C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU tiliteitsbou wcement 2006 7 25Het concept voor een brandveiliggebouw heeft als doel persoonlijkeen materi?le schade te beperken.Daartoe worden de volgendestappen gezet, in volgorde vanbelangrijkheid:Voorkom het ontstaan van brandOm het ontstaan van brand tevoorkomen moeten niet-brand-bare materialen worden toegepast.De materiaalkeuze wordt bepaalddoor de reactie bij brand en nietdoor de weerstand tegen brand.Onder reactie bij brand wordtbegrepen op welke manier eenmateriaal bijdraagt aan de brand:gemak van ontsteken, warmteaf-gifte, vlamuitbreiding enz. Materi-alen mogen slechts beperkt rookontwikkelen en geen risico op ver-giftiging opleveren.VluchtmogelijkhedenHet voornaamste doel van brand-veiligheid is vermijden van per-soonlijk letsel. De meest doeltref-fende manier is het voorzien vanvluchtwegen om het gebouw snelte kunnen verlaten.Voorkom ontwikkeling enuitbreiding van brandEen re?le brand wordt geken-merkt door drie fasen: groei-,brand- en dooffase.Tijdens het ontstaan van eenbrand is het risico op schade nieterg groot. Vroegtijdige meldingmaakt een effectieve bestrijdingmogelijk. Tijdens de groeifasezijn de thermische effecten opeen constructie slechts plaatselijkmerkbaar. Er bestaat nog geengevaar voor bezwijken van de con-structie; brandbare materialenontleden (pyrolyse) en er is rook-ontwikkeling. Deze fase is kritiekomdat personen in het gebouwgevaar lopen. De schade aan deconstructie van het gebouw isgering (voornamelijk rook-schade).Ventilatie zorgt voor rook- enwarmteafvoer; niet alleen wordentoxische stoffen afgevoerd, ook dezichtbaarheid bij ontvluchtenblijft langer verzekerd. Automa-tisch blussen (sprinkler) blustniet alleen de brand, maarbeperkt ook de rookontwikkeling.Omdat de temperatuur laag blijft,is de schade aan gebouw eninhoud beperkt. Maar de belang-rijkste rol in de regelgeving isweggelegd voor compartimente-ring: het verdelen van eengebouw in afzonderlijke ruimtes,gescheiden door brandwerendePrestatiegericht brandveiligontwerpening. D. Rabaut PMSE, Studiebureau TechnumBij het ontwerpen van een brandveilig gebouw is constructieve veiligheid delaatste schakel in het brandveilige concept, na voorkomen van ontstaan,ontwikkelen en uitbreiden van brand. Bij de ontwikkeling van de rekenregelsvoor het ontwerpen van constructies bij brand in de Eurocodes is hiermeerekening gehouden. Door een goed evenwicht tussen passieve en actievemaatregelen kan het vereiste niveau van brandveiligheid worden bereikt.1 |Standaard industriehalsamengesteld uit prefab-betonelementen.Afzonderlijke elementenzijn alle beproefdC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU tiliteitsbou w26 cement 2006 7wanden is doeltreffend om brand-overslag gedurende een bepaaldetijd te voorkomen.Voorkomen van bezwijken van hetgebouwDoel is gedurende voldoendelange tijd de stabiliteit van de con-structie te garanderen om ont-vluchten en interventie door debrandweer mogelijk te makenHet kritieke moment is de vlam-overslag (flash-over); hier ontstaatde volledig ontwikkelde brand. Detemperatuur in het compartimentstijgt snel. Tijdens de brandfasehangt het temperatuurverloop afvan een aantal factoren. Debelangrijkste zijn: de vuurbelas-ting, de verbrandingswaarde vande aanwezige brandbare materia-len, de ventilatiecondities en deafmetingen van de brandruimte.De energie- en massabalans maakthet mogelijk het temperatuurver-loop in de ruimte aan de hand vande vrijgekomen energie te bereke-nen.B r a n d i n d e E u r o c o d e sDe veiligheid van constructieswordt veelal gegarandeerd doorgebruik te maken van bekendeen aanvaarde constructieregels.Voor een aantal veiligheidsaspec-ten zoals brandveiligheid, zijndie regels vastgelegd in decretenen wetten (Bouwbesluit voorNederland, basisnorm voorBelgi?). Deze voorgeschrevenregels geven ondubbelzinnig aanwaaraan afzonderlijke elementenof samengestelde delen moetenvoldoen om een beoogd doel tebereiken. De regels zijn geba-seerd op ervaringen en opbeproevingen van elementen diegelijk zijn van vorm, afmeting,materiaal en detail (foto 1). Voor-deel van deze methode is dat zeeen directe, ??n-op-??n relatiegeeft tussen maatregel en doel.Nadeel is dat de rigiditeit van deregelgeving een rem zet op inno-vatie en ontwikkeling. Ontwikke-lingen in het gebied met voorge-schreven regels blijven meestalbeperkt tot verbeteringen aanbestaande types. In ontwerpsitua-ties waar hoge architectonischeen esthetische eisen wordengesteld, kan deze methode beper-kend werken.Daarom wordt geprobeerd deregels te laten evolueren naarprestatiegerichte methoden. Deprestatiegerichte methode geeftreken- en ontwerpregels om eendoel te bereiken, een element ofconstructie wordt getoetst of hetzijn vooropgezette functie vervult.Prestatiegerichte regels vindenhun oorsprong in dat gebied waareen duidelijk verband is tusseneen risicoanalyse en het ontwerp.Een typisch voorbeeld is het aard-bevingsbestendig ontwerp vanconstructies, waar prestatie-eisenvoor de constructie zijn gekop-peld aan de intensiteit van aard-bevingen en hun statistische ver-deling.Bij de ontwikkeling van de reken-regels voor het ontwerpen vanconstructies bij brand in de Euro-codes is met deze evolutie naarprestatiegerichte methodes reke-ning gehouden. De Eurocodegeeft de ontwerper de keuzetussen voorgeschreven regels ofeen prestatiegericht ontwerp. Letwel: de keuze van de rekenme-thode is onderworpen aan degoedkeuring van de lokale ofnationale overheid (gelijkwaar-digheidsbeginsel in Nederland,afwijkingscommissie in Belgi?).De prestatie-eisen zijn gebaseerdop de Europese Bouwproducten-richtlijn 89/106/EEC (BPR). DezeBPR heeft tot doel de technischebarri?res die vervat liggen innationale wetgeving en normen,en die het vrije verkeer van goe-deren belemmeren, weg tewerken.De BPR stelt: "Het bouwwerkmoet zodanig worden ontworpenen gebouwd, dat bij ontstaan vanbrand:? het dragend vermogen van eengebouw wordt verzekerd gedu-rende een bepaalde periode;? het ontstaan en de verspreidingvan vuur en rook doorheen hetgebouw wordt beperkt;? brandoverslag naar naburigeconstructies wordt beperkt;? wordt gezorgd voor een gemak-kelijke evacuatie van hetgebouw;? de veiligheid van de reddings-teams wordt verzekerd (foto 2)."2 |Staalskelet met kanaal-plaatvloeren; ook dezeconstructie zal ten tijdevan brand de veiligheidvan reddingsteams moe-ten verzekerenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU tiliteitsbou wcement 2006 7 27Volgens het Interpretative Docu-ment N?2 `Safety in case of fire'kan op twee manieren aan deprestatie-eisen worden voldaan:door het volgen van voorgeschre-ven regels of door een prestatie-gericht ontwerp. Deze twee ont-werpmogelijkheden zijnopgenomen in de Eurocode,zoals weergegeven in figuur 1 uitEN 1992-1-2 [1].De voorgeschreven methode gaatuit van een nominale brand,voornamelijk de standaard-brandcurve. De regels zijn danook vooral afgeleid uit proevenop basis van deze standaard-brandcurve. Ze zijn zeer toegan-kelijk en direct toepasbaar.V o o r b e e l dConstructieve elementen zijn nietonafhankelijk van de rest van deconstructie. De interactie van hetopgewarmde element met de restvan het gebouw leidt onvermijde-lijk tot thermische spanningen.Het voorbeeld in figuur 3 toontaan dat voldoen aan de voorge-schreven regels niet altijd vol-doende is om een brandveiliggebouw te hebben. Industriege-bouwen worden gecompartimen-teerd door wanden dwars op debeuken. Deze wanden zijn gemo-delleerd als in zichzelf stabielewanden (wanden die rechtstreeksof via kolommen op de funderingzijn ingeklemd) of als pendelendewanden, die afsteunen tegen deconstructie van het compartimentdat gevrijwaard is van de brand(los van de brandzijde door smelt-ankers).Bij brand ontwikkelt zich in dedoorsnede van de wand eenbelangrijke temperatuurgradi?nt.De zijde blootgesteld aan de brandis belangrijk warmer dan deandere zijde en wil verlengen, wateen opbolling van de wand doetontstaan: de in zichzelf stabielewand wijkt van de brand weg, dependelende wand neigt naar debrand toe. Deze vervorming, ver-groot door het tweede-orde effect,kan aanleiding geven tot bezwij-ken.P a s s i e v e e n a c t i e v ep r e v e n t i eIn de prestatiegerichte methodeworden alle elementen uit hetbrandveiligheidsconcept meegeno-men in de berekening. Er moeteen goede balans worden gezochttussen actieve en passieve preven-tie. Onder actieve brandpreventieworden verstaan:? branddetectie en -alarmsyste-men;? rook- en warmteafvoersystemen(RWA);? automatische blusmiddelen.Passieve brandpreventie wordt ver-zorgd door:? materialen met een goedebrandreactie;? compartimentering van hetgebouw met behulp van REI-bouwelementen (zie artikel opblz. 36 [2]).Een gebouw is brandveilig opbasis van een geschikte combina-tie van actieve en passieve brand-preventiemaatregelen. Hierdoor ishet mogelijk af te wijken van devoorgeschreven regels. Een archi-tectonisch ontwerp dat bijvoor-beeld geen compartimenteringtoelaat zoals bepaald in de regelge-ving, kan toch eenzelfde veilig-heidsniveau halen door toevoegenvan andere maatregelen zoalsRWA of detectie.De procedure voor prestatiegerichtontwerpen verloopt als volgt:? bepaal de ontwikkeling en groei-snelheid van de brand alsfunctie van het brandscenario,verbrandingssnelheid, geome-trie van het compartiment enventilatie;? kwantificeer het risico op ont-staan van brand als functie vande vloeroppervlakte en gebruikvan het compartiment, waarbijook de actieve brandpreventie-maatregelen wordenbeschouwd;? op basis van de twee voorgaandestappen wordt een brand-kromme bepaald (warmteafgifteals functie van de tijd);? bepaal de temperatuur in de ele-menten als functie van de tijd;? globale, dynamische analyse vande constructie belast door dethermische belastingen ener-zijds, en door de mechanischeanderzijds;? bepaal het tijdstip van bezwij-ken;? toets dit tijdstip aan het vereistetijdstip zoals vastgelegd in deregelgeving.Deze voor Belgi? en Nederland vrijnieuwe benadering van brandvei-ligheid is niet alleen economischvoordelig, maar geeft een aantoon-baar en doorzichtig veiligheidsni-veau.T e n s l o t t eVaak wordt de ingenieur gecon-fronteerd met gebouwen die, doorhun architectuur of ruimtegebruik,op ??n of ander punt niet voldoenaan de regels voor een brandveiligontwerp. Het prestatiegerichtontwerp geeft de mogelijkheid,door alle beschermingsmaatrege-len samen te bekijken, toch tot eenbrandveilig ontwerp te komen. Uit-dagende of vernieuwende architec-tuur kan ontsnappen aan hetstrenge keurslijf van voorgeschre-ven regels zonder te moeten toege-ven op veiligheid. De constructeurwordt terug in zijn rol geplaatst vanontwerper die, samen met de archi-tect, zoekt naar de meest geschikteoplossing. nL i t e r a t u u r1. EN 1991-1-2, Eurocode 1: Belas-tingen op constructies, Deel 1-2: Algemene belastingen ?Belasting bij brand. November2002.2. Taerwe, L., Brandwerendheidvan betonconstructies volgensde Eurocodes. Cement 2006 nr.7.3 |Verschillend gedrag vanin zichzelf stabiele (a) enpendelende (b) compar-timenteringswanden bijbranda b
Reacties