brandpåvirkede massivtræelementer denne rapport er skrevet...

Brandpåvirkede massivtræelementer Forord

Forord Denne rapport er skrevet af Ronni Bech og Anders Dragsted som afgangsprojekt ved BYG•DTU i forårssemestret 2003. Forsøg er udført i samarbejde med Dansk Brand- og sikringsteknisk Institut. I forbindelse med projektet vil vi gerne rette en tak til dem, der har hjulpet os undervejs i projektet: Civilingeniør Hanne Høeg Jensen, DBI, for at hjælpe os med kontakt til de relevante personer og gøre det muligt for os at bruge DBI’s udstyr og mandskab. Civilingeniør Sune Bille Jepsen, DBI, for kyndig assistance og vejledning under forsøgene. Civilingeniør Bjarne Poulsen Husted og Thomas Wagner Sødring, DBI, for vejledning og svar på utallige spørgsmål omkring ARGOS. Speciel tak til bibliotekar Dorrit Hansen, DBI, for hjælp med søgning af litteratur. Jakob Meyer, Lilleheden Advance A/S, for sponsorering af materialer. Johnny Halsted, Associerede Ingeniører ApS., for sponsorering af materialer gennem Dansk Træemballage. Mette Lorentzen, Condor Kemi for vejledning omkring brandmaling. Vores vejleder Per Oluf Kjærbye, BYG•DTU, som fandt de nødvendige midler til forsøgene. BYG•DTU Lundtofte den 10. juni 2003

Ronni Bech d991634

Anders Dragsted d991595

1

Brandpåvirkede massivtræelementer Resumé

Resumé I Danmark er mængden af nybyggeri med massivtræelementer blevet stadig større de seneste år. Elementerne anses af mange for at være et godt alternativ til betonelementer, både når det gælder brugernes komfort og når miljøet skal tilgodeses. Pga. træets brandbarhed er det ifølge dansk lovgivning ikke tilladt at lade konstruktioner af træ være ubeskyttede. Det skyldes risikoen for kollaps ved bortbrænding af bærende konstruktioner, samt træets bidrag til brandspredning. Dog undervurderes træets brandbestandighed ofte, og den største fare ved træ som bygningsmateriale er derfor bidraget til brandens effekt og spredning. En brands forløb afgøres af mange af hinanden afhængige faktorer. Det er derfor kompliceret at forudse selv et simpelt brandscenarium. En realistisk vurdering kræver både ekspertviden og assistance af avancerede EDB-programmer. Dansk Brand- og sikringsteknisk Institut har udviklet et brugervenligt program, der vha. en 2-zonemodel kan simulere et simpelt brandforløb i 1-5 rum. Programmet anvender anerkendte brandteorier til bestemmelse af bl.a. brandens varmetransport og røgfyldning af rum. Ved at indtaste oplysninger om den pågældende bygning, kan programmet således give et bud på, hvordan en brand udvikler sig. Programmet har en række begrænsninger, hvor det er nødvendigt at foretage antagelser, der simplificerer enten bygningen eller branden. Ved enkle bæreevneberegninger af dæk og vægge i en typisk anvendt dimension kan det vurderes om konstruktionen har den krævede brandmodstandsevne. Ved 60 min. indbrænding har dækkene stadig ekstra bæreevne, mens væggene kræver et brandbeskyttelsessystem eller forøgelse af dimensionerne for at undgå brud. Den mest udbredte løsning til brandsikring af massivtrævægge er beklædning med gipsplader. Pladerne lukker imidlertid træet inde, så det ikke er synligt for brugeren. Herved mister elementet en af sine – i salgsøjeblikket – vigtige egenskaber. Alternative løsninger, der ikke skjuler overfladen, vil derfor kunne styrke elementernes konkurrenceevne overfor traditionelle elementer af beton. Imprægnering og overfladebehandling er eksempler på passiv brandsikring, der forbedrer træets brandtekniske egenskaber. De har dog den ulempe, at træets evne til at optage og afgive fugt reduceres. I boliger af massivtræ vil imprægnering være den bedste løsning. Sprinkling er en aktiv brandsikring der ikke traditionelt anvendes til boliger i Danmark, men udviklingen i udlandet har gjort boligsprinkling mulig, både teknisk og økonomisk. Her har

2

Brandpåvirkede massivtræelementer Resumé

det vist sig, at boligsprinkling direkte redder liv, og at det kan betale sig at udbrede anvendelsen af systemet. For at gøre det, er det nødvendigt at sikre sig, at de allerede installerede sprinklere lever op til de stillede krav, og at skepsisen mod vandfyldte installationer i hjemmet nedtones. Desuden har boligsprinklingen nogle økonomiske fordele, som klart bør kunne skærpe konkurrencen overfor traditionelle brandsikringsmetoder. Der er to typer massivtræelementer på det danske marked – sømmede og limede. Når et nyt byggeri skal projekteres og elementtypen skal vælges, er det en stor fordel at kende elementernes brandtekniske egenskaber. Forsøgene i dette projekt har udelukkende undersøgt indbrændingshastigheden ved standardbrandpåvirkning. Resultaterne viste ingen tydelig forskel på de to typer og, indbrændingshastigheden svarede til de i normerne angivne. Overordnet kan det konkluderes, at det ikke er indbrændingen i træelementer der er kritisk. Træet brænder med en konstant, lav hastighed, der nemt kan tages med i de dimensionerende beregninger. Dog skal overfladen sikres mod bidrag til branden og flammespredning.

3

Brandpåvirkede massivtræelementer Indholdsfortegnelse

Indholdsfortegnelse Forord........................................................................................................................................1

Resumé.......................................................................................................................................2

Symbolliste ................................................................................................................................7

1 Indledning ..............................................................................................................................9

1.1 Baggrund ..........................................................................................................................9 1.2 Formål.............................................................................................................................10 1.3 Rapportens opbygning....................................................................................................10

2 Massive træelementer..........................................................................................................11 2.1 Introduktion ....................................................................................................................11 2.2 Typer...............................................................................................................................12 2.3 Materialer........................................................................................................................12 2.4 Anvendelse .....................................................................................................................13 2.5 Lovgivning .....................................................................................................................13 2.6 Egenskaber .....................................................................................................................14

2.6.1 Styrke .......................................................................................................................14 2.6.2 Lydforhold ...............................................................................................................14 2.6.3 Fugtforhold..............................................................................................................15

2.7 Projekteringsprincipper ..................................................................................................15 2.8 Brand ..............................................................................................................................17

3 Generel brandteori ..............................................................................................................20

3.1 Forbrænding af træ .........................................................................................................20 3.2 Brandens stadier .............................................................................................................20 3.3 Faktorer der bestemmer brandens udvikling ..................................................................22

3.3.1 Forbrænding............................................................................................................22 3.3.2 Brændstoffet.............................................................................................................23 3.3.3 Brandrummets sammensætning...............................................................................23 3.3.4 Åbningsfaktor ..........................................................................................................24 3.3.5 Brandeffekt ..............................................................................................................25 3.3.6 Stråling ....................................................................................................................26 3.3.7 Trykforskel ...............................................................................................................27

3.4 Plumeteori.......................................................................................................................28 3.4.1 Plume.......................................................................................................................28 3.4.2 Idealplume ...............................................................................................................29 3.4.3 Heskestads plume ....................................................................................................31 3.4.4 McCaffreys plume....................................................................................................32

4 Funktionsbaserede brandkrav ...........................................................................................35 4.1 Eksempler på beregning af optisk densitet .....................................................................36

5 Eksempler på byggerier med massivtræ ...........................................................................39 5.1 Boliger i Hasselager........................................................................................................39

4


5.1.1 Generelt ...................................................................................................................39 5.1.2 Konstruktion ............................................................................................................40 5.1.3 Fakta om byggeriet..................................................................................................41

5.2 Møbelhus i Vejle ............................................................................................................42 5.2.1 Generelt ...................................................................................................................42 5.2.2 Konstruktion ............................................................................................................42 5.2.3 Fakta om byggeriet..................................................................................................43

6 Simulering i ARGOS...........................................................................................................44 6.1 Introduktion ....................................................................................................................44 6.2 Valget af ARGOS...........................................................................................................44 6.3 Inddata ............................................................................................................................45 6.4 Simulering ......................................................................................................................45

6.4.1 Brandens start .........................................................................................................46 6.4.2 Dannelse af røggaslag.............................................................................................49 6.4.3 Spredning af branden ..............................................................................................51 6.4.4 Brandens afslutning.................................................................................................52

6.5 Uddata.............................................................................................................................54 6.6 Anvendelse af ARGOS på udvalgte bygninger..............................................................55

6.6.1 Forudsætninger .......................................................................................................55 6.6.2 Valg af brandscenarier............................................................................................57 6.6.3 Oversigt over simuleringer......................................................................................58 6.6.4 Resultater og vurdering...........................................................................................59

6.7 Modificeret simulering ...................................................................................................65 6.8 Diskussion ......................................................................................................................68

7 Bæreevne for dæk og væg...................................................................................................70 7.1 Dæk uden betonlag .........................................................................................................70 7.2 Dæk med betonlag..........................................................................................................72 7.3 Væg.................................................................................................................................75

8 Brandsikring ........................................................................................................................78

8.1 Passiv brandsikring.........................................................................................................78 8.1.1 Gips..........................................................................................................................78 8.1.2 Brandimprægnering ................................................................................................79 8.1.3 Brandmaling ............................................................................................................80

8.2 Aktiv brandsikring - boligsprinkling ..............................................................................82 8.2.1 Baggrund .................................................................................................................82 8.2.2 Erfaringer ................................................................................................................82 8.2.3 Princippet i sprinkleranlæg.....................................................................................83 8.2.4 Forskel på bolig- og traditionel sprinkling .............................................................85 8.2.5 Fordele og ulemper .................................................................................................85

8.3 Diskussion ......................................................................................................................86

9 Indbrændingsforsøg ............................................................................................................89

9.1 Baggrund ........................................................................................................................89 9.2 Forsøgsmetode................................................................................................................89 9.3 Prøvningsrapport for sømmede elementer......................................................................92

9.3.1 Prøvelegemets udformning:.....................................................................................92

5


9.3.2 Observationer før prøvningen:................................................................................93 9.3.3 Observationer under prøvningen: ...........................................................................93 9.3.4 Observationer efter prøvningen: .............................................................................93 9.3.5 Resultater.................................................................................................................93

9.4 Prøvningsrapport for limede elementer ..........................................................................96 9.4.1 Prøvelegemets udformning:.....................................................................................96 9.4.2 Observationer før prøvningen:................................................................................97 9.4.3 Observationer under prøvningen: ...........................................................................97 9.4.4 Observationer efter prøvningen: .............................................................................97 9.4.5 Resultater.................................................................................................................98

9.5 Diskussion ....................................................................................................................100

10 Konklusion .......................................................................................................................101

11 Litteratur..........................................................................................................................104

6

Brandpåvirkede massivtræelementer Symbolliste

Symbolliste Herunder er angivet symboler, som anvendes i den generelle brandteori og i ARGOS’ teoriafsnit. Symbol Enhed Forklaring A m2 Areal b m Plumens radius cp J/(kg⋅K) Specifik varmekapacitet for luft D0 m2/g Røgpotentiale g m/s2 Tyngdeacceleration (= 9,81) hf0 m Initialbrandens flammehøjde dchar mm Indbrændingsdybde deff mm Effektiv indbrændingsdybde dpyro mm Pyrolysezone F - Vinkelforhold

•

pm kg/s Masseflow Mw g/mol Gennemsnitlig molvægt for luft O m½ Åbningsfaktor OD dB/m Optisk densitet P Pa Tryk qarea kW/m2 Brandeffekt pr. arealenhed qfire kW Brandeffekt (ARGOS) qj kW Varmetilførsel i rum qvolume kW/m3 Brandeffekt pr. volumenenhed

•Q kW Brandeffekt

cQ•

kW Konvektiv brandeffekt

max

•Q kW Maksimal brandeffekt rmax m Maksimal horisontal afstand i rum R J/(mol⋅K) Idealgaskonstanten t s el. min Tid t2 s Fordoblingstid tburnt s Lokal udbrændingstid te s Tid til påbegyndelse af slukning T °C el. K Temperatur T0 °C el. K Temperatur i plumens kerne Tjet °C el. K Temperatur i jetstrøm Tkrit s Tid til kritiske forhold T∞ °C el. K Temperatur i omgivende luft u m/s Hastighed u0 m/s Opadrettet hastighed i plumens kerne v m/s Hastighed vj m3/s Luftstrøm ind i rum V m3 Volumen Vl m3 Volumen af væske

7

Brandpåvirkede massivtræelementer Symbolliste

Wl g Vægt af forbrændt materiale z m Vertikal højde (fx for plume) α kW/s2 Brandtilvækstkoefficient β mm/min Indbrændingshastighed β m/s Hastighed af horisontal flammespredning (ARGOS) ∆hc kJ/kg Effektiv brændværdi ε - Emissionstal κ (var.) Konstant anvendt i plumeligninger η - Konstant anvendt i plumeligninger ρ kg/m3 Densitet ρ∞ kg/m3 Densitet af omgivende luft

Symboler med over indikerer, at der er tale om en værdi pr. tidsenhed. •

8

Brandpåvirkede massivtræelementer Indledning

1 Indledning

1.1 Baggrund I de senere år er der opført adskillige byggerier med massive træelementer som en del at det statiske system. Elementerne markedsføres på deres sunde indflydelse på indeklima og ydre miljø, samt en æstetisk værdi, der viderefører de nordiske traditioner for træhuse. Der er dog en række udfordringer, der skal overvejes, før konkurrencen mod især betonelementer for alvor kan tages op. Den generelle opfattelse af træ som et meget brandfarligt materiale, er en af de største. Første skridt på vejen blev taget i 1999, da et tillæg til Bygningsreglementet gjorde det lovligt at opføre huse med bærende konstruktioner af træ i op til 4 etager, under forudsætning af, at træet beskyttes mod brand. Problemet er, at de metoder der er mest udbredt til brandbeskyttelse består i en fuldstændig indpakning med gips, isolering eller en kombination af disse. Herved skjules træet og den æstetiske værdi forsvinder. Bygningsreglementet giver muligheder for alternativer til denne indpakning. Der har længe været produkter på markedet til kemisk behandling, der forbedrer træets brandtekniske egenskaber, så overfladen lever op til lovens krav. De to typer behandling der er mest udbredt, er imprægnering og overflademaling. I udlandet har der i de senere år været en udvikling af sprinklere til boliger. Den største udfordring ved sprinklere er nok den – delvist berettigede – frygt for vandskader når et træhus sprøjtes til med vand. Hvis massivtræelementer for alvor skal vinde markedsandele i Danmark, må der findes nogle effektive, billige og diskrete løsninger til sikring mod brand. Inden for de næste par år er det planen, at de eksisterende konstruktive brandkrav i Bygningsreglementet skal erstattes af de mere fleksible funktionsbaserede brandkrav, som det allerede er sket i en række andre lande. Det skulle herved blive muligt at tilpasse både den passive og den aktive brandsikring til bygningernes anvendelse frem for nogle generelle krav, der ofte er overdimensionerede. De nye brandkrav vil formentlig sætte skub i udviklingen og brugen af Edb-baserede programmer til beregning og dokumentation af eksempelvis evakuering og røg- og varmespredning. Et program der allerede er på markedet er ARGOS, der udvikles af Dansk Brand- og sikringsteknisk Institut. Nærværende projekt undersøger bl.a. om programmet kan anvendes til beregning af bygninger opført i massivtræelementer.

9

Brandpåvirkede massivtræelementer Indledning

I Danmark anvendes to principielt forskellige typer forbindelsesmidler; lim og søm. Der er mange meninger om hvilken type, der er bedst og der er mange argumenter for og imod; styrke, udseende, pris, anvendelighed og – mest relevant i denne sammenhæng – modstandsevnen mod brand. Selvom prisen er en vigtig faktor, når der skal vælges løsninger til byggeindustrien, beskæftiger dette projekt sig ikke med de økonomiske overvejelser.

1.2 Formål Formålet med dette projekt er, at undersøge de brandtekniske udfordringer ved anvendelse af massivtræ til bærende elementer i husbyggeri. Som et led i denne undersøgelse, udføres forsøg til sammenligning af indbrænding i henholdsvis sømmede og limede massivtræelementer. Derudover undersøges om programmet ARGOS kan anvendes til simulering i bygninger af massivtræ, herunder vurdering af programmets teoretiske grundlag. Arbejdet er en kombination af litteraturstudie, EDB-simulering, beregninger og laboratorieforsøg.

1.3 Rapportens opbygning Rapporten er opbygget på følgende måde:

• Massive træelementer - konstruktionsprincip og egenskaber for elementer af massivtræ.

• Generel brandteori - grundlæggende principper i branddynamik, der er vigtige for forståelsen af brandudvikling og ARGOS.

• Eksempler på byggerier - beskriver kort to eksisterende bygninger, hvor massivtræ er anvendt.

• ARGOS - brandsimuleringer med ovenstående bygninger, herunder programmets forudsætninger og begrænsninger.

• Bæreevne for dæk og væg - simple undersøgelser af bæreevne efter 60 min. indbrænding.

• Brandsikring - alternativer til brandsikring med gips, herunder en uddybende beskrivelse af sprinkling i boliger.

• Indbrændingsforsøg - beskrivelse af brandforsøg med sømmede og limede elementer, inkl. angivelse af de vigtigste resultater.

10

Brandpåvirkede massivtræelementer Massive træelementer

2 Massive træelementer

2.1 Introduktion Et af de vigtigste salgsparametre ved markedsføringen af massivtræbyggeri, er træets indflydelse på indeklimaet. Når træet fremstår ubehandlet er afgasningen af sundhedsskadelige stoffer langt mindre end i tilsvarende byggerier i beton. Derudover forbedres luftfugtigheden i indeluften pga. træets evne til at optage og afgive fugt. Massivtræelementerne sælges desuden på deres æstetiske udtryk. Tidligere tiders fascination af den rå beton er afløst af et ønske om mere levende og varme overflader. Efter manges mening opfylder træet dette ønske både som nybyggeri, og når det ældes. Det skal dog bemærkes at overfladen på de sømmede elementer er så grov, at det nuværende produkt ikke egner sig som overflade i boliger. En pænere overflade kan opnås ved at ændre fremstillingsprocessen. Under selve opførelsen af byggeri med massivtræ er fordelene mere konkrete. Vægten er lav i forhold til eksempelvis betonelementer. Det betyder at transporten til byggepladsen og den interne transport bliver nemmere og billigere. Desuden kan der spares på de underliggende konstruktioner pga. den lavere egenlast. Elementerne er også nemme at tilvirke. Gennemføring af installationer til el, vvs og ventilation kan bores eller skæres uden brug af specialværktøj. Det kræver dog, at der anvendes limede elementer eller, at den udførende har kendskab til placeringen af eventuelle søm. Dette kan dog i praksis være umuligt, da de ikke er synlige fra overfladen. Set i et miljømæssigt perspektiv er massivtræ fordelagtigt. Beton er forholdsvis energikrævende at fremstille og giver efter endt levetid en mængde affald, der er svært at genanvende. Træ er derimod CO2-neutralt, når der ses bort fra forarbejdningen. Elementerne kan i en vis udstrækning genanvendes, hvis de behandles ordentligt under nedrivning. Alternativt kan de brændes i et kraftværk og derved give energi. Det eneste problem i denne sammenhæng er forbindelsesmidlerne, særligt ved brug af søm, da udvinding og forarbejdning af jern er meget energikrævende. Det kan overvejes at anvende dyvler af træ som alternativ. Der er desværre også visse ulemper ved at anvende elementer af massivtræ. Træet er meget følsomt over for kraftige fugtpåvirkninger. Specielt i byggeperioden kan det være et problem at få afskærmet elementerne mod nedbør. Det største problem p.t. er de dårlige lydegenskaber. Elementerne kan ikke i sig selv overholde de gældende standarder, når det gælder støjreduktion.

11


Det problem, som næsten er mest nærliggende i forbindelse med træhuse, er at træet kan brænde. Der er flere måder at løse problemet på, men ingen af løsningerne er uden problemer.

2.2 Typer Massive træelementer kan principielt opdeles i tre grupper efter deres konstruktive opbygning.

Den simpleste type er opbygget af kantstillede brædder. Den tyske betegnelse brettstabel er meget dækkende, da brædderne i princippet bare er stablet. Elementets tykkelse er lig en lamels højde. En mindre simpel type er elementer opbygget af krydsede brædder. Flere lag brædder lægges ovenpå hinanden og hvert andet lag drejes 90°. Princippet er det samme som anvendes til krydsfinér. Den mest avancerede type er kasseelementer. Denne type har gennemgående hulrum og træmassen er derfor mindre end i de to første typer.

Figur 1 - Tre typer massivtræelementer [1]

2.3 Materialer Mængden af forskellige materialer i massive træelementer er meget lille i forhold til fx betonelementer. Det er med til at gøre produktionen simpel og dermed gøre kvaliteten mere stabil. I princippet består elementerne kun af træ og forbindelsesmiddel. Dertil kommer eventuelle beklædninger eller overfladebehandlinger. Træet der anvendes er primært nordisk gran (ca. 85% i 2001 [1]). Der stilles mindre krav til sorteringen af det anvendte træ end for almindeligt konstruktionstræ. Det skyldes den enkelte lamels lille betydning for elementets samlede styrke. Fejl i en lamel vil derfor have begrænset

12


indflydelse. Af samme årsag vil den karakteristiske styrke være højere end for konstruktionstræ af samme træsort og sortering. Til at forbinde de enkelte lameller anvendes søm, dyvler, lim eller forspændte stålstænger. I Danmark produceres endnu kun sømmede og limede elementer. Efter montering kan der på dækelementerne udstøbes et betonlag. Udover en indvirkning på de akustiske forhold, er betonen med til at forbedre dækkets skivevirkning.

2.4 Anvendelse Massive træelementer anvendes i husbyggeri til dæk, vægge og tagdæk. De kan i stor udstrækning erstatte traditionelle byggekomponenter som beton, letbeton, murværk og træskeletkonstruktioner. Elementerne er også flere steder brugt som støjskærm ved veje. Der kræves ikke nogen speciel ekspertise for at montere de massive træelementer. Dvs. at det samme tømrersjak kan udføre både elementmontering og de mere traditionelle tømrer-arbejder på byggepladsen. Som med enhver anden arbejdsproces vil det dog være en fordel, hvis sjakket har erfaring med lignende projekter, for at minimere montagetiden og risikoen for fejl.

2.5 Lovgivning Projektering med massive træelementer skal udføres i henhold til BR-95 og BRS-98. Derudover anvendes standarderne Norm for sikkerhedsbestemmelser for konstruktioner (DS 409), Norm for last på konstruktioner (DS 410) og Norm for trækonstruktioner (DS 413). Ved dimensioneringen undersøges konstruktionen i henhold til DS 409 for lastkombinationerne 1 – anvendelsesgrænsetilstand, 2 – brudgrænsetilstand og 3 – ulykkeslast. Ved dimensionering for brand anvendes lastkombination 3.3 – brand. I tillæg 1 til BR-95 af 15. oktober 1999 blev der åbnet op for at projektere bærende konstruktioner som BD bygningdel 60 i op til 4 etager. Det blev derved lovligt at anvende træ som bærende konstruktion, når enten bygningen forsynes med automatisk sprinkleranlæg eller de bærende konstruktioner udføres med et brandbeskyttelsessystem ([18] tillæg 1, kap. 6.7.2 stk. 7). Alle indvendige vægge og loftsoverflader skal udføres mindst som klasse 1-beklædning. Overfladerne må derfor ikke bestå af et klasse B-materiale som fx træ [18].

13


2.6 Egenskaber 2.6.1 Styrke Elementernes egenskaber afhænger af producent, elementtype, forbindelsesmiddel m.m. Dansk Træemballage (DTE) og Lilleheden angiver følgende styrker for deres sømmede henholdsvis limede, kantstillede væg- og dækelementer. Til sammenligning angives de tilsvarende værdier for K14 ifølge DS 413: Karakteristiske styrkeværdier for sømmet DTE massivtræ-element, limet Lilleheden Massivelement og K14 konstruktionstræ. Alle værdier i MPa.

DTE Lilleheden K14

Bøjningsstyrke fm,k 14,4 30 14Trykstyrke ⊥ fc,90,k 2,9 2,7 3,5

Trykstyrke || fc,0,k 7,2 24 12

Trækstyrke ⊥ ft,90,k 0,4 0,4 0,5

Trækstyrke || ft,0,k 8 16,5 8Forskydningsstyrke fv,k 3 2,7 3Elasticitetsmodul || middelværdi E0 7200 11000 7000

Elasticitetsmodul || 5%-fraktil E0,k 4800 9400 4700

Elasticitetsmodul ⊥ middelværdi E90 240 - 250Forskydningsmodul, middelværdi G 600 720 500 Træets styrke falder med ca. 1/3 når det varmes op fra 20-100 °C. Derefter vil styrken formentlig stige igen når fugten drives ud af træet, da et mindre fugtindhold giver en større styrke [16]. Temperaturstigningen sker dog i så lille en dybde at den i de fleste tilfælde kan negligeres. 2.6.2 Lydforhold Kravene til lydforhold, volder i praksis større problemer end brandsikkerheden. Elementerne må kombineres med andre materialer der har bedre lydegenskaber som fx beton, mineraluld, sand eller forskellige former for pladematerialer. Emnet er beskrevet nærmere i rapporten ”Lydisolering – etageadskillelser af massive træelementer” af Christine Ejlersen og Louise Eriksen, BYG•DTU 2002.

14


2.6.3 Fugtforhold Træets evne til at fungere som fugtbuffer i en bygning, er et af de vigtigste salgsparametre når det gælder massive træelementer. Træet indstiller sig relativt hurtigt efter klimaet i den omgivende atmosfære og fugtigheden i bygningens rum vil derfor ikke have så store udsving som i en traditionel betonbygning. Det betyder meget for indeklimaet og dermed for brugernes helbred. Elementerne kan dog ikke anvendes i rum med stor fugtbelastning, da den store fugtoptagelse vil medføre nedbrydning af træet.

2.7 Projekteringsprincipper Ved dimensionering kan vægge af massivtræ regnes som en vægsøjle. Følgende bør undersøges:

Dimensionering mod bøjning: 1,

,

,0,

,0, ≤+⋅ dm

dm

dcc

dc

ffkσσ

Tryk på fodrem: dcdc f ,90,,90, ≤σ

Forankring mod glidning: friktionH FF ≤

σc,0,d er den regningsmæssige trykspænding parallelt med træets fibre. σc,90,d er den regningsmæssige trykspænding vinkelret på træets fibre. σm,d er den regningsmæssige bøjningsspænding. fc,0,d er den regningsmæssige trykstyrke parallelt med træets fibre. fc,90,d er den regningsmæssige trykstyrke vinkelret på træets fibre. fm,d er den regningsmæssige bøjningsstyrke. kc er en reduktionsfaktor, der tager hensyn til konstruktionens slankhedstal. FH er den vandrette last i væggens plan. Ffriktion er friktionskraften mellem væggen og underlaget.

Kilde: [1] Væggen kan desuden undersøges for forskydning som følge af vandret last samt forankring for sug.

15


Ved dimensionering af dæk af massivtræ regnes som en bjælke. Følgende bør undersøges:

Brud i det hårdest påvirkede tværsnit dmfWM

,≤

Tidsbetinget udbøjning fra egenvægt, nyttelast og naturlast

300)1( 2

lku deffin ≤⋅+= ψ

Svingninger Behandles ikke i DS 413, men følgende principper anvendes i udlandet:

Statiske mmuEIlQ

ul

d

5,1)(48

max

3

=

≤⋅

⋅=

Dynamiske )1(

40max

1002006,04,0(4

−⋅=

≤+⋅⋅

⋅+⋅=

zfgrænsev

lbmn

v

M er bøjningsmomentet i det undersøgte tværsnit W er modstandsmomentet i det undersøgte tværsnit uinst er den øjeblikkelige deformation fra den karakteristiske last ψ2 er faktoren svarende til den kvasipermanente lastandel, jf. DS 413

tabel V6.3.2a. kdef er en faktor der tager hensyn til lastvarighed og anvendelsesklasse,

jf. DS 413 tabel V 6.3.2b. Qd er en kortvarig punktlast på 1,0 kN fordelt på én meter. v er impulshastighedsresponsen [m/(2*N*s)]. n40 er antallet af egensvingninger med frekvenser mindre end 40Hz. m er dækkets masse pr. fladeenhed b er dækkets bredde. l er dækkets længde i spændretningen. f kan sidestilles med den laveste resonansfrekvens f1. z er den relative dæmpning.

Kilde: [1]

16


2.8 Brand Ifølge DS 410 [5] skal den termiske last ved brand fastlægges enten ud fra et nominelt brandforløb eller et parametrisk brandforløb. Ved beregning skal der tages hensyn til det reducerede tværsnit som følge af branden samt temperaturens og fugtens variation over tværsnittet og de herved ændrede materialeegenskaber. Normen beskriver to enkle metoder:

• Resttværsnitsmetoden I denne metode antages det at materialeegenskaberne er uændrede. Tværsnittet reduceres med indbrændingsdybden dchar og en pyrolysezone dpyro, der mellem 0 og 20 minutter vokser lineært op til 7mm og forbliver konstant derefter. Hjørner afrundes ikke. Metoden kan kun anvendes ved standardbrandforløb.

pyrochareff

char

dddtd+=

⋅= 0β t er tiden i min.

β0 er den dimensionerende indbrændingshastighed, se Tabel 1. β0 [mm/min] Nåletræ med en karakteristisk densitet på mindst 320 kg/m3 Limtræ med en karakteristisk densitet på mindst 380 kg/m3 Løvtræ med en karakteristisk densitet på mindst 450 kg/m3

0,75 0,65 0,50

Tabel 1 - Indbrændingshastigheder uden hensyntagen til afrunding af hjørner [7]

I de senere beregninger regnes efter resttværsnitsmetoden, men uden fradrag for pyrolysezone, da brandforsøgene viste at indbrændingshastigheden passede bedst uden dette fradrag.

• Styrkereduktionsmetoden Som navnet antyder anvendes der i denne metode ændrede materialeegenskaber. Til gengæld er indbrændingsdybderne mere realistiske og der fradrages ikke en pyrolysezone, Ved flersidet brandpåvirkning regnes med afrunding af hjørner Metoden kan anvendes ved standardbrandpåvirkning og ved parametrisk brandpåvirkning. tdchar ⋅= β ved standardbrandpåvirkning

β er den dimensionerende indbrændingshastighed

17


β [mm/min]Nåletræ med en karakteristisk densitet på mindst 320 kg/m3 Limtræ med en karakteristisk densitet på mindst 380 kg/m3 Løvtræ med en karakteristisk densitet på mindst 450 kg/m3

0,65 0,55 0,45

Tabel 2 - Indbrændingshastigheder når der tages hensyn til afrunding af hjørner [7]

Styrker såvel som stivheder reduceres med en faktor kmod,fi, som afhænger af resttværsnittets geometri: kmod,fi = 1-kfi ⋅ (p/Ar)

p = omkredsen af det brandeksponerede tværsnit [m] Ar = arealet af resttværsnittet [m2] kfi = 1/125 for trykstyrke = 1/200 for bøjningsstyrke = 1/330 for trækstyrke, forskydningsstyrke og stivhedstal

Ved anvendelse af styrkereduktionsmetoden ved parametrisk brandpåvirkning skal der regnes med en tidsafhængig indbrændingshastighed og afrundede hjørner. Begyndelseshastigheden βpar er givet ved:

08,04

)04,05(5,1 0

+⋅−⋅⋅⋅

=b

bpar O

Oββ

Den maksimale indbrænding ved branden bestemmes af:

02 td parchar ⋅⋅= β

β0 = indbrændingshastigheden i henhold til Tabel 1 Ob = O⋅1160/b [m½] er den korrigerede åbningsfaktor O = åbningsfaktoren [m½] beregnet efter DS 410, se afsnittet om

brandteori b = brandrummets termiske inerti [J/(m2⋅s½)] beregnet efter DS 410 t0 = 0,006⋅qt,d/O [min] qt,d = den regningsmæssige brandbelastning i MJ/m2 iht. DS 410 Formlerne for styrkereduktionsmetoden ved parametrisk brandpåvirkning gælder kun under følgende forudsætninger:

18


4

4

min4030,002,0

0

½

hd

bd

tmO

char

char

b

≤

≤

≤≤≤

Kilde: [7]

19

Brandpåvirkede massivtræelementer Generel brandteori

3 Generel brandteori

3.1 Forbrænding af træ Ved opvarmning af træmasse sker der i overfladen en endoterm1 pyrolyseproces. Der udvikles gasarter bestående af kulilte, kultveilte, brint og kulbrinter. Gasserne trænger ud til overfladen, hvor de reagerer med den omgivende ilt i en exoterm2 proces. En del af den producerede varme ledes tilbage i træet, hvor den vedligeholder pyrolyseprocessen. Når gassen forsvinder fra træet vil restproduktet være trækul. Da kullet har et mindre volumen end træet opstår der revner pga. spændinger mellem kullet og det underliggende ubeskadigede træ. Herved opstår de karakteristiske rektangulære felter i overfladen. Da kullet har en varmeledningsevne på ca. 0,07W/m°C, mod træets 0,14W/m°C, virker kullaget isolerende mellem de brændende gasser og træet. Det er en medvirkende årsag til at indbrændingshastigheden bliver stabil når først kullaget har nået en vis tykkelse. Hvis de frigjorte gasser antændes af en pilotflamme, dvs. direkte påvirkning af en flamme eller gnist, ligger antændelsestemperaturen for træ et sted mellem 250-350 °C. Spontan antændelse uden pilotflamme sker først når gasserne har en temperatur på omkring 500 °C [9]. Ved længere tids varmepåvirkning er antændelsestemperaturerne lavere. Der er set eksempler på antændelse af træ ved langvarig påvirkning med temperaturer helt ned til 106 °C.

3.2 Brandens stadier Et brandforløb i et lukket rum kan principielt opdeles i 5 stadier

Antændelse Tiltagende fase Overtænding Fuldt udviklet brand Aftagende fase

1 Endoterm: Varmeforbrugende kemisk proces. 2 Exoterm: Varmeudviklende kemisk proces.

20


Figur 2 – Typisk udviklingsforløb for en brand [3]

Antændelse Antændelsen er en proces, der resulterer i en exoterm reaktion. Den kan foregå enten ved påvirkning af fx en flamme eller gnist, eller ved spontan antændelse, hvis brændstoffet akkumulerer tilstrækkelig varme. Tiltagende fase Temperaturen vil efter antændelse vokse med en hastighed, der afhænger af hvilken type forbrænding, der er aktuel (flammebrand, ulmebrand), mængden af ilt til rådighed, brændstoftype osv. Da der som regel er rigeligt med ilt til stede i brandens tiltagende fase, vil brandens udvikling afhænge af mængden og typen af brændstof. Branden siges da at være brændstofkontrolleret. Hvis branden styres af tilgangen af ilt er den ventilationskontrolleret. Overtænding Den formelle definition på overgangen mellem den tiltagende fase og den fuldt udviklede brand er ifølge International Standards Organization3 ”den momentane overgang til en tilstand hvor alle brændbare overflader er involveret i branden i et brandrum” [3]. Drysdale har desuden defineret overtænding som ”overgangen fra brændstofkontrolleret til ventilationskontrolleret brand” [2]. For at overtænding kan finde sted, kræver det som regel at temperaturen er på 500-600°C eller at strålingen til brandrummet er 15-20kW/m2 [3]. I praksis skelnes mellem tiden før overtænding og tiden efter overtænding. Tiden før overtænding er relevant, når der projekteres for personsikkerhed. Efter overtænding antages

3 International Standards Organization (ISO): Samarbejde om standarder mellem 145 lande.

21


det, at brugere af bygningen er reddet i sikkerhed, og fokus er derfor på sikring af værdier og sikkerhed for redningspersonel. I almindelige beboelsesrum med lukkede døre og vinduer vil branden oftest slukke af sig selv før overtænding indtræder. Branden forbruger hurtigt al ilt og kvæler derved sig selv. Den fuldt udviklede brand Når branden når sit højdepunkt, er den – hvis døre og vinduer er lukkede – oftest ventilationskontrolleret. Det resulterer i en stor mængde uforbrændte gasser (fx CO). Når gasserne slipper ud af åbninger i rummet blandes de med ilt og brænder. Temperaturen i denne fase er ofte omkring 700-1200°C [3]. Den aftagende fase Når brændstoffet er ved at være forbrugt vil brandeffekten blive mindre og temperaturen i gasserne efterfølgende falde. Da branden i denne fase kræver mindre og mindre ilt, vil den på et tidspunkt vende tilbage til brændstofkontrolleret tilstand.

3.3 Faktorer der bestemmer brandens udvikling Brandens udvikling og effekt i specielt den tiltagende fase er meget afhængig af hvilke materialer, der brænder – i denne rapport omtalt som brændstoffet. Derudover er mængden og tilgangen af ilt samt de omgivende konstruktioner afgørende. 3.3.1 Forbrænding Ved forbrænding af træ udvikles en mængde energi som er uafhængig af forbrændingshastigheden. Den varmemængde, der udvikles ved forbrænding af 1 kg fast eller flydende brændstof eller 1 m3 af en brændbar luftart, kaldes det pågældende stofs brændværdi. De fleste træarter og træprodukter som krydsfinér og fiberplader har en brændværdi på ca. 20 MJ/kg i helt tør tilstand [16]. Den temperatur, der opnås under branden, afhænger i høj grad af forbrændingshastigheden. Ved en hurtig forbrænding bliver temperaturen høj, da energien ikke kan nå at blive spredt i konstruktionen ved ledning eller konvektion. Den temperatur, hvortil et materiale skal opvarmes for at bryde i brand i atmosfærisk luft, kaldes materialets antændelsestemperatur.

22


3.3.2 Brændstoffet Der kan overordnet skelnes mellem flydende og fast brændstof. Derudover er der visse materialer, der som udgangspunkt er faste, men som smelter ved varmepåvirkning og derved bliver mere eller mindre flydende. I beregningssammenhæng er de flydende brændstoffer de mest simple, da de som regel er veldefinerede med hensyn til overflade, brændværdi, antændelsestemperatur, brandeffekt og flammespredning. Et flydende stofs ”brandfarlighed” angives udover ved sin antændelsestemperatur også ved sit flammepunkt, dvs. den temperatur hvorved væsken afgiver antændelige dampe. Fx har benzin et flammepunkt på -43 °C og en antændelsestemperatur på 250 °C, mens diesel har et flammepunkt på 55 °C og en antændelsestemperatur på 170 °C [w2]. De faste brændstoffer er mere komplicerede. Fx består en sofa af mange forskellige materialer med varierende brændværdi og antændelsestemperatur. Sofaens fysiske udformning spiller også ind. Er konstruktionen tæt eller åben? Også brandens begyndelsessted har afgørende betydning for flammespredningen. Starter branden i toppen af brændstoffet, kan den kun brede sig vha. stråling og ledning, mens den, når branden opstår i bunden af brændstoffet, også kan sprede sig ved konvektion og direkte flammepåvirkning. 3.3.3 Brandrummets sammensætning De fysiske rammer, der afgrænser rummet, hvori branden opstår og udvikler sig, har som nævnt en afgørende betydning. I brandens første stadier er brændstoffets mængde og sammensætning de styrende elementer. Her kan branden sprede sig ved stråling eller direkte flammepåvirkning mod overflader på inventar eller gulv, vægge og loft. De eksponerede overflader kan – hvis de er brandbare – bryde i brand og derved bidrage til udviklingen af røggasser og varme. Herved bliver brandforløbet meget komplekst at forudse og beregne. Under brandens tiltagende fase ophobes en stor del af den udviklede energi i et røggaslag under loftet. Lagets temperatur har betydning for hvor meget energi, der stråler mod det nedre ”kolde” lag. Denne temperatur er til dels styret af hvor meget energi der ledes væk i de omkringliggende konstruktioner. En tung konstruktion af fx beton (ikke letbeton) har en stor varmekapacitet og en god varmeledningsevne og vil derfor optage en stor del af energien i starten. Er konstruktionen derimod let og velisoleret vil temperaturen i røggaslaget stige hurtigere, da kun en ringe del af energien bliver ledt væk fra brandrummet. I brandens senere faser kan udviklingen være styret af mængden af ilt til rådighed. Er der åbninger mod det fri eller tilstødende rum, vil der ske en udveksling af røggasser fra brandrummet. I starten vil der dannes et overtryk i rummet, hvorved de varme, lette røggasser presses ud gennem den øverste del af åbningerne. Senere, når trykket bliver mindre, vil frisk

23


luft trænge ind forneden og erstatte en del af de varme røggasser. Herved tilføres ilt til forbrændingsprocesserne. 3.3.4 Åbningsfaktor Et meget anvendt begreb inden for brandteknik er åbningsfaktoren. Det er en værdi der beskriver det samlede areal af åbninger i forhold til det samlede overfladeareal i et givet rum. Åbninger vil i denne sammenhæng sige alle døre, vinduer o.l.

Figur 3 - Beregning af åbningsfaktor

Åbningsfaktor

tAhA

O 0= (1)

hvor,

)(2/)...(

...

323121

0662211

6200

llllllAAhAhAhAh

AAAA

t ++=+++=

+++=

Det er svært at bedømme åbningsfaktorens indvirkning på brandens udvikling. En høj åbningsfaktor betyder, at muligheden for ventilation er stor og dermed, at tilgangen af frisk luft er stor. Ligeledes kan røggasserne lettere trænge den anden vej og røglaget bliver derfor ikke så kraftigt. Dog kan tilgangen af ilt resultere i en kraftigere forbrænding og en følgende større røgudvikling. En kraftigere forbrænding vil give en mere fuldstændig forbrænding, der igen vil resultere i mindre røgudvikling. Det omvendte gælder for en lille åbningsfaktor. Åbningsfaktorens betydning må derfor vurderes i det aktuelle brandscenarium.

24


3.3.5 Brandeffekt Et hvert objekt udsat for brand frigiver en vis mængde energi pr. tidsenhed. Denne energi

måles i kW, angives med symbolet Q og kaldes brandeffekt. Værdien er ofte brugt ved

branddimensionerende analyser, da størrelsen er karakteristisk for brandens udvikling.

•

Der er flere måder til praktisk bestemmelse af brandeffekten fra et materiale. Den mest almindelige metode går ud på at bestemme den forbrugte mængde ilt ved en given afbrænding. Det gøres ved at antænde et materiale og herefter opfange og bortlede alle forbrændingsprodukterne. Efter en analyse af forbrændingsgasserne og varmestrømmen kan mængden af brugt ilt beregnes, hvorefter brandeffekten udregnes ved hjælp af en erfaringsmæssig konstant. Ved projektering anvendes i praksis data fra fuld-skala brandforsøg til at fastlægge brandeffekten fra faste brændstoffer. Fx har Lunds Universitet udgivet rapporten ”Initial Fires” med brandeffekt og røggasudvikling for en lang række komponenter og inventar fra bolig og erhverv. Hvis man ved en branddimensionering ikke på forhånd kender noget til indretningen og placering af inventaret i den pågældende bygning, kan man beregne en tilnærmet værdi af brandeffekten ved nedenstående udtryk:

2tQ ⋅=•

α (2)

hvor, α = Tilvækstkoefficient [kW/s2] eller [MW/min2] t = Tiden fra antændelse [s] eller [min] Brandforløb, der er beregnet ud fra formel (2), betegnes normalt som en alfa-t2-brand. Ud fra brandforsøg har det vist sig, at forholdet mellem α og t passer meget godt med formlen. Det forudsætter dog, at t regnes fra det tidspunkt, hvor antændelsen er sat godt i gang og branden er begyndt at vokse. I en virkelig brand vil dette tidspunkt svare til tiden, hvor der begynder at optræde synlige flammer, og hvor en betydelig energi bliver frigivet. Tilvækstkoefficienten fortæller noget om hastigheden på brandudviklingen. Generelt set deles hastigheden af brandtilvæksten ind i fire kategorier med hver deres α-værdi, jvf. Bilag 1. Betegnelserne for tilvæksthastighederne er fremkommet ved afbrænding af objekter af forskellige materialer, hvor tid og brandeffekt er registreret. Tiden hvor brandeffekten har

25


nået værdien 1000 Btu/s, eller 1055 kW, har bestemt, hvilken kategori den pågældende brand hørte under.4 Eksempler på afbrændte objekter med mere specifikke værdier for α kan ses i Tabel 3.

Objekt α [kW/s2] Madras (62,36 kg) – begyndende

brandudvikling 0,0009

Madras (62,36 kg) – senere brandudvikling 0,0086 Stol af træramme m. skumhynder (11,2 kg) 0,0042

Bogreol i krydsfinér m. alu. ramme (30,39 kg) 0,2497

Tabel 3 - Eksempler på α-værdier fra afbrændte objekter5

Ved en branddimensionering kan det umiddelbart være svært at bestemme størrelsen af α ud fra Tabel 3, da indretningen og mængden af inventar ofte er ukendt. I stedet er det muligt at finde α ud fra den pågældende bygnings anvendelseskategori, se Bilag 1. I nogle teoretiske beregninger af brandforløb benyttes i stedet for den almindelige

brandeffekt, den konvektive brandeffekt, Q . Denne størrelse er beskrevet nærmere i afsnittet

om Heskestads plumeteori. c

•

3.3.6 Stråling Mellem to legemer med forskellig temperatur udveksles energi i form af stråling. Mængden af energi, der udveksles per tidsenhed, er proportional med temperaturforskellen mellem de to legemer. Farve og overflade på legemet er af afgørende betydning for udstrålingen. En sort overflade giver den største udstråling, og et ”absolut sort legeme” er derfor defineret som reference. Alle andre overflader er defineret ved en fraktion af denne reference. Fraktionen kaldes legemets emissionstal ε. En overflade, der ikke er absolut sort, kaldes ”termisk grå” [20]. Hvis en termisk grå flade 1 med temperaturen T1 modtager stråling fra en sort flade 2 (fx en flamme) med temperaturen T2 og stråler tilbage til 2, kan den totale varmetransport ved stråling mellem de to flader udtrykkes som:

4 De pågældende brandforsøg er foretaget i USA, hvilken forklarer enheden Btu/s (1 Btu = British thermal unit = 1,055 kJ). Resultaterne er samlet i ”Guide for Smoke and Heat Venting”, NFPA, Quincy, 1985. 5 Værdierne er uddrag af en større tabel fra [19], R. P. Schifility

26


)( 42

411211 TTFAQ −⋅⋅⋅⋅= σε (3)

hvor, ε1 og A1 = hhv. emissionstallet og arealet for overflade 1

F12 = vinkelforholdet (nærmere beskrevet i [20]) σ = Stefan-Boltzmanns konstant (5,67⋅10-8 W/m2K4).

Strålingen fra de varme røggasser er i høj grad årsag til brandspredning. Gasserne fordeler sig over hele brandrummets areal og evt. gennem åbne døre, når laget bliver tykt nok. Strålingen kan herefter antænde materialer, der ikke er i umiddelbar nærhed af branden. 3.3.7 Trykforskel En af de vigtigste forudsætninger for at en væske eller gas kan bevæge sig fra et sted til et andet er, at der er trykforskel mellem de to steder. En sådan trykforskel vil ved en brand være nødvendig, for at varme røggasser har mulighed for at sprede sig til andre rum i en bygning. Ved en brand vil der kunne opstå trykforskelle på to måder. Den mest almindelige måde er den, hvor densitetsforskel mellem to gasser medvirker til opdrift. En anden måde trykforskel kan forekomme er ved udvidelse af gasser som følge af opvarmning. Den termiske udvidelse vil dog normalt ikke være mærkbar i de fleste rum og bygninger. For at trykket kan vokse vil det kræve, at rummet er helt tæt og uden nogen former for ventilationsåbninger og utætheder. Trykforskellen vil derfor kun kunne registreres i fx et trykkammer. Foruden trykforskel ved brand kan det ved en brandteknisk undersøgelse være interessant, at undersøge den trykforskel der opstår af normale årsager i en bygning. Et eksempel på dette er trykforskellen, der fremkommer ved densitetsforskel eller temperaturforskel mellem det indvendige og udvendige klima. Ligeledes kan mekanisk ventilation være en meget væsentlig årsag til forskel i tryk og dermed spredning af røggasser. Spredningen af varme gasser drevet af densitetsforskelle vil ved beregninger normalt blive bestemt af de klassiske modeller indenfor hydraulikken. Den vigtigste og mest grundlæggende model for bestemmelse af fluiders bevægelse er Bernoullis ligning, som i sin grundform ser ud som formel (4):

27


ghvPghvP ⋅⋅+⋅

+=⋅⋅+⋅

+ 222

22

2111

21

1 2

2ρ

ρρ

ρ (4)

hvor, 1 og 2 refererer til to betragtede punkter i en fluidstrøm, f.eks. overfladen og

udløbet af en væsketank. P = Fluidens tryk i de to punkter [Pa] v = Hastigheden af fluiden i de to punkter [m/s]

ρ = Densiteten af fluiden [kg/m3] h = Den geometriske højde af de to punkter målt fra et fastsat punkt

[m] Som eksempel på anvendelsen af Bernoullis ligning kan Figur 4 betragtes. Figuren viser et brandrum med ventilationsåbninger for oven og for neden, som det principielt ser ud ved en lukket dør.

Figur 4 - Hydrostatisk trykdifference for et brandrum [3, modificeret]

3.4 Plumeteori 3.4.1 Plume Betragtes en brand vil der fra det brændende materiale være en opadstigende varmestrøm. Denne strøm inklusiv alle flammer kaldes under ét for en plume. Når den varme gas stiger op vil der skabes et sug ved det brændende materiale, hvilket medfører at kold luft bliver suget ind i plumen. Samtidig skabes et øvre lag af varme gasser, som er af stor betydning for brandens forløb. Der findes forskellige typer af plumer, men den mest udbredte er den såkaldte aksesymmetriske plume. Som navnet antyder antages denne plume at være symmetrisk langs

28


den lodrette midterlinie. Denne symmetri medfører at kold luft kan suges ind vandret fra alle sider. Størrelsen på den aksesymmetriske plume angives dels ved højden z og dels ved plumens radius b ved en vis højde over det brændende materiale. Af andre parametre til beskrivelse af plumen kan nævnes plumens temperatur og hastighed. Temperaturen i plumen varierer med højden og med den vandrette afstand fra midterlinien til afgrænsningen. Den største temperatur ved en given højde af en aksesymmetrisk plume findes således i midterlinien. Denne temperatur i plumens kerne benævnes T0, hvor 0’et refererer til midterlinien, og måles i enten °C eller K. Ved hastigheden af en plume forstås den hastighed hvorved de varme gasser i plumen stiger opad. Ved en given højde findes den største hastighed ved midterlinien af en aksesymmetrisk plume og benævnes u0 målt i m/s. 3.4.2 Idealplume En af de mest simple plumer kaldes for idealplume. Den tager udgangspunkt med brandkilde i et enkelt punkt og har form som en omvendt kegle, se Figur 5.

Figur 5 - Idealplume [3]

I højden er plumen afgrænset ved det punkt, hvor den opaddrivende kraft er for svag til at vedholde flowet af varme gasser. For at lette beregningerne er der i denne plumeteori gjort en række antagelser. Af antagelser kan nævnes, at al energi i plumen tænkes tilført fra det ene punkt, hvor brandkilden er placeret, og at energien forbliver i plumen. Der regnes derfor ikke med energitab som følge af varmestråling. En anden antagelse er, at densiteten af gasserne i plumen, ρ, stort set ikke varierer op gennem højden z, men forbliver konstant inden for plumens afgrænsninger. Ligeledes antages det i nogle tilfælde, at densiteten ρ tilnærmelsesvis er lige så stor som densiteten i den omgivende

29


luft, ρ∞. Denne antagelse, som også kaldes Boussinesq approksimationen, kan dog ikke bruges i umiddelbar nærhed af brandkilden, da den opaddrivende kraft over brandkilden beregnes ved densitetsforskellen (ρ∞ - ρ) ganget med tyngdeaccelerationen g. Foruden densiteten tænkes også hastigheden og temperaturen af de varme gasser samt den opadgående kraft at være uafhængige af højden af plumen. Hastigheden og temperaturen regnes som konstante i et vilkårligt vandret snit i plumen. Derfor bliver notationen med indekset 0 som reference til plumens midterlinie ikke benyttet her, og der anvendes derfor blot symbolerne u og T. Udenfor plumens radius regnes hastigheden u som værende 0 og temperaturen T som værende lig med den omgivende lufts temperatur T∞. Endelig antages det, at hastigheden v af den tilførte luft ved plumens afgrænsning er proportional med hastigheden u af de varme gasser i plumen med faktoren α ≈ 0,15. Hastigheden af den vandrette lufttilstrømning tænkes altså at være ca. 15 % af den lodrette strømnings hastighed i plumen (v = α⋅u). Med de ovennævnte antagelser kan der opskrives generelle udtryk for bl.a. masseflowet og brandeffekten. Efter nogen regning kan der ud fra disse generelle udtryk udledes formler for plumens masseflow, hastighed og temperatur ved en given højde z. Formlerne vil ikke blive udledt i denne rapport, men blot blive opskrevet i deres mest anvendelige form. Bemærk at plumens temperatur er opskrevet som en temperaturforskel mellem plumens gasser og den omgivende luft, ∆T = T - T∞. Plumens masseflow

3/53/13/1

p

2

p zQTc

g20,0m ⋅⋅

⋅⋅

=•

∞

∞• ρ (5)

Gassernes hastighed i plumen

3/13/13/1

pzQ

Tcg94,1u −

•

∞∞

⋅⋅

⋅⋅=

ρ (6)

Plumens temperaturforskel

3/53/2

3/1

22p

zQcg

T0,5T −

•

∞

∞ ⋅⋅

⋅⋅=

ρ∆ (7)

30


Her er cp den specifikke varmekapacitet for luft ved konstant tryk målt i J/(kg⋅K), og

brandeffekten målt i kW.

•Q

3.4.3 Heskestads plume Heskestads plumeteori er en modifikation af idealplumeteorien, hvilket bl.a. ses i nogle anderledes grundlæggende antagelser. Først og fremmest bliver der indført et såkaldt virtuelt begyndelsespunkt for brandkilden, z0, se Figur 6.

Figur 6 - Heskestads plume [3]

Denne parameter er fremkommet af eksperimentelle værdier fra brandforsøg med fritliggende væsker, og er defineret som:

D02,1Q083,0z5/2

0 ⋅−⋅=•

(8)

hvor D er diameteren på brandkilden.

Ud fra formlen og fra figuren ses det, at z0 sammen med brandkildens diameter er beskrivende for, hvor voldsom branden er. Parameteren kan både antage negative og positive værdier, og en positiv værdi angiver, at branden har en kraftig energiafgivelse fra en lille brandkilde. Ligeledes kan det udledes, at to brande med forskellige z0-værdier kan have samme brandeffekt, hvis diameteren på brandkilderne også er forskellige.

31


I modsætning til idealplumen er der i Heskestads plume mulighed for, at hastighederne og temperaturen på røggasserne kan variere med afstanden fra plumens midterlinie. Derfor benyttes her symbolikken med 0 som indeks på T og u, som beskrevet i det indledende afsnit. Ligeledes ses der bort fra Boussinesq approksimationen, så densiteten i og udenfor plumen kan variere. Endelig tager Heskestads teori også højde for, at nogle plumeegenskaber kan være forskellige

afhængig af den konvektive brandeffekt, Q . Det er den konvektive brandeffekt, der er med

til at skabe den opstigende varmestrøm i plumen, og i størrelsen af Q er medregnet det

varmetab, som finder steder ved stråling. Dette varmetab er erfaringsmæssigt bestemt til mellem 20 og 40 %, hvilket medfører, at den konventive brandeffekt er af størrelsesordenen

60 – 80 % af den totale brandeffekt, .

•

c

•

c

•Q

Med de ændrede antagelser er Heskestad kommet frem til følgende udtryk for plumens hastighed og temperatur: Gassernes hastighed i plumekernen

( ) 3/10

3/1

c

3/1

p0 zzQ

Tcg4,3u −

•

∞∞

−⋅⋅

⋅⋅=

ρ (9)

Plumens temperaturforskel

( ) 3/50

3/2

c

3/1

22p

0 zzQcg

T1,9T −

•

∞

∞ −⋅⋅

⋅⋅=

ρ∆ (10)

3.4.4 McCaffreys plume I stedet for at tage udgangspunkt i idealplumen beskriver McCaffrey plumens egenskaber fra et andet synspunkt. Til forskel for den teoretiske model anvendt i idealplumeteorien og Heskestads plumeteori, har han ud fra forsøgsdata udledt nogle helt anderledes beregningsudtryk. Én af de ændrede betragtninger McCaffrey anvender er en opdeling af plumen i tre zoner:

Zone 1 Sammenhængende flamme Zone 2 Uregelmæssige flamme Zone 3 Plume En skitse af denne opdeling ses på Figur 7

32


Figur 7 - McCaffreys plume [3, modificeret]

Det skal bemærkes, at zone 3 her blot kaldes for plume. Betydningen af denne benævnelse er dermed anderledes end tidligere nævnt, idet der med plume nu udelukkende menes den strøm af varme gasser som ikke umiddelbart er synlig. Flammerne er altså ikke en del af plumen i denne betydning. Ud fra forsøgene samt den tredelte plumemodel, er McCaffrey kommet frem til følgende forhold for plumens kernetemperatur og opadrettede hastighed:

∞

−

•⋅

⋅= T

Q

zg29,0

T

12

5/2

2

0

η

κ∆ (11)

5/1

5/20 QQ

zu•

•⋅

=

η

κ (12)

Konstanterne η og κ er forskellige for de tre zoner, som vist i Tabel 4:

Zone 5/2

Q/z•

η κ

[m/kW2/5] Plume > 0,2 3/1− 1,1 [m4/3/(kW1/3s)] Uregelmæssig 0,08 – 0,2 0 1,9 [m/(kW1/5s)] Sammenhængende < 0,08 2/1 6,8 [m1/2/s]

Tabel 4 - Konstanterne η og κ fra McCaffreys plumeligninger

33


Som det ses af tabellen, er det forholdet , som er bestemmende for hvilken zone et

givent punkt befinder sig i. Desuden ses det, at teorien gør brug af den totale brandeffekt, da det er denne effekt, der er benyttet ved bestemmelse af konstanterne i formlerne.

5/2

Q/z•

34

Brandpåvirkede massivtræelementer Funktionsbaserede brandkrav

4 Funktionsbaserede brandkrav I 2002 kom der fra Erhvervs- og boligstyrelsen et udkast til en vejledning omkring de kommende funktionsbaserede brandkrav. De funktionsbaserede brandkrav skal gøre det muligt at projektere brandteknisk, analytisk frem for at skulle opfylde en række konstruktive krav. Udkastet giver en række forslag til metoder til beregning af brand- og røgspredning, samt hvilke acceptkriterier, der erfaringsmæssigt skal opfyldes. Formålet med at skifte til funktionsbaserede brandkrav er, at give de projekterende større frihed til gavn for konkurrenceevnen og kreativiteten. Projektering efter de nye regler vil dog kræve en større grad af ekspertviden hos både de projekterende og de lokale myndigheder, der skal godkende projekterne. I det følgende gives eksempler på beregning af optisk densitet iht. høringsudkast til Information om brandteknisk dimensionering [17] Tabel 5 viser acceptkriterierne for optisk densitet mht. personredning. Kritiske forhold for personredning

Kommentar

I flugtveje og i brandceller mindre end 150 m2: Den optiske densitet (D/L) < 3,3 dB/m (målt 2 m over gulv) I flugtveje og i brandceller større end 150 m2: Den optiske densitet (D/L) <1,0 dB/m (målt 2 m over gulv)

Svarer til en sigtbarhed på 3 m. Svarer til en sigtbarhed på 10 m.

Tabel 5 - Acceptkriterie for personredning [17]

I [17] angives enheden for OD til dB/m. Af regnetekniske årsager sættes den her til 1/m. Til beregning af optisk densitet er det nødvendigt at kende det afbrændte materiales

røgpotentiale D0 [m2/g].

35


[17] angiver D0 for udvalgte materialer ved flammebrand:

Spånplade D0.spån 370m2

kg:=

Hård træfiberplade D0.træf 350m2

kg⋅:=

PVC-plade D0.pvc 1700m2

kg⋅:=

Gipsplade D0.gips 42m2

kg⋅:=

Den optiske densitet kan ifølge [17] beregnes som:

][dB/m 0

VWD

OD l⋅=

D0: Røgpotentiale [dBm2/g] Wl: Vægt af forbrændt materiale [g]

V: Rummets volumen [m3] Tiden tkrit til kritiske forhold ved overskridelse af sigtbarhedskriteriet opstår kan ifølge [17]

beregnes som:

[s] 3

0 α⋅⋅⋅∆⋅

=D

VhODt c

krit ( 13)

∆hc = Effektiv brændværdi [kJ/kg]

α = Brandtilvækstfaktor [kW/s2]

4.1 Eksempler på beregning af optisk densitet Eks. A 1 kg spånplade brændes af i en fuldstændig forbrænding i et lukket rum.

, Rummets . W l.A 1kg:= Vr 100 m3:=

Optisk densitet

ODAD0.spån Wl.A⋅( )

Vr:= ODA 3.7m 1−

=

36


Bygningen kan i Bygningsreglementet [18] henføres til anvendelsesklasse 4. Det medfører ifølge

Bilag 1 en brandtilvækstfaktor α 0.012kW

s2:= .

Kritiske forhold opstår når [17]. ODkrit 3.3m 1−:=

Den effektive brændværdi for træfiberplader kan ifølge [16] sættes til

∆hc.spån 20MJkg

:= .

Tid til kritiske forhold indtræder:

tkrit.A

3ODkrit ∆hc.spån⋅ Vr⋅ 3⋅( )

D0.spån α⋅:= tkrit.A 2.7min=

Eks. B

En gasovn har antændt en glødebrand i en væg af massivtræ med ubeskyttet

overflade. Det antages at væggen brænder i et område på Af 1m2:= og at

røgpotentialet for massivtræ er det samme som for spånplader.

Indbrændingshastigheden sættes til β 0.65mmmin

:=

Densitet af træ ρ w 380kg

m3:=

Forbrændingshastighed Wl.B t( ) t β⋅ Af⋅ ρ w⋅:= [kg/min]

Røgpotentiale ved glødebrand D0.spån.gl 1900m2

kg:= [17]

Optisk densitet ODB.gl t( )D0.spån.gl Wl.B t( )⋅( )

Vr:=

OD vises grafisk og sammenholdes med acceptkriteriet

37


0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100 120 140 160Tid [s]

OD

[m^-

1]

OD(t) [m^-1]

Kritisk værdi

Figur 8 - Optisk densitet som funktion af tiden

Skæringen mellem graferne på Figur 8 viser at kritiske forhold indtræder når t = 42 sek.

Anvendes formlen fra [17] fås:

tkrit.B.gl

3ODkrit ∆hc.spån⋅ Vr⋅ 3⋅( )

D0.spån.gl α⋅:= tkrit.B.gl 1.6min=

Det ses at de to resultater er ikke ens.

Det skyldes at formel ( 13) er impirisk og bygger på resultater fra mange forskellige brande. Brandens forløb fremgår kun af brandtilvækstfaktoren α som ikke er materialespecifik.

Resultaterne fra eks. A og B sammenholdes med evakueringstiden. Denne skal være mindre end den tid der går, før kritiske forhold opstår. På den måde kan kravene overholdes ved at forbedre forholdene enten mht. røgudvikling eller evakuering, fx ved at øge antallet af flugtveje.

38

Brandpåvirkede massivtræelementer Eksempler på byggerier med massivtræ

5 Eksempler på byggerier med massivtræ I det følgende er der udvalgt to byggerier som konkrete eksempler på anvendelsen af massivtræ i konstruktioner. Der er dels valgt et boligbyggeri og dels et erhvervsbyggeri. Beskrivelserne af byggerierne er udarbejdet på baggrund af studium af tegninger og beskrivelser fra arkitekt og ingeniør samt oplysninger fra internettet [w1 og w4]. Fotos fra begge byggerier kan studeres på Bilag 2.

5.1 Boliger i Hasselager 5.1.1 Generelt På Skovhøj i Hasselager udenfor Århus begyndte opførelsen af 64 seniorboliger med massivtræ som bærende konstruktion i 2002. Bygherren har tidligere med gode erfaringer opført seniorboliger efter lignende principper i Harlev i Århus [w1]. Selve byggeriet er opført med fire forskellige lejlighedstyper fordelt på tre forskellige bloktyper i to etager.

Figur 9 - Snit gennem bolig (arkitekttegning)

39


5.1.2 Konstruktion Fundament og terrændæk

Der er udført randfundament udstøbt i frostfri dybde under alle bygninger. Terrændækkene er nedefra opbygget med 160 mm Sundolit trykfast isolering, 80 mm armeret beton, hvorpå der er lagt et trinlyds-dæmpende underlag og 22 mm parketgulv.

Vægge Ydervægge er opbygget af 70 mm massivtræelementer, som indvendigt er beklædt med ét lag gipsplader. Udenpå er der påsat trærammer med tykkelsen 175 mm, som holder fast på samme lagtykkelse isolering. Rammerne er beklædt med vindgips og regler, der holder facadebeklædningen. Den udvendige beklædning er enten lodrette sortmalede fyrretræsbrædder, vandret klinkebeklædning eller sorte Rockletplader. Indervæggene består ligeledes af 70 mm massivtræ, beklædt med gipsplader. I lejlighedsskel er der placeret to lag elementer, som er udført med brandstop ved etageadskillelse. De indvendige rumhøjder er minimum 2,5 m fra færdigt gulv til loft.

Etagedæk Etagedæk er udført som kompositkonstruktion. Nedefra er dækket opbygget med 120 mm massivtræelementer påstøbt 80 mm armeret beton. Gulvbelægningen er 22 mm parket, mens det synlige massivtræ udgør loftbeklædningen. Gulve i badeværelser er dog flisebelagte. Badeværelser er udført som færdige kabiner.

Tag Taget er opbygget af færdigudførte kassetter, der hælder 4° og er beklædt med tagpap. Nedadtil er kassetterne isoleret med 200 mm mineraluld holdt oppe af 22 mm forskalling og beklædt med gipsplader.

40


Figur 10 – Planskitse af lejlighed

5.1.3 Fakta om byggeriet Bygherre Brabrand Boligforening, Brabrand Arkitekt AA Arkitekter m.a.a., Århus

Ingeniør, konstruktion Associerede Ingeniører ApS, Fredericia Hovedrådgiver Carl Bro A/S, Århus

Entreprenør MT Højgaard A/S, Århus Leverandør af massivtræelementer Dansk Træemballage A/S, Haastrup

Byggeadresse Skovhøj, Hasselager Areal 5000 m2

Byggeperiode juni 2002 – april 2003

41


5.2 Møbelhus i Vejle 5.2.1 Generelt Det udvalgte erhvervsbyggeri er et møbelhus bygget for virksomheden InArto ApS i Vejle. Det er opført i 2000, og er dermed ét af de første erhvervsbyggerier i Danmark opbygget med massivtræelementer. Byggeriets grundplan er L-formet, og har et stort udstillingslokale som den centrale del. I hver sin ende af L’et er dels et lagerrum til opbevaring af usamlede møbler og dels et kontor- og administrationsafsnit. Lager og udstilling er i ét plan, mens administrationsbygningen er i to. På den samme grund er der for en anden virksomhed opført en mindre bygning efter samme konstruktionsprincipper, men denne bygning vil dog ikke blive beskrevet nærmere her.

Figur 11 – Snit gennem møbelhus

5.2.2 Konstruktion Fundament og terrændæk

Under hele bygningen er der udført randfundament i frostfri dybde. Terrændækket er mod jord opbygget med 160 mm Thermisol-isolering, 100 mm beton, korksmuldpap og parketgulv.

Vægge Ydervæggene er indefra opbygget med ét lag gipsplade på 70 mm massivtræelement, 170 mm isolering, vindgips og lægter. Facadebeklædningen er enten cedertræ mellem vinduespartier eller sinusformede stålplader. De indvendige vægge består af 70 mm massivtræ beklædt på begge sider med 11 mm gipsplader.

Etagedæk I administrationsbygningen er dækket mellem de to etageplan baseret på en kompositkonstruktion bestående af 80 mm beton på 120 mm massivtræ med

42


mellemliggende 15 mm isolering. Gulvbelægningen er parketgulv, mens loftbeklædningen er ét lag gips på forskallingsbrædder.

Tag Taget på lager- og administrationsbygningen har ved hjælp af buede spær fået en karakteristisk form (se Figur 11). På udstillingen er tagkonstruktionen opbygget med lige spær og en svag to-sidet hældning. Beklædningen er udvendig 22 mm krydsfinér som underlag for tagpap på de buede spær, mens der på udstillingens tag er stålprofilplader lagt på lægter. Den indvendige beklædning er et enkelt lag gips på forskalling og med 250 mm isolering mod spærrene.

Lager399 m²

Udstilling1333 m²

Kontorer

Figur 12 – Planskitse af møbelhus

5.2.3 Fakta om byggeriet

Bygherre Lindved Entreprise A/S, Vejle Arkitekt Albertsen & Flarup m.a.a., Vejle

Ingeniør, konstruktion Associerede Ingeniører ApS, Fredericia Entreprenør Lindved Entreprise A/S, Vejle

Leverandør af massivtræelementer Dansk Træemballage A/S, Haastrup Byggeadresse Andkærvej 18, Vejle

Areal 2600 m2 Byggeperiode maj – oktober 2000

43

Brandpåvirkede massivtræelementer Simulering i ARGOS

6 Simulering i ARGOS 6.1 Introduktion ARGOS er et engelsksproget program til beregning af temperatur- og røgudvikling i bygninger under brand. Det er udviklet og distribueret af Dansk Brand- og sikringsteknisk Institut, der løbende reviderer og udvider programmet.

6.2 Valget af ARGOS Ved opstarten af dette projekt blev der på et tidligt tidspunkt indledt et samarbejde med DBI. I forbindelse hermed blev programmet ARGOS introduceret, som en metode til at arbejde med brandudvikling. At det var udviklet af DBI selv, og at det dagligt benyttes af danske virksomheder i forbindelse med vurdering af brandsikkerhed, er argumenter som ligger til grund for valget. Programmet virkede desuden enkelt at sætte sig ind i. Den lettilgængelige brugerflade har vist sig at være en af ARGOS’ stærkeste sider, især for erhvervslivet. Fra den dag programmet købes, kan det i princippet benyttes uden ekspertviden. DBI afholder dog løbende kurser i ARGOS for de kunder, som vil have en dybere indsigt i programmet.

Figur 13 - Skærmbillede fra ARGOS

44


6.3 Inddata Før et brandscenarium simuleres, skal bygningens data samt oplysninger om branden tastes ind i programmet. Data for en lang række materialer, bygningsdele, brandalarmer, sprinklere og initialbrande findes allerede i programmets database. Der kan dog tilføjes flere, hvis disse ikke er tilstrækkelige. Bygningens anvendelse er det første, der skal fastlægges. Vælges det fx at bygningen skal indeholde møbelindustri, er der på forhånd indprogrammeret 6 forskellige typer rum med hver deres anvendelse samt forslag til initialbrand. Desuden er det muligt at angive en procentvis fordeling af lagervarer og maskiner for hver rumtype. De forskellige typer lagervarer og maskiner er i databasen defineret ved brandværdi, pris og varme/røg-følsomhed. I dette projekt har kun brændværdien interesse. Den bærende konstruktion skal ligeledes defineres generelt for hele bygningen. Til hver type konstruktion vælges en opbygning af ydervægge, indvendige vægge, gulve og lofter. Dette kan dog ændres individuelt, når hvert enkelt rum senere skal defineres. Når de generelle oplysninger for bygningen er på plads skal hvert rum defineres. I ARGOS er det kun muligt at definere op til fem rum, så derfor kan det være nødvendigt at opdele hele bygningen i nogle større afsnit, som så vurderes hver for sig. Gulvareal, gennemsnitshøjde og største horisontale afstand i rummet indtastes. Herefter angives hvilke typer vægge de enkelte rum har til fælles med andre rum og med omgivelserne. Vinduer, døre og andre åbninger oplyses også, og det er desuden muligt at angive tætheden af åbningerne. Ved simuleringen er det muligt at angive om en given dør er åben eller lukket, hvilket kan anvendes til at ændre et brandscenarium. Endelig er det i ARGOS muligt at angive brandforebyggende installationer som varme- og røgdetektorer samt sprinkleranlæg. Aktiveringstemperatur, følsomhed og afstand mellem installationerne vælges for hvert rum. Disse kan senere vælges til at være aktive eller passive under simuleringen. Sprinkleres indflydelse på branden medtages i simuleringen på den måde, at deres regulering af bålets størrelse tages med i beregningerne. ARGOS kan således vurdere, hvornår en sprinkler slukker bålet, men indvirkningen på røglaget medtages ikke, da dette ikke kan modelleres i en zonemodel. Resultaterne af røglagets temperatur og højde over gulv efter aktivering af sprinklere er derfor ikke troværdige.

6.4 Simulering Ved simulering af en brand i ARGOS er brandens udvikling og varighed ligesom ved en rigtig brand bestemt af flere forskellige parametre. Brandforløbet er ligeledes opdelt i nogle faser, som stort set følger den tidligere beskrevne teori.

45


6.4.1 Brandens start Det vigtigste, der skal vælges ved simuleringens start, er brandens type, og i hvilket rum den starter. Det kan dog ikke specificeres, hvor i rummet branden starter. Der kan vælges 7 principielt forskellige typer brande. For hver af disse kan der endvidere angives detaljer om det brændende objekt, fx kendskab til materialet, dimensioner, maksimal brandeffekt m.m. Som eksempel kan nævnes en væskebrand, der enten kan finde sted i en fritliggende pøl eller i en beholder. Den brændende væskes brandværdi, maksimale brandeffekt og volumen kan herefter enten vælges fra databasen eller selv defineres. Hver type brand har sine karakteristika, hvoraf brandeffekten må siges at være den dominerende parameter for, hvordan branden udvikler sig. Til bestemmelse af denne udvikling bliver der i ARGOS brugt forskellige beregningsmodeller afhængig af brandtypen. I det følgende gives en kort beskrivelse af brandtyperne samt den tilhørende teoretiske baggrund for brandeffektens udvikling. Brandeffekten benævnes her qfire og har enheden kW. Vi vil desuden anvende de engelske betegnelser for brandene, da de beskriver typen bedre end en dansk oversættelse. Solid material fire (brand i fast materiale) er velegnet til simulering af brande i store volumener og er meget afhængig af objektets dimensioner. For anvendelse af denne brandtype forudsættes det:

1) at objektet er kasseformet med fastlagte dimensioner 2) at branden starter i gulvhøjde på midten af den længste side af objektet 3) at den horisontale hastighed for flammespredning er konstant 4) at den vertikale hastighed for flammespredning vokser eksponentielt 5) at brandeffekten pr. volumenenhed flammezone er konstant, og 6) at tiden fra et delvolume antændes til det er brændt ud er konstant

Med disse forudsætninger vil brandeffekten fra et uendeligt stort objekt kunne udregnes ved følgende udtryk:

]2)tt(2t[h2

qq 2

burnt

2 ttt

2burnt

tt

20f

2volumefire

−

⋅−−⋅⋅⋅= βπ (14)

hvor qvolume = Brandeffekt pr. volumenenhed i flammezonen [kW/m3] β = Hastigheden af den horisontale flammespredning [m/s] hf0 = Flammehøjden for initialbranden [m] t2 = Fordoblingstiden for den vertikale flammespredning [s] tburnt = Lokal udbrændingstid [s]

46


Formel (14) er fremkommet ved at forestille sig flammespredningen vokse som vist på Figur 14.

Figur 14 - Flammespredning for solid material fire i ARGOS [15]

Effekten fra branden beregnes som volumenet af den halve cylinder ganget med qvolume. Radius i cylinderen skal ifølge forudsætning 3) vokse konstant. Den beregnes derfor ved hastigheden β ganget med tiden t. Højden af cylinderen skal ifølge forudsætning 4) vokse eksponentielt. Det sker ved at gange initialflammehøjden hf0 med en fordoblingsværdi, som er

tidsafhængig og indeholder konstanten t2. Værdien 2 sørger således for at cylinderhøjden bliver 2 gange så stor for t = t

)/( 2tt

2, 4 gange så stor for t = 2t2, o.s.v. For at gøre brandeffektens størrelse mere realistisk er værdien tburnt indført i formel (14). Den indgår i en sammenhæng, som tager højde for det faktum, at noget af det brændende materiale når at udbrænde før hele materialet er udbrændt. Betragter man som eksempel en brændbar bjælke, som antændes i den ene ende, vil branden sprede sig hen ad bjælken i takt med tiden. Antændelsesstedet vil dog udbrænde efter en tid, selvom branden fortsætter i den øvrige del af bjælken. Leddet indeholdende tburnt i formlen trækkes derfor fra nettobrandeffekten. Brandeffekten vil vokse efter formlen indtil de fastsatte ydre dimensioner af det brændende materiale er nået. Melting material fire (smeltende materiale) anvendes til store objekter af materialer der smelter, når de varmes op. Det kan fx være kasser af polyethylen e.l. Ved branden er der opstillet de samme forudsætninger, som for solid material fire. Dog benyttes der en brandeffekt pr. arealenhed i stedet for pr. volumenenhed.

47


Formlen for beregning af brandeffekten er stort set også den samme som for solid material fire. Den eneste forskel er, at der for branden med smeltende materiale regnes med at varierende brændende areal og ikke et volumen. Desuden er den lokale udbrændingstid afhængig af højden på det brændende materiale. Liquid pool fire (væske i pøl) er en simpel model der simulerer effekten af et flydende materiale, der brænder i en cirkulær pøl på gulvet. Formlen for beregning af brandeffekten er som følger:

⋅==l

lmaxareapoolfire

V,Aminqqqδ

(15)

hvor, qarea = Brandeffekt pr.arealenhed [kW/m2] Amax = Specificeret maksimal areal af pølen [m2] Vl = Volumen af væsken [m3] δl = Skønnet minimum dybde af pølen [m] Ovennævnte formel er kun en model for brand af selve væsken. Da væsker oftest bliver opbevaret i en eller anden form for emballage, kan der tages højde for dette ved at modificere formel (15). Liquid tank fire (væske i tank) minder meget om liquid pool fire, da selve branden finder sted i en pøl. Pølen får i dette tilfælde tilført nyt brændstof fra et hul i bunden af en cylindrisk beholder. Væskestrømmen fra hullet mindskes efterhånden som niveauet i beholderen falder. Arealet af pølen afhænger af væskestrømmen, den valgte dybde og brandværdien af brændstoffet. Desuden forudsættes det:

1) at pølen på gulvet antændes umiddelbart efter strømningen starter 2) at brandeffekten pr. arealenhed er konstant 3) at tanken er åben med lodrette sider og vandret bund, og 4) at pølens areal sættes til den mindste af enten det fastlagte maksimale brandareal eller

det beregnede pøl-volumen delt med den mindste pøldybde (som i formel (15)). Størrelsen af brandeffekten beregnes som ved liquid pool fire, mens tilførslen af nyt brændstof beregnes efter Bernoullis ligning.

48


Smouldering fire (ulmebrand) er den mest simple brandtype, der kan anvendes i ARGOS. De eneste parametre, der skal fastlægges, er brandeffekten og det optiske røgpotentiale. Branden optræder uden flammer og forbrændingen bliver derfor ringe med stor udvikling af røggasser til følge. Det er derfor røgudviklingen og ikke temperaturen, der er kritisk i denne type brand. Brandeffekten forbliver konstant gennem hele simuleringen. Energy formula fire benytter en formel med stor variationsgrad til bestemmelse af brandeffekten. De enkelte parametre indtastes i programmets database. Formlen, der benyttes, har følgende form:

( )[ ]

⋅⋅+⋅+⋅+⋅−= 1000q,2D1000CtBtFAminq maxEt

2fire (16)

Her er: A = Tilvækstkoefficient [MW/min2] B = Lineær vækstkoefficient [MW/min] C = Værdi for konstant brand [MW] D = Værdi for initialbranden [kW] E = Fordoblingstid [min] F = Parabolsk aftagningskoefficient [MW/min2] qmax = Maksimal brandeffekt [MW] Ved at variere de forskellige værdier er det muligt at fremstille mange forskellige typer brande. Data point fire er beskrevet ved et sæt sammenhørende værdier for tid og brandeffekt, som er registreret i programmets database. Til tider hvor effekten ikke er beskrevet, beregnes denne ud fra lineær interpolation. Værdierne stammer fra virkelige brandforsøg foretaget på universitetet i Lund, Sverige, og er indført i ARGOS som standarddata. De er desuden dokumenteret i en tillægsrapport, ”Initial Fires” [14], som følger med programmet. 6.4.2 Dannelse af røggaslag Så snart branden er startet og er begyndt at afgive energi, kan man tale om, at der er dannet en plume. Den anvendte plumemodel i ARGOS følger McCaffreys teori, som bygger på eksperimentelle data, og som er beskrevet i afsnit 3.4.4. Teorien giver i sin oprindelige form kun et udtryk for hastigheden og temperaturen i plumen, men McCaffrey har selv senere lavet

49


nogle modifikationer af formlerne6. Han har bl.a. omformet formel (12) til et udtryk med

massetrømmen, . Disse formler er angivet i Tabel 6. •m

Zone 5/2cQ/z

• Massestrøm pr. enhed konvektiv brandeffekt

[m/kW2/5] [s2/m2]

Sammenhængende < 0,08

566,0

4,0cc Q

z011,0Q

m

=

••

•

Uregelmæssig 0,08 – 0,2

909,0

4,0cc Q

z026,0Q

m

=

••

•

Plume > 0,2

895,1

4,0

cc Q

z124,0Q

m

=

••

•

Tabel 6 – Beregningsudtryk til bestemmelse af massestrøm

cQ•

er i ARGOS konsekvent sat til 65 % af . •Q

Størrelsen af massestrømmen indikerer hvor store mængder varme gasser der transporteres op gennem plumen. Den bliver derfor brugt til at beregne, hvor meget røg der udvikles ved en given brand. Det afgørende for hvornår der dannes et røglag, er temperaturforskellen i plumens jetstrøm i forhold til den omgivende luft. Denne temperaturforskel er i ARGOS sat til at være 10 K. Jetstrømmen tænkes at bevæge sig op gennem plumen og hen ad loftets underside. Før jetstrømmen rammer en væg vil der ikke være mulighed for dannelse af røglag. Derfor skal den størst mulige vandrette afstand i rummet indtastes i ARGOS ved specificeringen af rummet før simuleringens start. I forbindelse med beregningen af jetstrømmens bevægelse og temperatur antages det, at al varme bliver tilført rummet i gulvhøjde. Det gælder både varme tilført fra det brændende objekt og varme fra tilstødende rum. Beregningsudtrykket for temperaturen i jetstrømmen, Tjet

6 I ”Momentum implications for buoyant diffusion flames”, B. J. McCaffrey , 1983

50


i K, er hentet fra R. L. Alpert og er angivet i ARGOS’ teorimanual [15]. Det ser ud som følger:

32

max

cjet r65,0

Qh38,5TT

⋅⋅+=

•

∞ (17)

hvor, T∞ = Temperaturen af den omgivende luft ved brandens start [K] h = Rumhøjden [m]

cQ•

= Den konventive brandeffekt fra det brændende objekt og fra

tilstødende rum [kW] rmax = Den størst mulige vandrette afstand i rummet [m]

Formlen er empirisk, hvorfor enhederne ikke umiddelbart passer sammen. Det skal bemærkes, at faktoren 0,65 er en omregningsfaktor ved beregning af den samlede brandeffekt, ud fra den konvektive brandeffekt. 6.4.3 Spredning af branden Transporten af de varme gasser mellem de enkelte rum samt mellem rum og omgivelser er, som tidligere nævnt, bestemt af trykforskelle. Derfor tages der i ARGOS også udgangspunkt i de opståede trykforskelle ved modellering af brandspredningen. Det gøres ved at vurdere fire forhold der er bestemmende for trykket i det brændende rum:

• Stationær trykbalance for hvert rum • Back-mixing • Varmebalance for det varme lag i hvert rum • Massebalance for det varme lag i hvert rum

Back-mixing er et begreb, der dækker over det fænomen, som finder sted, hvis trykforskellen over en åbning i et brandrum er under en vis grænseværdi. Der kan i sådan en situation forekomme bevægelse af varme gasser imod varmeflowets retning. Den samlede teori bag de fire forhold knytter sig bl.a. til matematiske udredninger foretaget af Quintiere og Cooper. Desuden er der foretaget en række antagelser for at forenkle teorierne til brug i zone-modellen. Da det vil være for omfattende at beskrive alle fire forhold, er det udelukkende den stationære trykbalance, der er udvalgt til nærmere forklaring.

51


Ved fastlæggelse af den stationære trykbalance forudsættes det, at der kan ses bort fra det tidsafledede tryk, dP/dt. Dette har Quintiere fastslået ved beregninger for typiske brandscenarier. Desuden antages det, at de varme gasser tilnærmelsesvis kan betragtes som ideale gasser. Den stationære trykbalance kan herefter undersøges for hvert rum ved hjælp af følgende udtryk:

∑∑ =⋅⋅

⋅+

j pw0

j

jj 0

CMP

Rqv (18)

hvor, R = Idealgaskonstanten = 8,31 J/(mol ⋅ K) P0 = 1 atm. = 101,325 kPa Mw = Gennemsnitlig molvægt for luft = 28,965 g/mol Cp = Specifik varmekapacitet for luft = 1,00464 kJ/(kg ⋅ K) qj i formlen er den direkte varmetilførsel i rummet i kW. Varmen bliver dels tilført fra selve bålet og dels fra bygningsdele, og da udtrykket gælder for alle rum, kan værdien både være positiv og negativ. De angivne konstanter omregner varmetilførslen til m3/s. For at der skal være balance i trykket, skal mængden af tilført varme være lig mængden af den tilførte luftstrøm med modsat fortegn. Denne luftstrøm benævnes vj, har enheden m3/s, og kan også både være positiv og negativ. Den udregnes for hver ventilationsåbning ved integration af Bernoullis ligning over åbningen, hvor åbningens geometri indgår. For at trykbalancen kan opretholdes, og de andre tre forhold kan være gældende, er det vigtigt, at tætheden af døre ikke angives til 100 % i ARGOS. Det gælder også selvom der regnes med lukkede døre. Dette vil gøre det umuligt at få tilført luft i rummet. En 100 % tæt dør vil heller ikke være tænkelig i virkeligheden, medmindre den er placeret i et trykkammer eller lignende. For en almindelig dør vil der altid være lidt luft imellem dør og karm, og desuden vil karmen sjældent slutte helt tæt til væggen. Derfor sættes tætheden til 99 % i ARGOS. 6.4.4 Brandens afslutning Der er i ARGOS tre måder, hvorpå den simulerede brand stoppes. Først og fremmest er der ved simuleringen fastsat en tidsramme, fx 60 minutter, som stopper brandforløbet uafhængig af brandens stadie. Indenfor denne tidsramme kan simuleringen også afbrydes manuelt.

52


Branden kan også direkte slukkes ved brandbekæmpelse. Det kan ske på to måder, enten ved at sprinkleranlægget aktiveres, og har kapacitet nok til at slukke branden, eller ved slukning af brandvæsen. I begge tilfælde udregnes den aftagende brandeffekt på følgende måde: Tid, t Brandeffekt, qfire for t < te +30 s. )t(qq efirefire =

for te +30 s. < t < te +30 s. + qfire(te) ⋅ 0,03 (s/kW) )kW/s(03,0.s30tt

)t(qq eefirefire

−−−=

hvor, te = Tiden hvor slukning påbegyndes qfire(te) = Brandeffektens værdi når slukning påbegyndes Som illustration af slukningen kan Figur 15 betragtes. Som eksempel er der valgt slukningen af en smouldering fire med brandeffekt qfire = qfire(te) = 1 MW. Sprinkleren aktiveres ved t = te = 89 s. ≈ 1½ min.

Figur 15 – Slukning af smouldering fire med sprinkler

En tredje afslutning på den simulerede brand er den, hvor det antændte objekt udbrænder. Det sker når der ifølge ARGOS’ udregninger ikke er mere materiale tilbage. Mængden af tilbageværende brændbart materiale vurderes ud fra den indtastede maksimale brandeffekt og brændværdien for materialet.

53


Som eksempel kan betragtes en afbrænding af en stabel Europaller. Stablen er på V = 4,8 m3,

og har en maksimal brandeffekt på Q = 3,5 MW/mmax

•

max

3. Det betyder at brandens effekt vil

stabiliseres på værdien Q = V ⋅ = 16,8 MW. Multipliceres med den lokale

udbrændingstid, tV

•Q•

VQ•

burnt = 16 min. fås brændværdien Q = 16128 MJ. Betragtes brandeffekten som funktion af tiden, vil pallerne være udbrændt, når arealet under kurven er 16128 MJ. Kurven er vist på Figur 16.

Figur 16 – Udbrænding af materiale for 4,8 m3 Europaller

6.5 Uddata Når simuleringen er udført kan der vælges mellem tre forskellige præsentationer af resultaterne; en simpel datafil, en rapport i pdf-format eller grafer i forskellige billedformater. Datafilen indeholder alle resultater, der anvendes til at udskrive rapporten og graferne. Filen kan bruges, hvis rapport og grafer ikke er tilstrækkelige og der ønskes en grundigere behandling af resultaterne. Rapporten er en præsentation af resultaterne fra de simulerede scenarier. Den indeholder ud over resultater også oplysninger om, hvilken type brand der er aktuel, brandberedskab, aktive brandinstallationer (aktiverede/deaktiverede) og døre (åbne/lukkede), se fx Bilag 3.

54


Graferne indeholder udover resultater, kun oplysninger om brandens type og viser dermed ikke noget om åbne/lukkede døre eller hvorvidt brandinstallationerne er aktive. Graferne bør derfor altid ledsages af en rapport, så det er tydeligt, hvilke forudsætningerne der ligger til grund for resultaterne. Der kan udskrives 15 forskellige grafer:

• Rate of heat release from fire - Brandeffekten Q(t) i MW • Optical smoke density in rooms - Den optiske densitet OD(t) i det ”kolde” lag i dB/m • Optical smoke density in smoke layers - Den optiske densitet OD(t) i det varme lag i

dB/m • Distance from floor to smoke layers - Afstand fra gulv til underkanten af det varme lag

i m • Temperature in smoke layers - Temperaturen i det varme lag i °C • Heat radiation from smoke layers - Varmestråling fra det varme lag i kW/m2 • Heat loss through surfaces - Varmetab gennem rummenes afgrænsende overflader i

kW • Oxygen in rooms - Iltniveau i det ”kolde” lag i vol.-% • Oxygen in layers -Iltniveau i det varme lag i vol.-% • Lower ceiling surfaces - Temperatur på underside af loftkonstruktion i °C • Upper ceiling surfaces - Temperatur på overside af loftkonstruktion i °C • Ceiling temperature profile - Temperaturprofil gennem loftkonstruktion i °C • Average temperature rises - Gennemsnitlig temperaturstigning i °C • Floor pressure - Tryk i gulvhøjde i Pa • Numerical integration step length – Skridtlængde i s. for integrationer. Indikator for

hvor store ændringer der sker pr. tidsenhed.

6.6 Anvendelse af ARGOS på udvalgte bygninger I et tidligere afsnit blev to konkrete bygninger i massivtræ beskrevet. Disse byggerier er i det følgende benævnt hhv. Hasselager og Møbelhus, og vil blive benyttet til at få det teoretiske beregningsgrundlag fra ARGOS overført til virkelige bygninger. 6.6.1 Forudsætninger Ved simuleringen er opbygningen af vægge, lofter og gulve, placering af vinduer og døre fundet ud fra arkitekttegninger og -beskrivelser. I nogle tilfælde har projektmaterialet dog ikke har været tilstrækkeligt. Det har enten været fordi det tilgængelige materiale har været

55


sparsomt, eller fordi arkitektens beskrivelse ikke har været fyldestgørende nok. I sådanne tilfælde er der i stedet skønnet efter bedste evne. Som eksempel på mangler i projektmaterialet kan nævnes beskrivelsen af skillevæggen mellem lageret og udstillingen i Møbelhuset. Ifølge arkitekttegningerne er væggen en ”BS-60-væg”, men er i øvrigt ikke specificeret nærmere. Da ARGOS skal kende materialerne i væggen, er der derfor benyttet et eksempel fra BR95 [18], som bl.a. foreslår 90 mm murværk. I den samme væg er der ifølge tegningsmaterialet placeret en skydedør, som ligesom væggen, ikke er præciseret nærmere. I ARGOS findes forskellige typer af døre, bl.a. nogle typer med benævnelsen ”EI 60”. Dette er en betegnelse fra en fælles europæisk brandklasse, som svarer til den danske standards BS 607. Derfor benyttes denne dørtype her. I den nuværende version af programmet regnes varmetabet kun gennem loftkonstruktionen. Til arealet af loftet lægges så det vægareal der er dækket af røglaget. Foruden projektmaterialets mangler er der ligeledes opstillet forudsætninger i de tilfælde, hvor ARGOS har vist sig at have begrænsninger. Som eksempel herpå kan nævnes beskrivelse af dæk- og vægopbygninger, som i ARGOS kun kan bestå af 3 lag. For Møbelhuset betyder det, at etageadskillelsen i administrationsbygningen bliver simplificeret en smule. I ARGOS består dækket således af gipsplade, massivtræelement og beton. Der tages derfor ikke højde for det tynde lag isolering mellem massivtræet og betonen samt gulvbelægningen på første sal i kontorafsnittet. Et andet eksempel på ARGOS’ begrænsninger er ved angivelsen af vægtyper mellem et rum og omgivelserne. I Hasselager-byggeriet består omgivelserne dels af tilstødende lejligheder og dels af udvendige arealer. Dvs. at vægtyperne er hhv. indvendige og udvendige vægge. I ARGOS kan der kun vælges én type væg til omgivelser, og det er derfor vurderet, hvilken type væg der er den dominerende. Det har generelt vist sig at være ydervæggene. Endelig skal det nævnes, at da ARGOS kun kan simulere brande i fem rum i en bygning, kan det i flere tilfælde være nødvendigt, at betragte flere rum som ét stort. Dette er fx gjort i Møbelhuset, hvor administrationsbygningen er opfattet som ét stort rum. Desuden kan det for denne bygningsdel nævnes, at lokalerne på 1. sal ikke er medregnet, da ARGOS kun tillader simulering i én etage. I Hasselager betragtes kun en enkelt lejlighed ad gangen, hvorfor problemet ikke opstår her.

7 Ifølge ” Høringsudkast - Eksempelsamling om brandsikring af byggeri”, Erhvervs- og Boligstyrelsen, 2002, bilag 1

56


6.6.2 Valg af brandscenarier Ved brandscenarium forstås en dimensionerende brand for et givent lokale. Branden skal være relevant for den aktuelle bygning og være placeret således i lokalet, at den volder størst tænkelig konsekvens for person- eller konstruktionssikkerheden. Desuden skal det medtages, hvis der i den pågældende bygning er installeret aktive eller passive brandsikringssystemer, som kan have indflydelse på brandens forløb. Scenarierne benyttes til den efterfølgende dimensionering af bygningskonstruktionerne. Ved valget af brandscenarier er der forskellige forhold der kan vurderes, for at bestemme scenariets konsekvenser. Røgfyldning af flugtveje, direkte påvirkning af mange mennesker og rummenes størrelser og funktion, er eksempler på sådanne forhold. Vurderingen leder frem til en sortering, hvor nogle af scenarierne kan pålægges mindre betydning. Den brandtekniske dimensionering bliver derfor ikke foretaget på baggrund af samtlige scenarier, men derimod kun dem, der enten har størst sandsynlighed eller størst konsekvens [17]. For Hasselager og Møbelhuset er det især størrelsen og funktionen af bygningerne, der ligger til grund for de betragtede brandscenarier. Da erfaringsgrundlaget for udvælgelse af scenarier ikke har været stort, er sorteringen af scenarier primært foretaget efter simuleringerne er kørt. Der er dog lagt vægt på, at de enkelte scenarier er realistiske og relevante for bygningerne. Generelt er der valgt brande med større effekt og røgpotentiale i Møbelhuset, som består af større rum, end i lejligheden i Hasselager. Ved simuleringen af Hasselager er der lagt vægt på, at bygningens anvendelse er boligbyggeri. Ud fra det perspektiv er der valgt følgende tre brandtyper:

• Solid material fire Til denne brand er det valgt at benytte en sofa. Sofaen er placeret i stuen, og har højde, bredde og længde på 0,7 x 0,7 x 2,1 m. Desuden har den en maksimal brandeffekt på 1,75 MW/m3 og et optisk røgpotentiale på 400 dB/m.

• Smouldering fire Som smouldering fire er der valgt en brand i sengetøj placeret i lejlighedens depotrum. Her er brandeffekten konstant 0,30 MW gennem hele simuleringen, og det optiske røgpotentiale er 100 dB/m.

• Data point fire Endelig er der valgt en brand som baserer sig på virkelige forsøgsdata. Det er en sengebrand, som finder sted i soveværelset. Ifølge ”Initial Fires” [14], har den fået betegnelsen Y6/24, og har et optisk røgpotentiale på 121,7 dB/m.

57


Møbelhuset er kun simuleret ved brug af to brande. Begge brande er til gengæld afprøvet i to forskellige lokaler, lageret og udstillingen. Der er valgt følgende brande:

• Smouldering fire Denne smouldering fire finder sted i en sofa med den konstante brandeffekt på 1 MW. Derudover er der et optisk røgpotentiale på 400 dB/m.

• Solid material fire Da en møbelvirksomhed tænkes at indeholde en del fast materiale, især træ, er der valgt en sådan brand til at supplere smouldering fire. Branden finder sted i Euro-paller, som er stablet med højde, bredde og længde på 1 x 2 x 5 m. Den maksimale brandeffekt er 3,5 MW/m3 og det optiske røgpotentiale er 50 dB/m.

6.6.3 Oversigt over simuleringer De ovennævnte valg af brande og scenarier kan ordnes som følger: Simuleringer med Hasselager Scenarium nr.

Placering af startbrand (objekt) Brandtype Åbninger Sprinkling

B1 Nej B2

Lukkede døre Ja

B3 Nej B4

Stue (Sofa)

Solid material fireÅbne døre

Ja B5 Nej B6

Lukkede døre Ja

B7 Nej B8

Depot (Beddings) Smouldering fire

Åbne døre Ja

B9 Nej B10

Lukkede døre Ja

B11 Nej B12

Soveværelse (Seng - Y6/24) Data point fire

Åbne døre Ja

58


Simuleringer med Møbelhus

Scenarium nr. Placering af startbrand

Brandtype (objekt) Åbninger Sprinkling

E1 Ja E2 Åbne døre Nej E3 Ja E4

Smouldering fire (Sofa) Lukkede døre Nej


Lager

Solid material fire (Euro-paller) Lukkede døre Nej


Smouldering fire (Sofa) Lukkede døre Nej


Udstilling

Solid material fire (Euro-paller) Lukkede døre Nej

6.6.4 Resultater og vurdering For at præsentere resultaterne af simuleringerne tages der udgangspunkt i de fremkomne grafer. Der er i det følgende valgt tre gratyper ud til vurdering. Grafer med en tidsparameter på abscisseaksen er alle af ARGOS optegnet med enheden minutter, men kan i beskrivelsen være angivet mere nøjagtigt i sekunder. Disse værdier er i så fald hentet fra simuleringsrapporten. Rate of Heat Release (RHR) For nemmest at undersøge graferne for brandeffekten i de forskellige simuleringer, er det nødvendigt at gruppere dem efter brandtypen. Ved smouldering fire ses en meget klar og tydelig karakteristik for samtlige brandscenarier. Brandeffekten afbildes som en vandret linie, da den er konstant gennem hele simuleringen indtil beregningstiden er afsluttet. I de tilfælde hvor sprinkleren er aktiv knækkes denne vandrette linie 30 sekunder efter aktiveringen, og brandeffekten aftager stabilt. Dette er tidligere illustreret i afsnittet om aktiv brandsikring, afsnit 6.4.4, og er desuden vist på Bilag 4. Der er dog to scenarier, hvor brandeffekten afviger væsentligt fra de øvrige. Det er i tilfældet, hvor den ulmende brand finder sted i depotrummet i Hasselager-lejligheden, scenarium B5 og B6. Se Figur 17 og Figur 18. Bemærk forskel på inddelingen af abscisseaksen.

59


Figur 17 – RHR for scenarium B5

Figur 18 – RHR for scenarium B6

Det ændrede forløb af brandeffekten skyldes rummets lille volumen, og at døren i begge tilfælde er lukket. Dermed er ilttilførselen ringe, og branden aftager allerede efter 18 s. Derfor er grafen på Figur 17 kraftigt aftagende i starten. På Figur 18 ses den aftagende effekt ved at den vandrette graf knækker, men umiddelbart efter (ved t = 20 s.) aktiveres sprinkleren. Da sprinklere i ARGOS holder effekten konstant 30 s. efter aktiveringen, forklarer det den anden vandrette del af kurven. Ved t = 50 s. (≈ 0,83 min.) begynder så selve slukningen, som afsluttes ved t = 58 s. Graferne for brandeffekten ved solid material fire er mere forskellige end for smouldering fire. Dog er der tydelige sammenfald i de tilfælde, hvor sprinklere aktiveres. Her får grafen et meget karakteristisk udseende, som vist på Figur 19, hvor grafen for Møbelhuset med palle-brand i lageret er vist (scenarium E5). Brandeffekten vokser nærmest parabolsk indtil temperaturen udløser sprinkleren. Herefter holdes effekten konstant i 30 s., som tidligere vist, inden den aftager lineært. Sprinklingen medfører, at ingen af disse brande får en effekt højere end 1,6 MW. Desuden ses det, at det ved sprinkling ikke har nogen betydning om dørene er åbne eller lukkede. På Bilag 4 er vist flere eksempler på denne karakteristik. I de øvrige scenarier er graferne mere forskellige. Lejlighedsbrandene (B1 og B3) vokser og aftager jævnt, og når deres maksimale effekt allerede efter godt 1½ min. Efter ca. 3,5 min. er det brændbare materiale opbrugt og branden slukket af sig selv (se Figur 20).

60


Figur 19 - RHR for scenarium E5

Figur 20 - RHR for scenarium B1

Da brændstoffet i erhvervsbygningen har et større volumen bliver brandeffekten følgelig også tilsvarende større end i lejligheden. Derudover er der stor forskel på, hvor i Møbelhuset branden starter. Hvor branden opstår i udstillingslokalet (E14) vokser brandeffekten støt op til en maksimal værdi, og aftager herefter i en blød kurve, indtil den slukker efter ca. 25 min. (se Figur 21). Med brandstart i lageret (E6) stiger brandeffekten ligeledes, men efter at have nået sit højdepunkt, stabiliseres effekten til en næsten konstant værdi (se Figur 22). Dette skyldes, at der efter ca. 8 min. sker overtænding, hvorved branden bliver ventilationskontrolleret. Da der er nok ilt i lageret bliver grafen for effekten tilnærmelsesvis vandret efter overtændingen, og minder i sin form om grafen for en smouldering fire.

Figur 21 - RHR for scenarium E14 Figur 22 - RHR for scenarium E6

For alle solid material brande gælder det, at indvirkningen af åbne eller lukkede døre kun er lille. Dette kan ses på Bilag 4, hvor 6 forskellige scenarier er sat op til sammenligning. Effekten for data point fire bygger, som tidligere nævnt, på virkelige værdier fundet ved forsøg. Derfor har grafen en noget uregelmæssig form i forhold til de andre mere teoretiske

61


brande. Ved brandene uden sprinkling (B9 og B11) ses det bl.a. at kurven har flere toppunkter. Disse punkter optræder ved de samme tidspunkter, men værdien af effekten er forskellig (se Figur 23 og Figur 24). I begge tilfælde går branden ud efter 20 min. og medfører ikke overtænding.



Ligesom ved de andre brandtyper er det for data point fire tydeligt at se de brandtilfælde, hvor sprinkleren aktiveres og slukkes (se Bilag 4). Oxygen Iltniveauet bliver i ARGOS beregnet dels i det varme røglag og dels i det koldere lag mod gulvet. Ud fra de optegnede grafer er det muligt at give et generelt billede af udviklingen i iltniveauet for de forskellige brandscenarier. Først og fremmest kan det nævnes, at der i de fleste scenarier ikke er store udsving i mængden af ilt i det kolde lag. Det gælder især for solid material fires, hvor grafen stort set kun er vandret. Ved smouldering fire er der et par afvigelser. Det gælder i de scenarier, hvor kombinationen af et forholdsvis lille rumvolumen og manglende sprinkling giver stor røgfylde. Desuden sker det også i de tilfælde, hvor der udvikles en del røg uden at der dannes et egentligt røglag (se evt. Bilag 5) . I smouldering fire i lejlighedens depot, hvor døren er åben og sprinkleren inaktiv (B7), er udviklingen i iltniveauet væsentligt anderledes end for de andre smouldering fire, se Figur 25. Her falder niveauet i de fleste rum fra starten af branden, og på forskellige tidspunkter stiger det momentant til udgangsniveauet. Det har ikke været muligt at finde en forklaring på denne udvikling.

62


Figur 25 - Iltniveau i koldt lag for scenarium B7

Figur 26 - Iltniveau i varmt lag for scenarium E14

Hvad angår iltniveauet i det varme røglag er situationen lidt anderledes. For de fleste smouldering fires er niveauet nogenlunde stabilt. Enten er det uændret eller også falder det i begyndelsen af branden til et lidt lavere niveau, som holdes simuleringen ud. I Hasselager, hvor rummene er mindre, er der dog en tendens til, at det falder lidt mere. I nogle solid material fires, er udviklingen den samme som smouldering fire i Hasselager. Men i de fleste tilfælde er grafen dog mere varierende og som vist på Figur 26. Nogle af disse tilfælde har en udvikling, hvor iltniveauet går helt i bund (se evt. Bilag 5). Data point fire har en udvikling i iltniveauet, som minder meget om dem for smouldering fire i Hasselager, se Bilag 5. Optical smoke density (OSD) Ligesom for iltniveauet er den optiske røgdensitet beregnet i både det kolde og det varme lag. For bedre at kunne få et overblik over densiteten, er det igen nemmest at betragte én brandtype ad gangen. I scenarier hvor sprinklere aktiveres er det, som nævnt i det teoretiske afsnit, ikke muligt at stole på værdien af røgdensiteten efter aktiveringen. Umiddelbart kan det da heller ikke ses på graferne, at røglaget svækkes. For smouldering fire er der en klar tendens til, at røgdensiteten i det kolde lag vokser retliniet i dét rum, hvor branden starter. I scenarier hvor dørene er åbne, har røgen lettere ved at sprede sig til andre rum, hvilket kan ses ved at densiteten stiger kort tid efter i disse rum. I udstillingslokalet har røgen dog svært ved sprede sig, pga. det store rumareal (se Bilag 6). I det varme lag vokser den optiske røgdensitet generelt hurtigere. Undtagelsen er igen udstillingslokalet, hvor densiteten er uændret fra start til slut. Et scenarium der typisk viser tendensen for smouldering fire i hhv. koldt og varmt lag, er scenarium E4, som er vist i Figur 27 og Figur 28. Ligesom for iltniveauet har scenarium B7 også nogle meget afvigende resultater, når det gælder røgdensiteten. Disse kan ses på Bilag 6.

63


Figur 27 - OSD i koldt lag for scenarium E4

Figur 28 - OSD i varmt lag for scenarium E4

Ved de brande, hvor brændstoffet er solid material, er der kun nogle få ensartede tendenser. Det drejer sig om lejligheden i Hasselager, hvor de åbne døre spiller en rolle, både i det kolde og det varme lag. På Figur 29 og Figur 30 er vist forskellen i det kolde lag. Her ses det, at røgdensiteten starter med at vokse kraftigst i soveværelset, hvor branden opstår. Efter mindre end et halvt minut flader kurven ud, og samtidig stiger densiteten i de øvrige rum. De åbne døres virkning ses, ved at graferne på Figur 30 vokser hurtigere end hvis dørene er lukkede. Til gengæld kommer værdien af densiteten ikke så højt op, når dørene er åbne.

Figur 29 – OSD med lukkede døre i scenarium B2

Figur 30 – OSD med åbne døre i scenarium B4

Eksempler på andre optiske røgdensiteter ved solid material fire er vist på Bilag 6. Endelig kan røgdensiteten undersøges ved data point fires. Her udvikler densiteten i det kolde lag sig på samme måde som for solid material fire. Grafen vokser jævnt i brandrummet ind til en vis værdi, hvor den flader ud, og værdien bliver konstant. Herefter begynder densiteten af

64


stige i de øvrige rum, og dette sker hurtigst i de scenarier, hvor dørene er åbne. I det varme lag begynder densiteten at stige voldsomt på det tidspunkt, hvor densiteten i det kolde lag bliver konstant. Resten af simuleringstiden vokser røgdensiteten med en ujævn kurve, hvilket skyldes de virkelige forsøgsdatas indvirkning. Sprinklingens funktion ses udelukkende ved at det forløb, som finder sted uden sprinkling, bliver afbrudt efter slukningen er gennemført. Røgdensiteten svækkes altså ikke af en aktiveret sprinkler. Se eksempler på den optiske røgdensitet på Bilag 6.

6.7 Modificeret simulering ARGOS kan ikke medregne bidrag til branden fra antændelse af bygningsdele. Det betyder, at der ikke tages højde for indflydelsen fra antændelse af træet ved de foregående simuleringer. For at få den ekstra brandeffekt med i beregningerne, er det derfor nødvendigt at modificere initialbranden. Det kan fx gøres i en data point fire, hvor brandeffekten kan vælges frit som funktion af tiden. Det følgende eksempel giver et indtryk af brandens udvikling, når træets bidrag tages i betragtning. Scenariet er soveværelset i Hasselager. Der fastlægges en fiktiv initialbrand med en brandeffekt (RHR), der vokser lineært til 1 MW fra 0-300 sek. Den er stabil frem til 600 sek., hvorefter den falder lineært frem til 900 sek (se Figur 31). Der gennemføres en simulering med denne initialbrand for at registrere brandens udvikling uden antændelse af træelementerne.

65


0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600Tid [s]

RH

R [M

W]

Fiktiv initialbrand

Massivtræ

Sum

Figur 31 - Brandeffekt fra fiktiv initialbrand, forbrænding af træ og resulterende brand.

Fra simuleringen af den fiktive initialbrand konstateres det, at temperaturen i røglaget når op omkring 280 °C (træets omtrentlige antændelsestemperatur) efter ca. 120 sek. Det antages derfor, at forbrænding af træet starter fra dette tidspunkt, og at træet brænder over et areal, der vokser lineært fra 120-240 sek. til et maks.-areal på 10 m2. Arealet er herefter konstant frem til 1200 sek., hvorefter det falder til 0 til 1440 sek. (se Figur 31). Røgpotentialet for massivtræet sættes til samme værdi som for den fiktive brand. Brandeffekterne for initialbranden og forbrænding af træ lægges nu sammen til en resulterende brandeffekt (se Figur 31). Den nye resulterende brand indtastes i ARGOS, og der køres en ny simulering. Ekstremværdier i de to simuleringer hentes fra datafilerne og sammenlignes (Tabel 7). Alle resultater kan ses på Bilag 7

66


Tid

før u

dbræ

ndin

g [s

]

Bra

ndef

fekt

[MW

]

Tem

pera

tur i

røgg

asla

g

[°C

]

Strå

ling

fra

røgg

asla

g [k

W/m

²]

Tid

før r

øgga

slag

et

fyld

er h

ele

rum

met

[s]

Opt

isk

dens

itet i

rum

[d

B/m

]

Opt

isk

dens

itet i

rø

ggas

lag

[dB

/m]

Iltm

æng

de i

rum

[vol

%]

Iltin

dhol

d i r

øgga

slag

[v

ol %

]

Uden antændelse 900 0,47 320 6,31 96 0,41 64 20,9 0,61Med antændelse 1440 0,6 354 7,88 97 0,46 65 20,9 0,34%-ændring 60 28 11 25 1 12 2 0 -44

Tabel 7 - Udvalgte ekstremværdier fra ARGOS-simulering med og uden antændelse af massivtræ

Det ses, at værdierne i begge tilfælde overskrider acceptkriterierne for kritiske forhold for personredning, angivet i [17]. Hvis den fiktive initialbrand nedjusteres er det muligt at lave en situation, hvor antændelse af træet er afgørende for om acceptkriterierne overskrides. Det gælder specielt værdierne for stråling fra røggaslaget. Ændringen i iltindhold i røggaslaget ser umiddelbart stor ud, men niveauet er i begge tilfælde så lavt, at personer ikke vil overleve, når laget når helt ned til gulvet. Det lave iltindhold vil til gengæld hæmme forbrændingen. Acceptkriterierne for brandspredning overskrides ikke i nogen af tilfældene. Det betyder dog ikke at det brændende massivtræ ikke medvirker til spredning af branden. Kun at strålingen ifølge [17] ikke er kritisk. Det kritiske ved denne brand er træets medvirken til den forhøjede strålingsintensitet røggaslaget og temperaturen i samme. Herved forøges spredningen og intensiteten af branden, og massivtræet kan i sidste ende være afgørende for, om der sker overtænding. Det kræver dog, at der er tilstrækkeligt med ilt til, at branden ikke bliver kvalt inden. Da rummene i almindelige boliger er relativt små og iltmængden tilsvarende lille, er det muligt at massivtræet her kan medvirke til, at branden hurtigere bliver kvalt.

67


6.8 Diskussion Efter at have arbejdet med ARGOS i dette projekt, er der dannet et overblik over muligheder og begrænsninger ved brug af programmet. Resultaterne fra simuleringerne giver et godt indblik i, hvordan en brand udvikles. Herunder kan især nævnes sprinklerens indvirkning på slukningen. Da det i ARGOS’ beregningsmodel ikke er muligt at beregne, hvordan røglaget påvirkes af sprinklervandet, er sprinklerens funktion begrænset til at afkøle og slukke selve initialbranden. En anden parameter, der har stor betydning, er valget af brand samt placeringen af denne. I udstillingslokalet i Møbelhuset viste det sig, at en smouldering fire ikke vil medføre nogen stor konsekvens p.g.a. det store rumvolumen. Derimod vil samme brandtype i Hasselager være kritisk for brugerne, da rummene hurtigt fyldes med røg og de få adgangsveje dermed blokeres. Det gælder især, hvis dørene står åbne. Generelt har det vist sig, at åbne døre giver en mindre intens, men mere omfangsrig brand. De begrænsninger ved programmet som vækker mest opmærksomhed, er dem som dukker op ved indtastningen af data på en konkret bygning. Her kan især nævnes begrænsningen af simuleringen til kun fem rum i én etage. Det sidstnævnte medfører, at trappetårne og elevatorskakte ikke kan medtages i simuleringen. Derudover kan det virke uhensigtsmæssigt, at opbygningen af konstruktionsdelene kun kan bestå af tre lag materialer. Betydningen er dog til at overse, idet ARGOS ikke anvender væggenes materialedata til beregning af varmetab. Brændbare konstruktioners bidrag til brandspredning og røgdannelse tages ikke med i beregningerne og der tages derfor ikke hensyn til den øgede brandeffekt. Netop det manglende bidrag til brandeffekten har vist sig at være den største begrænsning i dette projekt. I andre bygninger med konstruktioner af ubrændbare materialer vil det ikke være af betydning, men for massivtræ er det et forhold, der bør undersøges nærmere. Der kan dog, som vist ved eksempel, tages hensyn til dette forhold ved at modificere initialbranden til en øget effekt. Ved selve simuleringen er der flere begrænsninger, der kunne ønskes reduceret. Det drejer sig fx om det faktum, at branden ikke kan sprede sig til andet brændstof end det som initialbranden består af. Det er ganske vist muligt at indtaste mængde af lagerbeholdning og inventar i ARGOS, men disse værdier bliver udelukkende medtaget i beregningen af økonomiske konsekvenser for branden.

68


Når svaghederne og ulemperne ved ARGOS er nævnt, skal det dog nævnes, at programmet også har gode egenskaber. Én af dem er de yderst brugervenlige uddata. Det drejer sig både om den overskuelige pdf-rapport, med de mest vigtige måleværdier, og om de letforståelige grafer. Med dem er det nemt at dokumentere sine simuleringer selv for personer med et minimum af viden indenfor den brandtekniske teori. Derudover skal det nævnes, at mange af de begrænsninger ARGOS har, skyldes at programmet benytter en to-zone model til simuleringen. Denne model er i sin teori forholdsvis simpel i forhold til de mere avancerede beregningsmodeller, der siden hen er blevet udviklet. Umiddelbart virker det som om, at ARGOS er udviklet til især at simulere brande i industri- og erhvervsbygninger. Det ses bl.a. ved at der som udgangspunkt kun kan angives bygningstyper indenfor disse kategorier. Desuden er industribygninger ofte opbygget af få og store rum i ét plan, hvilket gør ARGOS tilstrækkelig ved simulering i en sådan bygning. Som nævnt indledningsvis er ARGOS under løbende udvikling, og måske vil programmet på et tidspunkt udvikles til at være bedre egnet til boligbyggerier.

69

Brandpåvirkede massivtræelementer Bæreevne for dæk og væg

7 Bæreevne for dæk og væg Bygningsreglementet foreskriver, at de bærende konstruktioner i bygninger over 1 etage udføres mindst som BD-bygningsdel 60, såfremt de er beskyttet med sprinklere eller et brandbeskyttelsessystem. Det kan dog være relevant at undersøge bæreevnen af resttværsnittet i tilfælde af, at sprinklerne svigter, eller der benyttes et sikringssystem, der ikke stopper indbrændingen. I det følgende beregnes bæreevnen af et dæk med og uden dæklag af beton, samt en væg efter 60 minutters indbrænding.

7.1 Dæk uden betonlag Bæreevne for DTE massivtrædæk uden betonlag i bolig efter 60 min. ensidig brandpåvirkning

Det forudsættes at styrkeparametrene er uændrede i resttværsnittet. Normal sikkerhedsklasse, normal kontrolklasse.

Oprindelig tykkelse h 120mm:=

Indbrændingsdybde hf 60min 0.65⋅mmmin

:= hf 0.039m=

Tykkelse efter brand haf h hf−:= haf 0.081m=

Bredde b 323mm:= Længde L 5m:=

Laster

Egenlast ρ w 380kg

m3:= (middelværdi af densitet ifl. DTE)

gw haf ρ w⋅ b⋅ 9.81⋅m

s2:=

gw 97.5Nm

=

Nyttelast q 2kN

m2:=

70


Naturlast v = s = 0

Lastkombination 3.3, ulykkeslast - brand: Gd gw q b⋅+:=

Gd 743.53Nm

=

Regningsmæssigt max-moment

Mmax18

Gd⋅ L2⋅:=

Mmax 2.324 10×

3 N m⋅=

Modstandsevne

Modstandsmoment Wx16

b haf2

⋅:=

W x 3.53 105× mm3

=

Karakteristisk bøjningsstyrke

fmk 14.4 106× Pa:= (ifølge DTE)

Regningsmæssig bøjningsstyrke

kmod 0.9:=

fmd fmk kmod⋅:=

f md 13MPa=

Regningsmæssig modstandsevne mmod Wx fmd⋅:=

mmod 4.577 103× N m⋅= > Mmax 2.324 103

× N m⋅=

OK

71


7.2 Dæk med betonlag Eftervisning af bæreevne for DTE massivtrædæk med betonlag i bolig efter 60 min. ensidig brandpåvirkning.

Det forudsættes at styrkeparametrene er uændrede i resttværsnittet og at de to lag ikke forskyder sig i forhold til hinanden. Normal sikkerhedsklasse, normal kontrolklasse.

Massivtræelement Oprindelig tykkelse hw 120mm:=

Indbrændingsdybde hwf 60min 0.65⋅mmmin

:= hwf 0.039m=

Tykkelse efter brand hwaf hw hwf−:= hwaf 0.081m=

Bredde b 323mm:= Længde L 5m:= Tværsnitsareal Awaf hwaf b⋅:=

E0.w.k 7.2GPa:= Kilde: [11]

ft.0.w.k 8MPa:= Kilde: [11]

Betonlag Tykkelse hc 80mm:=

Tværsnitareal Ac hc b⋅:=

E0.c.k 24GPa:= (beton 12) Kilde: [6]

fc.c.k 12MPa:= Kilde: [6]

Der ses bort fra armeringen så længe der kun er tryk i betonen.

Laster

Egenlast ρ w 380kg

m3:= (middelværdi af densitet ifl. DTE)

gw hwaf ρ w⋅ b⋅ 9.81⋅m

s2:= gw 97.53

Nm

=

ρ c 2600kg

m3:=

72


gc hc ρ c⋅ b⋅ 9.81⋅m

s2:= gc 659.075

Nm

=

gtot gw gc+:= gtot 756.605Nm

=

Nyttelast q 2kN

m2:=

Naturlast v = s = 0

Lastkombination 3.3, ulykkeslast - brand:

Gd gtot q b⋅+:= Gd 1.403 103×

Nm

=

Regningsmæssigt max-moment

Mmax18

Gd⋅ L2⋅:=

Mmax 4.4kN m⋅=

Modstandsevne

Dækket regnes som en kompositbjælke som i [21] ex. 6-1 kmod 0.9:=

E0.w.d E0.w.k kmod⋅:= E0.w.d 6.5GPa=

E0.c.d E0.c.k:= E0.c.d 24GPa=

ft.0.w.d ft.0.w.k kmod⋅:= ft.0.w.d 7.2MPa=

fc.c.d fc.c.k kmod⋅:= fc.c.d 10.8MPa=

Neutral akse:

Ecyc'Ac + Ewyw'Aw = 0

yc'Ac = (h1 - 40 mm) (323 mm x 80 mm) = (h1 - 40 mm) (25840 mm2)

yw'Aw = -(140 mm - h1) (323 mm x 120 mm) = (h1 - 140 mm) (38760 mm2)

73


E0.c.k h1 40 mm⋅−( )⋅ Ac⋅ E0.w.k h1 140 mm⋅−( )⋅ Aw⋅+ 0

Afstanden fra dækkets overkant til den neutrale akse kan herved findes til

h1 20 mm⋅2 E0.c.k⋅ Ac⋅ 7 E0.w.k⋅ Awaf⋅+( )

E0.c.k Ac⋅ E0.w.k Awaf⋅+( )⋅:=

h1 63mm=

Inertimoment om neutral akse: Kun betonens trykzone regnes med

Ina.c13

b h13

⋅:= Ina.c 2.73 107× mm4

=

Ina.w13

b hw hc h1−( )+ 3 hc h1−( )3

−

⋅:=

Ina.w 2.75 108× mm4

=

Momentstyrke

mcfc.c.d E0.c.k Ina.c⋅ E0.w.k Ina.w⋅+( )⋅

E0.c.k h1⋅:= mc 18.7kN m⋅=

mwft.0.w.d E0.c.k Ina.c⋅ E0.w.k Ina.w⋅+( )⋅

E0.w.k hwaf⋅:= mw 32.5kN m⋅=

mc og mw er større end Mmax 4.4kN m⋅=

OK

74


7.3 Væg Eftervisning af bæreevne for DTE massivtrævæg i bolig efter 60 min. ensidig brandpåvirkning.

Væggen i dette eksempel er en indvendig væg, mellem køkken og soveværelse, i en type 2A lejlighed i Brabrand Boligforenings 64 boliger i Hasselager. Det antages at væggen optager lasten fra 4,25 m tag og 4,25 m dæk. llast 4.25m:=

Det forudsættes indbrændingen er lige stor i hele elementets højde, samt at styrkeparametrene er uændrede i resttværsnittet. Der ses bort fra væggens egenlast. Normal sikkerhedsklasse, normal kontrolklasse.

Massivtræelement Oprindelig tykkelse h 70mm:=

Indbrændingstid tf 60min:=

Indbrændingshastighed β 0.65mmmin

:=

Indbrændingsdybde hf tf β⋅:= hf 0.039m=

Tykkelse efter brand haf h hf−:= haf 0.031m=

Bredde b 323mm:= Højde L 2.5m:=

ρ w 380kg

m3:=

ρ c 2600

kg

m3:=

Last

Egenlast Tag gtag 1.5kPa:=

gtag.væg gtag llast⋅:= gtag.væg 6.375kNm

=

Væg 1. sal gvæg.væg g haf⋅ L⋅ 380⋅kg

m3:=

75


gvæg.væg 0.289kNm

=

Etageadskillelse metag 0.12m ρ w⋅ 0.08m ρ c⋅+:=

metag 253.6kg

m2=

getag.væg metag g⋅ llast⋅:= getag.væg 10.57kNm

=

Nyttelast qetag 2kN

m2:=

qetag.væg qetag llast⋅:= qetag.væg 8.5kNm

=

Naturlast

Sne Ifl. DS 410 kap. 7

stag 0.72kN

m2:=

stag.væg stag llast⋅:= stag.væg 3.06kNm

=

Vind Ifl. DS 410 kap. 6

Vindtryk på pulttag er stort set lig 0 ved en taghælding på 4 grader.

Lastkombination 3.3 - Brand Ff gtag.væg gvæg.væg+ getag.væg+ qetag.væg+ stag.væg+:=

Ff 28.8kNm

=

Nf Ff b⋅:= Nf 9.3kN=

σfFfhaf

:= σf 928.8kPa=

Modstandsevne

Trykstyrke fc.0.k 7.2 106× Pa:= kmod 0.9:=

76


fc.0.d fc.0.k kmod⋅:=

fc.0.d 6.48 103× kPa= > σf 928.8kPa=

OK

Centralt belastet søjle E0.k 7200MPa:=

E0.d E0.k kmod⋅:=

ls L:= ls 2.5m=

I112

b⋅ haf3

⋅:= I 8.019 10 7−× m4

=

Kritisk søjlekraft Ncrπ

2E0.d⋅ I⋅

ls2

:=

Ncr 8.2kN= < Nf 9.3kN=

Bæreevnen er ikke tilstrækkelig

Det er ikke nødvendigt at regne væggen som excentrisk belastet, når den ikke kan bære som centralt belastet.

Det ses at dækket både med og uden betonlag kan holde til 60 min. brandbelastning. Ses der kun på stabilitet, vil det derfor ikke være nødvendigt med nogen form for brandbeskyttelse. Væggen kan ikke bære med den anvendte tykkelse, men det kan overvejes, om beskyttelse i form af gipsplader eller lignende kan erstattes af overdimensionering. Væggen kan groft set gøres tykkere svarende til indbrændingen efter 60 min. Kombineres dette med en gennemsigtig form for brandsikring, vil træets overflade gøres synlig.

77

Brandpåvirkede massivtræelementer Brandsikring

8 Brandsikring Brandsikring deles normalt op i to principielt forskellige grupper; passiv brandsikring og aktiv brandsikring. De følgende afsnit beskriver begge grupper. I afsnittet om passiv brandsikring er der valgt tre løsninger ud, mens der ved den aktive brandsikring er fokuseret på boligsprinkling. Passiv brandsikring kan henføres til valget af materialer og bygningsdele i konstruktionen. Bygningsreglementet [18] stiller bl.a. krav om, at indvendige vægge og lofters overflader skal udføres mindst som klasse 1 beklædning. Det betyder at overfladen skal være mindst af klasse A-materiale. Massive træelementer kan derfor ikke fremstå ubeskyttede, da træ er et klasse B-materiale. I dag beklædes massivtrævægge typisk med gipsplader, for at tilfredsstille kravet om klasse 1-beklædning. Aktiv brandsikring indbefatter foranstaltninger, der først træder i kraft i tilfælde af brand. Det er f.eks. automatiske branddørlukkere, røglemme, alarmeringssystemer og sprinkleranlæg. Den type aktiv brandsikring, der har vist sig mest effektiv i industribygninger, er automatiske sprinkleranlæg. Hvis systemerne kan udvikles til anvendelse i boliger, vil sikkerheden forbedres væsentligt.

8.1 Passiv brandsikring 8.1.1 Gips Gipsplader består af to stykker kraftig karton med et lag gips imellem. Kartonen sørger for at pladen hænger sammen og ikke knækker under transport og tilvirkning. Gipsen indeholder 20-25% krystalbundet vand. Under brand fordamper vandet og fjerner derved store mængder energi fra pladen. Temperaturen kommer derved ikke over 100 °C så længe der er resterende krystalvand. Gipsplader er et relativt nemt materiale at arbejde med. Der kan skæres og skrues i det uden problemer, og den færdige overflade er jævn. Der kræves ikke nogen særlig form for vedligeholdelse, og pladerne er relativt lidt følsomme overfor mekaniske påvirkninger. Gips må derfor anses for at være en billig og sikker form for brandsikring. Selvom karton er brændbart, opfylder gipskartonen kravene til et klasse A-materiale, da kartonen kun forkuller og derved ikke giver anledning til flammespredning.

78


En, i brandsammenhæng, lille ulempe ved gips er, at når krystalvandet er fordrevet bliver gipsen stærkt hygroskopisk. Når der derefter tilføres vand i forbindelse med slukning af branden, sveller gipsen op og kan derved give uhensigtsmæssige spændingerne i konstruktionerne. 8.1.2 Brandimprægnering Brandbeskyttelse vha. imprægnering foregår på samme måde som beskyttelse mod råd og svamp. Behandlingen anvendes normalt til brædder og krydsfiner, der bruges til beklædninger, nedhængte lofter, regnskærme m.m. Metoden vil derfor kunne overføres til massivtræelementer ved at imprægnere lamellerne, før de sættes sammen til det færdige element. Det skulle herved være muligt at gennemimprægnere elementet. Der anvendes mange forskellige aktivstoffer til brandimprægnering, hvoraf en del er fugtfølsomme og kun kan bruges til indvendige konstruktioner. I artiklen ”Brandimprægnering af træ” fra Viden om træ 5/2002 [22] angives fire måder hvorved brandimprægnering virker:

• Ikke-brændbare gasser frigøres ved nedbrydningen af træets kemiske bestanddele og fortynder de brændbare gasser med det resultat, at trægasserne ikke brænder.

• Træets varmeledningsevne øges, og herved spredes varmen hurtigere end den produceres.

• De brandhæmmende kemikalier danner et flydende glasagtigt lag, der forhindrer brandbare gasser i at sive ud og blande sig med ilten i atmosfæren.

• Nedbrydningen af de brandhæmmende kemikalier sker ved en lavere temperatur end træet. Kemikalierne frigør stærke syrer eller baser der gør nedbrydningen af træet til trækul, CO2 og vand mere fuldstændig og derved begrænses dannelsen af brandbare gasser og tjære. Processen er en såkaldt ”kontrolleret pyrolyse”.

Brandimprægnering ændrer normalt ikke væsentligt på indbrændingshastigheden i træet. Det hindrer altså ikke direkte træet i at blive nedbrudt, men hindrer træet i at bidrage til brandens spredning og energitilvækst. Der fremstilles produkter til både indvendig og udvendig brandimprægnering. Produkter til indvendig brug kan dog optage fugt fra omgivelserne. For at undgå misfarvninger ved fugtoptagelsen anbefales det, at overfladen behandles med en porelukkende lak. Det har dog den bivirkning, at træets gode egenskaber som fugtbuffer reduceres.

79


I de fleste træarter er kernetræet svært at imprægnere, og det er derfor primært splinttræ der behandles. I [22] angives ”imprægnerbarheden ” for de mest anvendte træarter iht. EN 350-2. Fyrretræ beskrives som let at imprægnere, mens gran er vanskeligt til svært. Til massive træelementer anvendes typisk gran. Et af de få produkter til indvendig brandimprægnering, der er godkendt som klasse 1-beklædning er Minalith. Godkendelsen gælder dog kun fyrretræ og krydsfiner. Det bedste resultat fås ved trykimprægnering, men produkterne kan også påføres med en pensel. Indtrængningen bliver dog ikke så dyb. Visse produkter til brandimprægnering medfører en lille reduktion i træets styrkeparametre. Hvis det er nødvendigt, kan der kompenseres for dette ved en lille forøgelse af tværsnittet. 8.1.3 Brandmaling Brandbeskyttende maling blev udviklet allerede i 1930’erne, og selvom der i 50’erne kom produkter til beskyttelse af træ, er det primært stålkonstruktioner, der beskyttes på denne måde. Malingen består udover et klæbemiddel af tre aktive komponenter: et syreudviklende stof, et kulstofrigt stof og et opskummende stof. Kort fortalt fungerer brandmalingen ved, at den ved opvarmning skummer op til tre-fem centimeters tykkelse. Skumlaget er isolerende og sikrer, at den underliggende trækonstruktions temperatur i et tidsrum ikke stiger væsentligt over den temperatur, der fik malingen til at skumme op. Herved undgås antændelse af træet samt udvikling af giftige og brandbare gasser (så længe skumlaget bevarer sin integritet). Laget er desuden ubrændbart, da de kemiske processer ved opskumningen udvikler kuldioxid. Da brandmaling ikke kan fungere alene, som fx gipsplader, kan det kun godkendes til at ”opgradere” en eksisterende klasse 2-beklædning til klasse 1. Det kan altså ikke anvendes til at gøre en uklassificeret overflade til en klasse 1. Der skal desuden altid søges om dispensation fra de lokale myndigheder, før brandmaling anvendes. For at malingen kan virke optimalt, må den være intakt. Mindre huller, ridser og ujævnheder i påføringen vil dog blive lukket under opskumningen.

80


Da ujævn påføring eller forkert behandling af produkterne er af stor betydning for effektiviteten af brandmalingssystemerne, er det påkrævet at arbejdet udføres af professionelle. Overfladen skal desuden eftergås og vedligeholdes som ethvert andet brandsikringssystem. Brandmalingens evne til at beskytte afhænger bl.a. af lagtykkelsen. Figur 32 viser en sammenligning mellem ubeskyttet træ og to forskellige lagtykkelser. Det ses, at selvom de første 210 µm betyder mest, er der meget at vinde ved at påføre den dobbelte tykkelse. Ved en lagtykkelse på 420 µm kommer træets temperatur i det pågældende forsøg ikke over 300 °C de første 15 min.

Figur 32 - Brandbeskyttende malings isolerende evne [24]

I en undersøgelse foretaget af Teknologisk Institut i 1977[23] anvendtes en tør lagtykkelse på 200 µm. Ved en direkte påvirkning af en flammetemperatur på 600 °C, kom temperaturen i underlaget kun op på ca. 200 °C efter 10 min. Ved en flammetemperatur på 700 °C var temperaturen i underlaget efter 10 min lidt over 300 °C og altså over træets antændelsestemperatur. Træet vil dog ikke antænde pga. malingens ovenfor nævnte egenskaber. Brandmaling leveres både som transparent og pigmenteret.

81


8.2 Aktiv brandsikring - boligsprinkling I de fleste boligbyggerier er passiv brandsikring mest udbredt. Det hænger sammen med, at etablering af et aktivt brandsikringssystem hidtil har været forbundet med store omkostninger. I erhvervs- og industribyggeri er sprinkling blevet benyttet i mange år. Den primære funktion for sprinklere har her været at redde bygninger og værdier i tilfælde af brand. I de seneste par år er interessen for brug af sprinklere i boliger vokset betydeligt. Det sker bl.a. efter at resultater fra USA har vist, at sprinklersystemer i boliger kan udføres til en overkommelig pris, og at de er i stand til at redde menneskeliv. 8.2.1 Baggrund Statistiker viser, at langt de fleste brande med dødsfald til følge sker i boliger. Tal fra Dansk Brand- og sikringsteknisk Institut viser, at ud af 83 omkomne ved dødsbrande i 2000 fandt 70 af dem sted i boliger, hvilket svarer til 84 % [w5]. Der er her tale om dels én-familiesboliger som lejligheder, villaer og rækkehuse, men også plejehjem og beskyttede boliger tæller med i disse tal. Svenske og norske tal viser samme resultater [25]. Antallet af dødsofre fra brande i Danmark ligger nogenlunde stabilt omkring 80-85 personer pr. år. Der er nogle af disse menneskeliv, der sandsynligvis vil kunne reddes, hvis boligsprinkling bliver indført i de danske hjem. 8.2.2 Erfaringer Når erfaringsgrundlaget betragtes, er det først og fremmest USA, der har den største viden på området. Her blev det i starten af 1970’erne konstateret, at antallet af dødsfald i boliger ved brand lå væsentligt over de lande, der blev sammenlignet med. I 1975 blev det første regelsæt for installation af boligsprinkling udgivet af National Fire Protection Association. Herefter er udviklingen af et sprinkleranlæg specielt beregnet til boliger gået stødt fremad. I dag skønnes det, at ca. 1 % af alle én- og tofamilieshuse i USA er sikret med boligsprinklere. I Norden er interessen for sprinklere blevet så stor, at de amerikanske forskrifter er oversat og forsøges tilpasset de respektive landes standarder og normer. Finland er foreløbig kommet længst, idet det siden 1997 har været lovpligtigt med boligsprinkling i bygninger med bærende konstruktioner af træ i etageejendomme med mere end to etager. Sverige har ligeledes vist stor interesse for denne brandsikring. F.eks. har omkring 25 virksomheder8 og organisationer deltaget i ”Projekt Boendesprinkler”, hvor formålet har været at udvikle en velfungerende aktiv brandsikring til boliger til en overkommelig pris.

8 Bl.a. Lunds tekniska högskola og Trätek. Sidstnævnte har haft det overordnede ansvar og har efterfølgende udgivet en rapport [25]

82


Som en del af projektet er der udført brandforsøg, hvor to identiske brandscenarier er afprøvet med og uden sprinkling. Nedenstående billeder viser forskellen:

Figur 33 - Brandforsøg uden sprinkler. [25]

Figur 34 - Brandforsøg med sprinkler. [25]

Branden er i begge tilfælde startet i lænestolen. I tilfældet uden sprinkling er hele rummet påvirket og alt inventar ødelagt (Figur 33). Branden har spredt sig fra initialbranden til alt brandbart i rummet. I det scenarium hvor sprinkler er installeret, slukkes branden efter kort tid. Kun materialer i umiddelbar nærhed af initialbranden er påvirket. Alt andet er tilsyneladende uberørt af varme og røg (Figur 34). Herhjemme blev det i tillæg 1 til BR959 indført, at boligsprinkling kan benyttes som alternativ til overholdelse af kravet til passiv brandsikring i bygninger, som har bærende konstruktioner i træ i flere end to etager. I januar 2001 udarbejdede DBI forskrift 251 om automatiske sprinkleranlæg [27]. Det har bl.a. medført forsøg med installering af sprinkling som brandsikring af trappeopgange i ældre etageejendomme ved byfornyelser. Fordelen er her, at man kan nedlægge bagtrappen, f.eks. ved etablering af badeværelser, og stadigvæk bevare den originale hovedtrappe af træ uden at skulle beklæde den med brandsikre materialer. 8.2.3 Princippet i sprinkleranlæg Det primære formål med boligsprinkleren er, modsat den ordinære sprinkler, at redde menneskeliv. Først i anden række kommer beskyttelsen af værdier. Principielt fungerer de to sprinklertyper dog ens, og funktionen for dem begge er at vandkøle røggaslaget for at undgå overtænding. Dermed kan temperaturen og flammerne kontrolleres indtil manuel slukning kan påbegyndes. I nogle tilfælde vil den rigtige placering af sprinklerhovedet og mængden af vand kunne slukke branden, men dette er dog ikke et krav til sprinklersystemerne. Sprinklerne bør desuden altid anvendes i kombination med brandalarmer.

9 Tillæg 1 trådte i kraft december 1999

83


Selve sprinklerhovedet består af en vandfyldt dysse, som før aktivering er blokeret af en glasampul. Glasampullen indeholder en væske, der ved varmepåvirkning udvider sig og sprænger glasset. Farven på væsken angiver ved hvilken temperatur sprinkleren udløses. F.eks. svarer en orange væske til en aktiveringstemperatur på 57 °C, en rød væske til 68 °C, osv. Når vandstrålen fra dyssen frigøres, rammer den en metalplade, hvis udformning og afstand fra dyssen afhænger af sprinklerens formål.

Figur 35 – Eksempel på opbygning af sprinklerhoved. [w6]

Figur 36 – Sprinklertype med rød ampul. [w7]

Sprinklere kategoriseres normalt efter deres værdi af Response Time Index. RTI-værdien er et udtryk for sprinklerens følsomhed og angives i enheden (m/s)1/2. Afhængig af størrelsen af RTI, placeres sprinklertypen i én af fire klasser, 1 - 4, hvor klasse 4, med laveste værdier, repræsenterer de mest følsomme typer. RTI-intervallet spænder fra 0 til 350. Til boligsprinkling skal benyttes typer med RTI ≤ 50 (m/s)1/2, hvilket svarer til den hurtigste responstid [27]. En anden værdi der karakteriserer den enkelte sprinkler er den såkaldte K-værdi. I et sprinklerkatalog er den ofte oplyst sammen med arbejdstrykket for sprinkleren. K-værdien er defineret som en konstant værdi ud fra følgende formel:

sprspr PKq ⋅= ( 19)

hvor, qspr = Vandmængden [l/min] Pspr = Trykket i vandledningen umiddelbart før sprinkleren [bar] K-værdien angiver således forholdet mellem arbejdstrykket og sprinklerkapaciteten.

84


8.2.4 Forskel på bolig- og traditionel sprinkling Som før nævnt ligger RTI-værdien i den lave ende for boligsprinklere. Den øgede følsomhed og responstid er én af de væsentligste forskelle på boligsprinklere og traditionelle sprinklere. En anden forskel er, at sprinklerne i boliger arbejder med mindre vandmængder. Den mindste tilladte vandmængde pr. udløst boligsprinkler er 68 l/min, mens mindstekravet for andre sprinklere i den laveste risikoklasse er 225 l/min. Kravene til vandforsyning er ligeledes forskellige, idet en boligsprinkler skal kunne forsynes i 30 minutter, mens andre sprinklere typisk skal kunne afgive vand i 60 minutter. Vandforsyningen kan etableres enten ved opsætning af en vandtank eller andet reservoir, eller ved tilkobling til et vandledningsnet. Sprinklerproducenterne oplever, at der stilles strengere krav for godkendelse af en boligsprinkler. Den skal f.eks. kunne give en vis vanddistribution, som går højere op ad væggene end med den ordinære sprinkler. Årsagen til dette er, at en boligsprinkler i højere grad skal kunne forhindre brand opad vægge, der typisk spredes via høje møbler, gardiner eller vægudsmykning. Desuden kræves at sprinklerens funktion skal være dokumenteret ved diverse fuldskalaforsøg, som bl.a. indeholder måling af temperatur under loftet [26]. Endelig bliver der stillet et uskrevet krav til producenterne – det æstetiske krav. For at såvel arkitekter som beboere skal være tilfredse med boligsprinkleren er udformningen ikke uden betydning. Derfor er der udviklet sprinklerhoveder, som dels varierer i farver og som dels fremstår mere eller mindre synlige. 8.2.5 Fordele og ulemper De foreløbige erfaringer og forsøg med sprinkleranlæg i boliger har vist positive resultater. Heraf kan nævnes:

• at branden kan kontrolleres og temperaturen holdes nede inden manuel slukning påbegyndes

• at sprinklingen kan redde liv, især i boliger for bevægelseshæmmede og ældre • at der gives mulighed for et mere fleksibelt materialevalg til konstruktioner • at prisen for installering af sprinklere ofte er billigere end etablering af passiv

brandsikring • at den gennemsnitlige levetid for bygninger forlænges, hvilket på længere sigt er til

gavn for miljøet Der er dog også områder hvor brugerne har været betænkelige. Nedenfor er listet de mest fremtrædende:

85


• Fare for vandskader - dels ved rørlækager o.l., dels ved aktivering af anlægget • Svigt i systemet, f.eks. manglende vandtilførsel • Fejldimensionering af anlægget med for højt eller for lavt vandflow til følge • Defekt sprinklerhoved (produktionsfejl, forhindret aktivering)

8.3 Diskussion Når der skal vælges systemer til brandsikring af massivtræ, kan der overordnet vælges mellem passive og aktive systemer. Generelt kan det siges at de passive er de mest pålidelige, da de ikke er afhængige af en aktiveringsproces for at virke. Et aktivt system som sprinkling er mindre driftsikkert men mere effektivt under brand. Gips er stadig den mest udbredte form for brandsikring, og fordelene er da også mange. Gips er nemt at sætte op og kan tilpasses de fleste bygningsdele med en pæn overflade som resultat. Ulempen er at træet skjules, og et vigtigt argument for brugen af massivtræ derved går tabt. Som alternativ til gips som passiv brandsikring kan træet i stedet beskyttes med speciel imprægnering eller maling. Begge behandlinger kan godkendes som klasse-1 beklædning i kombination med træ. Massivtræelementer er nemme at imprægnere, da de består er tynde lameller, der kan gennemimprægneres før samlingen. Imprægnering stopper ikke forkulning af træet, men forhindrer produktion af brandbare røggasser. Ved gennemimprægnering har systemet ikke en fast modstandstid, da imprægneringen virker under hele branden. Kombineret med en overdimensionering svarende til forkulningsdybden, vil imprægnering formentlig leve op til kravene om et brandbeskyttelsessystem. Det anbefales dog at dække overfladen med en porelukkende lak, hvilket vil reducere træets evne til at ”ånde”. Før behandlingen kan bruges i praksis bør en nærmere undersøgelse af de specifikke forhold dog foretages. Desuden bør imprægneringens indflydelse på indeklimaet undersøges. Brandmaling fungerer ved at der dannes et isolerende lag mellem træet og branden. Herved forsinkes temperaturstigningen og dermed pyrolysen i træet. Laget har kun en vis beskyttelsestid, der afhænger af hvilken tykkelse der er påført. Denne form for behandling kan ikke anbefales til brug i boliger, da sikkerheden er afhængig af, at brandmalingen er ubeskadiget. I en bolig vil det daglige slid og montering af interiør uundgåeligt medføre huller i overfladen, og det kan ikke forventes at skader bliver udbedret inden for kort tid. Derudover

86


lukkes træets overflade helt ved påføring af et brandmalingssystem, hvorved fugtbufferevnen – ligesom ved imprægnering – reduceres. En kombination af de to typer beskyttelse kan være den bedste løsning. Imprægnering kan påføres over hele bygningen, mens de mest kritiske steder behandles med maling, hvis der fx af arkitektoniske årsager ønskes et minimum af tværsnit. For begge behandlinger bør der foretages en livscyklusvurdering, der bl.a. kan dokumentere, om behandlet træ uden problemer kan brændes efter endt levetid. Hvis brandbeskyttelse med imprægnering og maling skal udbredes i fremtidige byggerier er det nødvendigt med laboratorieforsøg, der kan dokumentere det enkelte produkts effektivitet under brand. Ved etablering af boligsprinkleranlæg skal der foretages en vurdering af fordele og ulemper. Det er således vigtigt at undersøge den konkrete bygning, før der kan tages stilling til om løsningen er anvendelig, såvel økonomisk som praktisk. Én af ulemperne ved sprinkling, er den udprægede frygt for vandskader. Det drejer sig hovedsageligt om utætheder af rørinstallationer, især ved skjult rørføring. Umiddelbart virker frygten velbegrundet og skal også tages med i overvejelserne, når rørføringen skal planlægges. Hertil kan det dog nævnes, at sprinkleranlægget i boliger ofte kan tilsluttes det eksisterende vandledningsnet og kan således betragtes som en ekstra vandhane. Risikoen for vandskader vil derfor ikke være større end for andre installationer. Det kan tænkes at risikoen endda er mindre i sprinkleranlægget, da det mekaniske slid, bl.a. i form af hyppige trykændringer, ikke forekommer så ofte som i de øvrige installationer. Netop dét at det eksisterende vandledningsnet kan benyttes til sprinkleranlægget er en økonomisk fordel. Pålideligheden af en boligsprinkler afhænger af flere faktorer. Først og fremmest er det altafgørende, at installationen af anlægget bliver udført korrekt. I Danmark er det derfor kun virksomheder der er godkendt af DBI, som må udføre installationen. Dernæst er det også væsentligt, at anlægget løbende bliver kontrolleret og testet. Det indebærer bl.a. at anlægget tryktestes til minimum 7 bar, og at sprinklerhovederne gennemgås for fejl. En typisk fejl kan være, at beboere uforvarende har dækket sprinkleren til eller er kommet til at male den over. Sådanne alvorlige fejl er sjældne, men ikke desto mindre realistiske, da forståelsen af sprinklernes funktion ikke kan forudsættes at være kendt af beboerne. Ses der bort fra disse fejl, har erfaringerne fra USA vist, at pålideligheden er stor. Foreløbig er det statistiske grundlag sparsomt, og pålideligheden kan kun placeres i intervallet 86 – 98 %. Den store spredning skyldes forskelle i registreringen af sprinkleraktiveringer. De lave værdier henviser

87


til statistiker, hvor andre sikringssystemer end sprinklere er medregnet, og de høje værdier er fra statistiker, hvor kravene til kontrol, afprøvning og vedligeholdelse har været strenge, og derfor har medført nogle høje værdier. Betragtes statistikerne over antallet af dødsfald som følge af brand i USA, kan det konstateres, at der er sket væsentlige forbedringer i de sidste 30 år. I begyndelsen af 1970’erne omkom flere end 12000 personer, og dette tal var i 1998 faldet til 4035 personer, hvilket var det laveste antal nogensinde. Faldet skyldes ikke kun indførelsen af boligsprinkleren, men også skærpelser af byggeregler, forbedrede byggematerialer og bygningsteknikker samt bedre uddannelse og udrustning for redningsberedskabet. Det er dog værd at bemærke, at der samme år ikke blev registreret nogen dødsfald i de 1246 brande, hvor sprinklere blev aktiveret [25]. Selvom statistikerne tegner et meget ensartet billede af boligsprinklerens effekt, er der dog stadigvæk muligheder for forbedringer. Videreudviklingen af sprinkleren er da også fortsat i gang, såvel i udlandet som i Danmark. Herhjemme arbejdes der bl.a. på et system, der skal forbedre vanddistributionen. Ved hjælp af trykluft skal dråbestørrelsen formindskes, så der dannes en kraftig vandtåge, der både køler og kvæler branden. Denne teknik har i nogle år været benyttet i skibsindustrien, hvor den mindre mængde vand ved slukningen er af stor betydning. Dette er netop også argumentet for, at teknikken bør forsøges afprøvet i boliger [w8]. En anden teknik der kunne overvejes for at nedbringe mængden af slukningsvand, er at lade sprinkleren være styret af temperaturfølere. Glasampullen i sprinklerhovedet skulle i så fald udskiftes med en ventil, der kunne åbne og lukke afhængig af temperaturen i rummet. Denne løsning er både dyr og kompliceret. Et anvendeligt system af denne type vil formentlig først blive udviklet, når sprinkling er mere almindelig i de danske boliger.

88

Brandpåvirkede massivtræelementer Indbrændingsforsøg

9 Indbrændingsforsøg

9.1 Baggrund Formålet med forsøget er at undersøge, om der er en forskel i indbrændingsdybden mellem massivtræelementer samlet med søm og elementer samlet med lim. Da der ikke tidligere er lavet brandforsøg med massivtræelementer mangler der viden om, hvordan de forskellige forbindelsesmidler opfører sig ved brandpåvirkning. Det er nærliggende at antage, at indbrændingsdybden i de sømmede elementer er større pga. de relativt store revnevidder mellem lamellerne. Varm gas kan trænge ind mellem lamellerne og starte en forbrænding på lamellernes hjørner og sider. For de limede elementers vedkommende kan det tænkes limen ikke kan tåle de høje temperaturer og derfor mister en del af sin styrke. Visse limtyper er desuden brandbare og kan bidrage til brandens udvikling og effekt. Da der kun udføres 2 forsøg med hver forbindelsestype, er det statistiske materiale for lille til at give at entydigt resultat. Forsøgenes formål er derfor kun, at give et fingerpeg om en mulig forskel på de to typer. Forsøgene gennemføres desuden med et relativt lille spænd, understøtninger under alle fire sider og egenlasten som eneste belastning. Lasternes indvirkning på forbindelsesmidlet afdækkes derfor ikke i disse forsøg. Forsøgene er udført som foreskrevet i DS 1051.1 – Bygningsdeles modstandsevne mod brand [8].

9.2 Forsøgsmetode Der anvendes en naturgasfyret kubikmeterovn.

Prøveemnet placeres som ”loft” i ovnen (se Figur 37) og brandpåvirkes derved kun på undersiden. Flammepåvirkningen er indirekte. Efter endt prøvetid løftes elementet ned på gulvet og slukkes hurtigst muligt med en vandslange.

89


Figur 37 - Kubikmeterovn under brandprøvning

Emnet er understøttet under alle fire sider. Eneste belastning er egenlasten og lasten af de kæder, der løfter elementet væk efter prøvningen. Temperaturkurven i ovnen sættes under prøvningen til at følge standardbrandkurven (Figur 38) iht. DS 410. Den faktiske temperatur i ovnen registreres af 4 termofølere placeret 100 mm under prøveemnet.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 6

Tid [min]

Tem

pera

tur [

C]

0

Figur 38 - Standardbrandkurven iht. DS 410 [5]

90


På overfladen af prøveemnet monteres 5 stk. termofølere (1 i midten og 4 i fjerdedelspunkterne). Inde i emnet monteres 5 termofølere 55 mm fra undersiden ved at bore hul fra oversiden (1 i midten og 4 i fjerdedelspunkterne), se Figur 39. Alle temperaturmålinger er optegnet på Bilag 8 og Bilag 9.

Figur 39 - Placering af termofølere på/i element

I ovnen fastholdes under prøvningen et overtryk på 10Pa. Træfugtigheden før afbrænding blev målt med en ”Delmhorst RDX-1”.

91


9.3 Prøvningsrapport for sømmede elementer Emne: Sømmede massivtræelementer 1 og 2 Producent: Dansk Træemballage A/S (DTE) Prøvningsinstitution: Dansk Brand- og sikringsteknisk Institut (DBI) Rekvirent: Ronni Bech og Anders Dragsted, afgangsprojekt ved DTU Dato: 1/4-2003 9.3.1 Prøvelegemets udformning:

Emnet er sammensat af 3 stk. 323 mm brede elementer, 1 endestykke og 2 kantlister. Delene skrues sammen med 100 mm fladhovede, elforzinkede spånskruer. Det samlede element har målene 1000x1000x120 mm.

Figur 40 - DTE-element før samling

92


Figur 41 - Skitse af snit i DTE-element før samling

9.3.2 Observationer før prøvningen: Træet har store knaster, revner og barkskader.

Det er stor forskel på revnevidderne mellem lamellerne. Delelementerne passer ikke helt sammen pga. ujævnhederne i træet og manglende præcision i produktionen. Flere steder er søm skudt skævt i så de stikker op gennem overfladen. Træfugtighed

S1: 16,1%, ved 10°C. S2: 16,0%, ved 10°C.

9.3.3 Observationer under prøvningen:

Allerede et par minutter efter start begyndte røg at trænge op fra samlingerne mellem delelementerne og mellem delelementer og endestykker. På intet tidspunkt under prøvningen trængte der røg op mellem de enkelte lameller.

S1: Pga. tekniske problemer stoppede brænderne i ovnen efter 30 min. Elementet blev dog først fjernet efter 40 min., da temperaturen stort set fulgte den foreskrevne kurve indtil dette tidspunkt.

9.3.4 Observationer efter prøvningen:

Indbrændingen er kraftig ved samlingerne mellem to delelementer og et endestykke. Ved samlingerne mellem delelementerne er indbrændingen tilsyneladende mindre ved sømningerne, se Bilag 11. Indbrændingen i lamellerne har form som en bue, dvs. indbrændingen er størst ved samlingen mellem lamellerner.

9.3.5 Resultater

Temperaturen i ovnen og elementerne måles med de 14 termofølere og resultaterne gemmes undervejs i en datafil. Da temperaturforløbene for de to elementer er stort set ens vises her kun graferne for element 2.

93


Sømmet element 2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 60Tid [min]

Tem

pera

tur [

C]

OvntemperaturKernetemperaturOverfladetemperaturStandardbrandkurve

Figur 42 - Temperaturkurver for sømmet element 2

Før måling af indbrændingsdybde skrabes den forkullede zone af for at lette håndteringen af elementerne. De saves herefter igennem med en båndsav på tværs af lamellerne. Der laves kun ét snit gennem hvert element for at skåne saven. Resttværsnittet måles i midten af alle lameller og mellem lamellerne. De yderste 100 mm i hver side negligeres. Da overgangen mellem forkullet og ubeskadiget træ er flydende, måles resttværsnittet som det træ, der ikke har ændret farve. Den gennemsnitlige indbrænding beregnes og sammenlignes med den teoretiske indbrænding, se Tabel 8 og Tabel 9. Der anvendes to forskellige værdier for den teoretiske indbrænding, for at undersøge hvilken værdi der passer bedst.

Figur 43 - Sømmet element efter afbrænding. Den forkullede zone er skrabet af.

94


S1 (40 min) S2 (60 min) Middel indbrændingsdybde 26 41 mm Indbrændingshastighed 0,65 0,68 mm/min Teoretisk indbrændingshastighed [7] 0,75 0,75 mm/min Afvigelse fra teori 0,10 0,07 mm/min %-afvigelse 13 9 %

Tabel 8 - Indbrænding når elementernes indbrændingshastighed regnes som for nåletræ uden afrunding af hjørner. Alle målte værdier er angivet på Bilag 10

S1 (40 min) S2 (60 min) Middel indbrændingsdybde 26 41 mm Indbrændingshastighed 0,65 0,68 mm/min Teoretisk indbrændingshastighed [7] 0,65 0,65 mm/min Afvigelse fra teori 0,00 -0,03 mm/min %-afvigelse 0 -5 %

Tabel 9 - Indbrænding når elementernes indbrændingshastighed regnes som for nåletræ med afrunding af hjørner eller limtræ.

95


9.4 Prøvningsrapport for limede elementer Emne: Limede massivtræelementer 1 og 2 Producent: Limtræ Danmark A/S Prøvningsinstitution: Dansk Brand- og sikringsteknisk Institut (DBI) Rekvirent: Ronni Bech og Anders Dragsted, afgangsprojekt ved DTU Dato: 4/4-2003 (L1) og 8/4-2003 (L2) 9.4.1 Prøvelegemets udformning:

Elementet er produceret i ét stykke på 1000x1000x120 mm. Omkring elementet monteres en ramme af høvlede 50x100 mm planker. Rammen monteres for at forhindre store revner mellem lamellerne pga. temperaturbetingede udvidelser.

Figur 44 - Limet element fra Lilleheden med termofølere monteret.

96


Figur 45 - Skitse af snit i limet element

9.4.2 Observationer før prøvningen: Der er ingen synlige skader eller store knaster.

Træfugtighed L1: 12,0 %, ved 10 °C. L2: 11,9 %, ved 10 °C.

9.4.3 Observationer under prøvningen:

Allerede et par minutter efter start begyndte røg at trænge op fra samlingen mellem ramme og element. På intet tidspunkt under prøvningen trængte der røg op mellem de enkelte lameller.

9.4.4 Observationer efter prøvningen:

Indbrændingen er kraftig ved samlingen mellem elementet og rammen. Resttværsnittet er relativt ujævnt, se Figur 48. Der kan flere steder observeres revner i limningerne, når elementerne skæres op, se Figur 46. Det kan ikke siges om revnerne er opstået før, under eller efter afbrændingen.

Figur 46 - Revne i limning

97


9.4.5 Resultater

Temperaturen i ovnen og elementerne måles med de 14 termofølere og resultaterne gemmes undervejs i en datafil. Da temperaturforløbene for de to elementer er stort set ens vises her kun graferne for element 2.

Limet element 1

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 60Tid [min]

Tem

pera

tur [

C]

Ovntemperatur

Kernetemperatur

Overfladetemperatur

Standardbrandkurve

Figur 47 - Temperaturkurver for limet element 1

Før måling af indbrændingsdybde skrabes den forkullede zone af for at lette håndteringen af elementerne. De saves herefter igennem med en båndsav på tværs af lamellerne. Der laves to snit gennem hvert element. Resttværsnittet måles i midten af alle lameller og mellem lamellerne. De yderste 100 mm i hver side negligeres. Da overgangen mellem forkullet og ubeskadiget træ er flydende, måles resttværsnittet som det træ, der ikke har ændret farve. Den gennemsnitlige indbrændingsdybde beregnes og sammenlignes med den teoretiske, se Tabel 10.

98


Figur 48 - Limet element efter afbrænding. Den forkullede zone er skrabet af.

L1, snit 3 L1, snit 4 L2, snit 1 L2, snit 2 Middel indbrændingsdybde 39 39 39 39 mm Indbrændingshastighed 0,66 0,65 0,65 0,65 mm/min Teoretisk indbrændingshastighed [7] 0,65 0,65 0,65 0,65 mm/min Afvigelse fra teori -0,01 0,00 0,00 0,00 mm/min %-afvigelse -1 0 0 0 %

Tabel 10 - Indbrænding i limtræelementer. Alle målte værdier er angivet på Bilag 10

99


9.5 Diskussion Som udgangspunkt er denne forsøgsserie for lille til statistisk at kunne påvise noget entydigt. Forsøgene har dog givet en god fornemmelse af hvordan elementerne opfører sig, når de brænder. En længere forsøgsserie vil give et bedre grundlag for at vurdere sammenhængen mellem indbrænding og forbindelsesmiddel, trækvalitet og eventuelle behandlinger. Umiddelbart er forskellen i indbrændingshastighed mellem de to typer så lille, at det er uden betydning. Både de limede og de sømmede har en indbrænding på ca. 0,65 mm/min, svarende til den i DS 413 [7] angivne hastighed for limtræ uden hensyntagen til afrunding af hjørner eller hastigheden for nåletræ, når afrunding af hjørner medregnes. Selvom indbrændingen mellem lamellerne i de sømmede elementer er lidt større, har det tilsyneladende ikke haft nogen betydning for det samlede resultatet. At samlingerne mellem de sømmede lameller er tilstrækkeligt tæt kan ses ved, at der ikke observeredes optrængning af røggasser mellem lamellerne under brandprøvningen. Der kunne anes en reduceret indbrænding under sømrækkerne. Dette skyldes formentlig, at lamellerne hér er trykket tættere sammen, og de varme røggasser derfor ikke kan trænge så dybt ind. I de limede elementer var der ikke forskel mellem indbrændingen i lim og lameller. Limen må derfor antages at være neutral i brandsammenhæng. Temperaturen i ovnen fulgte stort set standardbrandkurven. Der sker dog nogle udsving fra 5 til 10 minutter inde i forsøget. Det er formentlig her træet antændes. Resultatet er en kraftig temperaturstigning, hvilket får én af brænderne i ovnen til at slukke og temperaturen falder igen. At træet først antændes ved omkring 500 °C, skyldes at der ikke er en pilotflamme til stede, da flammepåvirkningen ikke er direkte. Det blev besluttet at gennemføre disse forsøg uden nogen form for belastning. Fremtidige forsøg med påført last kan undersøge styrkeudviklingen i elementerne, når forbindelsesmidlerne udsættes for de høje temperaturer.

100

Brandpåvirkede massivtræelementer Konklusion

10 Konklusion Denne rapport har beskæftiget sig med de brandtekniske udfordringer ved anvendelse af bærende elementer af massivtræ i husbyggeri. Arbejdet har været en kombination af indsamling og registrering af relevant litteratur, brandtekniske analyser og laboratorieforsøg. De dynamiske processer, der styrer en brands udvikling og forløb, er ekstremt komplicerede og antallet af indvirkende faktorer er stort. Med avancerede programmer kan spredning af røggasser og varme forudsiges til en vis grænse vha. FEM-modeller. Til almindelig brandteknisk projektering anvendes de mindre avancerede 2-zonemodeller, der kan bruges til manuelle beregninger eller brugervenlige beregningsprogrammer. ARGOS’ har en del begrænsninger, både hvad angår definering af konkrete bygninger, og selve simuleringen af en fastlagt brand.Det har dog vist sig, at ARGOS har været tilstrækkelig til dette projekt. Ved hjælp af en modificeret simulering var det muligt at undersøge, hvor meget træet bidrager til en brand. Resultaterne har givet et godt billede af, hvordan faktorer som døråbninger og sprinkling kan have indflydelse på en brand. Generelt giver åbninger en større brandspredning, men til gengæld bliver branden ikke så kraftig i effekt. Sprinklingen slukker bålet ved køling, og kan dermed i løbet af få sekunder slukke en brand i en lejlighed. Typen af brand har også stor betydning for brandens udvikling. En ulmende sengetøjsbrand i en lejlighed kan fx være mere farlig for personer end en brand i fast materiale. Det skyldes, at røgdensiteten vokser kraftigere, og at den i flere tilfælde er mere kritisk end varmepåvirkningen fra det brændende materiale. Lovens krav til bygningsdele af træ er store, når det gælder sikring mod antændelse og afgivelse af røg og varme. Det resulterer ofte i en brandsikring, der i bedste fald skjuler træet, og i værste fald er klodset. I de fleste tilfælde bruges gipskarton, evt. i kombination med mineraluldsisolering. Det er effektive løsninger, og det eneste negative, der kan siges om dem er, at de ikke er gennemsigtige. De alternativer, der kan overvejes, er imprægnering og overfladebehandling (passive) samt sprinkling (aktiv). Imprægneringen hindrer ikke nedbrydningen af træet under brand. Aktivstoffernes opgave er at hindre dannelsen af brandbare gasser ved pyrolysen. Derved giver træet ikke næring til branden ved røg- og varmespredning, og overfladen kan derfor godkendes som klasse-1. Metoden kræver ingen særlig vedligeholdelse og kan bruges næsten overalt. Den kan dog ikke tåle store fugtpåvirkninger, som de findes i fx badeværelser. Behandlingen er ideel til

101


massivtræ, da elementerne før de samles består af forholdsvis små, let imprægnerbare delkomponenter. Beskyttelse med brandmaling er en metode, hvor elementerne efter montering påføres et system bestående af et ekspanderende lag og et dæklag. Ved høje temperaturpåvirkninger dannes et isolerende lag mellem træ og brandrum. Malingen hindrer nedbrydning af træet, men kun indtil det isolerende lag er nedbrudt. Systemet kræver desuden en vedligeholdelse, der kun bør udføres af eksperter. Anvendelse i boliger bør derfor kun ske i et begrænset omfang. Systemet kan bruges i erhvervs- og industribygninger, hvor vedligeholdelse som regel foretages af professionelle. Effektiviteten af både imprægnering og maling bør dokumenteres ved forsøg, før de for alvor kan konkurrere med gips. Undersøgelse fra udlandet har vist at sprinkling er en brandsikring, der kan redde mange liv, når det indføres i boliger. Ved aktivt, at køle røggaslaget kan boligsprinkleren sætte udviklingen af branden i stå, og dermed forøge tiden til kritiske forhold. Økonomisk set er sprinkleren også en god løsning, da den i de fleste boliger vil kunne tilsluttes det eksisterende vandledningsnet, hvorved supplerende rørinstallationer kan undgås. Ulempen ved systemet er brugernes frygt for vandskade ved såvel lækage, som ved en eventuel slukning. Denne skepsis vil dog kunne formindskes ved at informere bedre om funktionen af systemet, samt fortsat at udvikle sprinklerens kølingsmetoder med henblik på mindre vandmængder. Selv uden nogen form for beskyttelse har de undersøgte etagedæk tilstrækkeligt med bæreevne til at klare 60 min. indbrænding. Det gælder både de rene trædæk og kompositdækkene af træ og beton. Væggene kan med den undersøgte dimension ikke klare indbrændingen. Et brandbeskyttende system eller større dimensioner er derfor en nødvendighed. Der kunne ikke dokumenteres en forskel i indbrændingshastigheden mellem de sømmede og de limede elementer. Indbrændingshastigheden stemte overens med den i Dansk Standard angivne værdi for konstruktionstræ med afrunding af hjørner og limtræ. Under forsøgene blev der ikke registreret gennemtrængning af røggasser. Både de limede og de sømmede elementer må derfor anses for at være tætte indtil en hvis indbrændingsdybde. Mistanken om at de sømmede elementer er for ”åbne” er altså uberettiget. Det kritiske sted i denne sammenhæng, er samlingerne.

102


Der blev kun registreret en relativt lille temperaturstigning i resttværsnittet. Det blev derfor antaget at styrken i resttværsnittets forbindelsesmidler var uforandret. Der bør foretages forsøg med belastede elementer for at undersøge forbindelsesmidlernes styrkeforhold ved brandpåvirkning.

103

Brandpåvirkede massivtræelementer Litteratur

11 Litteratur Titel Forfatter Forlag År 1 Massivtræ i byggeriet Associerede Ingeniører ApS Associerede Ingeniører ApS 2001

2 An introduction to fire dynamics

Dougal Drysdale John Wiley & Sons Ltd. 1985

3 Enclosure Fire Dynamics B. Karlsson, J.G. Quintiere 2000 4 DS 409 - Norm for

sikkerhedsbestemmelser for konstruktioner

Dansk standard Dansk standard 1999

5 DS 410 - Norm for last på konstruktioner


6 DS 411 - Norm for betonkonstruktioner


7 DS 413 - Norm for trækonstruktioner


8 DS 1051 - Brandprøvning. Bygningsdeles modstandsevne mod brand


9 Bygningsbrandteknik Sven Hadvig Danmarks Tekniske Højskole

1972

10 Slukningsteknik Gunnar Haurum Statens Brandskole 1982 11 DTE Massivelement

produktbrochure Dansk Træemballage A/S Dansk Træemballage A/S ?

12 DTE Massivelement montageanvisning

Dansk Træemballage A/S Dansk Træemballage A/S ?

13 Fremtidens byggeelement - Massive Træelementer fra Limtræ Danmark

Lilleheden Lilleheden ?

14 Initial Fires Stefan Särdqvist Lund Universitet 1993 15 ARGOS Theory Manual,

vers. 7.2 Bjarne Husted Dansk Brand- og

sikringsteknisk Institut 2002

16 Brandteknisk dimensionering af trækonstruktioner (U-051)

Kristian Hertz DTU 2001

104


17 Information om brandteknisk dimensionering (høringsudkast)

Erhvervs- og Boligstyrelsen Erhvervs- og Boligstyrelsen 2002

18 Bygningsreglementet Bygge- og Boligstyrelsen Bygge- og Boligstyrelsen 1995 19 The SFPE Handbook og Fire

Protection Engineering The Society of Fire Protection Engineers

The National Fire Protection Association

1988

20 Thermal Radiation (U-052) Kristian Hertz DTU 1999 21 Mecanics of Materials J. M. Gere & S. P.

Timoshenko Stanley Thornes 1999

22 Viden om træ 5/2002 - Brandimprægnering af træ

Teknologisk Institut Teknologisk Institut 2002

23 Brandbeskyttende maling - Tekniske undersøgelser

H. J. Asp Hansen Teknologisk Institut 1977

24 Brandbeskyttende maling - Litteraturrapport

H. J. Asp Hansen Teknologisk Institut 1977

25 Boendesprinkler rädder liv Östman, Arvidson og Nystedt

Trätek 2002

26 Udredning - Boligsprinkling specielt ved anvendelse i træhusbyggeri

Finn Ranthe DBI 1998

Supplerende litteratur Titel Forfatter Forlag År - Teknisk Ståbi Thomas Rump Teknisk Forlag 1999 - Brandsäkra trähus Vidar Sjödin Trätek 2002 - Design of Structural Timber W.M.C. McKenzie Macmillian Press Ltd. 2000 - Etagehuse med bærende

konstruktioner af træ, brandtekniske forhold [R]

Miljø- og Energiministeriet, Skov- og Naturstyrelsen

Miljø- og Energiministeriet Skov- og Naturstyrelsen

1996

- Limträhandboken Olle Carling, Bengt Johannesson

Claesson og Larsson 1994

- Træhåndbogen Villy E. Risør Borgen 1993 - Brandteknisk

dimensionering av massiva träkonstruktioner [R]

Olle Carling Trätek 1990

- Fire, Fundamentals and Walter M. Haessler Marcel Dekker Inc. 1989

105


Control - Buildings and Fire T.J. Shields, G.W.H. Silcock Longman Scientific &

Technical 1987

- Charring of Wood in Building Fires

Sven Hadvig DTU 1981

- Smoke Control in Fire Safety Design

E.G. Butcher, A.C. Parnell E. & F. N. Spon Ltd. 1979

- Funktionsbaserede brandkrav og brandteknisk dimensionering (undervisningsnotat)

Lars Schiøtt Sørensen Byg-DTU 2002

Web-litteratur Adresse Administreres af w1 www.trae.dk Træ er miljø w1 www.trae.dk Freddy Madsen Rådgivende Ingeniører w3 www.danogips.dk Danogips A/S w4 www.asscing.com Associerede Ingeniører Aps w5 www.branden.dk ?

106

http://www.trae.dk/

http://www.trae.dk/

http://www.danogips.dk/

http://www.asscing.com/

http://www.branden.dk/


Bilag 1 - Værdier af α afhængig af tilvæksthastigheden og tilvæksthastigheden bestemt af bygningens anvendelse [3]

Bilag 2 - Billedserie fra Hasselager og Møbelhus

Bilag 3 - Eksempel på ARGOS-rapport

Bilag 4 - Brandeffekt i ARGOS

Bilag 5 – Iltniveau i ARGOS

Bilag 6 – Optisk røgdensitet i ARGOS

Bilag 7 – Resultater fra modificeret simulering

Bilag 8 - Temperaturkurver, søm

Bilag 9 - Temperaturkurver, lim

Bilag 10 - Resttværsnit i sømmede og limede elementer

Bilag 11 - Billede af mindre indbrænding ved sømræker

107

brandpåvirkede massivtræelementer denne rapport er skrevet...

Documents