themaBrandveiligheid hoogbouw7200938themaBrandveiligheidhoogbouwHoge gebouwen vragen eenspecifieke benadering als hetgaat om veiligheid. Hetspreekt voor zich dat dehoofddraagconstructie vanhoge gebouwen zwaardermoet worden gedimensio-neerd dan die van lagegebouwen. Dit vanwege dehogere permanente belas-ting, de variabele belasting ende windbelasting. Echter, ookin het geval van brandmoeten zwaardere eisen aande hoofddraagconstructieworden gesteld. Hoewel heteffect van het bezwijken vande hoofddraagconstructievan een groot hoog gebouw,uitgedrukt in m2gebruiksop-pervlakte, hetzelfde is als vaneen even groot laag gebouw,gaat het bij een hoog gebouwwel om duurdere gebruiksop-pervlakte.1Brandveiligheid hoogbouw 72009 39Los van het kosteneffect is ook de maatschappelijke acceptatievan het bezwijken van de hoofddraagconstructie bij een hooggebouw geringer dan bij een laag gebouw. Niet alleen vanwegede `landmarks' die hoge gebouwen vervullen, maar ookvanwege het grotere gevaar voor de omgeving wanneer dehoofddraagconstructie bezwijkt. Ook is de evacuatieduur enrepressieduur aanzienlijk langer. De kans op het voortijdigbezwijken van de hoofddraagconstructie in geval van brandmoet daardoor kleiner zijn dan bij lage gebouwen.Consequenties voor de hoofddraagconstructieVoor de brandwerendheid met betrekking tot bezwijken van dehoofddraagconstructie kent het Bouwbesluit drie prestatieni-veaus. Afhankelijk van gebruiksfunctie en gebouwhoogte zijndeze: 60, 90 en 120 minuten. Onder bepaalde omstandighedenmag een reductie van 30 minuten worden toegepast. De presta-tieniveaus zijn gerelateerd aan de standaardbrandkromme engelden tot gebouwhoogten van 70 m (d.w.z.: hoogste verblijfs-gebied maximaal 70 m boven meetniveau).Onduidelijk is hoe moet worden omgegaan met hogere gebou-wen. Gebruikelijk is om de reductiemogelijkheid op de brandwe-rendheidseis van de hoofddraagconstructie te schrappen, dus omdan altijd een brandwerendheid met betrekking tot bezwijkenvan 120 minuten te eisen. Daarnaast wordt een sprinklerinstal-latie voorgeschreven om de kans op een compartimentsbrand teverkleinen. Ook de kans op branduitbreiding door branddoor-slag en branduitbreiding door brandoverslag via de gevelopenin-gen naar boven wordt daarmee verkleind. Ten slotte wordenextra voorzieningen gevraagd om veilig vluchten en veiligerepressie gedurende langere tijd mogelijk te maken.Feitelijk gaat het om voorzieningen voor effectbeheersing, dieeen extrapolatie zijn van de eisen in het Bouwbesluit (ziebijvoorbeeld de SBR-praktijkrichtlijn Brandveiligheid in hogegebouwen, 2005). De vraag daarbij is of met deze extrapolatiehetzelfde veiligheidsniveau wordt bereikt als bedoeld is in hetBouwbesluit. Een veel gehoord bezwaar is dat dubbele veilig-heid wordt toegepast. Zo wordt het effect van de verplichtesprinklerinstallatie niet gewaardeerd.De kern van het probleem is dat het veiligheidsniveau in hetBouwbesluit in diverse effectgrenswaarden is vastgelegd. Eenrisicogrenswaarde (bijv. in aantal letale slachtoffers per jaar),waardoor een meer genuanceerde benadering mogelijk is, is nietgedefinieerd. Echter met de Eurocode is dit voor constructievebrandveiligheid (brandwerendheid met betrekking tot bezwijkenvan de hoofddraagconstructie) wel mogelijk, bij toepassing vaneen fysisch brandmodel. Daarmee kan ook worden geëxtrapo-leerd buiten het toepassingsgebied van het Bouwbesluit.ir. ruud van HerpenAdviesburo Nieman BV, ZwolleHoofddraagconstructieIn NEN 6702 wordt een definitie gegeven van de hoofddraagcon-structie. De definitie van hoofddraagconstructie bij brand wijkt afvan de algemene definitie van hoofddraagconstructie. Bij brandzijn de volgende definities van toepassing.1 Voor gebouwen met meerdere brandcompartimenten (m.u.v.de woonfunctie) geldt:Een constructiedeel behoort tot de hoofddraagconstructieindien het bezwijken ervan in geval van brand leidt tot hetbezwijken van een constructie in een ander brandcomparti-ment. Het is dus toegestaan dat binnen één brandcomparti-ment meerdere constructiedelen bezwijken zo lang dit geeninvloed heeft op de constructies in andere compartimenten.Uiteraard moet wel de brandscheiding tussen de verschillendecompartimenten intact blijven.2 Voor gebouwen met subbrandcompartimenten (alle gebruiks-functies waarin kan worden geslapen) geldt:Een constructiedeel behoort tot de hoofddraagconstructieindien het bezwijken ervan in geval van brand leidt tot hetbezwijken van een constructie in een ander subbrandcompar-timent, dat niet rechtstreeks aan het brandende subbrandcom-partiment grenst. Constructies in het subbrandcompartimenten in direct aangrenzende subbrandcompartimenten mogendus bezwijken. Uiteraard moet de brandscheiding tussen deverschillende subbrandcompartimenten intact blijven.3 Voor gebouwen met (sub)brandcompartimenten die zichuitstrekken over 3 of meer bouwlagen geldt, aanvullend op depunten 1 en 2:Een constructiedeel behoort tot de hoofddraagconstructieindien het bezwijken ervan in geval van brand leidt tot hetbezwijken van een constructie in een andere ruimte binnendat (sub)brandcompartiment dat niet rechtstreeks grenst aande brandruimte. Constructies binnen de brandruimte en indirect aangrenzende ruimten mogen dus bezwijken.21 Kantoorgebouw Carlton te Almere (120 m).Hier is extrapolatie buiten het toepassingsge-bied van het Bouwbesluit nodig2 Hoogbouw heeft een hogere eis ten aanzienvan constructieve veiligheid dan laagbouw,zelfs als het schade-effect in gebruiksopper-vlakte gelijk isthemaBrandveiligheid hoogbouw7200940Fysisch brandmodelHet uitvoeren van een risicoanalyse is tijdrovend, zekerwanneer het meer complexe scenario's betreft. Voor elk scena-rio kan met een fysisch brandmodel de brandontwikkeling enhet effect worden bepaald, soms in combinatie met anderemodellen (Fire Safety Engineering). Om een dergelijk uitge-breide aanpak te vermijden, kan met risicofactoren wordengerekend, die bepaald zijn uit statistisch onderzoek. De metho-diek hiervan is vastgelegd in NEN-EN 1990:2002. Hierbij wordteen risicofactor toegepast op de (mechanische) belasting, reke-ning houdend met het draagvermogen van de constructie dieaan de belasting onderhevig is. De mechanische belastingbestaat daarbij uit diverse componenten (permanente belasting,variabele belasting, windbelasting, sneeuwbelasting, enz.) dieafhankelijk van de situatie worden meegewogen. Het toelaat-bare risico wordt uitgedrukt als de toelaatbare kans op hetbezwijken van de hoofddraagconstructie.In een brandsituatie is naast een mechanische belasting ookeen thermische belasting aanwezig. In NEN-EN 1991-1-2:2002(Eurocode 1) wordt hiervoor in bijlage E van deze norm aange-sloten op de methodiek van NEN-EN 1990:2002. Dit leidt toteen benadering met risicofactoren, waarin de kans op hetbezwijken van een constructie (het maatgevende effect) afhan-kelijk wordt gesteld van de kans op het ontstaan van een branddie uitgroeit tot een compartimentsbrand.Deze kans wordt beïnvloed door:­ de gebruiksfunctie van de brandruimte(brandcompartiment);­ de (maximaal toelaatbare) grootte van de brandruimte(brandcompartiment);­ het niveau van de brandbeveiligingsvoorzieningen dierelevant zijn voor het thermisch effect van een brand:­ brandweer (overheidsbrandweer, bedrijfsbrandweer);­ automatische detectie (thermisch, optisch);­ automatische doormelding(naar alarmcentrale overheidsbrandweer);­ sprinkler (normaal, 1 onafhankelijke watertoevoer,2 onafhankelijke watertoevoeren).De uiteindelijke kans (na toepassing van de bovengenoemdeinvloedsfactoren) wordt vertaald in een risicofactor op de ther-mische belasting.In Eurocode 1 wordt de vuurbelasting gezien als thermischebelasting en wordt de risicofactor dan ook op de vuurbelastingtoegepast. Echter, dit is principieel onjuist. De vuurbelasting isde aanwezige potentiële brandenergie in een brandruimte.Deze vormt niet de thermische belasting op de constructie.Immers, ook in de situatie zonder brand is deze potentiëlebrandenergie aanwezig. Het kenmerk van brand is juist datdeze potentiële energie wordt omgezet in warmte. De snelheidwaarmee dit gebeurt, bepaalt de temperatuur in de brand-ruimte. Niet de vuurbelasting, maar de brandvermogensdicht-heid moet dus als maat voor de thermische belasting op deconstructie worden aangemerkt.Dit is gerepareerd in NEN-EN 1991-1-2/NB:2007 (nationalebijlage bij Eurocode 1). De risicofactoren kunnen variëren vand = 0,54 tot d > 2 en worden toegepast op het brandvermogen.33 Kantoorgebouw La Tour te Apeldoorn (1999),nog juist binnen het toepassingsgebied vanhet Bouwbesluit, met een brandwerendheidvan de hoofddraagconstructie met betrek-king tot bezwijken van 90 minutenBrandveiligheid hoogbouw 72009 41Het brandvermogen wordt bepaald door toepassing van eenfysisch brandmodel op basis van een natuurlijk brandconcept.Daarin spelen de volgende grootheden een rol:­ de aard en hoeveelheid brandstof(vuurlast, referentie vermogensdichtheid en tijdconstante);­ de afmetingen en geometrie van de brandruimte;­ de materialisering van de brandruimte;­ de openingen in de scheidingsconstructie van debrandruimte.Het fysisch brandmodel dat in NEN 6055 (concept) `Fysischbrandmodel op basis van een natuurlijk brandconcept' is beschre-ven, is een zonemodel. Bij een lokale brand is eerst een tweezone-model van toepassing (een gestratificeerde situatie van een hetezone boven een koude zone), dat door opmenging of flash-over naverloop van tijd in een gemengde-zone-model overgaat (fig. 4).Na flash-over is sprake van een compartimentsbrand: allebrandstof in de brandruimte staat dan in brand. In die situatieis het brandvermogen stationair en vrijwel altijd zuurstofbe-heerst. Dat houdt in dat door zuurstofgebrek geen volledigeverbranding optreedt, maar dat onverbrande of halfverbrandeproducten in het gasvolume van de brandruimte aanwezig zijn.Bij uitstroming uit de brandruimte verbranden deze productenalsnog, omdat buiten de brandruimte voldoende zuurstofaanwezig is en de uitstromende gassen voldoende energie voorontsteking bevatten. Dit levert uitslaande vlammen op.Wanneer de brandstof opraakt, treedt de dooffase in. Hetbrandvermogen in de dooffase neemt af tot nul. Dit bepaalt detotale brandduur. De brandruimte is dan natuurlijk nog nietafgekoeld tot de beginsituatie (omgevingstemperatuur). Daar-voor is, afhankelijk van de bouwkundige eigenschappen van debrandruimte, nog een afkoelingstijd nodig.brandvermogentijd (min)1401201008060402000 20 40 60 80 100 120vermogen(mm)temperatuur(''C))10009008007006005004003002001000tijd (min)temperatuur(°C)0 20 40 60 80 100 120gastemperatuurtijd (min)0 20 40 60 80 100 120brandvermogenvermogen(mm)18016014012010080604020045b5a64 Zowel een tweezonemodel (links) als eengemengdezonemodel (rechts) zijn onder-deel van het fysisch brandmodel (verticaledoorsnede van de brandruimte)5 Voorbeeld van een brandvermogensscenarioin een brandcompartiment van een kantoor-functie (a) met het bijbehorende tempera-tuurverloop (b). Het flash-over moment isduidelijk te zien in de figuur (op t=30 min.).Na flash-over is het brandvermogen ventila-tiebeheerst. Het uit het brandvermogenssce-nario afgeleide temperatuurverloop wijktaanzienlijk af van de standaardbrandkromme6 Het brandvermogensscenario in een brand-compartiment met een kantoorfunctie bijverschillende brandbeveiligingsvoorzienin-gen bij toepassing van de risicofactoren vol-gens NEN-EN 1991-1-2/NB t.o.v. het fysischscenario (d=1,0):- d=1,35: alleen overheidsbrandweer- d=0,80: brandweer en optische detectie- d=0,54: brandweer, optische detectie enautomatische doormeldingthemaBrandveiligheid hoogbouw72009427 Plattegrond van de kantoorfunctie en de woonfunctie perbouwlaag8 Equivalente brandduren voor de hoofddraagconstructie,bepaald met het fysisch brandmodel met de risicobenade-ring volgens NEN-EN 1991-1-2/NBDe permanente vuurbelasting is in deze casusstudie verwaar-loosbaar verondersteld. De variabele vuurbelasting is aange-houden conform NEN-EN 1991-1-2/NB. Als referentiesituatieis voor alle casussen een laag gebouw genomen (hoogste vloerverblijfsgebied lager dan 5 m boven meetniveau). Hiervoorgeldt een eis met betrekking tot bezwijken van de hoofddraag-constructie van 30 minuten (60 minuten verminderd met 30minuten reductie). In de referentiesituatie zijn geen specifiekebrandveiligheidsvoorzieningen zoals automatische detectie,doormelding of sprinklerinstallatie aanwezig.Voor de referentiesituatie is het fysisch brandmodel toegepastmet de risicobenadering volgens NEN-EN 1991-1-2/NB. Detemperatuurcurven zijn vertaald in equivalente branddurenvolgens de standaardbrandkromme. De gemiddelde equiva-lente brandduur van de referentiesituatie bleek 27,6 minuten tebedragen (8 casussen, standaardafwijking 6,0 minuten).Bij hogere gebouwen wordt zowel het voorzieningenniveauhoger (zie Gebruiksbesluit) als de brandwerendheidseis metbetrekking tot bezwijken van de hoofddraagconstructie. Ditleidt tot langere equivalente brandduren dan in de referentiesi-tuatie, zie tabel 1 en figuur 8.ConclusieBij de kantoorfunctie is het verschil in equivalente brandduurvoor gebouwen met de hoogste verblijfsgebiedvloer tot 50 men gebouwen met de hoogste verblijfsgebiedvloer boven 70 mmarginaal. Bij een hoogste verblijfsgebiedvloer boven 70 mgeldt weliswaar een zwaardere eis aan de brandwerendheidmet betrekking tot bezwijken van de hoofddraagconstructie(120 minuten in plaats van 90 minuten), maar wordt ook alsextra voorziening optische detectie geëist. De risicofactorwordt daarmee zodanig verkleind dat dat blijkbaar leidt toteen gelijke equivalente brandduur. Vanwege het relatief hogevoorzieningenniveau in de kantoorfunctie leidt vervolgenstoepassing van een sprinklerinstallatie niet meer tot verdereverlaging van de risicofactor en dus ook niet tot een kortereequivalente brandduur.Bij de woonfunctie is er geen verschil in equivalente brand-duur voor gebouwen met de hoogste verblijfsgebiedvloer tot50 m en gebouwen met de hoogste verblijfsgebiedvloer boven70 m. Niet alleen de eis (in beide gevallen 120 minuten metbetrekking tot bezwijken van de hoofddraagconstructie),maar ook het voorzieningenniveau (en daarmee de risicofac-tor) is voor beide varianten gelijk. Dit leidt tot gelijke equiva-lente brandduren. Deze equivalente brandduren zijn hogerVoor hogere brandwerendheidseisen (90 en 120 min.) wordt inde NEN-EN 1991-1-2/NB een correctiefactor op de vuurbelas-ting toegepast van respectievelijk 1,5 en 2. Hoewel deze correc-tiefactor niet past binnen de methodiek van de Eurocode wordtzo wel aansluiting verkregen met het veiligheidsniveau van hetBouwbesluit.Extrapolatie van brandwerendheidseisen buiten het toepas-singsgebied van het Bouwbesluit is nu in principe ook mogelijkgeworden. Dat houdt in dat de brandwerendheid van de hoofd-draagconstructie voor gebouwen hoger dan 70 m eenduidigkan worden bepaald, gerelateerd aan het voorzieningenniveauin het gebouw.HoogbouwcasussenHet fysisch brandmodel met de bijbehorende risicobenade-ring volgens NEN-EN 1991-1-2/NB is toegepast op eenaantal hoogbouwcasussen. Het gaat daarbij om de platte-gronden zoals weergegeven in figuur 7, voor een kantoor-functie en een woonfunctie, in een thermisch lichte en ther-misch zware bouwwijze.7a7bBrandveiligheid hoogbouw 72009 43dan die bij de kantoorfunctie, vanwege het lagere voorzienin-genniveau bij de woonfunctie.Toepassing van een sprinklerinstallatie levert daardoor voor-deel op in de woonfunctie. De equivalente brandduur wordtverkort.Over het geheel genomen is het opvallend dat voor alle hoog-bouwcasussen (hoogste verblijfsgebiedvloer boven 70 m) deequivalente brandduren korter zijn dan 120 minuten. Dit wordtveroorzaakt door de verwaarloosbare permanente vuurbelas-ting en het hoge voorzieningenniveau. )Convenant HoogbouwDoor de werkgroep Fire Safety Engineering zijn diverse casusstudiesuitgevoerd met het fysisch brandmodel. Ten behoeve van hetConvenant Hoogbouw (www.convenanthoogbouw.nl) is daarin eenaantal hoogbouwcasussen opgenomen. Hieraan bestond behoefteomdat de bestaande brandveiligheidsregelgeving niet is toegesne-den op hoogbouw. Het ontoereikende toetsingskader vormt eenknelpunt in zowel de ontwikkeling, het ontwerp en de toetsing vanhoogbouwprojecten. Fire Safety Engineering (het toepassen van eenbrandfysisch model in een probabilistische benadering) kan daar-voor een oplossing bieden. Echter, het toetskader moet dan in risico-grenswaarden worden gedefinieerd.Voor draagconstructies biedt Eurocode 1 (NEN-EN 1991-1-2+NB)een eenduidig toetskader, ook wanneer de thermische belastingwordt bepaald met behulp van het fysisch brandmodel (NEN 6055)in plaats van met de standaardbrandkromme. Met een herzieningvan de praktijkrichtlijn`Brandveiligheid in hoge gebouwen wil deSBR aansluiten op deze ontwikkeling. Dat betekent dat ook anderebrandveiligheidsaspecten (beheersbaarheid van brand, beheers-baarheid van rook, veilig vluchten en veilige repressie) met eenrisicobenadering moeten worden gekwantificeerd en getoetst.De nieuwe SBR -praktijkrichtlijn`Brandveiligheid in hoge gebouwen'is momenteel in ontwikkeling en wordt naar verwachting medio2010 gepubliceerd. Daarmee wordt dan voor het aspect brandveilig-heid invulling gegeven aan het Convenant Hoogbouw.I literatuur1 NEN-EN 1990:2002, Eurocode ­ Grondslag van het constructiefontwerp(en). Nederlands Normalisatie-instituut, Delft2 NEN-EN 1990/NB:2007, Nationale bijlage bij NEN-EN 1990:2002.Neder-lands Normalisatie-instituut, Delft3 NEN-EN 1991-1-2:2002, Eurocode 1: Belastingen op constructies ­ Deel1-2: Algemene belastingen ­ Belasting bij brand. Nederlands Normalisa-tie-instituut, Delft4 NEN-EN 1991-1-2/NB:2007, Nationale bijlage bij NEN-EN 1991-1-2:2002.Nederlands Normalisatie-instituut, Delft5 NEN 6055 (concept):2009, Fysisch brandmodel op basis van het natuur-lijk brandconcept. Nederlands Normalisatie-instituut, Delft6 Herpen, R.A.P. van, Voogd, N.J., Fysisch brandmodel ­ Achtergrondennormalisatie fysisch brandmodel. Adviesburo Nieman BV, Zwolle, 20077 Herpen, R.A.P. van, Voogd, N.J., Fysisch brandmodel ­ Berekeningen metrisicobenadering toegepast op hoogbouw. Adviesburo Nieman BV,Zwolle, 20088 Veek, J.H. van der, Horsley, K.M. , Brandveiligheid in hoge gebouwen ­praktijkrichtlijn. Stichting BouwResearch SBR, Rotterdam, 2005Tabel 1 Equivalente brandduren voor de hoofddraagconstructiehoogste vloerverblijfsgebiedkantoorfunctie woonfunctie< 5 m (referentie)eis 30 min; equivalent:27 min.eis 30 min; equivalent: 32 min.20 ­ 50 meis 90 min; equivalent:59 min.eis 120 min; equivalent: 123 min.> 70 meis 120 min; equiva-lent: 59 min.eis 120 min; equivalent: 123 min.> 70 m, gesprin-klerdeis 120 min; equiva-lent: 59 min.eis 120 min; equivalent: 88 min.Opmerkingen:Correctiefactor vuurbelasting afhankelijk van de eis brandwerendheid HDC:Bij 30 minuten eis: 0,5Bij 90 minuten eis: 1,5Bij 120 minuten eis: 2,0Voorzieningenniveau:R eferentiesituatie:alleen overheidsbrandweerExtra voorzieningen kantoorfunctie:20 ­ 50 m: doormelding naar alarmcentrale brandweer> 70 m: optische detectie en doormelding, eventueel ooksprinklerinstallatieExtra voorzieningen woonfunctie:De verplichte rookmelder in de woonfunctie is niet gekoppeldaan een brandmeldcentrale en daarom niet gewaardeerd. Er isdus geen automatische detectie en geen doormelding. Bij eenverblijfsgebiedvloer hoger dan 70 m kan eventueel een sprinkler-installatie worden toegepast.8