4.3 Temperaturpåverkan på utvändiga konstruktionsdelar (Bilaga B)
4.3.1 Utan påtvingad ventilation
4.3.1.1 Effektutveckling
Vägg finns ovan fönstren och all yttervägg är REI-klassad. Värden på effektutvecklingen har antagits till 10, 20 och 30 MW. Resultaten kan urskiljas i Tabell 20.
Tabell 20: Erhållna resultat för de olika effektutvecklingarna.
Benämning 10 MW 20 MW 30 MW
LL Flamhöjd från överkarm [m] 2,27 4,31 6,02
LH Avstånd mellan flamtopp och fasaden [m] 0,40 0,40 0,40
Lf Flamlängd längs centrumlinjen [m] 2,87 4,91 6,62
Tf Brandcellstemperatur [°C] 1075 1075 1075
Tw Temperatur i fönstret [°C] 1158 991 912
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=1,5 m [°C] 835 853 828
58
4.3.1.2 Eurokod vs. Boverket
Brandcellen utgörs av en bostad och vägg finns ovan fönstren. Resultaten redovisas i Tabell 21. All yttervägg är REI-klassad.
Tabell 21: Erhållna resultat – bostad.
Benämning Eurokod Boverket
Q Effektutveckling [MW] 9 9
LL Flamhöjd från överkarm [m] 2,11 2,11
LH Avstånd mellan flamtopp och fasaden [m] 0,40 0,40
Lf Flamlängd längs centrumlinjen [m] 2,71 2,71
Tf Brandcellstemperaturen [°C] 1057 1057
Tw Temperatur i fönstret [°C] 1176 1176
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=1,5 m [°C] 825 825
4.3.1.3 Fönsterpremisser
Brandcellen utgörs av en bostad där 1 m2 av ytterväggen inte är REI-klassad. Resultaten redovisas i Tabell 22.
Tabell 22: Erhållna resultat – bostad, med icke REI-klassad yttervägg.
Benämning Eurokod/
Boverket
Q Effektutveckling [MW] 10
LL Flamhöjd från överkarm [m] 1,87
LH Avstånd mellan flamtopp och fasaden [m] 0,40
Lf Flamlängd längs centrumlinjen [m] 2,47
Tf Brandcellstemperaturen [°C] 1100
Tw Temperatur i fönstret [°C] 992
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=1,5 m [°C] 717
4.3.2 Påtvingad ventilation
Beräkningarna har genomförts för en brandcell med golvarea är 40 m2 och takhöjden 2,5 meter. Brandcellen har tre fönster som vardera har höjden 1,2 meter och bredden 1 meter på långsidan och två fönster med samma mått på ena kortsidan. Avstånd till annat fönster är 6 meter. All yttervägg är REI-klassad.
4.3.2.1 Effektutveckling
Värden på effektutvecklingen har antagits till 10, 20 och 30 MW. Vägg finns ovan fönstren. Resultaten kan urskiljas i Tabell 23.
Tillämpning av Eurokodens och Boverkets dimensioneringsregler
59
Tabell 23: Erhållna resultat för de olika effektutvecklingarna.
Benämning 10 MW 20 MW 30 MW
LL Flamhöjd från överkarm [m] 1,38 3,96 6,54
LH Avstånd mellan flamtopp och fasaden [m] 3,30 6,60 9,90
Lf Flamlängd längs centrumlinjen [m] 3,58 7,70 11,87
wf Flambredd [m] 6,32 7,64 8,96
Tf Brandcellstemperatur [°C] 822403 1645260 2468117
Tw Temperatur i fönstret [°C] 754 777 787
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=2,5 m [°C] 604 700 735
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=0,70*Lf [°C] - 611 614
På grund av den orealistiska brandcellstemperaturen berörs denna under en egen rubrik -
Brandcellstemperatur.
4.3.2.2 Eurokod vs. Boverket
Beräkningarna har genomförts för nedanstående verksamheter. Vägg finns ovan alla fönster. 1. Bostad.
2. Sjukhus.
3. Sjukhus. Verksamheten har en automatisk sprinkleranläggning, automatisk
branddetektion av värme samt automatisk larmöverföring. Övriga reduktionsfaktorer sätts till 1,0.
Resultaten återfinns i Tabell 24, Tabell 25 och Tabell 26.
Tabell 24: Erhållna resultat – fall 1, bostad.
Benämning Eurokod Boverket
Q Effektutveckling [MW] 32 27
LL Flamhöjd från överkarm [m] 6,96 5,68
LH Avstånd mellan flamtopp och fasaden [m] 10,43 8,80
Lf Flamlängd längs centrumlinjen [m] 12,53 10,47
wf Flambredd [m] 9,17 8,52
Tw Temperatur i fönstret [°C] 788 785
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=5,0 m [°C] 689 668
60
Tabell 25: Erhållna resultat – fall 2, sjukhus.
Benämning Eurokod Boverket
Q Effektutveckling [MW] 9 12
LL Flamhöjd från överkarm [m] 1,21 1,90
LH Avstånd mellan flamtopp och fasaden [m] 3,08 3,96
Lf Flamlängd längs centrumlinjen [m] 3,31 4,39
wf Flambredd [m] 6,23 6,58
Tw Temperatur i fönstret [°C] 751 761
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=2,0 m [°C] 623 660
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=0,60*Lf [°C] - 627
Tabell 26: Erhållna resultat – fall 3, sjukhus inklusive reduktionsfaktorer.
Benämning Eurokod Boverket
Q Effektutveckling [MW] 4 7
LL Flamhöjd från överkarm [m] -0,22 0,69
LH Avstånd mellan flamtopp och fasaden [m] 1,25 2,42
Lf Flamlängd längs centrumlinjen [m] 1,27 2,52
wf Flambredd [m] 5,50 6,67
Tw Temperatur i fönstret [°C] 735 742
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=1,0 m [°C] 582 662
Tz Temperatur i flamman på avståndet x=0,79*Lf [°C] - 583
4.3.2.3 Brandcellstemperatur
Vid beräkningar av brandcellstemperaturen för påtvingad ventilation enligt Eurokoden erhålls abnormalt höga värden. Därför genomfördes beräkningar även enligt fullskaleförsöken, det vill säga ekvation (58) och (74), för exempel 10 MW i Tabell 23. 10 MW motsvarar 686 kg träbaserat bränsle, enligt ekvation (72). Fullskaleförsöken gav en temperatur på 736 °C, vilket kan jämföras med Eurokodens 2691391 °C.
Analys
61
5 Analys
I detta kapitel analyseras resultaten från det föregående kapitlet. Anges inget annat utgår jämförelserna från Eurokoden.
5.1 Brandbelastning
Hur mycket energi en brand utvecklar har stor inverkan på en konstruktions bärverk och brandbelastningen används både vid framtagning av parameterberoende brandförlopp samt temperaturpåverkan på utvändiga konstruktionsdelar. Brandbelastningen har därför
analyserats både individuellt och som parameter i de båda beräkningsmetoderna i Bilaga A och B.
5.1.1 Karakteristisk brandbelastning
Tabulerade värden på karakteristisk brandbelastning får bestämmas enligt nationell brandbelastningsklassificiering och kan därför skilja sig länder emellan. [2]
De tabulerade värdena för den karakteristiska brandbelastningen skiljer sig, i stora drag, inte mycket åt. Främst är det två verksamheter som avviker – bostäder och sjukhus. I det första fallet föreskriver Boverket en brandbelastning som är 15,6 % lägre än Eurokodens värde. I det andra fallet är det tabulerade värdet 28,6 % högre. I övrigt överrensstämmer de tabulerade värdena relativt bra där skillnaden som mest är 6,6 %.
5.1.2 Dimensionerande brandbelastningar
För de dimensionerande brandbelastningarna valdes tre verksamheter ut – bostäder och sjukhus då differensen i karakteristisk brandbelastning ansågs vara betydande, samt kontor där differensen mellan Eurokod och Boverket är mycket liten. Här undersöktes främst reduktionsfaktorernas påverkan på den dimensionerande brandbelastningen. Utöver
reduktionsfaktorerna inverkar även förbränningsfaktorn på det dimensionerande värdet. Här har värdet för trä, det vill säga 0,8, använts genomgående. I Boverket tros
förbränningsbeteendet inkluderats redan vid beräkningar av den karakteristiska brandbelastningen.
Hur Tabell 2, som anger risk för brand till följd av brandcellens storlek, skall tolkas framgår ej tydligt i Eurokoden. Därför har riskfaktorn valts utefter var i storleksordningen golvarean befinner sig.
62
Då sjukhus inte finns med i Tabell 3, där risken för olika verksamheter anges, har denna antagits hamna i samma riskklass som bostäder och kontor, det vill säga δq2=1,00.
Bostäder
Tanken med beräkningarna var att undersöka hur stor differensen mellan de båda dimensionerande brandbelastningarna blir då inga reduktionsfaktorer finns att tillgå.
1. Då golvarean sattes till 40 m2 valdes brandcellsstorleksrisken 1,10 vilket medförde att det dimensionerande värdet 834 MJ/m2 erhölls. Boverkets brandbelastning är då 5,1 % lägre än Eurokodens.
2. Då differensen mellan de svenska och de europeiska värdena är låg för en mindre golvarea undersöktes även hur brandcellens storlek påverkar den dimensionerande brandbelastningen. Inga reduktionsfaktorer användes därför. Riskfaktorn för
brandcellens storlek ansattes till 1,50 vilket medförde resultatet 1062 MJ/m2. Värdet kan ses som konservativt eftersom golvarean i fråga understeg 250 m2. Boverkets brandbelastning är 24,7 % lägre än Eurokodens.
Sjukhus (rum)
Sjukhus är en av de verksamheter där det ställs högst krav på konstruktionens bärförmåga på grund av den höga samhällsnyttiga funktionen. Därför är det extra intressant att jämföra de europeiska och de svenska kraven, eftersom Boverket föreskriver brandbelastningar som är 28,6 % högre än Eurokodens.
1. Då inga brandbekämpningsmetoder finns att tillgå ökade differensen mellan de båda resultaten. Boverkets brandbelastning blev 46,1 % högre än Eurokodens.
2. Brandbelastningen får reduceras vid tillgång till automatisk sprinkler enligt de båda regelverken och påverkar därför inte differensen. De andra angivna
reduktionsfaktorerna som får tillämpas Eurokodens dimensionerande brandbelastning medförde däremot att skillnaden ökade till 93,0 %.
3. I och med användandet av reduktionsfaktorn för kommunal brandkår ökade differensen ytterligare till 147,5 %.
Kontor
För att se hur stort inflytande reduktionsfaktorerna har användes kontorsverksamheten där differensen är mycket liten. Golvarean antas medföra att faktorn angående risk för brand blir 1,50.
1. Då inga brandbekämpningsmetoder finns att tillgå blev den dimensionerande
brandbelastningen för Eurokoden 613 MJ/m2. Boverkets brandbelastning förblev 520 MJ/m2 och därmed 15,2 % lägre än Eurokodens värde.
Analys
63
2. Reduktionsfaktorn för detektion genom rök angavs till 0,73 och 0,87 för den automatiska larmöverföringen. Resultatet för Eurokoden blev då 389 MJ/m2. Brandbekämpningsmetoderna tillämpas ej av Boverket och den dimensionerande brandbelastningen förblev 520 MJ/m2 – 33,7 % högre än Eurokoden.
5.2 Parameterberoende temperatur-tidförlopp (Bilaga A)
Beräkningsmetoden baseras på Magnusson och Thelanderssons ventilationsbaserade
brandkurvor och har därefter modifierats för att även täcka de bränslekontrollerade bränderna. Frågan är hur stor skillnaderna blir och hur väl de stämmer.
Verksamheterna bostäder, sjukhus (rum) och kontor definieras alla av Eurokoden att infalla under normal brandtillväxthastighet. Detta innebär att sätts till 20 minuter, vilket
motsvarar 0,333… timmar, se Tabell 6 och Tabell 7. Det beräknade värdet för används
inte då branden är bränslekontrollerad.
5.2.1 Bränsle- och ventilationskontrollerade bränder
1. När öppningsarean var 13,79 m2 blev branden precis bränslekontrollerad, då understiger . I och med en minskning av öppningsarean med 0,01 m2, eller 1 dm2, till 13,78 m2 blev branden istället ventilationskontrollerad. Detta då blev större än
. Öppningsminskningen motsvarar 0,07 %. Medlehöjdvärdet ökade med 1 mm,
det vill säga 0,05 %. Differensen mellan i fall 1 och 2 är drygt 0,5 sekunder. 2. Branden blev istället ventilationskontrollerad vilket medförde att den maximala
temperaturen under brandförloppet steg från 790 °C till 989 °C samt att
brandförloppets längd ökade från 0,64 timmar (38 minuter) till 0,91 timmar (55 minuter). Detta motsvarar ökningar med 25,2 respektive 42,2 %.