I IONDERZOEK IBRANDWERENDHElDBRANDWERENDHElD VANBETONNEN BOUWDELEN*OVERZICHT VAN HUIDIGE EN TOEKOMSTIGEONTWIKKELINGENProf.dr.-ing. Eh.K.Kordina, Institut f?r Baustoffen, Massivbau undBrandschutz, Universit?t BraunschweigOverzicht van de huidige stand van zaken betreffende Europese regelgeving. Er iseen ontwikkeling gaande naar staal met een verminderde gevoeligheid voor hogetemperaturen. Er bestaat een Europese voorkeur (ontwerp eEN-norm) voor hetrekenkundig bepalen van de brandwerendheid van bouwdelen, al zal dat bijconstructies nog erg gecompliceerd kunnen zijn. Bijzondere gevallen vereisen eenbrandveiligheidsconcept, eventueel in combinatie met eenris?co-analyse. Een goederegistratie door de brandweer van het verloop en de gevolgen van re?le branden, zalhiervoor belangrijke gegevens kunnen aandragen.Harmonisatie van debrandveiligheidsbepalingenin de EGEind 1988werd dezgn. 'Richtlijnbouw-produkten' vastgesteld. Daarin wordenzowel de doelstellingen van een harmo-nisatie van test- en berekeningsmetho-den voor bouwprodukten als de classi-ficatie daarvan vastgelegd.Aan de afzonderlijke landen in de EG ishet toegestaan om op basis van dezeclassificatie de eisenvoorhethandhavenvan de noodzakelijk geachte veilig~heidsniveaus vast te stellen.In de genoemde 'Richtlijn voor bouw-produkten'isookbepaald,welke brand-veiligheidseisenineenzgn. 'basis-docu-ment' moetenworden opgenomen. Hetwas de bedoeling dat dit basis-docu-ment 'Brandveiligheid' reeds halverwe-ge 1990 zou verschijnen. Momenteelhoopt men, dat het grootste deel van ditstuk medio 1991 verschijnt. Enkele bij-zonderheden uit het deel van de inhouddat thans reeds gereed is, zijn:1. De richtlijn biedt mogelijkhedenvoor een zgn. 'conventionele aanpak'van de brandveiligheid door middelvan gedetailleerde bouwkundige ei-sen, de beschrijving van onderzoek-methoden en de classificatie van af-zonderlijke bouwdelen.*Vertaling: Ir. GJGantvoortCement 1992 nr. 12. Behalve het onder 1. genoemde biedtde richtlijn de mogelijkheid, dat indetoekomst een zgn. 'brandveiligheids-ingenieur' de brandveiligheid zalkunnen beoordelen, uitgaande vande gegeven risico-situatie en reke-ning houdend met alle mogelijke in-vloeden.3. Ook een aanpak zoals gegeven in deDuitse norm DIN V 18 230 'Vorbeu-gender baulicherBrandschutz imIn-dustriebau' is in dit stuk opgenomen.Omtrent het gedrag van bouwmateria~len onder brandomstandigheden konnog niet veel vermeld worden omdataan dit onderwerp thans nog wordt ge-werkt. Het moeizame werk aan het ba-sis-document 'Brandveiligheid' bestaatvoornamelijk daaruit, dat getrachtwordt de diverse brandveiligheids-filosofie?n die in de landen van de EGbestaan, aan elkaar aan te passen om zotot een eerste aanzet te komen voor denormalisatievanonderzoek-enbereke-ningsmethoden. ~Het basisdocumentvormt het uitgangs-puntvoor eenopdracht tot normalisatieaan het Comit? Europ?en de Normali-sation CEN, om uiteindelijk tot gehar-moniseerde normen te komen.In de praktijk loopt de volgorde van dewerkzaamheden niet zoals men opgrondvanhetvoorgaande zouverwach-ten. Wegens de korte tijd die nog rest tot1januari 1993,werkt het CEN namelijkal geruime tijd zonder opdracht aanbrandveiligheidsnormen, wat natuur-lijk aanleiding geeft tot complicaties.Inmiddels is vastgesteld, dat er thans inde Westeuropese landen aanzienlijkeverschillen bestaan op het gebied van debrandveiligheid, die met betrekking totbouwmaterialen groter schijnen te zijndan metbetrekkingtotbouwdelen.Vaststaat dat de komende CEN-normen inalle landen aanleiding (zullen) geven totaanzienlijke veranderingen en aanpas-singen van de thans geldende bouw-voorschriften [1].Ontwikkelingen op het gebied vanbouwmaterialenConstructie- en betonstaal met geringe ge-voeligheid voor temperatuurSinds 1987 produceert deJapanse firma'Nippon Steel' een 'brandbestendigestaalsoort (FR Steel)'. Terwijl bij het totnu toe in Japan gebruikte constructie-en betonstaal de vloeigrens bij 500?Congeveer 50% van die bij kamer-temperatuur bedraagt, is deze waardebij FR-staal ongeveer 80% (fig. 1).FR-staal wordt als een geheel nieuwestaalsoort beschouwd, die voldoet aanalle eisen - ook die ten aanzien van delasbaarheid - die aan het bouwmateriaalgesteld moetenworden. Bij proeven op32 mm dikke platen zijn de volgendewaarden gevonden:vloeigrens: > 324 N/mm2;treksterkte: 490 - 608 N/mm2?11IONDERZOEK IBRANDWERENDHElD*Onder de maximaal toelaatbare belastingwordt hier verstaan: de maximaal toelaatbarebelasting met het oog op de constructieve vei-ligheid bij normale temperatuur.Gedrag vangietijzeren bouwdelen bij brandBij de herbouw of renovatie van oudebouwwerken komt vaak de vraag naarvoren, hoe gietijzerenkolommen enan-dere dragende bouwdelen van gietijzerzich bij brand gedragen. Hierbij moetDe resultaten van het onderzoek toon-den aan,datde opneembarekrachtenbijonbeklede proefstavenca. 20 %hogerla-gen dan bij beklede staven.Bij beklede staven warel!- bij tempera-turen van 110 ?C en 150?C de verplaat-singen van de vrije uiteinden en die vande belaste uiteindenvan dezelfde groot-te-orde.Bij hogere temperaturenwarende verplaatsingen aan het belaste eindeongeveer het dubbele van die aan hetvrije uiteinde.Opmerkelijk is, dat bij beklede geribdewapeningsstaven met een diameter van19 mm met een verankeringslengte vanslechts ca. 200 mm, ook bij 370?C overhet algemeen de nominale vloeispan~ning met ten minste 25% werd over-schreden zonder verlies van aanhech~ting.Over het geheel genomen zijn de resul-taten van de uittrekproeven zeer bevre-digend. Dit onderzoek wordt voortge-zet door platen en balken m~t in depraktijk gebruikelijke afmetingen aaneen standaard brandproefte onderwer-pen [3].zone (over de aanhechtlengte) aange-houden van 1l0, 150, 260 en 370 oe.De beproevingsduur bedroeg 10 tot 50 som er zeker van te zijn, dat tijdens deuittrekproeven geen temperatuurver-anderingen van betekenis zouden op~treden.De diktevan de kunststofbekledingwas0,15. ? 0,25 mm (gemiddeld 0,20 mm).Bij de uittrekproeven werden staaltem-peraturen ter plaatse van de aanhecht-worden opgemerkt dat bij gebouwen10 ~_ __ die onder Monumentenzorg vallen, de-I '" "'" ....., ze bouwdelen meestal niet bekleed mo-" genworden. Onderzoeknaarhetgedrag" \ bij brand van gietijzeren kolommen0.8+--f-+~+------1~-+-----\,--I\'-----'-------j heeft aangetoond, dat optredende ver-"\. vormingen onder drukbelasting bij ho-bjtonsta1al _V '\'\. ~. ge temperatuur vergelijkbaar zijn met0.6+----11---+--+-+-'~+_---,l'-+_____j die van stalen kolommen. Bij de uitge-ni~pon ~R-staa[ '\ / \ voerde proevenop kolommen met inde\\ praktijk gebruikelijke afmetingen, tradO)*-+--f---+--+--\--\-+~-t1\ steeds bezwijken op door plastisch ge-\ \ drag in het midden van de lengte.\ Kleine slakinsluitingen ofandere plaat-_1? 0.2 selijke gebreken in de structuur van hetEr worden thans platen, profielen, bui- ?. ~ gietijzer hadden nauwelijks enige in-zen en bouten met hoge sterkte van dit i +--I---+--1---+--~-I----1 vloed.EengietijzerenkolommetP/A ==materiaal gefabriceerd. De mogelijk- 0+--f---+--+------1I---+--l---! 100 m-1bereikt onder de maximaal toe-heid tot gebruik in draagconstructies zoo 400 6 ~ laatbare belasting* (rekening houdendd d ~ temperatuur ?C d I nkh d) b d dwer in proeven op ware grootte ree s r-----------~~~~-___l met esa ei, een ran weren -aangetoond [2]. 1 Vloeigrenzen van bouwstaal, heid van circa 30 minuten.afhankelijk van de temperatuur Bij een belasting die slechts 50% be-L- ~--_--------l draagt van de maximaal toelaatbare be-lasting, neemt de brandwerendheid toetot circa 60 minuten.Een kolom met P/A = 100 m-t, die metbeton waS gevuld en belast tot 60% vande maximaal toelaatbare belasting,bleek eveneens een brandwerendheidvan 60 minuten te hebben.Eenverhogingvan.debrandwerendheidwerd bereikt door toepassing van - bijbrand - opschuimende verfsoorten.Daarmee werden bij kolommen metP/A = 100 m-! bij de maximaal toelaat-bare belastingen, brandwerendhedenbereikt van ongeveer 50 minuten. Bijwaarden van P/A = 50 m-! bereikengietijzeren kolommen bij de maximaaltoelaatbare belasting een brandwe-rendheid van circa 60 minuten (fig.2).Bij alle proeven werd de maximaal toe-laatbare belasting bepaald volgens de indecember 1969 in Duitsland geldendenorm DIN 1051 [4].Ervaringen met gietijzeren buizen, ver-vaardigd volgens een moderne produk-tiemethode, .hebben aangetoond datzelfs bij bespuiten van roodgloeiendebuizen meteen straal bluswater geenspatten en geen scheurvorming kondenworden waargenomen.Overeenkomstige gunstige ervaringenwerden bij de verwoestingen in de laat~ste wereldoorlog opgedaan, evenals nade grote brand in de oude binnenstadvan Lissabon. Herhaaldelijk is in dezegevallen van de betreffende bouwwer~ken weinig meer overgebleven dan deoude .constructiedelen en buizen vangietijzer.Bij toepassing van FR-staal blijken dekosten om een bepaalde brandwerend-heid te bereiken met behulp van be-schermende maatregelen slechts ??nderde tot de helft te bedragen van dekosten die nodig zijn bij toepassing vanconventioneel staal.NipponSteelgarandeertdatFR-staal bij600?C nog een sterkte heeft die meerbedraagt dan 2/3 van de sterkte bij ka-mertemperatuur.Volgens Nippon Steel worden deze ei-genschappen verkregen door aan hetstaal nikkel, chroom en molybdeen toete voegen in een totale hoeveelheid van1%, terwijl tijdens het walsproces detemperatuur zeer nauwkeurig ondercontrole wordt gehouden. De kostenvan dit materiaal zijnongeveer 6%hogerdan die vanhet tot op heden toegepastestaal met dezelfde sterkte bij normaletemperatuur als FR-staal.Aanhechtsterkteonderhogetemperatuurvangecoat betonstaalVooral in de Verenigde Staten is het alsinds jaren gebruikelijk om op alleplaatsenwaar milieu-invloeden bijzon-dere maatregelen tegen corrosie nood-zakelijk maken, betonstaal toe te passenmeteenkunststofbeschermlaag (meest-al van epoxy-harsen).In het kader van een industrieel onder-zoekprogramma zijn uittrekproevenonder verhoogde temperatuur uitge-voerd op wapeningsstaven die w?l enwapeningsstaven die niet met eenepoxy-laag waren bekleed. De uittrek-proevenwerden telkens paarsgewijs uit-gevoerd om vergelijkingen te kunnenmaken tussenhet gedragvan beklede enonbeklede staven onder overigens gelij-ke omstandigheden. Bij dit onderzoekwerden staven met een diameter van 19mm gebruikt. Ze waren over ongeveer200 mm lengte ingestort in een gewa-pend-betonplaat van ca. 180 mm dikte.De betondekking bedroeg ca. 40 mmoDe druksterkte van het beton was ca. 35N/mm2? Beproefd zijn normaal in dehandel verkrijgbare geribde stalen sta-ven met een vloeigrens van ca. 470N/mm2en een treksterkte van ca. 740N/mm2?12 Cement 1992 nr. 1Vlakke plaatvloerenVoor het krijgen van een indruk betref-fende het gedrag van vlakke plaatvloe-ren (puntvormig ondersteunde platen)staan slechts enkele proefresultaten terbeschikking. Nationale voorschriftendoen dan ook over vlakke plaatvloerenmet betrekking tot de brandwerend-heidinhet geheel geen uitsprakenofge-ven zeer voorzichtig gekozen (veilige)waarden.In Duitsland loopt een onderzoek-programma, gesubsidieerd door deDeutsche Forschungsgemeinschaft, datvooral aan tw?e vragen aandacht be-steedt:- treden bij blootstelling aan brand vanvlakke plaatvloeren daarin signi-ficante veranderingen op in denaarhetgedrag onder brandomstandig-heden van voorgespannen beton metvoorspanelementen zonder aanhech~ting (VZA), blijkt het bezwijken te be-ginnen bij een spanning in het voor-spanstaal, gelijk aan of groter dan 50%van de spanning bij het begin van deproef, dus als de balk nog koud is.Deze proefresultaten waren redelijk inovereenstemming metde resultatenvanachterafuitgevoerdeberekeningen.Hetbleek van weinig belang of de balkenstatisch bepaald waren opgelegd ofdathet balken betrofdie over meer steun-punten doorliepen. Bij eerdere onder-zoekingen [7] opbalken en plaatstrokendie waren voorgespannen met behulpvan voorspanelementen met aanhech-ting(VMA),waren overeenkomstigeer-varingen opgedaan.200Bouwdelen van voorgespannen betonzonder aanhechting (VZA) zijn tot opheden in de algemeen beschikbare ta~bellen en rapporten niet behandeld.In een onlangs afgerond onderzoek [6]slagen, zoalssilicafume, onderzochtzoumoeten worden [5].Bouwdelen van voorgespannen beton ?nVMAenVZAInde gebruikelijke tabellen terbepalingvan de brandwerendheid wordenbouwdelen van voorgespannen betonmet aanhechting over het algemeen tezamen behandeld met overeenkomstigebouwdelen van gewapend beton. Daar-bij wordt alleen de grotere tempera-tuurgevoeligheid van voorspanstaal tenopzichte van betonstaal in aanmerkinggenomen. Dit leidt dan tot grotere l];l?-nimum-afmetingen voor de dwars-doorsneden, respectievelijk grotere be-tondekkingen op het staal bij voorge-spannen bouwdelen.80 -t-~-t-~+-~-+-+-+~-+-~t--~~~-f--~~~---I~~~... laagdikte verf (mm)-60 -f-~-1-~-+~---,I--fT7':Y:;;Z"""=f--c-+-~~~~~~~-1----1?? ~~~~/7~_-1J)-f-~-1-~-+~---1I--I6":&:>"-A;I'7"'-74'7474'r77'9'h::~~-'-----1~ ~~~~~2,0~ 30-t-~-t-~-+-~---1I---j---I-~t-'-""Iw'27"/77777't77"77-~""'--i1 --...~ .~~~~-g 20-t-~-t-~-+~---11--"t..........:-+,-~-+-~+-~~~-+~,......::::k 0,8-~.Cl ~~-+_zonder verfr10-l----t-'-----t---+-+--+--+--+----t-----"--I115 20 30 IJ) 50 60 80 100~ F/A (m-1) = omtrek/opp.3 Verloop van de voorspanning in een vloerstrook bij toenemende brandduurDit schijnt samen te hangen met dedichtheid (het pori?nvolume) van hetbeton en te wijzen op de noodzaak, datde waterdampdruk binnen de beton-structuursnel kan teruglopen. Hieront-breken nog resultaten van systematischonderzoek, waarbij onder meer ook heteffect op de brandwerendheid van toe-Hoogwaardig betonDe bouw van betonconstructies waar-aan in verband met het gebruik bijzon~dere eisen worden gesteld, heeft geleidtot de ontwikkeling van betonsamen-stellingen die druksterkten opleveren,die veel groter zijn dan die van C60 vol-gens de EC 2 (in Nederland: B 58). Hetgedrag bij brand vandeze hoogwaardigebetonsoorten is tot dusverre slechts ineen beperkt aantal gevallen onderzocht,waarbij uiteenlopende resultaten wer~denverkregen. Bij een deel van de proe-ven bleek het beton de neiging tot ex-plosief afspatten van oppervlaktelagente vertonen.2 Brandwerendheidsduur van met beton gevulde kolommen en stalenbouwdelen, afhankelijk van de F/A-waarde, onbehandeld, resp. behandeldmet een brandwerende verflaagUit de resultatenvanbeideseries onder-160 -.---~........---r----r----'---I'---~-~---'--I~----' zoekingen volgde dezelfde conclusie,~namelijk dat bij het aanhouden van de140-t-~--+-~--+--~-~--ji- tF =43' ~ 64' - betondekkingen overeenkomstig de120 ------;T aanwijzingen in voorschriften en tabel--t-~~-+---I----+----i-i- vloeien bezwijken - :J1001-~~:::l:====~==t::::::~...l~. voorspanstaal _ len, de brandwerendheden significant-I hogerwaren dandeverwachtewaarden.--"""""'r--.... De oorzaak hiervan kan onder meerzijn?t. 80 -r-~~-+-~----I~--r~-+-~--+--"'"","" ..............:--+~---1T---I--~--I dat onder invloed van de gebruiksbe-::-:I~II 60 I ....... lasting in de doorsneden van voorge-~ ~ spannen balken, overhet algemeengeenQ.. ?C IJ)-t-~--t----t----+~~--I--~-+---+------+~---I trekspanningen voorkomen.r? 200-ir--__+-_--f--___+~~-1----_+__--_+---+_~-__I Het gedrag onder brandomstandighe-den van een voorgespannen bouwdeelonderscheidt zich in hoofdzaak van heto 10 20 30 IJ) 50 60 70 80 gedrag van een gewapend betonnen~ brandduur t (min) bouwdeel door een andere wijze vanvervormen.Door het temperatuurafhankelijke'--~---------~---~~~----------~---~---'vloeien van het voorspanstaal neemt devoorspankrachttijdens de verhittingge-leidelijk af (fig. 3).Het tijdstip van bezwijken valt daarbijnietnoodzakelijkerwijze samen methettijdstip dat het voorspanstaal begint tevloeien [6, 7].Cement 1992 nr. 1 13~~~~~~~~~~_I_O_ND__E_RZOE_K~~~~~~I BRANDWERENDHEIDkrachtsverdeling in de constructie tenopzichte van die bij normale tempe-ratuur;- hoe grootis na een bepaalde blootstel-lingaan brand de constructieveveilig-heid met betrekking tothet doorpon-sen van kolommen.De verdeling van krachten en momen-tenwordtbij puntvormig ondersteundeplaten meestal bepaald met behulp vande elasticiteitstheorie, rekening hou~dend met de stijfheid van de plaat.Als benaderingsmethode kan bij eenrechthoekig kolomrooster, ter bepalingvan de verdeling van krachten en mo-menten, een systeem van elkaar krui-sende veld- en kolomstroken wordeningevoerd. Uitgaandevan dit model is teverwachten dat bij het begin van bloot-stelling aan brand - op zijn minst in dekolomstroken - de negatieve momen-ten boven de steunpunten groter wor-den. Een dergelijk effect is bij de veld-stroken, die elastisch zijn ondersteunddoor kolomstroken, nauwelijks te ver-wachten.Bij toenemendebrandduur kande bete-kenis van de plaatstijfheid voor dekrachtsverdeling in de constructie vanminder betekenis worden en gedeelte-lijkovergaanineendraagsysteem, geba-seerdop membraanwerking.Voorwaar-de daarbij is, dat de ankerkrachten vande trekelementen bij rand- en hoekvel-den kunnen worden opgenomen.De grootte van de belasting van iedersteunpunt is dan afhankelijk van de be-lasting op een bepaald gebied rond datsteunpunt.Bij een gelijkmatig belast systeem ver-dwijnen ookde dwarskrachtverschillen,die afhankelijk zijn van de plaatsen vande steunpunten. De weerstand tegendoorponsenende aanwezigheidvaneendoorgaande bovenwapening - op zijnminst in de kolomstroken - nemen dantoe en kunnen voor de brandwerend-heid van beslissende betekenis worden.Het uitvoeren van een onderzoekpro-gramma is erg moeilijk; enerzijds we-gens de benodigde financi?le middelen,anderzijds wegens de onmogelijkheidom meerdere velden van een puntvor-mig ondersteunde plaat van nagenoegware grootte aaneen standaard brand-proef te onderwerpen.Experimenteel en theoretisch onder-zoekmetbetrekking tot de krachten- enmomentenverdeling en hun verande-ring onder invloed van blootstelling aanbrand heeft reeds plaats gehad.Ponsproeven, waarbij rekening wordtgehouden met de invloed van brand,worden binnenkort uitgevoerd.Rekenkundig theoretisch onderzoek,14waarbij wordt uitgegaan van bestaanderekenmethoden voor normale tempe-ratuurcondities, is reeds uitgevoerd.Deponsproevenhebbenondermeer tendoelvast te stellenin hoeverre de brand-werendheid kan worden vergroot doormaatregelen ter bescherming van deonderzijdevan de plaat nabij de kolom-men, dan wel door vergroting van de -bij normale temperatuur - vereiste bo~venwapening. Het verloop van de bo-venwapening zou daarbij dan ook aan~gepastdienen te zijn aan de membraan-draagwerking.Experimenteel onderzoek van vlakkeplaatvloeren, voorgespannen met be-hulp van voorspanelementen zonderaanhechting (VZA) en voorzien van eenaanvullende betonstaalwapening, konwegens de kosten nietinhetonderzoek-programma worden opgenomen. Er zalechter worden nagegaan of uit de be~schikbare resultaten van proeven opbalkachtige bouwdelen en andere rap-porten [8] belangrijke conclusies ge-trokken kunnen worden.Rekenmethoden. de beoordelingvan de brandwerendheid inbijzondere gevallenDe kortgeleden gereedgekomen ont-werpenvoor CEN-normen met betrek-king tot de brandveiligheid vertoneneen duidelijke voorkeur voor het ge~bruik van rekenmethoden om debrandwerendheidvanbouwdelente be-palen.Voor bouwdelen van gewapend betonkan echter door berekening de brand-werendheid nauwelijks exacter wordenbepaald dan bij een doelmatig gebruikvan de bestaande tabellen mogelijk is.Daar komt nog bij, dat voor een reken~kundige bepaling van de brand-werendheid van gewapend-betonko-lommen tot op heden nog niet voor allegevallen een bevredigende rekenme-thode kon worden geformuleerd.Ofbij brandscheidende bouwdelen aande eis van ondoordringbaarheid (tijdensbrand) voor hete gassen wordt voldaan,is via een berekening niet aan te tonen.Ondanks de genoemde bezwaren zijnde gegeven rekeuregels toch nuttig,vooral ook omdat ze kunnen wordengebruikt, zowel bij de interpretatie vanproefresultaten als voor de inter- en ex-trapolatie van gegevens uit proefresul-taten.Een moeilijkheid bij het gebruikvan re-kenmethoden voor de bepaling van .debrandwerendheid van draagconstruc-ties, is de omstandigheid dat bij com~plex samengestelde draagconstructies,slechts enkele proeven op ongeveer wa-re-grootte modellen zijn uitgevoerd.Daardoor kanbijvoorbeeld hetresultaatvan de rekenkundige bepaling van hetgedragvan een betonskeletmet aanslui-tende plaatvloeren onder gegevenbrandomstandigheden, nietworden ge-toetst aan proefresultaten. Bij het ge-bruik van deze rekenresultaten zullendan ook veiligheidsmarges moetenworden ingevoerd, waarbij met het ge-noemde bezwaar rekening wordt ge-houden.Erzijnbijzonderegevallen, waarbij voorelk afzonderlijk geval een speciaalbrandveiligheidsconcept is opgesteld,waarbij berekeningsmethoden een be-langrijke rol spelen. Zulke brandvei-ligheidsconcepten moeten uiteraardniet de bestaande wettelijke voorschrif-ten ter discussie stellen of trachten teverbeteren.Erdientinde eerste plaats tewordenge-streefd naar mogelijkheden om de be-staande voorschriften aan te houden.Slechts in zeer bijzondere gevallen zaleen speciaal brandveiligheidsconceptgehanteerd mogen worden met als doeleen acceptabel veiligheidsniveau te ver-krijgen, dat overeenkomt met het alge-meen gangbare niveau.Een goed voorbeeld voor het gebruikvan een speciaal brandveiligheidscon-cept is gegeven in de Duitse norm DINV 18230 'Vorbeugender baulicherBrandschutz im Industriebau'.Eenandervoorbeeldvan eenrechtmatiggebruik van een speciaal brandveilig-heidsconcept is het geval, waarbij eenbestaand gebouw een andere bestem-ming krijgt, in het bijzonder als dat ge-bouw onder de bescherming van Mo-numentenzorg valt. In zo'n geval is hetmeestal belangrijk dat de constructievan het gebouw zoveel mogelijk onaan-getast wordt gelaten. Dit is vooral vanbelang als de dragende bouwdelen nietvoldoen aan de brandwerendheidseisendie op grond van de nieuwe bestem-ming aan het gebouw worden gesteld.De extra maatregelen die in verbandmet de brandveiligheid dan genomenzouden moeten worden, zijn echtervaak onacceptabel, hetgeen ertoe leidtdat men gebruik maakt van een speciaalbrandveiligheidsconcept.Bij oude bouwwerken die door Monu-mentenzorg worden beschermd, is hetvooral belangrijk dat uit brandbare ma-terialen b?staande bouwdelenzoals pla-fonds, trappen, kolommen en vloerbal-ken behouden blijven, maar dat tevenswordt voldaan aan de huidige veilig-heidseisen. Inveel gevallenbetekentdat,Cement 1992 nr. 1Voorbeelden van' zulke bouwwerkenzijnverkeer- enspoorwegtunnels,kern-energiecentrales en hoge woonge-bouwen met uitzonderlijkeafmetingen.In dergelijke gevallen vereist de bepa-ling van het maatgevende temperatuur-tijdverloop diepgaande studies, afge-stemd op de randvoorwaarden die inhetdesbetreffende geval gelden, zoals eva-cuatietijden ofde tijd die verloopt v??reen effectieve brandbestrijding door debrandweer plaatsheeft (fig. 5 en 6). Bijaantasting door een brand met een rele-vant geachte intensiteit mag geen scha-de optreden, waardoor de duurzaam-heid na de brand ongunstig wordt be?n-ning van de brandcompartimenten(door middel van brandscheidendewanden met voldoende brandwerend-heid) en organisatorische maatregelenzoals automatische brandmeld- enbrandbestrijdingsapparatuur (bijvoor-beeld Sprinklers).Problemen zoals hier zijn besproken,moeten in het algemeen worden opge-lost door te beginnen met het opstellenvan een risico-analyse, waardoor duide-lijk wordt in welke mate extra brand-preventieve maatregelen noodzakelijkzijn. Aan de hand van de geldendevoor-schriften - en op basis van de gesteldedoeleinden ten aanzien van de veilig-heid - kan daarna eenspeciaal brandvei-ligheidsconcept worden opgesteld. Erdient in de praktijk nauwlettend op teworden toegezien, dat de daartoe nood-zakelijke maatregelen worden uitge-voerd en gecontroleerd.ISO0,04 m1/2440,12 m112q =1500 MJ/m2begin blussen2-'---7 tijd (hl1 2-'---7 tijd (hl80060080010001200120010001500ruimte bepaald kunnen worden en opbasis daarvan een zgn. 'equivalente stan-daard-brandtijd'.Er moet echter niet alleen aandachtworden besteed aan de grootte van devuurbelasting en de verdeling daarvanoverde ruimte. Ookmoetwordennage-gaanofinhetgevalvan brand geen gifti-ge gassen vrijkomen of dat et zov?elrookvrijkomt, dat dit de veiligheid zeerongunstig be?nvloedt. In principe is indergelijke gevallen beperking van derookverspreiding en het rookvrij hou-den van de vluchtwegen bijzonder be-langrijk. Bevatten oude historisch be-langrijke bouwwerken bovendienwaardevolle verzamelingen, dan moethet brandrisico meestal worden ver-minderd door een duidelijke verklei-600i? 400l-j 200+----r-~~~~:::;:::::;::~~~~~6"' 400l-r200-l-r~~~~~~~?U 1000oei.E2lil~ 500"'"'ooL.44AlFdAt =0,02 m112koolwat?rstof12001400ei.800EQJ600....lil'"Cl400"'"'01:120000 20 40 60a -'---7 brandduur~ 1000wo12001000800600U 4000i::12002-'---7 tijd (h l12001000800600w 400~l-j2001 i-'---7 tijd {hlIn dergelijke gevallen grijpt men danmeestal naar warmte-balansbe-rekeningen om aan te tonen dat - uit-gaande van de werkelijk aanwezigevuurbelasting - met ventilatieconditiesen andere maatgevende parameters deeis van bijvoorbeeld 90 minuten kanworden verminderd tot 60 minuten,zonder dat het brandveiligheidsniveaute laag wordt.Om dergelijke berekeningen uit te voe-ren staan hulpmiddelen ter beschikking(fig. 4), met behulp waarvan de te ver-wachten temperaturen in een brand-dat aan de eis van bijvoorbeeld 90 minu-ten brandwerendheid slechts ten delekanwordenvoldaan. Hiervoormoeteenaparte oplossing worden gevonden.4Rookgastemperaturen bij branden in woningen, afhankelijk van devuurbelasting en de ventilatie. De vuurbelasting is ontleend aan A, = totalebinnenoppervlakte van de brandruimte inclusiefde openin~en(MJ/m2), A =gezamenlijke oppervlakte van deur- en raamopeningen (m2J, h ~ gemiddeldehoogte van deur- en raamopeningen (m)Om de normale brandwerendheidsei-sen door andere brandpreventievemaatregelen - zoals het aanbrengen vaneen Sprinkler-installatie - te vervangen,is voor elkgeval afzonderlijk een nauw-keurig onderzoeknoodzakelijken moethetnuttig effectdaarvanworden aange-toond [10, 11, 12].Speciale brandveiligheidsconceptenzijn ook toe te passen als het erom gaat,in een bepaald geval de schade aan eenbouwwerk tot eenacceptabel geacht ni-veaU te beperken (in het Duits spreektmen van 'definierte Objektschutz').Bij zulke bouwwerken moeterrekening'0'---3'O--60,-----r90--r--r->--, mee worden gehouden dat behalve met120 150 180b -'---7 brandduur de gebruikelijke doelstellingen ten aan-I---------------~~-~------------_____i zienvan de brandveiligheid ookmetan-5 Voorbeeld voor de schatting van een temperatuur-tijdfunctie voor het dere belangrijkeveiligheidsaspecten re-bepalen van de vereiste brandwerendheid in een tunnel kening wordt gehouden. Het voldoena ~ temperatuur~tijdontwikkeling door verschillende vuurbelastingen aan de normale veiligheidseisen (vol-b = voorbeeld van een rookgastemperatuurkromme betrokken op een brand in gens DIN 4102) is dan niet voldoende,een verkeerstunnel d Ik 11 dl.-,. ~~_~ ___' om at in zu e geva en moet wor envoorkomen dat ten gevolge van debrand de draagconstructie tijdens ofnade brand bezwijkt.Cement 1992 nr. 1 15___~~~----_I-O-ND-~E~RZ~~O-E-K--_~~_~IB_RAND-__-WE__RE--ND--HE--ID--~-vloed (dichtheid ten aanzien van de in-dringing van water, blijvende vervor-mingen, kostbaar herstelwerk) [13,14].Bij eentunnel-brandproefte Gelsenkir-chen is onlangs de bruikbaarheid vaneen speciaal brandveiligheidsconceptaangetoond [15,16].Om inzicht te verkrijgen in het verloopvan branden in ondergrondse verkeers-voorzieningen, laat men in het noordenvan Noorwegen in opdracht van deDuitse overheid 'natuurlijke' brandenontstaan, waarbij als vuurbelasting nietalleen houtstapelingen (zgn. 'kribben'),maar ook trein- en tramvoertuigenworden gebruikt.Dit onderzoek, in opdracht van hetBundesministerium fur Forschung undTechnologie, wordt niet in Duitslanduitgevoerd, omdat brandproeven in eentunnel in Duitsland om onberedeneer-de, emotionele redenen door natuurbe-schermers en zgn. 'Grunen' tot nu toezijn verhinderd.Opgaven voor de toekotllstVolgens de huidige ervaringen ontwik~kelen zich slechts 10 tot 15% van allebranden tot een volledig ontwikkeldebrand (flash-over). Een kwart van alledodelijke ongevallen tijdens brandheeftechter plaats in de groeifase van bran-den, datwilzeggen bij nietvolledig ont-wikkelde branden (pre-flash-over). Dethans ter beschikking staande onder-zoekresultaten en speciale brandveilig-heidsconcepten hebben echter voorna-melijk betrekking op volledig ontwik~kelde branden. Met het oog op de statis-tisch aangetoonde gevaren zou het aan~beveling verdienen de toepassingsmo-gelijkheden van zgn. 'speciale brandvei~ligheidsconcepten' uit te breiden. Danzou het ook mogelijk kunnen zijn datmen zich een oordeel kan vormen be-treffende branden in de groeifase.Om een betere berekeningvan brandenin de groeifase mogelijk te maken zouhet van belang zijn meer gegevens teverkrijgen over de brandbaarheid vanmeubels en textielsoorten. De nodigegegevens voor een analytische benade-ring zou men kunnen verkrijgen doorhet uitvoeren van kleine proeven. Der-gelijke onderzoekingenzouden hetver~trouwen van de verantwoordelijke in-stanties in de speciale brandveiligheids~concepten zeker vergroten.Het effect en de betrouwbaarheid vanrookmelders zouden beter onderzochtmoeten worden om aanknopingspun-ten te verkrijgen betreffende de evacua~tietijden voor huisbewoners, afhanke-lijkvan hunvaliditeit, opdat die beter in161200 +---r---I--+-+---'I--+~O+-t--+'--+---i~-+-+--o 20 40 60 80 100 120--7 brandduur (min)6 Rekenkl1ndig bepaalderookgastemperatl1ren inspoorwegtl1nnels1 = doorsnede van 30 m 2zonderbeschermlaag (700 MJ/m2),2 = doorsnede van 45 m 2zonderbeschermlaag (470 MJ/m2),3 = doorsnede van 45 m 2metbeschermlaag (470 MJ/m2)rekening gebracht kunnen worden. Dethans ter beschikking staande gegevensomtrent evacuatietijden zijn weinig ge-fundeerd en laten een grote variatiezien, al naar gelang het een werkelijkegebeurtenis danwel een aangekondigdeproef betreft. Zo kan bijvoorbeeld deevacuatie van een bedlegerige pati?ntuit een 'intensive care' afdeling tot 20minuten duren. Nauwkeuriger vastge-legde waarnemingen van dergelijkeaard zouden voor speciale brandveilig-heidsconcepten van groot belang zijn.Ten slotte wordt opgemerkt dat er na~drukkelijk naar gestreefd zou moetenworden, datde brandweergegevensver-zamelt over ontstaan, afloop en gevol-gen van re?le (= praktijk) branden.Deze gegevens moeten verwerkt kun-nen worden in een gegevensbestand(data bank) dat als uitgangspunt vooreen risico-analyse kan dienen.Literatuur1. Hartel, H., Grundlagendokument'Brandschutz' - Kurzfassung. VFDB~Zeitschrift 5/1991.2. Saito, H. et al., Properties ofsJructuralsteel with excellent strength at elevatedtemperature. Nippon-steel newsTokio, 3en 4/1989.3.Lin,TD. etal., Pull-out tests ofepoxy-coated bars at high temperatures. ACIMaterialsJournalll en 12/1988.4. Nause, P. en A. Rohling, GuEstutzen-Neue Erkenntnisse zum Tragverhaltenunter Brandbeanspruchung. Bauphysik6/1990.Hoffend, F. en K. Kordina, Tragverhal-ten von guEeisernen Stutzen UnterBrandbeanspruchung. Institut furBaustoffe, Massivbau und Brandschutz,TU Braunschweig.5. Jumppanen, O.M. en 0. Diederichs,Mechanical high temperature proper-ties and spalling behavior of high-strength concrete. ACI Spring Conven-tion, Boston Massachusetts, 1991.6. Richter, E., K. Kordina en T. Dorn,Das Brandverhalten von Spannbeton-bauteilen mit Vorspannung ohne Ver-bund. Unver?ffentlichter Untersu-chungsbericht, Teil 1 und 2, Institut furBaustoffe, Massivbau und Brandschutz,TU Braunschweig, 1991.7. Richter, E. enK Kordina, Zur brand-schutztechnischen Bemessung vorge-spannter Fertigteile. Betonwerk +Fertig-teil-Technik 8/1984.Richter, E., Zur Berechnung der Biege-tragf?higkeit brandbeanspruchterSpannbetonbauteile unter Berucksich-cigung geeigneter Vereinfachungen furdie Materialgesetze. Dissertatie TUBraunschweig,1987.8. Gantvoort, GJ., The behaviour of acontinuous slab, prestressed by unbon-ded tendons during a fire-test. Informa-tion sheet, Institute TNO for buildingmaterials and building structures, 1979.9. Pettersson, 0., Towards a probabilitybased design guide on structural fire sa-fety. Fire SafetyJournal6/1983.10. Kallenbach et al., Brandschutz inBaudenkm?lern und Museen. Verbandder Sachversicherer e.v., 1980.11. Meyer-Ottens, c., Uber die Verwen-dung von Promat-Systemen im Denk-malschutz. VFDB-Tagung Karlsruhe,1990 und Fa. Promat.12. Wesche, J., Brandschutzkonzept beider Sanierung von Geb?uden unterDenkmalschutz. VFDB-Tagung Karls~ruhe, 1990 und Fa. Promat.13. Kordina, K, Baulicher Brandschutzin StraEen- und U-Bahnrunneln. Bau-ingenieur 1981, blz. 189-191.14. Hakseveer,A. enK Kordina, Fireen-gineering design of Wiener Reichs~brucke.ACI-JournaI1982, blz. 177-200.15. Westhaus, K-H. et al., Brandversuchin einem Stadtbahntunnel aus gewell-tenStahlblecheninGelsenkirchenTun-nel. Tunnel- Internationaljournaljorsub-suiface use, Special edition, April 1987.16. Kordina, K. en R. Dobbernack, ZumBericht uber den Brandversuch in ei-nem Stadtbahntunnel aus gewelltenStahlblechen in Gelsenkirchen Tunnel.Tunnel- Internationaljournalforsubsuifaceuse, Aug: 1988.Cement 1992 nr. 1