekomen zijn verbindingen met de oplegconstructie essentiëel Kettingwapening ø 12 mm Brandbescherming is noodzakelijk

Nazicht brandweerstand Brandproeven  ISO tijd - temperatuurcurve  Normale belastingen  Statisch opgelegde elementen TT-element na 150 minuten ISO-brand Temperatuur Tijd - uren

Brandproef op een prefabhal Details gebouw en brandlast Schets binnenzicht zonder tussenvloer 125 kg hout per m² Buitenzicht gebouw Binnenzicht met tussenvloer

Brandproef op een prefabhal Proefresultaten Op het einde van de brand Tijdens de brand Vervorming dakbalk Temperatuurverloop tijdens de brand

Brandweerstand verbindingen Zelfde principes als constructieve componenten:  Minimum afmetingen  Voldoende betondekking op de wapeningen  Brandbescherming van blootgestelde metalen details  Grote vervormingen mogelijk maken Metalen verbindingen moeten tegen brand beschermd worden Deuvelverbindingen vereisen gewoonlijk geen speciale maatregelen tegen brand