Under kommande avsnitt sammanställs de intervjuer som gjorts med berörda personer inom yrket. Samtidigt görs det analys av intervjusvaren mot svaren i frågeställningen. En intervjuguide till intervjuerna finns i Bilaga 1, där finns med de frågor som ställts och ett första utkast av
innehållsförteckningen. 4.1 Konstruktionslösningar
4.1.1 Resultat av intervjuer
Vid val av konstruktionsmaterial är det ofta ekonomin som bestämmer i slutändan, men kan även vara politiska beslut som avgör vilket material konstruktionen skall byggas av. Samtliga respondenter tyckte att ekonomin spelade en stor roll och att det oftast var det som styrde materialval.
På grund av stålets låga bärförmåga vid brand, så måste det skyddas och det innebär extra kostnader. Det finns flera olika alternativ för att skydda stålkonstruktionen. Konstruktören väljer brandskyddsmaterial utifrån det som är lämpligast för konstruktionen.
Samtliga respondenter såg positivt på användning av limträ och att det kommer användas mer och mer i framtiden på grund av goda möjligheter till hög prefabriceringsgrad och de ökade miljökrav som ställs.
"Med dagens miljökrav, gör att man använder trä mer och mer i
byggnationer. Med det sagt så tror jag att trä kommer bli allt mer populärt och detta bygger jag på prefabriceringen som blir mer vanligt."- Enligt
Mattias Ståhl.
4.1.2 Sammanfattande jämförelse av materialen
För dessa tre material är det endast betong som inte behöver skyddas vid normala brandkrav. Det beror på att betongen har hög värmekapacitet och klarar av normalbränder med brandkrav R60 utan extra skydd. Stål och limträ däremot måste skyddas på något sätt, det många olika sätt att skydda dem.
Limträ förekommer ofta i större dimensioner på grund av dimensionerande vind och snö laster, därför har de redan så pass stort tvärsnitt att det klarar av en normalbrand. På så sätt är limträ per automatik brandskyddat.
Stålkonstruktion står sig dåligt vid brand och måste skyddas. Här finns det många olika alternativ, det vanligaste i bostadshus är att man bygger in stålet
i väggarna. Andra varianter som kan användas är brandskyddsfärg, stenullsskiva, sprutisolering, gips eller fibersilikatskiva. Valet av brandskydd varierar med vad det är för sorts byggnad och med vilket brandkrav som ställs på byggnaden.
4.2 Brandtekniska regler
4.2.1 Resultat av intervjuer
Enligt de regler som brandkonsulter och konstruktörer skall förhålla sig till vid branddimensionering, upplever de inte några speciella problem med något av materialen. Dock är det lättare att projektera en betongkonstruktion jämfört mot en stålkonstruktion som nästan alltid behöver skyddas.
4.2.2 Sammanfattande jämförelse av materialen
Det som ligger till grund för brandsäkerhetsklass, verksamhetsklass och brandteknisk byggnadsklass är de lagar och regler som finns i Plan- och bygglagen, och samt i Plan- och byggförordningen.
De regler som finns att förhålla sig till i BBR, Plan- och bygglagen samt Plan- och byggförordningar, skiljer inte sig mellan de olika
konstruktionsmaterialen. Dock skiljer de sig åt för de olika
dimensioneringsprocedurer i de Svenska standarderna. Där finns det olika procedurer för att klara de krav som ställs på konstruktionen.
4.3 Dimensionering
4.3.1 Resultat av intervjuer
Angående att bygga med betong anser samtliga respondenter att det är enkelt att arbeta med och att det i normala fall klarar de brandkrav som ställs för konstruktionen. Vid specialfall som till exempel vid dimensionering av arkiv, som ställer högt brandkrav krävs det en större
brandtekniskdimensionering för att se att betongen klarar sig. Detta görs oftast med hjälp av en lätt tabell där konstruktören enkelt ser vilket tvärsnitt och centrumavstånd på armering som krävs för att komma upp i brandkravet som ställs för arkivet.
Vid dimensionering av konstruktioner i limträ ser samtliga respondenter positivt på. Det beror på att det är ett stark material och har kortare inbrinningstid än en lättare träkonstruktion.
"Limträ är ett bra stommaterial som har så hög dimension på grund av vind och snö last, att det klarar av en brand bra." –Enligt Håkan Sanglén.
Samma positiva svar kring materialen gällde inte för stålet som har dålig resistans mot värme och därmed påverkas tidigt vid en brand. Detta innebar att stålet måste brandskyddas för att klara av de brandkrav som ställs.
4.3.2 Sammanfattande jämförelse av materialen
Det som står till grund för dimensioneringarna är temperaturen för branden. Detta kan man ta fram genom tester eller genom att använda sig av ISO834. För ISO834 finns det olika kurvor för bränder, där hänsyn togs till
standardbrandkurvan som är för normalbrand i bostad. Vid beräkning för standardbrandkurvan ser man att en brand når 500°C efter ca. 5 minuter och 800°C efter 30 minuter.
För samtliga dimensioneringar finns de ekvationer för att ta fram om
konstruktionsdelen behåller in bärförmåga efter brand. Dessa uträkningar är väldigt olika då materialen påverkas olika vid en brand. För till exempel en limträpelare räknar man fram ett förkolningsdjup efter dess påverkan av brand under en viss tidsperiod.
Stålkonstruktionen är något svårare att dimensionera eftersom det gäller att bärförmågan är större än lasteffekten med hänsyn till brand. Där man räknar fram ett slankhetstal vid en viss kritisk temperatur för stålpelare. Därefter med hänsyn till reduktionsfaktorn, tvärsnittsarean och sträckgränsen för både normal temperatur och stålets kritiska temperatur. Med detta kan man sedan beräkna den dimensionerande tryckkraftsförmågan hos stålet när det är utsatt för brand.
På grund av att betong är ett väl beprövat material i dagens byggnationer, är det vanligaste dimensioneringssättet för konstruktörer att kolla i tabeller där man enkelt kan se vilket tvärsnitt som krävs för att konstruktionen skall uppfylla det ställda brandkravet.
4.4 Analys av pelare med branddimensionering
Här analyseras de tre olika dimensioneringsmetoderna för att komma fram till om en pelare i ett 6-8 våningshus klarar av en 60 minuters brand. Det finns olika dimensioneringsmetoder att använda sig av för de olika materialen och beräkningarna finns i följande:
• Limträ à Bilaga 2 • Stål à Bilaga 3 • Betong à Bilaga 4
De olika tvärsnitten, egenskaper och laster från materialen har antagits med hjälp av tidigare arbeten och exempel på beräkningar.
En jämförelse mellan materialen visar att det är endast betongen som behöll sin bärförmåga efter en 60 minuters brand, medan både limträ- och
stålpelaren inte klarade av lasten och därför knäcktes eller vek sig. För betongpelaren valdes dimensioner som skulle klara en 60 minuters brand enligt Tabell 7 med utnyttjandegraden 0.7. Efter beräkningen såg man att betongen klarade en brand på cirka 63 minuter vilket innebar att tabellen stämde bra överens med dimensioneringsmetoden. Se Figur 12 för
tvärsnittet för betongpelaren.
Limträpelaren valdes till att vara tillverkad av furu med standardmått för limträpelare 165x360 mm, se Figur 13. Där den centriska lasten antogs vara 100 kN. Beräkning tog fram ett nytt effektivt tvärsnitt efter att limträpelaren yta hade förkolnat. Pelaren knäcktes då i den veka riktningen.
Figur 13: Limträpelarens nya effektiva tvärsnitt 67x262 mm.
Beräkningen för stålpelaren gjordes på en VKR-profil 200x200 med godstjocklek 10 mm, se Figur 14. Dessa mått gjordes efter antagande från tidigare arbeten där även lasten antogs till 100 kN. Efter beräkning på 60 minuters brand framgick det att pelaren klarade en bärförmåga på ca 90 kN vilket innebar knäckning då lasten var 100 kN.
5 Diskussion
5.1 Metoddiskussion
I planeringsstadiet för rapporten var tanken att bara använda litteraturstudie, men för att få in en verklighetsanknytning till området har intervjuer gjorts med berörda personer inom yrket, så som byggnadsingenjörer, konstruktörer och brandingenjörer. Det medförde att rapporten kunde knytas ihop med den teori som samlats in genom litteraturstudie med de svar som intervjuerna gav. Intervjuerna gav även tips på punkter som de tyckte rapporten kunde behandla. Detta resulterade i att rapporten ger ytterligare relevans som ett underlag.
För att få ytterligare tyngd i resultatet skulle man kunnat intervjua fler personer som varit med länge inom området, samt tagit in hur entreprenörer tänker vid valet stommaterial.
Ett annat alternativ till metod hade varit att skicka ut en enkätundersökning. Med en sådan undersökning hade man kunnat få svar från fler parter inom området. Dock hade kanske inte svaren blivit lika kvalitativa som vid intervjuer.
Fler typexempel på beräkningar av byggnadsdelar hade kunnat göras för att få mer tydlighet. Men svaren från intervjuerna gav information om att det i verkligheten inte görs några komplicerade beräkningar.
5.2 Resultatdiskussion
Resultatet av rapporten blev intressant och lärorik. Där man får en bra översikt hur materialen förhåller sig till varandra i brandsynpunkt. Vilket material som kunde stå mot en brand bäst, beräkningar för samtliga material samt vilka alternativ som finns för att brandskydda konstruktionen.
Hur påverkar ekonomin materialvalet, hade varit intressant då det ofta är det som påverkar valet av stomsystem vid högre bostadshus med cirka åtta våningar.
I resultatdelen i rapporten har det gjorts en jämförelse mellan materialen, kring de frågor som ställdes under frågeställningen. Vilket gav rapporten sitt slutresultat. All information som samlats in och den information som
intervjuerna har gett, har jämförts och stämt överens med varandra. Tidigare hade det gjorts liknande rapporter inom området, dessa rapporter har mestadels varit inriktade på ett material och inte jämförts med varandra. Resultatet från denna rapport ger en snabb överblick om hur materialen reagerar och vad som händer med dem vid brand.
6. Slutsats
Syftet med detta examensarbete var att ta fram ett underlag för
nyexaminerade ingenjörer och berörda personer inom arbetet som behöver enkel överblick för materialen vid brandpåverkan. Där man enkelt skulle se skillnader och välja det material som passar konstruktionen bäst.
En byggnads brandklass på konstruktionen, bestäms utifrån storlek och verksamhet. Så även om materialet skiljer sig mellan limträ, stål eller betong så skall byggnaden klara den brandklass som byggnaden är indelad efter, i fallet ett 6-8 våningars bostadshus BR1. Det som skiljer de olika
konstruktionerna åt, är hur de på olika sätt behöver brandskyddas.
Limträkonstruktioner används mer och mer. Vid branddimensionering är det egentligen bara och överdimensionera limträets tvärsnitt, men man kan även skydda limträet med någon form av brandskyddsskiva som skyddar limträets yta, t.ex. om det inte finns utrymme för att överdimensionera. Brandskyddet kan också uppfyllas om byggnaden utrustas med sprinklers eller om man applicerar brandskyddsfärg.
Med en stålkonstruktion i ett bostadshus med 3-8 våningar måste stålet på något sätt brandskyddas, på grund sin värmeledningsförmåga. Då stålet börjar bli tillräckligt varmt börjar det tappa sin bärförmåga, och detta sker redan vid temperaturer runt 450°C. Det vanligaste är att bygga in pelare och balkar i väggar och tak som på så sätt skyddar stålet från att komma i kontakt med branden. Det finns också andra lösningar som att klä in balkar och pelare med någon form av brandskyddsskivor eller applicera
brandskyddsfärg på de utsatta ställena där branden kan komma åt stålet. Ur brandsynpunkt är betong det enklaste att använda sig av till en bärande konstruktionen vid ett större bostadshus. Det på grund av sin resistans emot brand, vilket betyder att inget speciellt brandskydd behövs för att bibehålla materialets bärförmåga vid brand. Dock förlorar även betongen sin
bärförmåga vid en längre brand och spjälkning kan uppstå, om konstruktionen inte har en tillräckligt grov dimension.
Intervjuerna har gett en ökad förståelse för hur berörda människor jobbar och tänker vid brandskydd vid olika konstruktionslösningar. Med hjälp av svaren från intervjuerna, har den fakta vi funnit genom litteratur och artiklar kunnat knytas samman. Dessa har stämt bra överens med varandra. Valet av brandskydd hos de berörda parter som intervjuats väljs ofta på erfarenhet och rutin, material de vet fungerar sen innan.
De intervjuade såg även positivt på en sådan här rapport som kan användas som ett enklare underlag för och se vad som händer med de olika materialen vid brand.
Referenser
2010:900. Byggnadsverks tekniska egenskaper. Stockholm. Socialdepartementet
2011:338. Krav på byggnadsverk. Stockholm. Socialdepartementet
Anderberg, Yngve. Pettersson, Ove. 1992. Brandteknisk dimensionering av
betongkonstruktioner. Stockholm. Statens råd för byggnadsforskning.
Anderson, Johan. 1992. Brandisoleringsmaterial: Brandskydd av
stålkonstruktioner. Volym 129. Stockholm. Stålbyggnadsinstitutet
BBR, Boverkets byggregler. 2011. Brandskydd, avsnitt 5.
http://www.boverket.se/globalassets/vagledningar/kunskapsbanken/bbr/bbr-22/bbr-avsnitt-5 (Hämtat 2015-03-30)
Bengston, Staffan. Frantzich, Håkan. Jönsson, Robert. Marberg, Per-Anders. 2012. Brandskyddshandboken: En handbok för projektering av brandskydd i
byggnader. Lund. Lunds universitet/Brandskyddslaget
BFS 2010:28. EKS 7. Boverkets författningssamling. Svensson, Lars T. BFS 2011:26. BBR 19. Boverkets författningssamling. Svensson, Yvonne. Bilow, David N och Kamara, Mahmoud E. 2008. Fire and concrete
structures. Crossing borders. http://www.cement.org/docs/default-source/th-buildings-structures-pdfs/fire-concrete-struc-sei-08.pdf (Hämtat 2015-03-30) Boverket. 2015. Brandskydd. http://www.boverket.se/brandskydd (Hämtat 2015-03-30)
Burström, Per-Gunnar. 2007. Byggnadsmaterial – Uppbyggnad, tillverkning
och egenskaper. Lund. Studentlitteratur AB.
Byggbasen. 2001.
http://www.byggbasen.com/prod/brandskyddsfarg/2144.html (Hämtat 2015-04-20)
Byggkatalogen. 2015. http://byggkatalogen.byggtjanst.se/produkt/skivor-ovriga/promatect-h-brandskyddsskiva/25392 (Hämtat 04-20-2015) Carling, Olle. 2001. Limträhandbok. Stockholm. Svenskt limträ AB
Erchinger, Carsten. Frang, Andrea och Fontana, Mario. 2010. Fire design of steel-to timber dowelled connections. Engineering structures. 32 (2): 580-589.
Evas brandblogg. 2011.
http://evasbrandblogg.se/2011/11/sjalvkompakterande-betong/ (Hämtat 2015-05-11)
Gerard, Robert och Barber, David. 2013. Fire safety challenges of tall wood buildings. http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&ved =0CFcQFjAG&url=http%3A%2F%2Fwww.nfpa.org%2F~%2Fmedia%2Ffi les%2Fresearch%2Fresearch-foundation%2Fresearch-foundation- reports%2Fbuilding-and-life-safety%2Ffiresafetychallengestallwoodbldgs.pdf%3Fla%3Den&ei=bb1HVd jsEcONsgHXh4CADQ&usg=AFQjCNF7bXX66bZytabmH_8w-9QV2gKg5A&bvm=bv.92291466,d.bGg (Hämtat 2015-05-05) Glasø Geir. 2012. Fokus paa tre. Tre og brann.
Guan, Hong. Li, Yi. Lu, Xinzheng. Ying, Mingjian och Yan Weiming. 2015. A case study on a fire-induced collapse accident of a reinforced concrete frame-supported masonry structure. Fire Technology. 51 (3).
Hurley, Morgan J. Gross, John L. McAllister, Therese P. Phan, Long T. 2010. Best Practice Guidelines for Structural Fire Resistance Design of Concrate and Steel Buildings.
http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/TechnicalNotes/NIST.TN.1681.pdf (Hämtat 2015-05-05)
Isaksson, Tord. Mårtensson, Annika. Thelandersson, Sven. 2010.
Byggnadskonstruktion. Upplaga 2:3. Lund. Studentlitteratur AB.
Kolaitis, Dionysios I. Asimakopoulou, Eleni K och Founti, Maria A. 2014. Fire protection of lihjt and massive timber elements using gypsum
plasterboards and wood based panels: A large-scale compartment fire test.
Construction & Building Materials. Vol 73: 163-170
Lin, Shyh-Chyang. 2007. Monitoring of concrete building construction. Canadian Journal of civil Engineering. 34 (10): 1334-1352.
Park, Haejun. Meacham, Brian J. Dembsay, Nicholas A och Goulthope Mark. 2014. Intergration of fire safety and building design. Building
research & information. 42 (6): 696-706.
Paroc. 2012. http://www.paroc.se/~/media/files/brochures/sweden/paroc-protection-firesafe-constructions-se.ashx (Hämtat 2015-04-20)
Promat. 2006. Brandisolering av bärande stålkonstruktioner med promatect. http://www.brandex.se/bdh_filearea/Skivmaterial/Promatec.pdf (Hämtat 2015-04.20)
Science partner. 2010.
http://www.sp.se/sv/index/services/firetest_building/fire_constructions/firere sist/timetemperature/sidor/default.aspx (Hämtat 2015-03-30)
Sehlå, Bengt. 2002. Konstruktionsstål.
http://sbi.se/uploads/source/files/Artiklar/Konstruktionsstal.pdf (Hämtat 2015-04-19)
SS-EN 1992-1-1:2005. Eurokod 2: Dimensionering av
betongkonstruktioner- Del 1-1: Allmänna regler och regler för byggnader.
SIS förlag AB.
SS-EN 1992-1-2:2004 Eurokod 2: Dimensionering av
betongkonstruktioner-Del 1-2: Allmänna regler – Brandteknisk dimensionering. SIS förlag AB.
SS-EN 1993-1-2:2005. Eurokod 3: Dimensionering av
stålkonstruktioner-Del 1-2: Brandteknisk dimensionering. SIS förlag AB.
SS-EN 1995-1-2:2004. Eurokod 5: Dimensionering av träkonstruktioner-
Del 1-2: Allmänt – Brandteknisk dimensionering. SIS förlag AB.
Structfire. 2012. http://structfire.com/content/iso834-curve-fire-safety (Hämtat 2015-05-20)
Svenskt trä. 2014. http://www.svenskttra.se/limtra/att-valja-limtra/tekniska-egenskaper (Hämtat 04-05-2015)
Te-Hsin Yang, Song-Yung Wang, Ming-Jer Tsai, Ching-Yuan Lin. 2008. The charring depth an charring rate of glued laminated timber after a standard fire exposure test. Building and Enviroment 44: 231-236. Thor, Jörgen. 2012. Bärande konstruktioner och brand- En handbok och
lärobok med koppling till brandskyddskraven i EKS och Eurokoderna.
Stockholm. Brandskyddslaget.
Åstedt, Björn. Stålets egenskaper. 2009.
http://sbi.se/uploads/source/files/Artiklar/Stalets_egenskaper.pdf (Hämtat 2015-04-19)
Östman, Birgit. 2012. Brandsäkra trähus 3. SP Sveriges tekniska forskningsinstitut.
Bilagor
Bilaga 1: Intervjuguide
Bilaga 2: Dimensionering träpelare Bilaga 3: Dimensionering stålpelare Bilaga 4: Dimensionering betongpelare
BILAGA 1: Intervjuguide
IntervjufrågorVilket av de följande materialen finner ni som det mest komplicerade materialet vid projektering?
Hur är det att bygga med betong i brandsynpunkt? Hur är det att bygga med trä i brandsynpunkt? Hur är det att bygga med stål i brandsynpunkt? Hur fungerar det att skydda en stålkonstruktion? Hur påverkas betong vid en brand?
Hur spelar ekonomin in i valet av konstruktion? Vilket är det framtida materialet?
Vad tycker du om ett sådant här arbete som underlag för berörda personer inom området?