Brandbelastning i träbyggnader : Jämförande beräkning och kartläggning om hur branschen hanterar permanet brandbelastning

BRANDBELASTING I TRÄBYGGNADER

Jämförande beräkning och kartläggning om hur branschen hanterar permanet

brandbelastning

KAJSA ERIKSSON

JENNY LÖFGREN

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik Kurs: Examensarbete Byggnadsteknik Kurskod: BTA205

Ämne: Byggnadsteknik Högskolepoäng: 15 hp

Program: Högskoleingenjörsprogrammet i byggnadsteknik

Handledare: Patrik Nedar Examinator: Bozena Guziana Datum: 2020-06-14

E-post:

Ken16007@student.mdh.se Jln17026@student.mdh.se

ABSTRACT

Wood is a renewable material, it is strong in relation to its weight, climate smart but also combustible. Owing to its many advantages and the easy access in Sweden, wood is motivated as a topical building material. However, the aspects related to the combustible nature need to be considered in the design of buildings with a wooden frame. Whether and in such cases how to take into account the increased permanent fire load is a problem of which there are shared opinions. Today's regulatory framework is unclear in some aspects in its formulation and thus leaves room for interpretation. The purpose of this work is to investigate the reasonableness of tabulated data for permanent fire load and the sharp boundary between a BR1 building and a BR0 building but also by surveying how the industry handles the issue. In order to assess the reasonableness for the tabulated data, the method has been calculations with two different methods; one that follows BBR's guidelines (method 1) and another where calculations of the charring depth (method 2) have been performed, as well as a survey and a literature study. The result from the calculations in method 1 shows that in order for the level of the total fire load not to exceed the standard value for a residence of 800 MJ/m2_{, a}

low coefficient is required, and thus in principle all wood is assumed to be protected.

According to the calculations in method two, it is possible to read out how the permanent fire load is affected by different protective linings and carbonation rates. The survey shows that the most common way to dimension fire protection is through simplified sizing, which entails that one does not have to consider whether the permanent fire load increases due to a

combustible frame. There are divided opinions about whether Boverket's rules are enough to achieve adequate protection and how to handle it. The literature study shows that for the timber frame to be counted as fully protected it needs to be three layers of fire gypsum board in the ceiling and that two layers on the walls. Several conclusions can be drawn; the calculations indicate that a permanent fire load of 200 MJ/m2 _{(2013:11) is unreasonable in a}

wooden frame building also that if the permanent fire load is considered it becomes costly both economically and in terms of space. Even that Boverket's rules need to be clarified and adapted further against tall wood buildings and that fire projectors work differently and the experience of working with tall wood buildings differs greatly.

Keywords: Fire load, Permanent fire load, charing, tall wood building, Boverket, fire, delamintion, combustible structure

Källa: Eriksson, Kajsa & Löfgren, Jenny (2020) Brandbelastning i träbyggnader. Jämförande

beräkning och kartläggning om hur branschen hanterar permanet brandbelastning

FÖRORD

Det här examensarbetet omfattar 15 hp och utgör det sista examinerade momentet på

högskoleingenjörsprogrammet i byggnadsteknik (180 hp), på Mälardalens Högskola. Med ett intresse för brand och i kontakt med Sweco som initierade ett potentiellt ämne valdes ämnet för examensarbetet att studera brandbelastning i byggnader av trä. Arbetet har därefter inte skrivits med någon anknytning till ett specifikt företag. Däremot vill vi rikta ett personligt tack till Samuel Lundin som ställt upp som bollplank för oss.

Vi vill tacka alla personer som inspirerat oss och med glädje ställt upp på intervjuer, samtal och på annat sätt bidragit till resultatet av vårt arbete. Lika så vill vi tacka lärare knutna till MDH för allt stöd vi fått.

Arbete har skrivits gemensamt och har stundtals varit slitsamt och genererat både skratt och gråt. Det har varit ett lärorikt och inspirerande ämne som har lett till mycket nya kunskaper. Under tiden för arbetet har det varit speciella omständigheter med Covid-19 pandemi och alla dess restriktioner, dock har det i många hänseenden effektiviserat arbetet då acceptansen för intervjuer och möten via en webbplattform troligen ökat.

Västerås, juni 2020

SAMMANFATTNING

Trä är förnyelsebart, starkt i förhållande till sin vikt, klimatsmart men även brännbart. Det är på grund av sina många fördelar och den stora tillgången vi har i Sverige idag högaktuellt att bygga i trä. Dock är aspekten att trä är brännbart viktig att ta hänsyn till vid dimensionering av brandskyddet i byggnader med stomme av trä. Om och i sådana fall hur hänsyn till den ökade permanenta brandbelastningen skall tas är ett problem som det råder delade meningar om. Dagen regelverk är på en del punkter otydligt i sin formulering och därmed ges utrymme för tolkning. Syftet med arbetet är att undersöka rimligheten i tabellvärden för

brandbelastning samt den skarpa gränsen mellan en BR1 byggnad och en BR0 byggnad men även att genom kartläggning undersöka hur branschen hanterar frågan. För att bedöma rimligheten för tabellvärdena har metoden bestått av beräkningar med två olika metoder; en som följer BBR: riktlinjer (metod 1) och en annan där beräkningar av förkolningsdjupet (metod 2) utförts, samt en kartläggning och en litteraturstudie.

Resultatet från beräkningsmetod 1-enligt BBRBE visar att för att nivån på den totala

brandbelastningen skall hamna under standardvärdet för en bostad på 800 MJ/m2 _(2013:11)

krävs en låg kombinationskoefficient och således att i princip allt trä förutsetts vara skyddat. I beräkningsmetod 2 påvisas hur den permanenta brandbelastningen påverkas av olika skyddsbeklädnader och förkolningshastigheter. Kartläggningen visar att det vanligaste sättet att dimensionera brandskyddet är genom förenklad dimensionering, vilket innebär att en ökad permanent brandbelastning orsakat av en brännbar stomme inte behöver beaktas. Det råder delade meningar om Boverkets regler är tillräckliga för att uppnå ett fullgott skydd och hur brandskyddet med hänsyn till brandbelastning skall hantera det. Litteraturstudien visar att en stomme av trä behöver tre lager brandgips i taket och två lager på väggarna för att kunna anses som helt skyddad.

I diskussionen lyfts det fram att det råder enighet i branschen om att dagen regler inte är anpassade efter att vi tillåts bygga stommen i höga bostadshus av trä, vilket även Boverket indirekt medger då de säger att de är medvetna om problematiken. Det råder dock delade meningar om hur en brandprojektör skall hantera frågan och det skiljer sig från att föreslå sprinkler som extra skydd till att dimensionera enligt Boverkets allmänna råd. Att tillåta ett tabellvärde som baserats på ett osäkert statistiskt underlag i förhållande till hur vi bygger byggnader idag är inte rimligt. Inte heller det stora hoppet i branddimensionering mellan ett flerbostadshus på 15 våningar och ett flerbostadshus med 16 våningar, om inte

dimensioneringen utgår från standardvärdet 200 MJ/m2 _{(2013:11) för den permanenta}

brandbelastningen i den analytiska dimensioneringen, känns rimlig. Att det vidare är tillåtet att ansätta ett standardvärde på 200 MJ/m2 _{(2013:11) för permanent brandbelastning i en}

byggnad med brännbar stomme där den verkliga belastningen kan vara uppemot flera tusen MJ/m2 _{känns inte helt rimligt och visar på att regelverket i vissa punkter bör omarbetas. Hur}

kombinationskoefficienterna för skyddad resp. oskyddad brandenergi ska ansättas är en punkt som lämnar stort spelrum till den enskilda brandprojektören. De studier som refereras till i det här arbetet har olika synsätt, och fler än så kan finnas. En annan aspekt som lyfts fram är att osäkerheten kring beräkningar av KL-träelement är stor då dagens metod i BBR inte tar hänsyn till att KL-träet delaminerar vid värmepåverkan.

Flera slutsatser kan dras; beräkningarna tyder på att en permanent brandbelastning på 200 MJ/m2 _{(2013:11) är orimlig i en byggnad med trästomme och att Boverkets regler behöver}

förtydligas och anpassas ytterligare mot höga byggnader i trä. Att ta hänsyn till den verkliga permanenta brandbrandbelastningen blir kostsamt ur både ekonomiska-och

utrymningsmässiga perspektiv, samt att brandprojektörer arbetar olika och erfarenheterna av att arbeta med höga byggnader i trä skiljer sig stort.

Nyckelord: Brandbelastning, Permanent brandbelastning, förkolningshastighet, flervåningshus i trä, brand, Boverket, delaminering, brännbar stomme

Källa: Eriksson, Kajsa & Löfgren, Jenny (2020) Brandbelastning i träbyggnader. Jämförande

beräkning och kartläggning om hur branschen hanterar permanent brandbelastning

INNEHÅLL

2.1 Litteraturstudie och samtal med forskare ... 4

2.2 Beräkningar ... 4 2.3 Kartläggning ... 5 3 ÄMNESMÄSSIG REFERENSRAM ... 6 3.1 Trä som material ... 6 3.1.1 KL-trä... 6 3.2 Branddimensionering... 7 3.2.1 Lagställande krav ... 7

3.2.2 Indelning av byggnader i klasser vid dimensionering av brandskydd... 7

3.2.2.1. Verksamhetsklasser... 7

3.2.2.2. Byggnadsklasser... 9

3.2.2.3. Brandsäkerhetsklasser ... 9

3.2.3 Förenklad och analytisk dimensionering ... 11

3.2.4 Brandbelastning ... 12

3.2.4.1. Boverket och brandbelastning ... 13

3.2.4.2. Förkolningsmetoden ... 14

3.2.4.3. Brandmotstånd... 15

3.3.1 Fullskaleförsök med rum uppbyggda av KL-trä... 15

4 AKTUELL STUDIE ... 19

4.1 Beskrivning av beräkningsobjekt ... 19

4.1.1 Antaganden ... 20

4.2 Beräkningar ... 21

4.2.1 Brandbelastningsekvation... 21

4.2.2 Beräkningsmetod 1 – Enligt BBRBE ... 21

4.2.3 Beräkningsmetod 2 – Enligt förkolningsmetoden... 22

4.2.3.1. Beräkning av stomme med betong ... 22

4.2.3.2. Beräkning av stomme med KL-trä ... 22

5 RESULTAT ... 24

5.2 Kartläggning ... 24

5.2.1 Erfarenhetsnivå och val av dimensioneringsmetod ... 25

5.2.2 Utmaningar och eventuella svårigheter ... 26

5.2.3 Skyddad respektive oskyddad brandenergi ... 26

5.2.4 Permanent brandbelastning... 26

5.2.5 Tankar kring att BBR är materialneutralt ... 28

5.2.6 Samsyn inom branschen gällande hur brandskydd i träbyggnader ska dimensioneras ... 29

5.2.7 Övriga kommentarer från respondenterna ... 29

5.3 Beräkningsmetod 1 – Enligt BBRBE ... 30

5.4 Beräkningsmetod 2 – Enligt förkolningsmetoden ... 31

5.5 Sammanställning beräkningsmetod 1 och 2 ... 31

6 DISKUSSION... 32 6.1 Resultat ... 32 6.1.1 Dimensionering ... 32 6.1.2 Brandenergi... 33 6.1.3 Tabellvärden på brandbelastning ... 33 6.1.4 Skillnad i bärighetskrav ... 35 6.1.5 Övrig diskussion... 35 6.2 Metod ... 36 6.2.1 Kartläggning ... 36 6.2.2 Litteraturstudie ... 36 6.2.3 Beräkningar ... 37 7 SLUTSATSER ... 38

8 REKOMMENDATIONER TILL BRANSCHEN ... 39

9 REKOMMENDATIONER TILL BRANSCHEN ...FEL! BOKMÄRKET ÄR INTE DEFINIERAT. REFERENSER ... 41

BILAGA 1: INTERVJUFRÅGOR ... 1

BILAGA 2: BYGGELEMENT GRUNDUTFÖRANDE... 2

BILAGA 3: BYGGELEMENT MED BRANDGIPS ... 3

BILAGA 4: BYGGELEMENT EXPONERAT TRÄ ... 4

BILAGA 5: BERÄKNINGSMETOD 1... 5

BILAGA 6: BERÄKNINGSMETOD 2, KL-TRÄ MED GIPS ... 6

BILAGA 7:BERÄKNINGSMETOD 2, KL-TRÄ MED BRANDGIPS... 7

BILAGA 8: BERÄKNINGSMETOD 2, EXPONERAT TRÄVÄGG ... 8

BILAGA 9: BERÄKNINGSMETOD 2, ENDAST FÖRKOLNINGSHASTIGHET 2*0,65 MM/MIN... 9

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1 Principen för förkolning av trä...14

Figur 2 Standardbrandkurva. ... 15

Figur 3 Planlösning från Folkhem. ... 20

Figur 4 Temperaturkurva från test med tre skivor brandgips. ... 24

Figur 5 Respondenternas erfarenhetsnivå med byggnationer av trä. ... 25

Figur 6 Respondenternas tankar om permanent brandbelastning. . ... 28

Figur 7 Respondenternas tankar om ett materialneutralt regelverk. ... 29

Figur 8. Standardbrandkurvan ISO 834 i jämförelse med brandtemperaturkurva från delgivet fullskaleförsök. ... 34

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 2 Byggnadsklasser ... 9

Tabell 3 Brandsäkerhetsklasser enligt EKS 11 ...10

Tabell 4 Krav för bärförmåga i relation till brandbelastning... 11

Tabell 5 Resultat av beräknad permanent brandbelastning enligt beräkningsmetod 1 ... 30

FÖRKORTNINGAR

Förkortning Beskrivning

BBR Boverkets byggregler

BBRBE Boverkets allmänna råd om brandbelastning

BBRAD Boverkets allmänna råd om analytisk dimensionering EKS Boverkets föreskrifter och allmänna råd (2011:10) om

tillämpning av europeiska konstruktionsstandarder (eurokoder)

KL-trä Korslaminerat trä

PBL Plan- och bygglagen

PBF Plan- och byggförordningen

E Isolerande förmåga

I Integritet – Avskiljande förmåga

DEFINITIONER

Definition Beskrivning Branbelastning

[MJ/(m2 _golvarea)]

”Med brandbelastning avses brandenergi per golvarea inom ett visst utrymme. Brandbelastning bestäms för den totala mängd energi som kan förbrännas vid ett fullständigt brandförlopp i förhållande till golvarean för aktuellt utrymme. Utrymmet motsvaras normalt av en brandcell.” (BFS 2013:11)

Permanent brandbelastning [MJ/(m2 _golvarea)]

”Brännbara byggnadsdelar som inte visar någon, eller endast försumbar variation av mängden material och dess förbränningsbeteende under byggnadens ekonomiskt rimliga livslängd.” (BFS 2013:11)

Variabel

brandbelastning [MJ/(m2 _golvarea)]

”Brännbart material, som till mängd och förbränningsbeteende, kan variera under byggnadens ekonomiskt rimliga livslängd.” (BFS 2013:11)

Brandenergi [MJ]

”Potentiell utvecklad värmeenergi under ett fullständigt brandförlopp inom ett definierat område.”

(BFS 2013:11) Oskyddad

brandenergi [MJ]

”Oskyddad brandenergi betecknas som brännbara material som inte är skyddade av obrännbara beklädnader, ytskikt, inneslutningar eller genom särskilda lagringsförhållanden (låg temperatur eller hög luftfuktighet).”

(BFS 2013:11) Skyddad

brandenergi [MJ]

”Brännbara material som är skyddade mot brand-exponering, dvs. att sannolikheten för involvering i ett fullständigt brandförlopp är låg.”

(BFS 2013:11)

Hygroskopiskt Ett materials fuktbuffrande förmåga Pyrolysera När fasta material avger brännbara gaser Termoelement Temperaturgivare med två metalltrådar

1

INLEDNING

I dagens strävan efter ett mer klimatvänligt samhälle är trä ett byggnadsmaterial på frammarsch. Trä har många positiva aspekter gällande både klimatpåverkan och som konstruktionsmaterial. Det här examensarbetet lyfter frågan kring om dagens regelverk är anpassat efter att allt högre byggnader byggs med det brännbara materialet trä som beter sig annorlunda i relation till byggnadsmaterialen stål och betong.

1.1

Bakgrund

Trä är ett flexibelt och förnybart byggmaterial med många fördelar. En är den positiva effekten det har på klimatpåverkan genom att vara ett klimatneutralt alternativ till

byggsektorn (Svenskt trä 2017), som totalt bidrar med 21% av koldioxidutsläppen i Sverige (Boverket 2019). En annan fördel är att byggtiden oftast blir kortare vid byggnation i trä, vilket resulterar i både tids- och ekonomiska besparingar. Även sett till arbetsmiljön på byggarbetsplatser kan trä som material bidra till en bättre arbetsmiljö med mindre buller och byggdamm (Svenskt trä, u.d).

Trä har i många år varit förbjudet att använda som stomme i hus högre än två våningar. Detta på grund av alla de omfattande bränder som härjade i Sverige på 1800-talet. Lagen ändrades dock år 1994 och de gamla detaljkraven byttes ut till funktionskrav, vilket

möjliggjorde för användande av trä i stommen för högre konstruktioner (Hansson & Herven, 2011).

Alla byggnader ska under projekteringsprocessen dimensioners mot brand. En del av arbetet med branddimensionering går ut på att beräkna byggnadens brandbelastning.

Brandbelastning är den mängd brandenergi per golvarea inom ett visst utrymme, och där brandenergi avser den värmeenergi ett fullständigt brandförlopp kan generera. Regler kring det finns i Boverkets allmänna råd (2013:11) om brandbelastning, BBRBE. Regelverket är materialneutralt men trä är avvikande då det är brännbart vilket bidrar till en ökad brandbelastning jämfört med stål och betong. Regler om hur dimensioneringen av

brandskydd och brandbelastning i höga träbyggnationer upplevs inte tydliga vilket medför en risk att projektörer i branschen tolkar och applicerar dem olika.

Brandskydd kan dimensioneras antingen genom förenklad eller analytisk dimensionering och lagen tillåter förenklad dimensionering i flerbostadsbyggnader upp till 16-våningar oavsett vilket material stommen är byggd av (BFS 2011:6). Det innebär att eventuellt tillskott till brandbelastningen från stommen kan bortses ifrån helt, vilket är en aspekt som behandlas i detta examensarbete.

Boverket har tagit fram flera schablonvärden för brandbelastning, bland annat ett på total brandbelastning på 800 MJ/m2 _{(2013:11) för bostäder samt ett på 200 MJ/m}2 _{för permanent}

brandbelastning (2013:11). Det finns en risk att dessa värden inte är anpassade efter hur Sverige bygger idag och skall därför undersökas i det här arbetet. På grund av dessa

osäkerheter är det även intressant att se hur personen i branschen hanterar frågan, vilket undersöks med en kartläggning.

Bernander & Linde (2018) har försökt att tydliggöra hur dimensionering av

takkonstruktioner av trä skall utföras med avseende på brand samt hur brandmotståndet kan förbättras. Deras slutsats landade i att gips, trämaterial och isolering fungerar som skydd för konstruktionen. De föreslog vidare att studier om hur föreskrifterna efterföljs då det ofta krävs en subjektiv bedömning för att dimensionera brandskyddet.

Persson (2014) undersöktes hur väggar med olika beklädnad, tex brandgips och vanligt skivmaterial, brandklassas. Syftet var att utvärdera olika konstruktioner och få en överblick av gällande normer och byggregler som gäller vid byggnation med stomme i trä. Persson (2014) landade i att vid kombination av skivmaterial ska det material med bäst

formstabilitet, oftast brandgips, sättas ytterst och på så sätt skyddas konstruktionen en längre tid. Vidare framhölls att stenull skyddar väsentligt mycket bättre än glasull.

Med bakgrund av tidigare studier och regelskiftet att tillåtas bygga höga hus av trä är det av intresse att undersöka om Boverkets regler och branschen har anpassats efter konstruktioner med brännbar stomme.

1.2

Syfte

Syftet med det här examensarbete är att kartlägga hur projektörer i branschen hanterar den ökade permanent brandbelastning som uppkommer i byggnader med trä som stommaterial. Syftet är också att undersöka om det är rimligt att använda förenklad branddimensionering med avseende på den permanenta brandbelastningen i byggnader upp till 16 våningar med brännbar konstruktion och om den generella brandbelastningen på 200 MJ/m2 _{(2013:11) är}

realistisk att ansätta i träbyggnader. Vidare är syftet att belysa svårigheterna med att avgöra vad som kan räknas till skyddad och oskyddad brandenergi och hur det påverkar

brandbelastningen.

1.3

Frågeställningar

• Hurgör brandprojektörer som arbetar inom branschen idag? • Hur rimligt är BBR:s värde 1,0 för oskyddad brandenergi?

• Hur förhåller sig den permanenta brandbelastningen i väggar av KL-trä mot

tabellvärdet 200 MJ/m2 _{enligt Boverkets allmänna råd (2013:11) om brandbelastning,}

BBRBE?

• Hur förhåller sig den totala brandbelastningen i en brandcell byggd med

KL-träelement mot tabellvärdet 800 MJ/m2 _{enligt Boverkets allmänna råd (2013:11) om}

1.4

Avgränsning

Det här examensarbetet avgränsas till att behandla den problematik som en byggnad med trästomme genererar genom en förhöjd brandbelastning i avseende på tiden som byggnadens förväntas upprätt hålla sin bärförmåga och vidare behandla rimligheten av de metoder och standardvärden som används i dagsläget. Huruvida en förhöjd brandbelastning påverkar brandspridningen kommer inte behandlas i det här examensarbetet. Arbetet kommer att i fråga om brännbar stomme endast avhandla stomme med KL-trä.

Det här examensarbetet kommer endast att diskutera Br0-byggnader utifrån aspekten att de används som bostadshus eller kontorsbyggnader.

2

METOD

Examensarbetet bygger på en litteraturstudie, beräkningar av permanent brandbelastning och en kartläggning av hur brandkonsulter dimensionerar brandskydd i byggnader av trä.

2.1

Litteraturstudie och samtal med forskare

Litteraturstudien som presenteras i den ämnesmässiga referensramen baseras på fakta från Boverkets byggregler och författningssamlingar, vetenskapliga rapporter utförda av institut som Research Institutens of Sweden, RISE och National Fire Protection Association, NFPA. Samtal med forskare specialiserade på brand inom träbyggnationer i Sverige har lett till mycket fakta genom personlig kommunikation samt förslag på relevant litteratur och rapporter.

Sökord som har använts är: permanent brandbelastning, flervåningshus, delaminering, combustible constructions, delamination, masstimber construction, exposed wood, förkolningshastighet, tall wood buildings.

2.2

Beräkningar

För att påvisa hur materialet i stommen påverkar den permanenta brandbelastningen har beräkningar utförts av en fiktiv brandcell.

Brandcellen som legat till grund för beräkningarna är en lägenhet i ett flerbostadshus, med en planlösning på tre rum och kök på 73 m2 _{belägen på tionde våningsplanet. Två olika}

stommar har antagits; en av betong och en av KL-trä. I beräkningarna har brandskyddet utformats med skivmaterialet gips respektive brandgips i varierande mängd. Beräkningarna har utförts med två olika metoder. Beräkningsmetod 1 som innebär att utgångspunkten är att beräkna brandbelastningen och sedan applicerat kombinationskoefficienterna Ψqi och Ψpi för

skyddad och oskyddad brandenergi på olika sätt. I Beräkningsmetod 2 är utgångspunkten hur mycket som hinner förkolna på den tid som byggnaden har krav på bärighet och sedan beräkna brandbelastningen utifrån den framtagna massan. I beräkningsmetod 2 har mängden tillgänglig brandenergi varierats genom att variera mängden gips eller brandgips samt låtit en del väggar vara exponerade. En beräkning är även utförd med konstant hög förkolning.

Beräkningsresultatens relevans diskuteras med avseende på sannolik temperatur i en eventuell brand med bakgrund av temperaturer från fullskaleförsök i jämförelse med temperaturen på standardbrandkurvan.

2.3

Kartläggning

Till underlag för kartläggningen om hur brandbelastning hanteras i praktiken har kvalitativ metod med semi-strukturerade intervjuer genomförts. Intervjuerna har utgått från ett förbestämt antal huvudfrågor som ställts till samtliga respondenter, där eventuella följdfrågor har anpassats efter de enskilda respondenternas specifika svar. Svaren från intervjuerna presenteras anonymt i en sammanställning och intervjufrågorna redovisas i bilaga 1.

Sexton företag som arbetar inom brand-och riskhantering kontaktades via mail med en första förfrågan om en vidare intervju. Fjorton av de utvalda företagen är anslutna till Sveriges Brandkonsultsförening (BRA) och de övriga två företagen som valdes är stora företag som tillika arbetar inom området brand-och risk dock ej anslutna till BRA. Av de sexton tillfrågade företagen återkopplade elva och tackade ja till att medverka i kartläggningen.

3

ÄMNESMÄSSIG REFERENSRAM

Den ämnesmässiga referensramen behandlar grundläggande bakgrundsteori för att skapa förståelse för hur en byggnads brandskydd dimensioneras. Den innehåller en summering av dagens gällande lagar, regler och krav, träets materialegenskaper samt presenterar

forskningsresultat från utförda försök av brand med KL-trä som stommaterial.

3.1

Trä som material

Trä är ett det enda förnyelsebara byggnadsmaterialet och har många fördelar. Det är hygroskopiskt, har hög bärförmåga i förhållande till sin vikt och är i homogent utförande förutsägbart vid händelse av brand (Svenskt trä, 2016).

Däremot är trä ett brännbart material som bidrar med bränsle till en brand när det pyrolyseras, vilket sker vid temperaturer mellan 200–350 °C. Trä självantänder vid en temperatur runt 500 °C men kan antända redan vid yttemperaturer på 300 °C vid påverkan av en yttre tändkälla (Östman et al., 2020). Su et al. (2018) menar på att vid en temperatur på 300 °C börjar trä att förkolna.

Law & Hadden (2020) ställer sig frågande till att trä är tillåtet som konstruktionsmaterial och lyfter fyra risker:

1. Trä är brännbart

2. I och med trä är brännbart kan bidra det med bränsle till branden tills en konstruktion brunnit ner.

3. En brands dynamik påverkas av den extra energin som träet bidrar med

4. Spridningsrisken från brandens ursprungskälla ökar i och med den extra energin som träet bidar med.

Däremot har trä egenskapen att förkolna och behålla sin bärighet vid höga temperaturer, som används till dimensionering av en konstruktions bärförmåga vid händelse av brand. De betonar att skydda träet mot temperaturer av högre än 200 °C är av största vikt för att i fortsättningen använda trä som stom-och konstruktionsmaterial (Law & Hadden, 2020). Dock visar flera tester utförda på forskningsinstitut gjorda i Nordamerika på att bränder uppnår temperaturer på närmare 1200 °C (Su et al., 2018, Li et al., 2014).

Vanliga stomsystem är limträ, KL-trä eller en hybrid bestående av en kombination av KL-trä och betong eller stål (Svenskt trä, 2016).

3.1.1

KL-trä

KL-trä är vanligt i byggelement till flervåningshus av trä (Martinsons, u.d., Setra-Group, u.d.). Dessa består av korslagda lameller som under tryck har limmats i flera lager.

Tjockleken på lagren skiljer sig åt och i Europa är vanliga dimensioner enligt tillverkare 20– 40 mm och det varierar vilken tjocklek som placeras i det yttre lagret. I Nordamerika är standardtjockleken på lamellerna 35 mm (Östman, 2019). Mellanrummet mellan lamellerna

kallas spalter, vilka påverkar förkolningshastigheten. Europa har ett krav på en maximal spaltbredd på 6 mm, medan Nordamerika inte specificerat något krav. Det finns flera olika sorters lim och en stor skillnad mellan dem är deras värmetålighet vilket påverkar om delaminering sker vid en eventuell brand (Östman, 2019). Trots detta finns det i Europa inte specificerat vilka egenskaper lim skall ha vid brand, dock är en ny testmetod under

utveckling. I Nordamerika har lim som inte delaminerar utvecklats, dessa är endast

tillgängliga på den nationella marknaden och används ännu inte i Europa (Östman, Brandon & Just, 2018).

3.2

Branddimensionering

3.2.1

Lagställande krav

Vid dimensionering av brandskydd finns åtskilliga regler att förhålla sig till. Det

grundläggande kravet att en byggnad ska bibehålla erforderlig säkerhet vid händelse av brand återfinns i Plan-och bygglagen (PBL) som bryts ner i fem delkrav i Plan-och byggförordningen (PBF) vilka presenteras nedan:

8 § För att uppfylla det krav på säkerhet i händelse av brand som anges i 8 kap. 4 § första stycket 2 plan- och bygglagen (2010:900) ska ett byggnadsverk vara projekterat och utfört på ett sätt som innebär att

1. byggnadsverkets bärförmåga vid brand kan antas bestå under en bestämd tid, 2. utveckling och spridning av brand och rök inom byggnadsverket begränsas, 3. spridning av brand till närliggande byggnadsverk begränsas,

4. personer som befinner sig i byggnadsverket vid brand kan lämna det eller räddas på annat sätt, och

5. hänsyn har tagits till räddningsmanskapets säkerhet vid brand. (SFS 2011:338)

De fem kraven beskrivs och förtydligas sedan mer detaljerat i kapitel 5-Brandskydd i Boverket byggregler, där boverket presenterar allmänna råd för utformningen av

brandskyddet så kraven uppfylls. En del brandskyddskrav hanteras i andra publikationer av Boverket. Kraven för en konstruktions bärförmåga återfinns i Boverkets föreskrifter och allmänna råd (2010:10) om tillämpning av europeiska konstruktionsstandarder (eurokoder), EKS 11 och regler om brandbelastning beskrivs närmare i Boverkets allmänna råd (2013:11) om brandbelastning, BBRBE.

3.2.2

Indelning av byggnader i klasser vid dimensionering av brandskydd

3.2.2.1.

Verksamhetsklasser

Utifrån vilken typ av verksamhet som ska drivas i byggnaden delar BBR in byggnaden i olika verksamhetsklasser, Vk (BFS 2011:26). Verksamhetsklasserna delas upp med avseende på huruvida personerna som vistas i byggnaden förväntas vara vakna eller i sovande tillstånd, i

vilken grad personerna har kännedom om byggnaden och var utrymning kan ske.

Verksamhetsklassen beror även på om personernas utrymning kan ske på egen hand samt ifall det finns en förhöjd risk för uppkomst av brand eller där en brand kan få ett mycket snabbt och omfattande brandförlopp (BFS 2011:26). Det finns sex olika verksamhetsklasser. Skalan sträcker sig från Vk 1 till Vk 6, där konsekvenserna av en eventuell brand kan få störst och allvarligast konsekvenser i Vk 6.

Tabell 1 Verksamhetsklasser baserat på BFS 2011:26

Verksamhetsklass

Beskrivning

Verksamhet

Verksamhetsklass 1 • God lokalkännedom

• Förväntas vara vakna • Kan sätta sig själv i

sä kerhet

• Industrilokaler • Lager

• Kontor

Verksamhetsklass 2 • Förväntas inte ha god

loka lkä nnedom • Kan sätta sig själv i

sä kerhet

• Förväntas vara vakna

• Samlingslokaler

Verksamhetsklass 3 • Förväntas ha en god

loka lkä nnedom • Kan sätta sig själv i

sä kerhet

• Förväntas inte vara vakna

• Bostäder

Verksamhetsklass 4 • Förväntas inte ha god

loka lkä nnedom • Kan sätta sig själv i

sä kerhet

• Förväntas inte vara vakna

• Hotell • Vandrarhem • Andra tillfälliga

boenden

Verksamhetsklass 5 • Begränsad eller ingen

möjlighet a tt sä tta sig sjä lva i sä kerhet

• Vårdmiljöer

Verksamhetsklass 6 • Lokaler där det finns

större risk för bra nd • Där branden sprider sig

sna bbt och omfa ttande • Lokaler med

lä tta ntändligt ma teria l

• Kvarnar • Pappersindustri • Textilindustri • Produktionsindustri inom jordbruk • Lokaler för yrkesmässig bea rbetning a v trä

Verksamhetsklasserna 2, 3 och 5 delas vidare in i fler underkategorier. Verksamhetsklass 2 delas in i A-C beroende på om personantalet är under eller över 150 personer och om alkoholservering väntas ske. Verksamhetsklass 3 delas in i A och B med avseende på

huruvida bostäderna är anpassade som lägenheter och fritidshus eller som vårdhem och hem för ensamkommande flyktingbarn. Verksamhetsklass 5 delas in i A-D med baserat på

behovsnivån av vård och omsorg, så som sjukhus, boenden för personer med särskilda behov och frihetsgraden; exempelvis häkten, fängelser och låsta rehabiliterings- och

omvårdnadsboenden.

3.2.2.2.

Byggnadsklasser

Utifrån vad en byggnad har för skyddsbehov delas byggnader in i fyra olika byggnadsklasser; Br0-Br3 där BR0 har högst skyddsbehov.

Tabell 2 Byggnadsklasser baserat på BFS 2011:26

Byggnadsklass Skyddsbehov

Byggnadstyper som ingår

Br 0 Mycket stort • Byggnader med fler än 16 våningar

• Större samlingslokaler • Större vårdinrättningar • Låsta Institutioner

Br 1 Stort • Byggnader med tre eller fler våningar

• Vissa typer av samlingslokaler • Vissa byggnader med två våningar

Br 2 Må ttligt • Småhus med högst tre våningsplan

Byggnader med två våningsplan:

• som har fler än två lägenheter där bostäder även finns i vindsplanet • med en byggnadsarea på mer än 200m2 _{som inte dela s in i}

bra ndsektioner

• Vissa byggnader med ett våningsplan

Br 3 Litet • Övriga byggnader som inte nä mnts kan utformas i Br3

3.2.2.3.

Brandsäkerhetsklasser

En byggnads konstruktionsdelar delas in, med avseende på risken för personskador vid ett eventuellt haveri, in i tre olika säkerhetsklasser. Dessa säkerhetsklasser presenteras i EKS 11 (BFS 2015:6) och delas in som följer:

a) säkerhetsklass 1 (låg), liten risk för allvarliga personskador,

b) säkerhetsklass 2 (normal), någon risk för allvarliga personskador, eller c) säkerhetsklass 3 (hög), stor risk för allvarliga personskador.

Boverket (2020) ger exempel på hur en byggnads konstruktionsdelar kan delas in. Exempelvis kan en platta på mark klassas med säkerhetsklass 1 då det vid ett brott skulle medföra en låg risk för personskador. Bjälklag och takkonstruktioner med mindre

spännvidder eller icke stabiliserande takåsar eller takplåtar bör klassas med säkerhetsklass 2 då risken för personskador är måttligt vid ett eventuellt brott. Däremot bör pelare och balkar med större spännvidder eller byggnadsdelar med en stabiliserande funktion så som hisschakt eller väggskivor klassas med säkerhetsklass 3 då risken för allvarliga personskador är hög ifall en sådan byggnadsdel skulle kollapsa.

Med avseende på brand klassar EKS 11 (BFS 2015:6) vidare in en byggnads olika

konstruktionsdelar i brandsäkerhetsklasser. Det finns fem olika klasser som baseras på hur en eventuell kollaps, som konsekvens av ett brandförlopp, kan vålla personskador. När brandsäkerhetsklassen bestäms ska ett antal aspekter avvägas. I avvägningen följande tas i beaktning (BFS 2015:6):

a) risken för att personer, såsom utrymmande eller räddningspersonal, vistas i skadeområdet,

b) sekundära effekter som kan uppstå, såsom fortskridande ras till angränsande delar av det bärande systemet och

c) påverkan på funktioner i byggnaden som har väsentlig betydelse för utrymnings- och insatsmöjlig-heter.

Brandsäkerhetsklasserna återfinns i tabell C-2 i EKS 11 och delas in på följande vis (BFS 2019:1):

Tabell 3 Brandsäkerhetsklasser enligt EKS 11 (BFS 2019:1)

Brandsäkerhetsklass Risk för personskada

Brandsäkerhetsklass 1 Mycket liten

Brandsäkerhetsklass 2 Liten

Brandsäkerhetsklass 3 Måttlig

Brandsäkerhetsklass 4 Stor

Brandsäkerhetsklass 5 Mycket stor

Brandsäkerhetsklassen används i kombination med brandbelastningen för att bestämma en byggnadsdels byggnadstekniska klass vilket i sin tur bestämmer kravet på byggnadsdelens bärförmåga, R-kravet, se tabell 4. En högre brandbelastning leder till högre krav R-krav. Kraven i relation till brandbelastningen för Br1-Br0-byggnader utan utökat skyddsbehov återfinns i tabell C-7 EKS11 och presenters nedan:

Tabell 4 Krav för bärförmåga i relation till brandbelastning enligt EKS 11 (BFS 2019:1)

Brandsäkerhetsklass Brandteknisk klass vid brandbelastning f (MJ/m2)

f ≤ 800 MJ/m2 _{f ≤ 1600 MJ/m}2 _{f > 1600 MJ/m}2 Brandsäkerhetsklass 1 - - - Brandsäkerhetsklass 2 R15 R15 R15 Brandsäkerhetsklass 3 R30 (R15*) R30 (R15*) R30 (R15*) Brandsäkerhetsklass 4 R60 R120 (R90*) R180 (R120*) Brandsäkerhetsklass 5 R90 (R60*) R180 (R120*) R240 (R180*)

* ”Vid installation av automatisk vattensprinkleranläggning utförd enligt avsnitt 5:252 och 5:2521 i Boverkets byggregler (BFS 2011:6)”

Kravet för bärförmåga handlar om två viktiga aspekter. Personer som vistas i byggnaden ska hinna utrymma utan att byggnadsdelar börjat kollapsa på grund av påverkan av brand. Det handlar även om att räddningstjänsten ska ha möjlighet att släcka branden utan att riskera sina egna liv. Beroende på byggnadsklass agerar räddningstjänsten olika, vid en brand i en Br3-byggnad är räddningstjänstens huvudsakliga uppgift att rädda liv snarare än egendom (personlig kommunikation, 2020-06-10).

3.2.3

Förenklad och analytisk dimensionering

Brandskyddet för en byggnad kan, enligt Boverket dimensioneras genom två olika metoder. Det ena är genom förenklad dimensionering och den andra är genom analytisk

dimensionering. Att dimensionera brandskyddet genom förenklad dimensionering innebär att byggnadens brandskydd tillgodoses genom att de allmänna råden som ställs i BFS 2011:26 följ och på så vis uppfylls kraven.

En del byggnader är dock allt för komplexa, till exempel en Br0- byggnad eller lång utrymningsväg i annan byggnadsklass, så att enbart följa de allmänna råden är inte tillräckligt för att uppnå tillfredsställande brandskydd (BFS 2011:27). I de fallen utförs brandskyddet istället genom analytisk dimensionering vilket rekommenderas ske i fyra steg: – Identifiering av verifieringsbehovet.

– Verifiering av tillfredsställande brandsäkerhet. – Kontroll av verifiering.

– Dokumentation av brandskyddets utformning.

Specifika regler och en mer detaljerad beskrivning om hur verifieringen verkställs återfinns i Boverkets allmänna råd (BFS 2011:27) om analytisk dimensionering av byggnaders

Att dimensionera genom förenklad dimensionering är juridiskt korrekt gällande majoriteten av samhällets byggnader. Det enda undantaget, där det krävs enligt regelverket att analytisk dimensionering utförs, är byggnader med byggnadsklass Br0. Brandskyddet i en och samma byggnad kan dimensioneras i sin helhet eller en kombination av de båda metoderna (BFS 2011:6)

Eftersom det i en analytisk dimensionering skall göras riskanalyser och verifieringar finns det en risk att resultatet blir individberoende. Rien et al. (2009) gjorde en studie vars syfte var att låta ett antal oberoende team förutse och modellera fram ett brandscenario för att sedan jämföra med en redan utförd brandtest. Alla team fick ta del av testets uppbyggnad och initiala förutsättningar. Utöver den tillhandahållna grunddatan var teamen fria att fastslå egna antaganden. De olika teamen skulle därefter förutspå brandbeteenden och tiden för händelserna, både generella och övergående brandbeteenden som bland annat övertändning, fönsterbrott och utbränning men även temperaturskillnader och röklagrets tillväxt.

Resultatet av de tio simuleringarna var spretigt, Rien et al. (2009) menar på att resultatets spridning var större än vad som räknat med. ”Även om det inte är avsikten med uppsatsen, visar resultaten det av de tio simuleringarna; en gav goda resultat; fyra tillhandahålls acceptabla resultat i någon mening; och fem gjorde dåligt.” (s.601).

3.2.4

Brandbelastning

Likväl som en byggnads totala brandskydd kan dimensioneras genom antingen förenklad eller analytisk dimensionering kan en byggnads totala brandbelastning bestämmas genom förenklad- eller analytisk dimensionering. Boverket definierar brandbelastning som ”den totala mängd energi som kan förbrännas vid ett fullständigt brandförlopp i förhållande till golvarean för aktuellt utrymme” (BFS 2013:11 BBRBE 1). Den totala brandbelastningen består av en variabel brandbelastning och en permanent brandbelastning. Den variabla brandbelastningen avser brännbart material som under en byggnads ekonomiska livstid kan variera, exempelvis möbler och annan lös inredning medan den permanenta

brandbelastningen avser fast eller inbyggd brandenergi från den bärande konstruktionen, isolering, ytskikt, beklädnad och installerad teknisk utrustning (BFS 2013:11 BBRBE 1). Bestäms brandbelastningen via förenklad dimensionering erhålls ett schablonvärde från tabell 2 i BBRBE baserat på byggnads- och verksamhetsklass. Om brandbelastningen däremot bestäms via analytisk dimensionering antas schablonvärdet eller så beräknas brandbelastningen för den specifika byggnaden. Krav på analytisk dimensionering ställs på Br0-byggnader fler än 16 våningar men görs i vissa fall även i Br1-byggnader med 9–16 våningar. Vid beräkning av brandbelastningen analytiskt tas hänsyn till en rad olika parametrar. Utöver den variabla respektive permanenta brandbelastningen tar även mängden skyddad respektive oskyddad brandenergi i beaktning, vilket syftar till ifall brännbara material är eller inte är exponerade och kan bidra med brandenergi till

brandförloppet. Boverket skriver att koefficienten för oskyddad brandenergi bör ansättas till 1,0 (BFS 2013:11). Vad som klassas som exponerat och icke exponerat är svårdefinierat, i forskningsstudier om hur KL-trä påverkas av brand gjorda av Su et al. (2018) och Li et al. (2014) är en exponerad yta helt utan skyddande beklädnad, medan Östberg et al. (2020)

menar att en stomme är exponerad så länge den inte är skyddad mot ett helt brandförlopp och påstår att en trästomme fortfarande kan anses exponerad om den skyddande

beklädnaden enbart beräknas klara 30 min brandpåverkan. Vid byggnationer idag används trä allt mer som stommaterial likväl som exponerade träytor används för ett estetiskt perspektiv. Vid exponerade ytor bör värdet för oskyddad brandenergi ansättas till 1,0 då de exponerade ytorna inte är skyddad med något obrännbart material och därmed bidrar med brandenergi och bränsle till branden. Däremot när trä används som stommaterial används i majoriteten av fallen någon slags skyddsbeklädnad i form av vanliga gipsskivor eller

brandgips, och i vissa fall kan ytan brandmålas.

3.2.4.1.

Boverket och brandbelastning

År 1994 införde Boverket ett nytt materialneutralt regelverk. I de äldre föreskrifterna, Nybyggnadsreglerna (BFS 1988:18) utgick från detaljkrav men i övergången till det nya regelverket Boverkets byggregler, BBR 94 ändrades utgångspunkten till funktionskrav. I de tidigare reglerna utgick kraven från om materialen var brännbara eller ej men i de nya reglerna, BBR 94 ändrades fokuset från material till funktion där konstruktionen, oberoende av material skulle klara av avskiljande integritet (E) och isolering (I) (BFS 1993:57).

I det gällande regelverket kan en total brandbelastning för en bostad på 800 MJ/m2 _ansättas.

Av dessa 800 MJ/m2 _{räknas 750 MJ/m}2 _{vara av variabel brandbelastning vilket ger ett}

spelrum på 50 MJ/m2 _{för permanent brandbelastning(BFS 2013:11).}

Kapitlet 3.2 i Boverkets allmänna råd (2013:11) om brandbelastning, BBRBE beskriver

permanent brandbelastning. I samma kapitel finns en mening säger att ifall den permanenta brandbelastningen är okänd är det tillåtet att tillämpa ett värde på 200MJ/m2 _{(2013:11). I en}

konsekvensutredning av BBRBE förtydligades att värdet 200 MJ/m2 _{motsvarar det tidigare}

värdet på 50 MJ/m2 _{omslutande area som förr användes när förhållningsorderna kring}

brandbelastningen gick att finna i Handboken om brandbelastning från 2008 innan Boverket år 2013 släppte de allmänna rådet BBRBE. Vidare tydliggörs i

konsekvensutredningen att värdet 200MJ/m2 _{representerar att ”väggar och tak är klädda}

med träpanel”, dock ges ingen mer detaljerad förklaring till exakt vad ”klädda med träpanel” syftar till (Boverket, 2013).

Boverket har blivit kritiserade och ifrågasatta gällande att tabellvärdet 800MJ/m2 _(2013:11)

tillåts användas i bostäder där stommen består av trä utan att ta hänsyn till den permanenta brandbelastningen. Boverket har bemött kritiken (svar från Boverket, dnr 2766/2019–1) med ”vi är själva osäkra på det statistiska underlaget och behöver reda ut det närmare” samt ”när dessa togs fram var det inte aktuellt med stommar i exempelvis massivträ för Br1-byggnader och det är därför inte troligt att detta har inkluderats i undersökningarna”. Vidare

konstaterar Boverket själva att de ”inte tagit hänsyn till det extra bidrag som kan fås från stommen” och att:

Vi är därmed medvetna om problematiken och kommer under de närmaste åren när omarbetning av byggreglerna ska ske beakta frågan. Till dess så gäller dagens regler. Att följa

allmänna råd är alltid juridiskt ok eftersom det är det som föreskrivande myndig het pekat på uppfyller föreskriften. (svar från Boverket, dnr 2766/2019–1)

3.2.4.2.

Förkolningsmetoden

Egenskapen att trä förkolnar när det utsätts för höga temperaturer medför att det är

förutsägbart hur trä beter sig vid brand, något som det tas hänsyn till vid dimensionering av konstruktionselement av trä. Grundtanken med förkolningsmetoden är att trä-elementet till viss del vid förkolning bildar ett kollager vilket agerar som ett värmeisolerande och

skyddande lager. Varpå den inre kärnan förblir orörd och där med bibehåller sin bärförmåga, se figur 1. Denna metod används för att vid analytisk dimensionering bestämma en

konstruktionsdels R-krav. I och med det isolerande lagret kan elementets mittendel betraktas som helt skyddad och därmed kan den delen bortses från i bidrag till den permanenta

brandbelastningen.

Figur 1 Principen för förkolning av trä.

En vanlig metod för att dimensionera träkonstruktioner är att använda sig av en

förkolningshastighet på 0,65 mm/min som står skriven i annex A i Eurokod 5. Östman et al. (2020) påpekar att KL-trä däremot inte har någon europeisk standard och menar på att svårigheten med just KL-trä är risken för delaminering och att limmen som finns på marknaden i Europa idag inte är brandklassad (Östman, 2019, Östman, Brandon & Just, 2018).

En ny förkolningshastighet för KL-trä har tagits fram som tar hänsyn till delamineringen och den snabbare förkolningen som sker på grund av spalterna mellan lamellerna. I den nya beräkningen används två olika hastigheter; en hastighet på 2*0,65 mm/min de första 25 mm och sedan 0,65 mm/min, varav den senare är samma hastighet som för konstruktionsvirke. Vid beräkningar av KL-element som har lim som kan delaminera skall åter den högre hastigheten appliceras de första 25 mm mellan lamellerna (den exponerade ytan). Om det yttre lagret av KL-träet är tjockare kan således delaminering hindras under en längre period (Östman, Brandon & Just, 2018).

3.2.4.3.

Brandmotstånd

Brandmotstånd är ett mått som beräknas utifrån ett test av byggnadsmaterial utfört enligt standardbranden ISO 834, som skall motsvara en normal rumsbrand, det anger hur länge ett byggelement skall klara av att bibehålla sin Bärighet (R), Isolerande förmåga (E) eller

Integritet (I).

Kurvan anger brandens temperatur, 𝜃

i grader Celsius vid olika tider i

brandförloppet.

Figur 2 Standardbrandkurva

3.3

Aktuellt forskningsläge

I det här kapitlet presenteras två olika studier där fullskaleförsök där syftet var att för att studera hur KL-trä beteende vid brand bland annat gällande delaminering och förkolning.

3.3.1

Fullskaleförsök med rum uppbyggda av KL-trä

I februari och mars 2018 genomfördes en testserie av fem fullskaleförsök av bränder i uppbyggda försöksrum med olika andelar av exponerat KL-trä av Su et al. (2018). Studiens syfte var dels att kvantifiera tidigare studier om hur KL-träets förkolningsskikt beter sig under brand samt att undersöka mängden massivt trä som kan exponeras i rum utan att avsevärt öka brandrisken.

De fem rummens geometri var 4,5 m långa, 2,4 m breda och 2,7 m hög. Konstruktionen bestod av balkar och pelare av limträ samt av andra generationens KL-trä, vilket syftar på att limmet är brandklassat. Detta är något som ännu inte finns i Europa. Panelerna av KL-trä var i de fem olika testerna fullt eller delvis täckta med gips, i 1–3 lager. Pelaren var fullt

exponerad åt alla fyra sidor och balken var exponerad till tre av fyra sidor. Med hjälp av termoelement inbäddade i KL-väggarna uppmättes temperaturerna på insidan samt på och mellan gipsskivornas lager.

I det första testet som utfördes var alla ytor beklädda med tre lager brandgips. Efter 150 minuter hade branden självslocknat och väggarna var då intakta men det yttersta lagret

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 Te m p era tu r ( C) Tid (min) ISO 834

uppvisade viss sprickbildning. I taket hade det främsta gipslagret fallit ner men de två underliggande lagerna var i ursprungligt skick. Vid borttagandet av gipsskivorna uppvisades ingen förkolning eller skada på KL-träet. Test 1 fick sedan utgöra måttstocken för resterande test.

Till det andra testet utökades mängden exponerat trä. Tio procent av taket och en av väggarna var helt exponerade och övriga ytor bekläddes med två lager gips. De exponerade ytorna i taket och ena väggen var märkbart förkolnade och från de ytorna uppkom flammor som ökade i intensitet under brandförloppet. Efter runt två timmar, under brandens

avsvalningsfas, sågs en stor del av takets gipsskivor falla ner och efter 247 minuter hade total utbränning skett och branden självslocknat. Testets högsta temperatur, 1200 °C uppmättes efter 30 minuter och när 50 minuter passerat hade temperaturen sjunkit till 800 °C vilket Su et al. (2018) menade skedde för att förkolningen på de exponerade ytorna bildat ett

skyddande värmeisolerande lager. Däremot minskade temperaturens avsvalningshastighet efter 50 min vilket kopplades till att de KL-träelementen bakom de gipsbeklädda väggarna börjat förkolna och därmed alstra värme. Efter testet uppvisade väggarna ett varierat förkolningsdjup mellan 3–43 mm.

I det tredje testet bekläddes alla ytor med två lager gips men en exponerad konstruktion bestående av en balk förlagd på två pelare av limträ placerades i försöksrummet. Branden släcktes med vatten efter 245 minuter och kvar efter släckning fanns merparten av väggarnas gipslager men ett lager hade rasat från taket. Testets topptemperatur, 1200 °C uppmättes efter 40 minuter och efter 50 minuter var temperaturen nere på 800 °C. Mellan tidsspannet 50–85 minuter ökade temperaturen igen då förkolning av KL-träet bakom gipsskivorna skedde och bidrog med ökad värme, det genom att flammor trängde igenom sprickor och skarvar i gipsskivorna. Förkolningsdjupet bakom väggarnas gipsskivor varierade mellan 30– 79 mm.

Skillnaden mellan det tredje och det fjärde testet var att i det fjärde testet exponerades hela taket. Branden självslocknade efter 175 minuter och under testets sista 25 minuter syntes bara flammor från sprickor i gipsskivorna då förkolningen på de exponerade ytorna agerade som ett skyddade lager. Vid testets slut uppmättes förkolning bakom de gipsbeklädda väggarna med ett varierande förkolningsdjup mellan 17–45 mm.

I det sista testet var taket och två av väggarna helt exponerade, ingen extra

limträkonstruktion var placerad i försöksrummet och de resterande ytor var beklädda med två lager gips. Efter 50 minuter var förkolning på de exponerade ytorna synlig och på en av de gipsbeklädda väggarna syntes sprickor vilket indikerade på bakomliggande förkolning. Efter 100 minuter var det förkolnande lagret på de exponerade ytorna isolerande, däremot, efter 220 minuter påverkade flammor genom springorna från de beklädda väggarna en av de exponerade väggarna vilket resulterade att branden fick nytt bränsle och spred sig över de förkolande ytorna. Branden fick i och med dessa flammor nytt bränsle som spred sig över de förkolnade ytorna. Branden släcktes med vatten efter 250 minuter. Förkolning bakom väggarnas gipsbeklädnad påvisade ett varierat förkolningsdjup mellan 38–90 mm. För de exponerade KL-träelementen uppmättes förkolningshastigheter mellan 0,6–1,0 mm/min vilket är något högre än den angivna förkolningshastighet på 0,65 mm/min som

anges i Annex A i Eurokod. Även Li et al. (2014) uppmätte likande förkolningshastigheter i ett likartade tester som Su et al. (2018). I testerna av Li et al. (2014) uppmättes en

förkolningshastighet på 0,85 mm/min baserat på 24 minuter förkolningsdjup orsakat under 40 minuter. Li et al. (2014) menade vidare att efter 60 minuter var förkolningshastigheten 1,0 mm/min och förklarar den ökande hastigheten som en konsekvens av delaminering. Li et al. (2014) lyfter sedan ett par problem med att använda förkolningshastigheten 0,65

mm/min som återfinns i Annex A i Eurokod 5 och menar på att den metoden baseras på en begränsad yta, i storlek av en pelare, av exponerat massivt trä. Testet som Li et al. (2014) var en betydligt större mängd exponerad vilket genererar mer bränsle till branden. Ett annat problem menar Li et al. (2014) är att metoden i Annex A inte kan förutspå en träpanels delaminering i relation till förkolningshastigheten. Vidare menar Li et al. (2014) att deras resultat gällande förkolningshastigheter från deras tester indikerar på att byggnadselements brandförmåga kan bete sig olika i en naturlig brand jämfört med vad som observerats i standardtester.

3.3.2

Fullskaleförsök med möblerad lägenhet uppbyggd av KL-trä

Omfattande försök med fullskaletester i en uppbyggd lägenhet på 9,1 x 4,6 x 2,7 m (Su & Lafrance, 2018) med KL-träelement visar hur en brännbar stomme påverkar brandförloppet. De poängterar att denna slags forskning behövs för att påvisa hur en brännbar stomme bidrar till brandbelastningen och kan öka den initiala branden. Den brännbara stommen kan också leda till farligare situationer både för boende, grannar och räddningstjänsten.

Försöket utfördes i en testlägenhet uppbyggd med element av KL-trä, utan sprinklers eller annan släckning, för att se hur KL-trä bidrar till branden. Testlägenheterna konstruerades med 175 mm tjocka KL-träskivor och sex olika utföranden med olika antal skyddande lager av brandgipsskivor. Den variabla brandbelastningen som placerades i form av möblering av en standardlägenhet var 550MJ/m2_{, vilket alltså är lägre än det statistiska värdet på 750 MJ/m2}

som används för bostäder i Sverige. I flera av testerna skedde delaminering av KL-trä elementen som ledde till nya exponerade ytor och högre bränslebelastning.

Studien visade att i testlägenheterna med exponerat KL-trä inträffade övertändning i ett tidigare skede än när KL-träet var skyddat med gipsskivor. Det visade sig också att längre brandförlopp ger en större inblandning av KL-trä elementen.

I det första testet, bastestet, var alla KL-träelement skyddade med tre lager brandgips men block av KL-trä placerade på golvet i testlägenheten. Efter branden var slocknad och gipsskivorna nedmonterade uppvisades ingen bakomliggande förkolning däremot hade blocken av KL-trä förkolnat med ett varierande förkolningsdjup av 42–55 mm.

Ett annat försök där både tak och väggar var beklädda med två lager brandgips påvisades ingen förkolning bakom väggarnas gipsskivor men i taket hade förkolning skett med ett varierande förkolningsdjup mellan 0–15 mm.

Det tredje försöket exponerades en av KL-träväggarna och resterande ytor var beklädda med tre lager brandgips. Testet visade att efter den första initiala avsvalningsfasen inträffat

uppstod en återtändning av branden genom att KL-träet delaminerade och ytor som tidigare varit skyddade med ett förkolningslager exponerades och bidrog med nytt bränsle åt

branden. Den exponerade väggen påvisade ett varierande förkolningsdjup mellan 117–130 mm, taket uppvisade förkolningsdjup på 69 mm och bakom de gipsbeklädda väggarna hade förkolning skett med ett förkolningsdjup upp emot 40mm.

4

AKTUELL STUDIE

Det här kapitlet består av beräkningar av den permanenta brandbelastningen. För att beräkna brandbelastningen har Boverkets allmänna råd (2013:11) om brandbelastning, BBRBE används.

Beräkningarna utgår från en lägenhet utformad som en enskild brandcell belägen på tionde våningen i ett flerbostadshus. I beräkningarna har bärverket antagits två olika material, i ena beräkningen har stommen varit i betong och i den andra beräkningen har stommen bestått av KL-trä. Två olika beräkningsmetoder har använts, en där all brandenergi i den aktuella brandcellen har räknats med: Beräkningsmetod 1 – enligt BBRBE, samt en där

beräkningarna baseras på den energi som skulle kunna finnas tillgänglig under aktuell tid för bärigheten av byggnaden: Beräkningsmetod 2 – enligt förkolningsmetoden. I

beräkningsmetod 1 har sedan kombinationskoefficienterna Ψqi och Ψpi för skyddad resp.

oskyddad brandenergi applicerats på olika sätt. I beräkningsmetod 2 har mängden tillgänglig brandenergi varierats med att i ett fall låta några väggar vara exponerade och i ett annat fall ersätta vanligt gips med brandgips.

4.1

Beskrivning av beräkningsobjekt

Till beräkningsexemplet har en lägenhet beläget på tionde våningen i ett flerbostadshus valts, vilket ger en Br1-byggnad med brandsäkerhetsklass 5. Lägenheten har en area på 73 m2_{, se}

Figur 3 Planlösning från Folkhem. Från Folkhem.se (u.å.) Copyright Folkhem.se. Återgiven med tillstånd.

Lägenheten har en takhöjd på 2,5 m. Fönstrens storlek är 1,2 m x 1,4 m och dörröppningarna är 1 m x 2,1 m. Fönster och fönsterbrädor har inte tagits med i någon av beräkningarna utan endast lister runt fönster och dörrar samt golvlister i dimensionen 69 mm x 12 mm. I båda lägenheterna har antagits en trädörr med en tjocklek av 40 mm som innerdörr.

Lägenheten byggd med element av KL-trä är uppbyggd med 4 olika vägg-typer, se bilaga 3–5. Mängden reglar i innerväggar antas vara 15% av ytan.

I lägenheten med betongstomme har samtliga väggar antagits vara av betong så endast lister och dörrar har räknats till brandbelastningen.

Massan för listerna har beräknats genom att först beräkna volym utifrån vald dimension på listerna och antalet löpmeter som mätts upp som lämpligt multiplicerat med densitet för trä.

4.1.1

Antaganden

Balkongdörren har antagits vara mestadels glas och därför bortsetts i beräkningen. Ytterdörren antas vara av material som är mer brandtåligt och därför inte tagits med i beräkningen då det anses för osäkert hur den skulle öka brandbelastningen. Ingen hänsyn har tagits till belastning från kök, garderober eller annan fast inredning.

4.2

Beräkningar

I framtagandet av brandbelastningen i den aktuella brandcellen är utgångspunkten

ekvationen för brandbelastning. För att få fram mängden brännbar energi (M) har två olika metoder använts; beräkningsmetod 1 och beräkningsmetod 2.

4.2.1

Brandbelastningsekvation

Brandbelastningen har beräknats enligt ekvationen i kap.3 i BBRBE 2013:11 (se nedan)

q =

𝐴

⅀ 𝑀𝑖 𝐻𝑢𝑖 (𝑚𝑖)

2_{] Ekvation 1}

Mi = mängden brännbart material [kg]

Hui = effektiv förbränningsvärme [MJ/kg]

A = golvarea i det definierade rummet [m2_]

mi = koefficient för förbränningsbeteende

I denna studie beslutades att utgå från två olika sätt för att beräkna mängden brännbart material (Mi), se beräkningsmetod 1 och 2. Den effektiva förbränningsvärmen 18 MJ/kg är

tagen ur tabell 4 i BBRBE (2013:11). A utgår från hela arean på den valda lägenheten. Koefficienten för förbränningsbeteende anger hur stor del av den tillgängliga energin som kommer att förbrukas i branden. I beräkningarna har antagits att 70% av energin av det förkolande träet kan tillgodoses i branden, vilket baseras på en artikel om olika materials förbränningsegenskaper vid olika temperaturer (Poletto, Zattera & Santana, 2012).

4.2.2

Beräkningsmetod 1 – Enligt BBRBE

Denna beräkningsmetod utgår från det karakteristiska värdet på brandbelastningen som tas fram med ekvationen i 4.2.1 för brandbelastning och sedan appliceras

kombinationskoefficienten Ψpi.

All massa av brännbart material har beräknats för den valda brandcellen genom att i för de aktuella byggdelarna ta fram ytor, djup, andel och densitet för de olika materialen. De aktuella byggdelarna för denna beräkning redovisas i bilaga 2. För att få fram den totala permanenta brandbelastningen har massan som beräknats fram applicerats enligt formel för permanent brandbelastning (se bilaga 5). För att se hur stor andel av stommen som måste vara skyddad för att få ner den permanenta brandbelastningen till en acceptabel nivå har olika kombinationskoefficienter använts. En beräkning med avsikt att få fram den koefficient som skulle behöva ansättas för att uppnå max 50 MJ/m2 _{har även utförts genom att dividera}

50 med den totala brandbelastningen.

qd = ⅀ qki Ψqi Ψpi [MJ/m2] Ekvation 2

qd = dimensionerande brandbelastning

qki = karakteristiskt värde för brandbelastning för de typer av brandenergi som har beaktats

Ψqi = kombinationskoefficient för variabel och permanent brandenergi (sätts till 1,0)

Ψpi = kombinationskoefficient för skyddad och oskyddad brandenergi

4.2.3

Beräkningsmetod 2 – Enligt förkolningsmetoden

För att få ett jämförbart värde att ställa mot 200 MJ/m2 _{beslutades efter samtal med forskare}

att beräkna fram massan för den potentiella brandenergi som eventuellt kan medverka i en brand under tiden för brandcellens bärighetskrav. För att ta fram brandbelastningen med denna metod utgår beräkningen från förkolningsmetoden och sedan används mängden brännbart material i ekvationen i 4.2.1.

Brandcellen i det beräkningsexemplet har ett bärighetskrav på R90, det vill säga att

byggnadens ska upprätthålla sin bärighet i 90 min. För att beräkna den mängd massa som kan bidra med brandenergi under dessa 90 minuter har beräkningar genomförts över hur mycket av stommen som hinner förkolna. Förkolningshastigheten som används i

beräkningarna är tagen från Eurokod 5 och har olika koefficient i olika skeden. De första 25 mm är hastigheten 2*0,65 mm/s och när träet förkolnat dessa 25 mm har ett skyddande lager uppnåtts och förkolningshastigheten blir då 0,65 mm/s (EN 1995-1-2:2004).

För att jämföra hur den permanenta brandbelastningen skiljer sig åt mellan en lägenhet med en traditionell betongstomme och en stomme av KL-trä har två beräkning utförts på vald planlösning, se figur 4. Antaganden som har gjorts har varit till fördel för en lägre

brandbelastning för att inte överestimera den permanenta brandbelastningen.

4.2.3.1.

Beräkning av stomme med betong

Listerna och dörrarna har räknats med i sin helhet i brandbelastningen då de antas brinna upp under de 90 minuter som har varit utgångspunkt för beräkningen, se bilaga 6.

4.2.3.2.

Beräkning av stomme med KL-trä

I denna beräkningsmetod har mängden tillgänglig brandenergi varierats genom applicering av olika antal lager och typ av beklädnad, vilket har lett till olika förkolningsdjup och därmed varierad tillgänglig brandenergi. Förkolningsdjupet beräknas på alla element i brandcellen under 90 min. Bjälklaget räknas endast som belastning som tak då det antas mer sannolikt att bli inblandat i brand från undersidan. Den lägenhetsavskiljande väggen antas förkolna från det håll som ger minst ökning av brandbelastningen, i detta fall från den sidan som har

regelvägg och isolering innan KL-träskivan. I badrummet har inte ytterväggen eller den lägenhetsavskiljande väggen räknats med då de är klädda med obrännbart material och det i denna studie är en okänd faktor hur det beter sig.

Ytan för samtliga väggar har beräknats genom att mäta i planlösningen och använda sig av höjden 2,5 m. Hänsyn har tagits för öppningar och i bilagan redovisas ytan utan öppningar som faktisk yta. Massan har sedan beräknats fram genom att använda det kolningsdjup, baserat på förkolningshastigheten i Eurokod 5, som uppstår under den tid som KL-trä och reglar är blottade för branden, vilket är begränsas av beklädnaden. Sedan multipliceras volymen med densiteten för de olika konstruktionsmaterialen. I de väggar där reglar är placerade utanför KL-träskivan har ytan för kolning på KL-träskivan minskats med samma procentsats (15%) som mängden reglar antagits vara. Listerna och dörrarna har räknats med i sin helhet i brandbelastningen då de antas brinna upp under de 90 minuter som har varit utgångspunkt för beräkningen.

Den första beräkningen utgår från byggelement i bilaga 2 vilket är grundutförandet,

beräkningarna finns presenterade i bilaga 6. I andra beräkningen med stomme av KL-trä har alla ytskikt med vanligt gips, förutom de rumsavskiljande regelväggarna, ersatts med

beklädnad av två lager med brandgipsskivor, vilket minskar den möjliga tiden av förkolning. Detta för att påvisa hur brandbelastningen påverkas av brandgips, se bilaga 7. Den tredje beräkningen med stomme av KL-trä har de bärande innerväggarna med KL-trä i

vardagsrum/kök/sovrum exponerats helt (se markering i planlösning fig. 4). Det i ett försöka att visa hur brandbelastningen påverkas av helt oskyddad yta, se bilaga 8. Eftersom KL-träet delaminerar och en snabbare förkolningshastighet skall användas de första 25 mm och KL-träelementets lameller kan ha en tjocklek med motsvarande tjocklek utfördes ytterligare en beräkning med endast den högre förkolningshastigheten 2*0,65 mm/min, se bilaga 9.

5

RESULTAT

I det här kapitlet redovisas resultatet av litteraturstudien, beräkningarna samt kartläggning av branschen.

5.1

Litteraturstudie

Resultat som kan utläsas av litteraturstudien är att vid en jämförelse av rådata som delgivits det här examensarbetet från studien av Su & Lawrence (2018) och

standardtemperaturbrandkurvan ISO 834 visar att ett fullskaleförsök av en möblerad lägenhet med en stomme av KL-trä uppnår högre temperaturer än ISO 834.

Figur 4 Temperaturkurva från test med tre skivor brandgips

Litteraturstudien visar även på att i det studier som behandlas i den ämnesmässiga referensramen krävs det tre lager brandgips i taket och två lager på väggarna för att helt skydda KL-trä mot förkolning och annan skada. Samt att ett lägre antal gipslager kan medföra bakomliggande förkolning. Litteraturstudien visar också att delamineringen som sker vid brandpåverkan på KL-trä leder till en högre förkolningshastighet och att en ny metod för att beräkna förkolningshastigheten på KL-trä är under framtagande.

5.2

Kartläggning

Nedan presenteras en sammanställning av svaren från kartläggningens huvudfrågor. Vidare lyfts övriga kommentarer som inte besvarat någon av huvudfrågorna och därmed inte är platsar i kartläggningen men som ändå är värda att lyftas och diskuteras.

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 0 50 100 150 200 Te mp era tu r ( C) Tid (min)

Brandkurvor