Förbättring av bärighet vid brand : Utvärdering av befintlig betongstomme i hus 08 Falu lasarett

FÖRBÄTTRING AV BÄRIGHET VID

BRAND

Utvärdering av befintlig betongstomme i hus 08 Falu lasarett

ROBIN MALMQVIST

ERIK LINDHOLM

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik Kurs: Examensarbete Kurskod: BTA 205 Ämne: Byggnadsteknik Högskolepoäng: 15 hp Program: Högskoleingenjörsprogrammet i byggnadsteknik

Handledare: Patrik Nedar Examinator: Henrik Wahlberg

Uppdragsgivare: Kadesjös Ingenjörsbyrå AB Datum: 2021-06-13

E-post:

elm18005@student.mdh.se rmt17001@student.mdh.se

ABSTRACT

Purpose: this degree project will examine the possibilities of increasing the structural

integrity in case of fire of a preexisting concrete building according to the rules in EKS 11, specifically for a hospital building. Furthermore, the degree project will provide solutions to increase the structural integrity in case of fire. Method: the study is based on a technical report provided by Kadesjös Ingenjörsbyrå AB where information about the hospital

buildings technical aspects is presented. To examine current rules for fire-resistance rating of the hospital building, the regulations presented in BBR and EKS 11 were studied. Products had to fulfill the criteria of the European testing standards when they were evaluated as solutions that would increase the structural integrity of the building. The products were then evaluated according to the criteria presented in Eurocode 2 when dimensioning with

tabulated data. An interview were held with Michael Försth professor in structural and fire engineering. Professor Försth were asked questions to evaluate potential methods and products that could increase the fire-resistance rating of the hospital building. Results: showed that proposed solutions are able to increase the structural integrity in case of fire of the hospital building to a degree where they were able to fulfill the requirements. Not all solutions were appliable on all building components of the hospital buildings. The difference in technical aspects of the solutions were presented. Conclusions: the identified solutions for increasing the structural integrity in case of fire are rock wool insulation, fire protection paint, additional concrete casting on columns and installation of sprinkler system. The solutions differ in technical aspects such as the space they take when implemented, weight increase when implemented, the amount they increase the structural integrity in case of fire when implemented and the method of implementing the solutions.

Keywords: Structural integrity in case of fire, EKS 11, BBR, Eurocode 2, Concrete cover,

Cross section, In-situ concrete building, Splitting in case of fire.

Nyckelord: Bärighet vid brand, Täckande betongskikt, Tvärsnitt, Platsgjuten

FÖRORD

Detta examensarbete omfattar 15 högskolepoäng och är det avslutande momentet på Högskoleingenjörsprogrammet i byggnadsteknik på Mälardalens Högskola. Arbetet har framtagits på uppdrag av Kadesjös Ingenjörsbyrå AB.

Ett stort tack vill vi rikta till alla de som varit med som stöd under arbetets gång. Vi vill rikta ett extra stort tack till vår externa handledare Anders Lindén och Sara Hamodi på Kadesjös Ingenjörsbyrå AB.

Vi vill även rikta ett stort tack till vår handledare Patrik Nedar vid Mälardalens Högskola för all den hjälp och konstruktiv feedback vi fått.

Tack!

Västerås i juni 2021

SAMMANFATTNING

Vid dimensionering av bärighet vid brand för byggnadsdelar av betong ligger problematiken kring tjockleken på det täckande betongskiktet. Betongskiktets tjocklek ger en större

möjlighet för byggnadsdelen att motstå brandspjälkning och är därför väsentligt vid dimensionering av brandskydd. Syftet med examensarbetet är att få mer kunskap om hur man går tillväga för att höja en byggnads bärighet vid brand för en befintlig platsgjuten betongstomme, för en specifik vårdbyggnad.

Examensarbetets metod bygger på en fallstudie som skrivs för Kadesjös Ingenjörsbyrå AB och grundar sig i deras brandtekniska rapport om byggnad 08 Falu lasarett. För att ha en teoretisk grund genomfördes en litteraturstudie innan fallstudien. Studiens resultat genomfördes därefter med hjälp av litteraturstudien. Vidare fördes en diskussion där resultatet vägdes in och personlig kommunikation används för att diskutera de olika föreslagna lösningarna till byggnad 08 Falu lasarett.

I resultatet framgår det att fasadpelares bärighet kan ökas vid implementering av metoden kringgjutning samt vid uppsättning av stenullsskivor. Innerpelarnas bärighet vid brand går att förbättras vid implementering av samtliga lösningar. Innerväggarnas bärighet vid brand går att förbättras genom uppsättning av stenullsskivor samt genom brandskyddsmålning. Genom uppsättning av stenullsskivor samt brandskyddsmålning går det att öka

ribbjälklagens bärighet vid brand. För bjälklaget går det att implementera samtliga lösningar för att öka bärigheten vid brand. Genom implementering av en sprinkleranläggning i hus 08 går det att öka samtliga byggnadsdelars bärighet vid brand. Vidare presenteras en jämförelse av lösningarnas tekniska aspekter där aspekter som vikt, utrymme samt metod av

implementering tas upp.

I diskussionen framförs olika aspekter som kan påverka valet av brandtekniska lösningar. Det är framförallt tekniska aspekter som ställs i jämförelse mellan de olika lösningarna. Vidare diskuteras det om att de olika lösningarna kan ge olika nivåer av brandskydd beroende på vilken produkt som används. Baserat på de tekniska aspekterna ges sedan ett förslag på vilka brandtekniska lösningar som kan användas i hus 08. Utöver det förs en

diskussion om studiens metodupplägg samt en källdiskussion.

Flertalet slutsatser kan dras av den egna studien. Det finns fem olika lösningar för att öka bärigheten vid brand i hus 08s byggnadsdelar. Två typer av stenullsskivor, en typ av brandskyddsfärg, installation av sprinkleranläggning samt kringgjutning av betongpelare. Det går dessutom att dra slutsatsen att kraven för byggnadsdelarna går att fastställa genom att studera EKS 11. Vidare går det att säkerställa vilken byggnadsklass samt verksamhetsklass hus 08 tillhör genom att studera BBR.

Nyckelord: Bärighet vid brand, Täckande betongskikt, Tvärsnitt, Platsgjuten

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

1 INLEDNING ...1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte ... 2 1.3 Frågeställningar ... 2 1.4 Avgränsning ... 2 2 METOD ...3 2.1 Litteraturstudie ... 3 2.2 Personlig kommunikation ... 3 3 ÄMNESMÄSSIG REFERENSRAM ...4 3.1.1 BBR kap. 5 ... 4 3.1.1.1. Förenklad dimensionering ...4 3.1.1.2. Verksamhetsklasser ...5 3.1.1.3. Byggnadsklasser ...5

3.1.2 Brandbelastning vid förenklad dimensionering ... 5

3.2 EKS 11 ... 6

3.2.1 Brandsäkerhetsklass och brandteknisk klass ... 6

3.3 Eurokod ... 8

3.3.1 Pelare enligt tabellerade data i Eurokod 2 ... 9

3.3.2 Bärande betongväggar tabellerade data i Eurokod 2 ...10

3.3.3 Ribbjälklag enligt tabellerade data i Eurokod 2 ...11

3.3.4 Fritt upplagda plattor enligt tabellerade data i Eurokod 2 ...12

3.3.5 Balkar enligt tabellerade data i Eurokod 2 ...13

3.4 Betong ...14

3.4.1 Egenskaper ...14

3.4.2 Brandegenskaper ...15

3.6.1 Kringgjutning betongpelare ...19

3.6.2 Stålmantel kring betongpelare ...20

3.7 Brandskyddsfärg betong ...20 3.8 Sprinkleranläggning ...21 4 AKTUELL STUDIE ... 22 4.1 Objektsbeskrivning ...22 4.1.1 Pelare ...22 4.1.2 Balkar ...22 4.1.3 Väggar ...23 4.1.4 Bjälklag ...23

4.2 Aktuella krav för byggnadsdelarna i hus 08 ...23

4.2.1 Pelare ...23

4.2.2 Balkar ...23

4.2.3 Väggar ...23

4.2.4 Bjälklag ...24

4.3 Minsta tvärsnittsmått samt centrumavstånd enligt tabellerade data i Eurokod 2 ...24

4.3.1 Pelare ...24

4.3.2 Balkar ...24

4.3.3 Väggar ...24

4.3.4 Ribbjälklag ...24

4.3.5 Fritt upplagda plattor ...25

5 RESULTAT ... 26

5.1 Identifierade lösningar för att höja byggnadsdelarnas bärighet vid brand ...26

5.1.1 Fasadpelare ...26

5.1.2 Innerpelare ...26

5.1.3 Innervägg ...27

5.1.4 Ribbjälklag ...28

5.1.5 Bjälklag med fritt upplagd platta ...28

5.1.6 Sprinkleranläggning ...29

5.2 Teknisk jämförelse identifierade lösningar ...30

6 DISKUSSION... 31

6.1 Aspekter som påverkar valet av brandtekniska lösningar ...31

6.3 Metoddiskussion ...33

6.3.1 Källdiskussion ...33

7 SLUTSATSER ... 34

8 FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE... 35

REFERENSER ... 36

BILAGA 1:BRANDTEKNISK UTREDNING PÅ BEF. STOMME HUS 08 ... 39

BILAGA 2:RITNING SEKTION ... 43

BILAGA 3: INTERVJU MIKAEL FÖRSTH, PROFESSOR LULEÅ UNIVERSITET ... 44

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1. Brandpåverkan enligt ISO 834.. ... 9

Figur 2. Reinforced concrete walls. ... 17

Figur 3. Reinforced concrete columns.. ... 17

Figur 4. Prestressed concrete ribbed slabs. ... 17

Figur 5. Prestressed concrete beams.. ... 18

Figur 6. Prestressed concrete slabs. ... 18

Figur 7. Design tables of concrete beams and columns ...19

Figur 8. Design tables of concrete slabs and walls ...19

Figur 9. Aithon A90H. Beams and columns exposed to fire. ...21

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 1. Byggnadstyper som ingår i Br0. ... 5

Tabell 2. Verksamheter med brandbelastning f ≤ 800. ... 6

Tabell 3. Brandsäkerhetsklass utifrån exempel på byggnadsdelar i en Br0-byggnad ... 7

Tabell 4. Brandteknisk klass utifrån brandsäkerhetsklass för Br0-byggnad utan utökat skyddsbehov ... 7

Tabell 5. Brandteknisk klass utifrån brandsäkerhetsklass för Br0-byggnad med utökat skyddsbehov ... 8

Tabell 6. Tabellerade data. ... 8

Tabell 7. Tabell 5.2a. SS-EN 1992-1-2:2004 ... 9

Tabell 8. Tabell 5.4. SS-EN 1992-1-2:2004 ... 10

Tabell 9. Tabell 5.10. SS-EN 1992-1-2:2004 ... 11

Tabell 10. Tabell 5.8. SS-EN 1992-1-2:2004 ...12

Tabell 11. Tabell 5.5. SS-EN 1992-1-2:2004 ... 13

Tabell 12. Tabell 5.6. SS-EN 1992-1-2:2004 ...14

Tabell 13. Nya brandtekniska klasser ... 29

Tabell 14. Teknisk jämförelse identifierade lösningar ... 30

Tabell 15. Brandmotstånd för identifierade lösningar ... 30

FÖRKORTNINGAR

Förkortning Beskrivning

BBR Boverkets Byggregler

Br Byggnadsklass

EKS Europeisk konstruktionsstandard Vk Verksamhetsklass

PBF Plan- och byggförordningen PBL Plan- och bygglagen

DEFINITIONER

Definition Beskrivning

Bärförmåga (R) Förmågan att behålla sin bärighet vid brand hos ett bärverk eller konstruktionsdel. Följs upp av en tidsangivelse för att visa hur länge bärigheten är densamma vid brand.

Integritet (E) Förmågan att hindra flammor och brandgaser att ta sig igenom en byggnadsdel som är exponerad för brand. Följs upp av en tidsangivelse för att visa hur länge bärigheten är densamma vid brand.

Isolering (I) Förmågan att vid brand hindra att en

temperaturökning sker på den sidan som inte

exponeras. Följs upp av en tidsangivelse för att visa hur länge bärigheten är densamma vid brand.

Brandbelastning Avses vara energi per golvarea inom ett visst utrymme. Brandbelastning är ett mått på den totala mängden energi som kan förbrännas vid ett fullständigt brandförlopp.

EN 13381-3: 2015

En testmetod inom Europeisk standard som används för att bestämma hur stort bidraget för ett

byggnadsmaterial blir till brandskyddssystemet. För användandet av denna metod används data enligt Eurokod EN 1992-1-2.

Täckande betongskikt

Måttet från kanten av längsgående armering till utsida bärverk.

Centrumavstånd armering

Måttet från längsgånde armerings mittpunkt till utsida bärverk.

1

INLEDNING

Enligt Boverket (2019) ska alla byggnader ha ett tillfredställande brandskydd, där kraven varierar beroende på byggnadstyp och vilken verksamhet som bedrivs. De högre kraven för brandskydd grundas i storleken på byggnaden samt huruvida människor som vistas i

byggnaden klarar av att utrymma eller orientera sig. De brandtekniska kraven har förändrats de senaste hundra åren och har under den tiden alltid reglerats av någon form av statliga normer och bestämmelser. Kraven på minsta tillåtna täckskikt har varierat anmärkningsvärt mycket under de senaste 30 åren och orsaken till detta är inte klar (Fagerlund 2010). Det täckande betongskiktet är väsentligt vid dimensionering av byggnadsdelars bärighet vid brand. Ändring av kraven för de täckande betongskikten gör att äldre byggnader får ett undermåligt brandskydd enligt dagens regelverk.

1.1

Bakgrund

Vid dimensionering av bärighet vid brand av en stomme uppförd i betong är brandspjälkning en av de viktigaste aspekterna att ta hänsyn till menar Boström (2010). Det finns fall av betongkonstruktioner där hela tvärsnittet spjälkades bort vid brand. Exempel på detta är branden i tunneln under Engelska Kanalen 1996. För att minimerabrandspjälkningens och andra negativa effekter på betongen under brandförloppet är det täckande betongskiktets tjocklek en avgörande faktor till betongkonstruktionens motståndskraft mot branden

(Burström & Nilvér, 2018). Detta stärks av att samtliga dimensioneringstabeller för standard brandmotstånd i Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004 ställer krav på byggnadsdelarnas

tvärsnittmått samt dess centrumavstånd till armeringen.

Dalarnas läns landsting påbörjade byggnationen av hus 08 år 1963 och det stod klart 1968. Den aktuella statliga normen för betongkonstruktioner var då statliga betongbestämmelser (SOU 1949:64), vilken var aktuell mellan åren 1949 till 1965. I denna statliga norm var kraven på täckande betongskikt uppdelad i tre kategorier med byggnadsdelar. I kategorin för massiva plattor var kravet 10 millimeter. Balkar, ramar och väggar hade kravet på 20

millimeter och för bågar, pelare samt valv var kravet 30 millimeter. De allmänna kraven för täckande betongskikt gällande släta armeringsstänger är att det täckande betongskiktet ska vara minst lika stor som armeringens diameter. För kamstänger ska det täckande

betongskiktet vara minst 1.5 gånger armeringens diameter i höjdled och två gånger diametern i sidled.

Falu lasarett hus 08 som är byggt enligt kraven i statliga betongbestämmelser är undermåligt i jämförelse med dagens krav som ställs i EKS 11 för att uppnå standard brandmotstånd. Bristen för hus 08 gällande bärighet vid brand är dess täckande betongskikt för de olika byggnadsdelarna, vilka är för små enligt dagens krav i Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004. Detta

medför ett hot mot de oftast utsatta personer som vistas i ett sjukhus, då det befintliga brandskyddet inte erbjuder tillräckligt med tid för att utrymma dessa människor.

1.2

Syfte

Syftet med detta examensarbete är att identifiera vilka möjligheter det finns att höja bärigheten vid brand enligt krav från EKS 11 för en befintlig betongstomme, i en specifik vårdbyggnad.

1.3

Frågeställningar

Vilka lösningar finns det för att höja bärigheten vid brand till en befintlig uppförd betongstomme likt hus 08?

Hur skiljer sig de olika brandtekniska lösningarna ifrån varandra?

Vilka krav samt regler gäller enligt EKS 11 och BBR för byggnad 08 kopplat till bärighet vid brand?

1.4

Avgränsning

Detta arbete kommer enbart att behandla förenklade lösningar från Eurokod 2, därmed kommer inga beräkningar att presenteras. Studien kommer enbart behandla lösningar och metoder som är testade och godkända enligt Europeisk konstruktionsstandard. Vidare kommer detta arbete enbart behandla tekniska aspekter.

2

METOD

Detta examensarbete är en kvalitativ studie av Falu lasarett hus 08. Den aktuella studien grundades i Kadesjös Ingenjörsbyrå ABs brandtekniska rapport om hus 08. För att undersökadagens krav för hus 08s byggnadsdelar, krävdes först en litteraturstudie av reglerna i BBR för att säkerställa verksamhetsklass samt byggnadsklass för byggnaden. Vidare undersöktes kraven i EKS 11 för att fastställa hus 08s byggnadsdelars brandtekniska klass. Vid undersökning av lösningar för att öka hus 08s byggnadsdelars bärighet vid brand, gjordes ett urval av produkter och metoder som uppfyllde kriterierna presenterade i

avgränsningen. Dessa metoder och produkter ställdes mot dimensioneringskraven för analys av enskilda bärverksdelar enligt tabellerade data för brandmotstånd i Eurokod 2.

2.1

Litteraturstudie

En litteraturstudie genomfördes för att presentera fördjupande fakta om lösningarna för att öka bärighet vid brand i hus 08. Fakta om metodernas och produkternas materialegenskaper samt tillvägagångsättet för att implementera lösningarna i byggnaden presenterades då den var väsentlig för att besvara frågeställningarna. Vid bedömning av Parocs produkt gjordes ett konservativt antagande gällande armeringsstålets kritiska temperatur. Detta gjordes med hänsyn till att den nuvarande armeringens kvalitet i byggnad 08 är okänd.

Litteraturstudiens källor uppsöktes främst via sökmotorn Google samt det digitala vetenskapliga arkivet DiVA. Även studentlitteratur inom områdena konstruktion och

materialkunskap användes. Kadesjös Ingenjörsbyrå AB tillhandahöll Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004.

2.2

Personlig kommunikation

Information om hus 08 tillhandahölls via mejlkontakt med den externa uppdragsgivaren Kadesjös Ingenjörsbyrå AB. Denna information om hus 08 kompletterades via mejlkontakt med Region Dalarna. Vidare genomfördes digitala möten med den externa handledaren Anders Lindén, där delgav han sina synpunkter på de förslag på lösningar som presenteras i resultatet. Det upprättades mejlkontakt med tillverkarna av produkterna där de refererade till handböcker om produkternas brandtekniska egenskaper. Dessa handböcker låg till grunden för de brandtekniska aspekterna som presenterades i studiens resultat.

Vid val av potentiella respondenter till intervjun gjordes ett urval baserat på att personen ska vara branschkunniga inom brandteknik. En intervju och mejlkontakt skedde med Michael Försth som är professor inom struktur och brandteknik på Luleå Universitet. Syftet med intervjun var att de funna metoder och lösningar skulle värderas av en oberoende

branschkunnig. Frågorna till intervjun skrevs ner i förväg, efter att frågorna ställdes följdes de av en diskussion mellan författarna och respondenten där respondenten fick mer

3

ÄMNESMÄSSIG REFERENSRAM

I det här kapitlet presenteras först regelverk för brandskydd för att kunna få en inblick om vad som krävs för att fastställa vilken brandklass olika bärverk kan ha i en byggnad. De regelverk som används är BBR, EKS 11 samt Eurokod 2. Vidare kommer material, materialegenskaper och metoder som kan öka bärigheten vid brand för enskilda byggnadsdelar att beskrivas mer ingående.

3.1

Regelverk för brandskydd

De grundläggande kraven för brandskydd går att finna i Plan- och bygglagen. Dessa krav förtydligas sedan i Plan- och byggförordningen, för att sedan utvecklas och förtydligas återigen i BBR kap. 5 brandskydd.

De fem grundläggande kraven för att uppfylla säkerhetskravet i händelse av brand, anges i 8 kap. 4§ första stycket i Plan- och bygglagen (2010:900) och presenteras i PBF (SFS 2011:338) 3. kap, 8§. Första kravet är att byggnadsverket ska vid brand antas bestå under bestämd tid. Andra kravet är att utvecklingen och spridningen av brand och rök begränsas inom

byggnadsverket. Tredje kravet är att spridningen av branden till andra byggnadsverk begränsas. Fjärde kravet är att personer som befinner sig i byggnadsverket ska vid brand kunna lämna byggnadsverket eller räddas på andra sätt. Femte kravet är att hänsyn till räddningsmanskapet säkerhet har tagits.

3.1.1

BBR kap. 5

I BBR kap. 5 hanteras fyra av kraven från PBF i form av minimikrav för brandsäkerhet vid uppförande av nya byggnader eller vid ändring av befintliga byggnader. I kap 5:11

Dimensionering står det att dimensionering av byggnaders brandskydd ska utformas och verifieras genom antingen förenklad dimensionering eller analytisk dimensionering (BFS 2011:6).

3.1.1.1.

Förenklad dimensionering

Förenklad dimensionering innebär att byggherren uppfyller föreskrifterna genom de lösningar och metoder som presenteras i avsnitt 5:2-5:7 i BBR (BFS 2011:6) vid dimensionering av brandskydd.

Förenklad dimensionering får inte användas vid tillämpning av automatisk släcksystem för att uppfylla kraven i fler än två föreskrifter. När det finns krav på automatiskt släcksystem får förenklad dimensionering inte användas för att uppfylla kraven i fler än en föreskrift.

3.1.1.2.

Verksamhetsklasser

Enligt BBR (BFS 2011:6) ska utrymmen i byggnader, utifrån avsedd verksamhet indelas i verksamhetsklasser. Denna indelning beror på om personerna som befinner sig i byggnaden har kunskap om byggnaden och dess utrymningsvägar. Vidare beror indelningen på om personerna som befinner sig i byggnaden är kapabla till att utrymma byggnaden på egen hand. Andra faktorer som kan spela roll är om personerna i byggnaden förväntas vara vakna samt om förhöjd risk för förekommande av brand kan uppstå. Ytterligare en avgörande faktor för indelningen är om det kan förväntas att en brand i utrymmet kan få ett mycket snabbt och omfattande brandförlopp.

I BBR (BFS 2011:6) beskrivs verksamhetsklass 5C som lokaler för hälso- och sjukvård vilket ett lasarett innefattas av.

3.1.1.3.

Byggnadsklasser

Byggnader ska enligt kap. 5:22 i BBR (BFS 2011:6) delas in i byggnadsklasser baserat på skyddsbehovet.

Byggnadsklass Br0 beskrivs enligt kap. 5:22 i BBR (BFS 2011:6) som byggnader med mycket stort skyddsbehov. Br1 är byggnadsklassen som byggnader med stort skyddsbehov ska tilldelas. Om en byggnad anses ha måttligt skyddsbehov ska den utformas i byggnadsklass Br2. Anses byggnaden ha ett litet skyddsbehov ska den utformas i byggnadsklass Br3. Vid klassificeringen av dessa byggnadsklasser ska det tas hänsyn till troliga brandförlopp, potentiella konsekvenser vid brand samt byggnaden komplexitet.

Tabell 1. Byggnadstyper som ingår i Br0. Baserad på BFS 2011:6

Byggnadsklass Byggnadstyper

Br0

- Byggnader med fler än 16 våningsplan - Lokaler i verksamhetsklass 2B, som inte

ligger på bottenplan och som rymmer fler än 1000 personer

- Lokaler i verksamhetsklass 2C som ligger på bottenplan och som rymmer fler än 600 personer

- Lokaler i verksamhetsklass 2C som inte ligger på bottenplan och som rymmer fler än 300 personer

- Större byggnader i verksamhetsklass 5C*

- Byggnader i verksamhetsklass 5D

*Hus 08 är en större byggnad i verksamhetsklass 5C

3.1.2

Brandbelastning vid förenklad dimensionering

Vid bestämning av brandbelastning vid förenklad dimensionering kan man enligt Boverkets allmänna råd om brandbelastning (BFS 2013:11), använda sig av tabell två. Den beskriver brandbelastningen i byggnader beroende på dess verksamhetsklass.

Tabell 2. Verksamheter med brandbelastning f ≤ 800. Baserad på BFS 2013:11 Brandbelastning f [MJ/m^2] Verksamhet f ≤ 800 - Biograf - Restaurang - Teater i Vk2 - Kontor i Vk1 - Lokaler i Vk5* - Personbilsgarage - Skolor

- Skolor och livsmedelsbutiker i Vk2A och 2B

- Utrymmen i Vk3,4 och 5B

*Ett lasarett ingår i verksamhetsklass 5C och har en brandbelastning på ≤800 MJ/m^2.

3.2

EKS 11

EKS är boverkets föreskrifter och allmänna råd om hur de europeiska

konstruktionsstandarderna ska tillämpas. Dessa baseras på kraven på byggnadsverks

bärförmåga, stadga och beständighet i PBL och PBF (Boverket, 2020). EKS tillsammans med eurokoderna utgör de svenska regelverk som används för verifiering av byggnadsverks bärförmåga, stadga och beständighet.

3.2.1

Brandsäkerhetsklass och brandteknisk klass

Enligt Boverkets föreskrifter och allmänna råd om tillämpning av europeiska konstruktionsstandarder (BFS 2019:1), ska byggnadsdelar hänföras till

brandsäkerhetsklasser utifrån risken för personskador om byggnadsdelen skulle kollapsa under en brand. Där brandsäkerhetsklass 1 innebär en mycket liten risk, brandsäkerhetsklass 2 en liten risk, brandsäkerhetsklass 3 en måttlig risk, brandsäkerhetsklass 4 en stor risk och brandsäkerhetsklass 5 en stor risk.

Indelning av säkerhetsklass för byggnadsdelar som tillhör byggnadsklass Br0 bör lägst motsvara de krav som ställs för byggnadsdelar i en Br1 byggnad. Dessa krav presenteras i tabell C-3 (BFS 2019:1).

Tabell 3. Brandsäkerhetsklass utifrån exempel på byggnadsdelar i en Br0-byggnad baserad på BFS 2019:1

Brandsäkerhetsklass Exempel på byggnadsdelar i en Br0-byggnad 1

- Infästning av icke bärande yttervägg i markplanet

- Bjälklag på eller strax över mark och takfot i byggnader med upp till fyra våningsplan

2 -

3

- Infästning av icke bärandeyttervägg ovan markplanet - Trapplan och trapplopp som utgör utrymningsväg - Takfot i byggnader med fler än fyra våningar 4

- Bärverk som tillhör byggnadens Huvudsystem och som utgör regelväggar, pelare och balkar med högst fyra våningar - Bärverk som tillhör byggnadens huvudsystem och som utgör

bjälklag och massiva väggar i byggnader med högst åtta våningar

5

- Bärverk som tillhör byggnadens huvudsystem och som utgör regelväggar, pelare och balkar med fler än fyra våningar - Bärverk som tillhör byggnadens huvudsystem och som utgör

bjälklag och massiva väggar i byggnader med fler än åtta våningar

Brandteknisk klass för byggnadsdelar i en Br0-byggnad bestäms genom tabell C-7 eller tabell C7a. Brandsäkerhetsklassen baseras på tabell C-3 samt vad byggnadsdelen har för

brandbelastning (BFS 2019:1).

Tabell 4. Brandteknisk klass utifrån brandsäkerhetsklass för Br0-byggnad utan utökat skyddsbehov baserad på BFS 2019:1

Brandsäkerhetskla

ss Brandteknisk klass vid brandbelastning f (MJ/m^2) f≤ 800 MJ/m^2 1 - 2 R15 3 R30 4 R60 5 R90

Tabell 5. Brandteknisk klass utifrån brandsäkerhetsklass för Br0-byggnad med utökat skyddsbehov baserad på BFS 2019:1

Brandsäkerhetskla

ss Brandteknisk klass vid brandbelastning f (MJ/m^2) f≤ 800 MJ/m^2 1 - 2 R15 3 R60 4 R90 5 R120

3.3

Eurokod

Eurokod är ett samlingsnamn för standarder som omfattar beräkningsregler för

dimensionering av bärverk till byggnader samt anläggningar (Hornak, 2009). Eurokoderna syftar till att kunna påvisa att 2 av de 6 kraven som ställs i CPD (byggproduktdirektivet) ska vara uppfyllda för en byggnad eller anläggning. Dessa 2 krav gäller för bärförmåga, stadga och beständighet samt säkerhet i händelse av brand.

I Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004 kap. 5.1 finns vedertagna lösningar för dimensionering med standardbrandkurvan upp till 240 minuter. Dimensioneringsreglerna avser analys av

enskilda bärverksdelar enligt tabellen nedan. Tabell 6. Tabellerade data. SS-EN 1992-1-2:2004

Den tabellerade data baseras på standardbrandkurvan ISO 834 som visar hur temperaturen ändras över tid (Svensk Betong, u.å.). Brandkurvan är definierad enligt EN 1363-1 som är europeisk standard gällande allmänna krav vid provning av brandmotstånd. När

temperaturen ökar under brandförloppet leder det till att hållfastheten i armeringen och betongen avtar, vilket resulterar i reducerad bärförmåga.

Figur 1. Brandpåverkan enligt ISO 834. Från Svensk Betong (u.å.). Återgiven med tillstånd.

3.3.1

Pelare enligt tabellerade data i Eurokod 2

Kraven på minsta tvärsnittsmått samt minsta mått på centrumavstånd till armering för olika standard brandmotstånd för en pelare presenteras i tabell 5.2a. Kraven på tvärsnittsmått samt centrumavstånd styrs av pelarens utnyttjandegrad.

Tabell 7. Tabell 5.2a. SS-EN 1992-1-2:2004

3.3.2

Bärande betongväggar tabellerade data i Eurokod 2

Kraven på minsta väggtjocklek samt minsta mått på centrumavstånd till armering för olika standard brandmotstånd för en bärande betongvägg presenteras i tabell 5.4. Kraven på väggtjocklek samt centrumavstånd till armering styrs av väggens utnyttjandegrad och vilka sidor väggen exponeras på.

3.3.3

Ribbjälklag enligt tabellerade data i Eurokod 2

Kraven på minsta tvärsnittsmått, plattjocklek samt mått på centrumavstånd till armering för att uppnå ett standard brandmotstånd för ett ribbjälklag uppnås genom att följa värdena i tabell 5.10.

3.3.4

Fritt upplagda plattor enligt tabellerade data i Eurokod 2

Kraven på minsta plattjocklek samt mått på centrumavstånd till armering för att uppnå ett standard brandmotstånd för fritt upplagda plattor uppnås genom att följa värdena i tabell 5.8.

3.3.5

Balkar enligt tabellerade data i Eurokod 2

Kraven på minsta tvärsnittsmått samt mått på centrumavstånd till armering för att uppnå ett standard brandmotstånd uppnås genom att följa värdena i tabell 5.5 för fritt upplagda balkar och tabell 5.6 för kontinuerligt upplagda balkar.

Tabell 12. Tabell 5.6. SS-EN 1992-1-2:2004

3.4

Betong

3.4.1

Egenskaper

Enligt Svensk Betong (u.å.) är betong ett kraftigt material som vid samverkan med armering kan uppnå hög hållfasthet. Betong har en hög tryckhållfasthet vilket innebär att det är fördelaktigt att använda betong vid bärande stommar i byggnadsverk. Betongens höga tryckhållfasthet kan i undantagsfall vara en begränsande faktor. Enligt Svensk Betong (u.å.) finns det möjligheter att utöka hållfastheten minst gånger 5. Detta går att göra genom att tillverka höghållfast betong istället för husbyggnadsbetong. Betongens höga hållfasthet i kombination med styvheten skapar möjligheter att konstruera byggnader med stora spännvidder, vilket underlättar utformningen och skapar mer plats (Svensk Betong u.å.). Enligt Isaksson, Mårtensson & Thelandersson (2010) sker värderingen av betongens

beteendet inte likadant i provkroppen som betongen i en färdig konstruktion. Provkroppen har nämligen en högre hållfasthet på cirka 10-20 procent. Eftersom det utgör en viss skillnad leder det till ett 10-20 procentigt avdrag på hållfastheten hos den färdiga konstruktionen. Betongens draghållfasthet utgör oftast 10 procent av betongens tryckhållfasthet (Isaksson, Mårtensson & Thelandersson, 2010). Därför tas normalt sett inte draghållfastheten med i beräkningar, framförallt när betongen ska dimensioneras för normal- och dragkrafter. Enligt Esping (2017) är vatten-cement-talet (vct) det som påverkar betongens hållfasthet mest, vilket är ett mått på viktandelen mellan vatten och cement. Utöver det menar Esping (2017) att lufthalt, och vilken typ av cement som används även har en stor betydelse för betongens hållfasthet. Lufthalten sänker uppskattningsvis betongens hållfasthet med cirka 5 procent för varje ökad procentandel i luft.

3.4.2

Brandegenskaper

Enligt Isaksson, Mårtensson & Thelandersson (2010) besitter betongkonstruktioner en god brandbeständighet jämfört med annat konstruktionsmaterial. Eftersom betong är ett värmetrögt material tar det längre tid för materialet att nå kritiska värden, där exempelvis stålet tappar större del av sin bärighet i ett tidigare stadie. När temperaturen når kritiska värden för betong medför det en reduktion i armeringen och betongens hållfasthet. Det leder till en gradvis sänkning av konstruktionens bärförmåga (Isaksson, Mårtensson &

Thelandersson, 2010). När en betongkonstruktion påverkas av brand förångas porvattnet successivt och vid 500-600 grader sker en kraftig nedbrytning av cementpastan (Burström & Nilvér, 2018). Det sker när stora delar av det kemiskt bundna vattnet i betongen förångas, vilket leder till att cementpastan krymper och ballastens volym ökar. Resultatet av det blir att betongens tryckhållfasthet halveras. När betongen når cirka 900 grader har allt kemiskt bundet vatten förångats vilket leder till att betongen tappar hela sin hållfasthet. Tiden en betongkonstruktion kan motstå en brand avgörs till stor del av betongens täckskikt menar Burström & Nilvér (2018). Där ett riktningsvärde brukar vara att 25 millimeter täckskikt klarar av en brand i två timmar, och ett 50 millimeter täckskikt klarar av en brand i fyra timmar.

Vid framtagandet av betongkonstruktionens R-värde ska brandspjälkning finnas i åtanke (Boström, 2010). Brandspjälkning innebär att konstruktionens yta flagar eller skjuts loss successivt under brandförloppet. Hänsyn kan tas genom att bortse från de yttersta fem till tio millimetrarna av den brandbelastade ytan. Betong har normalt sett mycket goda egenskaper gällande integritet och det är i princip endast en spjälkningsbenägen betong som kan

kompromissa betongkonstruktionens integritet (Boström, 2010). Enligt Boström (2010) kan krav på betongkonstruktionens isoleringsförmåga uppkomma då man vill minska

värmestrålningen från den brinnande brandcellen, alternativt när betongen används som brandskydd för bakomliggande material. Isolationsförmågan för betong kan fås genom beräkningar eller genom att utföra experiment. När beräkningar ska användas för att räkna ut isolationsförmågan för betong brukar metoder och materialdata enligt Eurokod användas. Följden av brandspjälkning kan vara att bärförmågan i konstruktionen minskar då det

(2010) är det i princip omöjligt att undvika spjälkning vid brand och en viss mängd bör därför accepteras vid dimensionering av konstruktionen. Den värsta spjälkningen är när kontinuerlig spjälkning uppstår, det vill säga att ytan successivt spjälkas bort. För att skydda spjälkningsbenägen betong finns det möjlighet att använda isolering eller blanda in

polypropylenfibrer i betongen (Boström 2010). Det som kan påverka risken för brand

spjälkning är betongens täthet, mängden finmaterial, fuktkvot, betongens brandkurva, typ av yttre belastning, betongens mineralsammansättning, stenstorlek i ballasten och betongens luftinnehåll. Det enda sättet att idag säkerställa att betongen har goda egenskaper mot spjälkning vid brand är att brandprova betongen (Boström 2010). Burström & Nilvér (2018) skriver att under senare år har forskning visat att högre fukthalt i betongen ökar risken för spjälkning samt att betongens hållfasthet vid brand minskar.

3.5

Materials brandegenskaper

Det finns tre olika klasser för byggnadsmaterial ur brandskyddssynpunkt: Obrännbara material, svårantändliga material och brännbara material. Ytskikt som skivor och andra beklädnader anses vara tändskyddande om branden inte sprids till bakomliggande material inom 10 minuter (Dafo, u.å.).

3.5.1

Gips

Gipsskivor är vanligt förekommande som ytskikt i vägg- och takkonstruktioner, framförallt där det ställs krav på brandskydd (Burström & Nilvér, 2018). Gips innehåller enligt Burström & Nilvér (2018) kemiskt bundet vatten, som vid för höga temperaturer frigörs för att ta energi från branden. Avgivandet av vatten kallas för kalcinering vilket leder till att brandens

temperaturökning begränsas vid den icke brandutsatta sidan. Persson (2014) pekar på att beroende på vilken brandklass som eftersträvas, finns det möjligheter att välja mellan olika sorters gipsskivor. I de fall en bättre brandklass eftersträvas finns det möjlighet att med fördel använda sig utav brandgipsskivor. Det som skiljer de olika skivorna åt är att en

brandgipsskiva brukar vara tjockare samt att den krymper mindre vid en kalcinering. Skivan sitter då kvar i konstruktionen efter att det bundna kristallvattnet har förångats (Persson, 2014).

3.5.2

Stenull

Enligt Isover (u.å.) används stenull ofta när det ställs höga krav på brandskyddet. Stenull klassas som ett obrännbart material och har en hög smältpunkt på 1000 grader Celsius (Profisol, 2020). Utöver dess fördelaktiga brandegenskaper har även isoleringsmaterialet en bra ljudabsorberande effekt, mycket på grund av dess tyngd och fiberstruktur. När en stenullsplatta blir utsatt för brand försvinner bindemedlet i det yttersta skiktet redan vid

En tillverkare av stenullsisolering är Isover som använder produkten ORDEXAL B för att visa hur en skiva med en tjocklek på 20 millimeter kan öka en byggnadsdels bärighet vid brand (ISOVER, 2020). ORDEXAL B har en densitet på 190 kg/m^3 och produkten är testad enligt EN 13381-3: 2015. ORDEXAL B systemet installeras genom att det cementeras fast med cementprodukten Dexaflamm B, där ett tre till fyra millimeter tjockt lager av cementen appliceras på stenullskivorna för att sedan fästas på bjälklaget, pelaren eller väggen. Nedan visar fyra figurer vilket R-värde som kan uppnås baserat på betongens minsta tvärsnitt, plattjocklek och centrumavstånd till armering med en skiva på 20 millimeter.

Figur 2. Reinforced concrete walls. Från ISOVER (2020 s.28). Återgiven med tillstånd.

Figur 3. Reinforced concrete columns. Från ISOVER (2020 s.27). Återgiven med tillstånd.

Figur 5. Prestressed concrete beams. Från ISOVER (2020 s.28). Återgiven med tillstånd.

Figur 6. Prestressed concrete slabs. Från ISOVER (2020 s.29). Återgiven med tillstånd.

En annan tillverkare av stenullsisolering är Paroc som har visat hur mycket bärighet mot brand pelare, balkar, bjälklag samt väggar kan öka med användning av Paroc FPS17 vid olika kritiska temperaturer för armeringen (‘’Fire Protection Guide Concrete”, 2019). Produkten har en densitet på 170 kg/m^3 och är testad enligt EN 13381-3:2015. För användandet av denna metod används data enligt Eurokod EN 1992-1-2. Materialtestet utgår ifrån att stenullen har en tjocklek som kan variera mellan 20-60 millimeter och att betongen tillhör klass C30/37 XC4 enligt Eurokod EN 1992-1-1 (‘’Fire Protection Guide Concrete”, 2019). Armeringsstålet som användes hade klassen B500B som har ett karakteristiskt

hållfasthetsvärde på 5oo MPa och testades med en antagen kritisk temperatur på 500 grader Celsius. Brandexponering på bjälklag och väggar har enbart skett på en sida medans pelare och balkar hade blivit brandexponerade på fler än en sida. FPS 17 skivorna monteras med hjälp av fästanordningar av typen EJOT DMH-8x80-V. Dessa skall enligt Paroc fästas minst åtta stycken per FPS 17 skiva. För att sätta upp fästanordningarna krävs det att man först borrar hål i betongen som har åtta millimeter i diameter och ett djup på 60 millimeter. Fästanordningarna måste sättas minst 100 millimeter från kanten av skivan.

Nedan visar två figurer hur mycket Paroc FPS17 isolering som behövs för att uppnå det eftersträvade brandskyddet. Figurerna baseras på armeringens kritiska temperatur, täckande betongskikt samt hur mycket isolering som krävs.

Figur 7. Design tables of concrete beams and columns. Från Paroc (2019, s.8). Återgiven med tillstånd.

Figur 8. Design tables of concrete slabs and walls. Från Paroc (2019, s.7). Återgiven med tillstånd.

3.6

Stomförstärkningsmetoder

3.6.1

Kringgjutning betongpelare

Enligt Strömholm & Balkåsen (2018) är kringgjutning av en befintlig betongpelare en metod som kan användas vid stomförstärkning. Kringgjutningen är en tilläggskonstruktion och kommer att öka pelarens böjstyvhet. Metoden genomförs genom att C-byglar dubbas och injekteras i en befintlig pelare. Detta för att pågjutningen ska samverka med den befintliga betongen och utgöras som en homogen pelare. Utöver det används vertikal längsgående armering för att ta upp dragkrafter.

Kringgjutning av pelare är en relativt enkel förstärkningsmetod som går att utföra i de flesta miljöer (Strömholm & Balkåsen, 2018). Metoden bidrar endast till en relativt liten ökning av pelarens volym, vilket kan underlätta om det är brist på utrymme. Vidare menar Strömholm & Balkåsen (2018) på att åtgärden är lämpligast att använda om det är flera pelare som behöver som behöver gjutas, annars bör andra åtgärder som stålförstärkningar övervägas då det annars kan bli ett kostsamt alternativ.

(Strömholm & Balkåsen, 2018). Om betongen flexas ska pelaren vattenbilas eller pikhamras till en ojämn yta. Vidare dubbas och injekteras C-byglar i den befintliga pelaren. En gjutform sätts runt pelaren och den befintliga pelaren förvattnas ett dygn före kringgjutning ska ske. Sedan sker den nya kringgjutningen där dess härdningstid varierar beroende på vilken betongkvalité kringgjutningen har och dess tjocklek. Slutligen sker en rivning av gjutformen.

3.6.2

Stålmantel kring betongpelare

Strömholm & Balkåsen (2018) beskriver i sitt examensarbete metoden stålmantel kring betongpelare som används för att förstärka en betongstomme. Metoden genomförs genom att två L-formade halvor av stålmanteln svetsas på plats runt om den befintliga betongpelaren, hålrummet mellan manteln och pelaren fylls sedan med betong. Strömholm & Balkåsen (2018) menar att det kan vara svårt att försäkra sig om hur lasterna fördelas i pelaren mellan stålet och betongen.

3.7

Brandskyddsfärg betong

Användandet av brandskyddsfärg för betong är en relativt ny metod i Sverige

(‘’Brandskyddsfärg för betong’’, 2014). Skikttjocklekarna som oftast används är mellan 0,5-3 millimeter, därmed är viktökningen minimal och de omgivande ytorna reduceras i en

obetydlig grad. Utöver det ger brandskyddsmålningen en möjlighet att bevara det befintliga utseendet på konstruktionen. Det finns två huvudtyper av brandskyddsfärg, den ena används för inomhusbruk medan den andra kan användas både inomhus och utomhus

(‘’Brandskyddsfärg för betong’’, 2014). Inomhusfärgen börjar svälla vid 80 grader och bildar ett hårt skum på cirka 3-6 centimeter som skyddar konstruktionen mot temperaturhöjning. Den andra färgen är en ablativ färg och avger istället hydratvatten som skyddar mot både brand och hetta.

En tillverkare av brandskyddsfärg är Aithon Ricerche International som har jämfört en brandskyddsfärg kallad Aithon A90H med hur mycket den bidrar med ur brandsynspunkt jämfört med tjockleken på betong (Eld & Vatten, u.å.). Brandskyddsfärgen har möjlighet att höja betongbalkars och betongpelares bärighet till R120. Användandet av Aithon A90H ger även möjlighet att höja bärigheten i betongväggar och betongplattor till R240 (Eld & vatten, u.å.). När brandskyddsfärgen utsätts för värme sväller den och skyddar den underliggande konstruktionen från hettan i branden. Vidare bedöms A90H uppfylla kraven från SS EN 13381-3:2015 enligt B.R.E.

Figuren nedan visar information och egenskaper till brandskyddsfärgen Aithon A90H och visar hur mycket R-värdet kan uppgraderas för betongpelare och betongbalkar.

Figur 9. Aithon A90H. Beams and columns exposed to fire. Från Eld & Vatten (u.å., s.2). Återgiven med tillstånd.

Figur 10. Aithon A90H. Walls and slabs exposed to fire. Från Eld & Vatten (u.å., s.2). Återgiven med tillstånd.

3.8

Sprinkleranläggning

Enligt EKS11 (BFS 2019:1) innebär en installation av en sprinkleranläggning i ett hus att det är möjligt att sänka kravet på R-värdet med trettio minuter för alla byggnadsdelar om brandbelastningen är lägre eller lika med 800 MJ/m^2. Detta är fallet för en

4

AKTUELL STUDIE

I detta kapitel ges en beskrivning av fallstudiens objekt. Vidare presenteras även vilka krav som ställs för att uppnå rätt brandskydd på de olika byggnadsdelarna i betongstommen enligt EKS 11. Värden för minsta tvärsnittsmått samt centrumavstånd till armering

redovisas enligt tabellerade data i Eurokod 2. Detta presenteras för att visa vad som krävs för att uppnå kraven för den brandtekniska klassen i EKS 11.

4.1

Objektsbeskrivning

Objektet som undersöks är hus 08, som är en del av ett lasarett, lokaliserat i Falun.

Byggnationen av hus 08 började 1963 men huset togs i bruk 1968. Byggnaden har 7 våningar och är uppförd med platsgjuten stomme. Verksamheterna är indelade på olika plan där det på plan 01 finns AVA och sterilcentral, på plan 0 ligger mag- och tarmmottagningen samt dagkirurgi, på plan 1 ligger röntgen, på plan 2 ligger labbet, på plan 3 ligger IVA och operation och på plan 4 finns administrations avdelningen. Sjukhuset har cirka trettio stycken vårdplatser.

4.1.1

Pelare

Byggnaden har tre typer av pelare: fasadpelare, innerpelare typ 1 och innerpelare typ 2. Fasadpelaren har dimensionen 150-200*230 och brandklassas som R30. Fasadpelaren har utnyttjandegraden 38 procent vid brand om pelaren är exponerad på mer än en sida och har centrumavståndet 32 millimeter till längsgående armering. Innerpelare typ 1 har

dimensionen 300*700 och brandklassas som R30. Innerpelare typ 1 har utnyttjandegraden 47 procent vid brand om pelaren är exponerad på mer än en sida och har centrumavståndet 27 millimeter till längsgående armering. Innerpelare typ 2 har dimensionen 500*600 och brandklassas som R30. Innerpelare typ 2 har utnyttjandegraden 42 procent vid brand om pelaren är exponerad på mer än en sida och med centrumavståndet 27 millimeter till längsgående armering.

4.1.2

Balkar

Balkarna varierar mellan tre olika dimensioner. Måtten på balkarna är 250*250, 400*310 och 400*350. De är indelade i fritt upplagda samt kontinuerliga balkar. Samtliga fritt upplagda balkar med tvärsnittsmåttet 250*250 klassas som R60. De kontinuerligt upplagda balkarna med tvärsnittsmåttet 250*250 klassas som R90. Samtliga fritt upplagda balkar med tvärsnittsmåttet 400*310 klassas som R60, de kontinuerligt upplagda balkarna med

4.1.3

Väggar

De bärande betongväggarna har tjockleken 150 millimeter och klassas som R60, de har en utnyttjandegrad på 70 procent vid brand om väggen är exponerad på två sidor och med centrumavstånd till längsgående armering på 25 millimeter.

4.1.4

Bjälklag

Bjälklaget varierar i sin uppbyggnad där det dels är ett ribbjälklag, som är ett balksystem med relativt tätt mellan balkarna och har en plattjocklek på 120 millimeter, med ett övergolv på 50 millimeter. I andra delar av byggnaden där det är balk/pelarsystem är plattan 160

millimeter tjock med 50 millimeter övergolv. Vid balkpelarsystemet bär plattan i en riktning och är fritt upplagd. Samtliga bjälklag i byggnaden klassas som R60.

4.2

Aktuella krav för byggnadsdelarna i hus 08

Byggnaden klassas enligt Boverkets byggregler (BFS 2011:6) som verksamhetsklass 5C, då verksamheten innefattar hälsa- och sjukvård. Byggnadsklassen tillhör Br0 enligt tabell 1 vilket innebär att byggnaden har ett stort skyddsbehov mot brand.

Byggnadsdelarnas brandsäkerhetsklass samt brandtekniska klass bestäms efter tabell C-3 respektive tabell C-7a i Boverkets föreskrifter och allmänna råd om tillämpning av europeiska konstruktionsstandarder (BFS 2019:1).

4.2.1

Pelare

Pelarna tillhör brandsäkerhetsklass 5 enligt tabell C-3 (BFS 2019:1) då de är bärverk som tillhör byggnadens huvudsystem i en byggnad med fler än fyra våningar. Detta innebär att den brandtekniska klassen blir R120 enligt tabell C-7a, då brandbelastningen i hus 8 är ≤800 MJ/m^2.

4.2.2

Balkar

Balkarna tillhör brandsäkerhetsklass 5 enligt tabell C-3 (BFS 2019:1) då de är bärverk som tillhör byggnadens huvudsystem i en byggnad med fler än fyra våningar. Detta innebär att den brandtekniska klassen blir R120 enligt tabell C-7a, då brandbelastningen i hus 8 är ≤800 MJ/m^2.

4.2.3

Väggar

Väggarna tillhör brandsäkerhetsklass 4 enligt tabell C-3 (BFS 2019:1) då de är bärverk som tillhör byggnadens huvudsystem i en byggnad med högst åtta våningar. Detta innebär att den

brandtekniska klassen blir R90 enligt tabell C-7a, då brandbelastningen i hus 8 är ≤800 MJ/m^2.

4.2.4

Bjälklag

Bjälklagen tillhör brandsäkerhetsklass 4 enligt tabell C-3 (BFS 2019:1) då de är bärverk som tillhör byggnadens huvudsystem i en byggnad med högst åtta våningar. Detta innebär att den brandtekniska klassen blir R90 enligt tabell C-7a, då brandbelastningen i hus 8 är ≤800 MJ/m^2.

4.3

Minsta tvärsnittsmått samt centrumavstånd enligt tabellerade

data i Eurokod 2

4.3.1

Pelare

För att hus 08s pelare ska uppnå den brandtekniska klassen R120, kan tabellerade data i Eurokod tillämpas vid dimensionering. Enligt tabell 7 är kravet på minsta tvärsnittsmått 350 millimeter för en pelare med brandmotståndet R120 som har utnyttjandegraden o,5. Pelaren ska även ha 45 millimeter som minsta centrumavstånd till armering. Alternativt kan pelaren ha ett tvärsnittsmått på 450 millimeter med ett centrumavstånd på 40 millimeter till

armering för att uppnå kravet.

4.3.2

Balkar

För att hus 08s kontinuerliga balkar ska uppnå den brandtekniska klassen R120, krävs enligt tabell 12 ett minsta tvärsnittsmått på 300 millimeter samt minsta centrumavstånd till

armering på 35 millimeter. För de fritt upplagda balkarna krävs enligt tabell 11 ett minsta tvärsnittsmått på 300 millimeter samt minsta centrumavstånd till armering på 55 millimeter.

4.3.3

Väggar

För hus 08s väggar med utnyttjandegraden 0.7, som är exponerade på två sidor och ska uppnå REI 90 krävs det en väggtjocklek på 170 millimeter enligt tabell 8. Minsta

centrumavstånd ska vara 25 millimeter till armering.

4.3.4

Ribbjälklag

4.3.5

Fritt upplagda plattor

För att en fritt upplagd platta som bär i en riktning ska nå standardbrandmotståndet REI 90 krävs enligt tabell 10 tjockleken 100 millimeter och ett centrumavstånd till armering på 30 millimeter.

5

RESULTAT

I detta kapitel presenteras de olika identifierade lösningarna för att höja R-värdet i Falu lasarett byggnad 08. Lösningarna ska uppfylla de krav som ställs på en vårdbyggnad i EKS 11. Förslag på lösningar för brandskyddsfärgen och kringgjutningen verifieras av tabellerade data från Eurokod 2. De övriga lösningarna är testade enligt europeisk standard vilken är baserad på data från Eurokod 2. Utöver de identifierade lösningarna presenteras även en teknisk jämförelse av dessa. I samtliga lösningar med Paroc FPS 17 antas den kritiska ståltemperaturen vara 400 grader Celsius.

5.1

Identifierade lösningar för att höja byggnadsdelarnas bärighet

vid brand

5.1.1

Fasadpelare

Fasadpelarna i Hus 08 i Falun lasarett har idag dimensionen 150*230 med ett täckande betongskikt på 25 millimeter. Kraven vid användandet av metod A i Eurokod 2 återfinns i tabell 5.2a s.42 SS-EN 1992-1-2:2004. Där visar tabellen att fasadpelarna skulle behöva ett minsta tvärsnittsmått på 350 millimeter och ha ett centrumavstånd till armering på 45 millimeter för att kunna uppnå kravet R120.

Vid användandet av metoden kringgjutning skulle det innebära en kringgjutning av 100 millimeter betong på sidorna som är 150 millimeter tjocka samt en kringgjutning av 60 millimeter betong på sidorna som är 230 millimeter tjocka. Detta skulle medföra att kraven för både minsta centrumavstånd till armeringen och minsta tvärsnittsmått uppfylls.

Vid användandet av stenullsplattor för att öka standard brandmotståndet kan en Paroc FPS 17 skiva som är tjugo millimeter tjock uppnå 90 minuter brandskydd enligt figur 7. Detta skulle medföra att en 20 millimeter tjock FPS 17 skiva skulle räcka för att uppgradera fasadpelarna till R120.

5.1.2

Innerpelare

Innerpelare typ 1 och typ 2 har idag dimensionerna 300*700 millimeter respektive 500*600 millimeter med ett täckande betongskikt på 25 millimeter. Dessa pelare skulle enligt kraven vid användandet av metod A i Eurokod i tabell 5.2a s.42 SS-EN 1992-1-2:2004 behöva ha minsta tvärsnittsmåttet 350 millimeter och centrumavståndet för huvudarmering 45 millimeter.

krävas då kravet på minsta tvärsnittsmått inte uppnås. Innerpelare typ 1 skulle behöva en kringgjutning på 25 millimeter för att uppnå kravet på standard brandmotståndet R120. Innerpelarna i byggnad 08 skulle kunna använda brandskyddsfärg Aithon A90H med en tjocklek på 0,75 millimeter och en densitet på 1500 g/m^2 för att höja innerpelarnas bärighet vid brand till R120 enligt figur 9. Det skulle motsvara 25,3 millimeter av täckande

betongskikt vilket skulle innebära att kraven för nuvarande brandskydd skulle uppfyllas enligt Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004 tabell 5.2a. Detta då pelarnas tvärsnitt är tillräckligt stort och brandskyddsmålningen ger ett ekvivalent värde av det täckande betongskiktet för att uppnå R120.

Vid användandet av stenullsplattor för att öka standard brandmotståndet kan en Paroc FPS 17 skiva som är tjugo millimeter tjock uppnå R90 enligt figur 7. Detta skulle medföra att en 20 millimeter tjock skiva skulle räcka för att uppgradera båda typerna av innerpelare till R120. Figur 7 visar att detta är möjligt om pelarens täckande betongskikt är minst 25 millimeter. Pelaren skulle få en viktökning med 170 kg/m^3.

En stenullsisolering från Isover kan med en skiva som har en tjocklek på 20 millimeter uppgradera samtliga innerpelares bärighet mot brand till R120 när de används. Figur 3 visar att R120 uppnås om det minsta tvärsnittet är 250 millimeter med ett täckande betongskikt på 25 millimeter. Det skulle innebära en viktökning av pelaren med 190 kg/m^3.

5.1.3

Innervägg

Enligt Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004 tabell 5.4 behöver innerväggarna vid dimensionering ha en tjocklek på 170 millimeter och ett centrumavstånd för huvudarmering på 25 millimeter för att uppnå brandmotståndet R90.

Vid uppsättning av Isovers produkt som är 20 millimeter stenullsskivor och har

produktnamnet ORDEXAL B skulle innerväggarna uppgraderas till klass R180. Figur 2 visar att R180 uppnås på en betongvägg som utsätts för brand på båda sidor och har en

väggtjocklek på 130 millimeter och ett täckande betongskikt på minst 10 millimeter. Därmed skulle kravet uppfyllas med 90 minuter brandskydd utöver de krav som ställs.

Paroc FPS 17 skivor med en tjocklek på 20 millimeter skulle ge den nya brandtekniska

klassen R240. Figur 8 visar att R240 uppnås vid appsättning av Paroc FPS 17 då det täckande betongskiktet är minst 10 millimeter.

Brandskyddsfärgen Aithon A90H skulle kunna användas till att höja samtliga innerväggars R-värde till R90. Ett lager på vardera sida om innerväggen med en tjocklek på 0,25

millimeter med densiteten 500 g/m^2 skulle höja innerväggarnas R-värde till R90 enligt figur 10. Aithon A90H skulle med den mängden brandskyddsfärg öka den ekvivalenta

betongtjockleken för innerväggen med 12,5 millimeter per sida. Det innebär att väggen skulle få en ekvivalent tjocklek som är 175 millimeter, vilket innebär att innerväggen skulle enligt tabell 5.4 i Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004 uppnå brandteknisk klass R90.

5.1.4

Ribbjälklag

Plattan bär i en riktning och har en tjocklek på 120 millimeter vilket innebär att den uppfyller kraven för REI120 enligt Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004 tabell 5.10. Det betyder att plattan inte behöver några åtgärder för att uppnå kravet R90 såvida balkarna också uppfyller kravet. Balkarna klassas till REI 60 enligt Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004 tabell 5.10.

En lösning med Isover produkten ORDEXAL B med en tjocklek på 20 millimeter skulle enligt figur 4 skulle höja balkarnas brandtekniska klass till REI120 i bjälklaget.

Vid uppsättning av Paroc FPS 17 skivor med tjockleken 20 millimeter skulle standard brandklass R120 uppnås för balkarna enligt figur 7. Detta gäller om det täckande

betongskiktet är 25 millimeter. Därmed skulle kravet uppfyllas med 30 minuter brandskydd utöver de krav som ställs.

Vid användandet av brandskyddsfärgen Aithon A90H skulle enligt figur 9 standard brandklassen på balkarna kunna ökas från R60 till R90 genom att spruta på färg med densiteten 1000 g/m^2 och tjockleken 0.5 millimeter. Detta skulle motsvara en ekvivalent tjocklek på 21.5 millimeter betong. Det skulle innebära att balkarna uppfyller kraven för standard brandklassen R90 enligt tabell 5.10 i Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004.

5.1.5

Bjälklag med fritt upplagd platta

Vid installation av Isovers system ORDEXAL B med 20 millimeter tjocka stenullsskivor skulle samtliga balkar, både kontinuerliga och fritt upplagda uppnå standard brandklassen R120 enligt figur 5.

Vid målning av balkarna med brandskyddsfärgen Aithon A90H skulle det krävas en densitet på 2092 g/m^2 och 1,05 millimeter tjockt lager av färgen för att de fritt upplagda balkarna ska uppnå kravet för standard brandklassen R120. Detta för att uppfylla kraven enligt tabell 5.5 i Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004. Denna påmålning motsvarar en ekvivalent

betongtjocklek på 34.7 millimeter enligt figur 8. Vid målning med Aithon A90H på de kontinuerligt upplagda balkarna skulle densiteten 1500 g/m^2 och tjockleken 0.75

millimeter krävas för att uppfylla kraven för standard brandmotståndet R120. Detta för att uppfylla kraven enligt tabell 5.6 i Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004. Denna påmålning skulle motsvara 27.1 millimeter ekvivalent betongtjocklek enligt figur 9.

Vid uppsättning av Paroc FPS 17 stenullsskivor med tjockleken 20 millimeter skulle samtliga balkar, både kontinuerliga och fritt upplagda uppnå standardbrandklassen R120 enligt figur 7. Detta gäller för balkar med ett minsta täckande betongskikt på 25 millimeter.

Vid uppsättning av Paroc FPS 17 med 20 millimeter tjocka stenullsskivor skulle plattan i bjälklaget uppnå ett standard brandmotstånd på R240 enligt figur 8. Detta gäller för plattor med ett minsta täckande betongskikt på 25 millimeter.

Vid målning av plattan med brandskyddsfärgen Aithon A90H skulle det krävas densiteten 500 g/m^2 och 0.25 millimeter tjockt lager av färgen för att plattan ska uppnå kravet för standard brandklassen R90. Detta för att uppfylla kraven enligt tabell 5.8 i Eurokod SS-EN 1992-1-2:2004. Denna påmålning motsvarar en ekvivalent betongtjocklek på 12.5 millimeter enligt figur 10.

5.1.6

Sprinkleranläggning

Vid installation av en sprinkleranläggning skulle det innebära att väggar, bjälklag samt kontinuerligt upplagda balkar inte skulle behöva någon åtgärd för att uppnå dagens krav på brandteknisk klass. Sprinkleranläggningen skulle behöva kompletteras med ytterligare åtgärder för att uppnå kraven på brandteknisk klass för samtliga pelare och fritt upplagda balkar. Den brandtekniska klassen skulle uppgraderas med en bärighet på 30 minuter för samtliga bärverk i betongstommen enligt EKS 11 (BFS 2019:1).

Tabell 13. Nya brandtekniska klasser baserat på EKS 11. BFS 2019:1 Byggnadsdel Nuvarande brandteknisk

klass Ny brandteknisk klass

Fasadpelare R30 R60

Innerpelare R30 R60

Kontinuerliga balkar R90 R120

Fritt upplagda balkar R60 R90

Väggar R60 R90

5.2

Teknisk jämförelse identifierade lösningar

En stor skillnad mellan brandskyddsmålning, kringgjutning och lösningar med stenullskivor är att brandskyddsfärgen inte tar lika stor plats som stenullskivorna eller kringgjutningen. Stenullsskivorna från både Paroc och Isover är 20 millimeter tjocka och den minsta kringjutning som skulle behövas göras är 20 millimeter. I jämförelse med att det tjockaste lager av färg som enbart är 1.05 millimeter.

Tabell 14. Teknisk jämförelse identifierade lösningar

Kringgjutning Aithon A90H Paroc FPS 17 Isover ORDEXAL B Minsta tjocklek 20 millimeter 0.25 millimeter 20 millimeter 20 millimeter Största tjocklek 100 millimeter 1.05 millimeter 20 millimeter 20 millimeter Testad enligt europeisk standard - SS EN 13381-3:2015 SS EN 13381-3:2015 SS EN 13381-3: 2015 Installations

metod Gjutning Sprutmålning Uppsättning med fästanordningar Uppsättning med bruk Vikt 2500 kg/m^3 500-2092

g/m^2 170 kg/m^3 190 kg/m^3 Tabell 15. Brandmotstånd för identifierade lösningar

Kringgjutning Aithon A90H Paroc FPS 17 Isover ORDEXAL B Fasadpelare R-värde R120 - R120 - Balkar R-värde - R120 R120 R120 Ribbjälklag R-värde - R90 R120 REI120 Vägg R-värde - R90 R240 R180 Innerpelare

R-värde R120 R120 R120 R120 för typ 1 R180 för typ 2 Platta

6

DISKUSSION

I detta kapitel vägs resultatet från de brandtekniska lösningarna samman med

intervjusvararens tankar och åsikter som sedan diskuteras. Sedan redovisas ett förslag på vilka av lösningarna som kan vara bäst lämpade att använda till Falu lasarett hus 08. Dessa är baserade på tekniska aspekter som utrymme samt hur produkterna är testade. Utöver det sker även en metoddiskussion där viktiga källor till arbetet diskuteras.

6.1

Aspekter som påverkar valet av brandtekniska lösningar

Vid förslag på åtgärder för att höja bärigheten vid brand finns det flera olika lösningar. Dessa lösningar kan påverkas av tekniska aspekter som brist på utrymme och att produkterna är testade och håller europeisk standard. I intervjun med Mikael Försth nämner han att det kan vara viktigt att tänka på hur mycket utrymme det finns för en brandteknisk lösning i en verksamhet. Vidare nämner han som ett exempel att en sprinkleranläggning har en fördel då den inte behöver påverka verksamheten utrymmesmässigt. Brandkonsulter brukar poängtera att det negativa med sprinkler, förutom installations- och underhållskostnader är

tillförlitligheten. En lösning som kan ställas i jämförelse gällande utrymme är kringgjutning av befintlig betongpelare som kräver betydligt mer plats än lösningar som sprinkler,

användning av isolering samt brandskyddsmålning. Användning av kringgjutning av betong har dock andra fördelar menar Försth. Kringgjutningen blir en fast del av den nya strukturen som gör att framtida underhåll kommer att bli betydligt mindre. Anders Lindén som är teknikchef på Kadesjös påpekar att kringgjutning är en effektiv metod för att höja

betongpelarens bärighet vid brand. Han menar dock att om syftet enbart är att öka pelarens bärighet vid brand, är armering av den nya betongen överflödigt och att det skulle räcka att använda hönsnät för att få den nya betongen att fästa till pelaren.

Vid implementering av de olika lösningarna kan olika brandskydd uppnås beroende på vilken produkt som väljs. För innerväggarna i hus 08 ger brandskyddsfärgen Aithon A90H

brandmotståndet R90, Parocs stenullsskiva R240 och Isovers stenullsskiva R180. För innerpelarna i hus 08 ger Aithon A90H och Parocs stenullsskiva brandmotståndet R120, medan Isovers produkt ger brandmotståndet R120 för pelare typ 1 och R180 för pelare typ 2. Vilket betyder i stenullsskivornas fall att det blir olika brandmotstånd för samma

byggnadsdel och samma tjocklek på plattorna.

Stenullsskivorna ger ett högre brandmotstånd än brandskyddsfärgen för de bärande innerväggarna i hus 08. Försth påpekar att stenullsplattor fungerar att använda som

brandskydd till en betongstomme, men att det är viktigt att ha i åtanke att använda ytskikt i någon form, främst ur ett estetiskt syfte för väggar och synliga pelare. Det betyder att det högre brandmotståndet implementeringen av stenullskivorna medför, måste vägas mot det extra arbete de estetiska åtgärder som uppsättning av gipsskivor och målning innebär. Implementeringen av gipsskivor för att öka en betongkonstruktions bärighet vid brand har varit svårt att verifiera, då inga gipsprodukter som är brandtestade enligt europeisk standard

det troligen är direkt applicerbart att använda för en trästomme där en gipsskiva ger R30 borde det även fungera på betong. Vidare påpekar Försth att den metoden inte är helt pålitlig, då gipsskivorna inte blivit brandtestade med betongen.

Brandskyddsmålningen har fördelen att vid implementering tar färgen liten plats jämfört med de andra lösningarna. Dessutom är arbetet att sprutmåla byggnadsdelarna en enklare åtgärd jämfört med till exempel kringgjutningen. Dock finns det nackdelar med

brandskyddsmålningen enligt Försth då den kostar en massa pengar och att det därav är viktigt att använda certifierade produkter som är testade. Annars finns det en risk att färgen lossnar när det sväller och då försvinner den delen i brandskyddet. Vidare menar Försth att det lyfts fram diskussioner om problemet att brandskyddsmålningen kan målas över när nya åtgärder för brandskyddet ska utföras. Det blir då svårt att ha koll på hur mycket den

skyddar. Innerväggar är inte den mest optimala byggnadsdelen att använda brandskyddsfärg på menar Försth. Eftersom ytskiktet på en innervägg är lätt att komma åt finns det en risk för att brandskyddsfärgen slits ut.

6.2

Förslag på brandtekniska lösningar

Användning av stålmantel kring betongpelare är en stomförstärkningsåtgärd och skulle inte rekommenderas i de fall fokus ligger på att höja bärigheten vid brand. Försth påpekar detta i intervjun och säger att stålet har dåliga brandegenskaper och att brandskyddsmålning inte skulle kunna tillämpas till denna metod.

Sprinkler anses som en första föreslagen åtgärd, då det ej behövs göras några andra åtgärder för bjälklag, väggar och kontinuerliga balkar för att uppfylla kraven på bärighet vid brand. Det innebär mindre arbete för att höja R-värdet på de andra byggnadsdelarna samt att det sparar utrymme. Sprinkleranläggningen skulle kunna kompletteras med

brandskyddsmålning för övriga byggnadsdelar utom fasadpelarna som skulle behöva antingen stenullsskivor från Paroc eller kringgjutning för att uppfylla kraven i EKS 11. Vid brist på plats är brandfärgen en praktisk lösning för samtliga bärverk bortsett från fasadpelarna. Om det ej råder platsbrist har stenullskivorna ett övertag då de ger ett större brandmotstånd för balkar och väggar. I fallet med pelare har kringjutning ett övertag enligt Försth då i tillägg till det förbättrade brandmotståndet, blir ändringen en fast del av den nya strukturen som inte kommer att kräva underhåll och där det inte finns någon risk att

materialet av någon anledning på grund av okunskap tas bort i framtiden. Dock tar lösningen med kringgjutning stor plats, särskilt för fasadpelarna på grund av deras små tvärsnitt. Stenullsskivorna är en kompromiss då de tar mindre plats än kringjutningen men blir inte en fast del av konstruktionen.