8710066
Jiirgen König
Brandproyning och
dimen-sionering av bärande
småhusväggar med stomme
av träreglar eller
träbaserade lättreglar
Trätek
Jiirgen König
BRANDPROVNING OCH DIMENSIONERING AV BÄRANDE SMÄHUSVÄGGAR MED STOMME AV TRÄREGLAR EI.I.ER TRÄBASERADE LÄTTREGLAR
Träi;eknikCeni:ruin, Rapport P 8710066
Nyckelord
design
fire resistance load hearing oapaoity studs
tests walls wood
I N N E H A L L
S M
FÖRORD 3 SAMMANFATTNING 3
1. INLEDNrNG 3 2. PROVNING MED AXIALRELASTNING 4
3. INVERKAN AV IMPERFEKTIONER 4 3.1 Regelns k r o k i g h f t 4 3.?. ripplagens l u t n i n g b 4. INVERKAN AV VINDLAST 6 5. DIMENSIONERING 6 REFERENSER 7
FÖRORD
I svensk småhusindustri f i n n s i d a g e t t u t t a l a t - behov av r e g l e r för bestäm-n i bestäm-n g av bärabestäm-nde småhur.väggars brabestäm-ndmotstÄbestäm-nd. Debestäm-nbestäm-na s k r i f t har u t a r b e t a t s i s y f t e a t t ge råd om förfaringssätt v i d brandprovning och beräkning av brandmotstånd och bärförmåga v i d brand. A r b e t e t återspeglar dagens kunskapsnivå och har s k e t t i samråd med JanOlof Nyländer, Statens p l a n -verk, och Lennart Månsson, Statens p r o v n i n g s a n s t a l t . F o r t s a t t f o r s k n i n g inom området, pågår, v i l k e t kommer a t t leda t i l l mer nyanserade metoder. SAMMANFATTNING
Bärande träregelväggars brandmotstånd har h i t t i l l s bestärats v i d brandprov-ning som t i d e n t i l l b r o t t v i d en bestämd a x i a l l a s t . Metoden m o d i f i e r a s i s y f t e a t t v i d brandprovningen erhålla väggens bärförmåga v i d e t t bestämt, brandmotstånd. Väggens uppläggningssätt v i d provningen e f t e r l i k n a r den som förekommer i p r a k t i k e n , dork utan a v s i k t l i g a i m p e r f e k t i o n e r såsom regelns k r o k i g h e t och upplagens l u t n i n g . Dessa beaktas i e f t e r h a n d med hjälp av r e -dukt.ionskoéf f i f i ent.cr . För bestämning av väggens bärförmåga v i d s a m t i d i g t vorkandf v i n d l a s t föreslås förenklad brandprovning 1 l i t e n ugn samI a l t e r n a t i v t en metod för beräkningsmässig u p p s k a t t n i n g av bärförmåga v i d t r a n s
-v e r s a l l a s t . V i d d i m e n s i o n e r i n g superponeras sedan l a s t e f f e k t e r a-v a x i a l l a s t och t r a n s v e r s a l l a s t .
1. INLEDNING
Vid d i m e n s i o n e r i n g av byggnader och byggnadsdelar v i s a s a t t den dimensione-rande b e l a s t n i n g e n Sjj e j överskrider den dimensionedimensione-rande bärförmågan R^j, d v s v i l l k o r e t
Sd ^ Rd s k a l l v^ir<! u p p f y l l t .
Vid f l e r a o l i k a l a s t e f f e k t e r förut sättes a t t dessa kan superponeras. Därmed är d e t möjligt a t t anpassa en k o n s t r u k t i o n s bär förmåga ^ iM
förekcimmatidc-l a s t e r .
S y f t e t med denna s k r i f t är a t t v i s a hur denna d i m e n s i o n e r i n g s p r i n c i p kan tillämpas på brandbelastade bärande småhusväggar.
Med d e t h i t t i l l s tillämpade förfarandet v i d brandprovning av bärande bygg-nadsdelar h r i r bärförmågan v i d brand o f t a u n d e r s k a t t a t s . Det beror på a t t
man v i d brandprovningen v a l d e en v i s s lastnivå och sedan bestämde byggnads-delens brandmotstånd för denna. V i d p r a k t i s k d i m e n s i o n e r i n g utgår man där-emot från e t t k r a v på brandmotståndet som byggnadsdelen s k a l l u p p f y l l a . För e t t bestämt brandmotstånd v a r således l a s t k a p a c i t e t e n v i d brandprovningori o f t a i n t e uttömd. Denna e x t r a r e s e r v har h i t t i l l s i n t e kunnat u t n y t t j a s v i d dimensioner i ngen.
Nedan b e s k r i v s en provningsmetod som midger d e t t a genom ntt l a s t k a p a c i t e t e n bestäms för e t t v i s s t brandmotstånd. L a s t k a p a c i t e t e n b»^stäms för f l e r a o l i k a l a s t e f f e k t e r i samband med brand, t ex a x i a l l a s t och t r a n s v e r s a l l a s t .
Superpos.itionsprincipen kan således tillämpas även v i d brand och hänsyn t a s t i l l s t o r l e k e n av de o l i k a l a s t e f f e k t o r n a .
V i d dimensionering gäller g e n e r e l l t a t t o l i k a i m p e r f e k t i o n e r , t ex l a s t -f?xcenhr Lci Lnt, s k a l l beaktas.
Bestämning av bärande byggnadsdelars l a r . l k a p a c i t e t v i d brand r e g l e r a s i PFS 1984:1 / I / . Där sägs a t t v i d bestämning genom provning av en t r y c k t
k o n s t r u k t i o n "eftersträvas a t t a x i a l b e l a s t n i n g e n paförcf. e x c e n t r i s k t " . Som en förenkling anges 20 mm som minsta värde för denna e x c e n t r i c i t e t .
En sådan e x c e n t r i s k lastpåföring är endast möjlig v i d e t t l e d a t upplag e l l e r en f r i ände av den t r y c k t a k o n s t r u k t i o n e n . Hos väggar av trä före-l i g g e r o f t a gynnsammare uppföre-lagsförhåföre-lföre-landen som, om de u t n y t t j a s v i d brand-provningen, ger större värden för k o n s t r u k t i o n e n s bärförmåga. Undersök-ningar genomförda v i d Trätek /2/ v i s a r a t t s k i l l n a d e r n a kan vara betydan-de. Detta gäller för våningshöga (ca 2,5 m höga) väggar, där väggreglarna p l a c e r a t s mellan s y l l och hammarband och där även gummitätningslister p l a -c e r a t s v i d upplagen, se även /3/.
2. BRANDPROVNING MED AXIALBELASTNING
Brandprovningt-n utförs i e n l i g h e t med ISO 834.
För a U e f t e r l i k n a en k o n s t r u k t i o n s v e r k l i g a upplagsförhållanden v i d biand-provningen placeras väggen i n k l u s i v e s y l l och hammarband och övriga infäst-n i infäst-n g s d e t a l j e r mellainfäst-n s t y v a h o r i s o infäst-n t e l l a u p p l a g s p l a t t o r . Detta \ipplägginfäst-niinfäst-ngs- \ippläggnings-sätt kan komma t i l l användning v i d våningshöga väggar som p l a c e r a t s mellan två bjälklag r e s p e k t i v e mellan e t t bjälklag och t a k i i t o l a r n a .
A x i a l b e l a s t n i n g e n hålls k o n s t a n t och avpassas om möjligt så a t t b r o t t i n -träffar när avsedd brandmotståndstid uppnåtts. Om b r o t t e j inträffat v i d denna t i d p u n k t får b e l a s t n i n g e n ökas med en b e l a s t n i n g s h a s t i g h e t motsvarande 25 % av motsvaranden konstanta påförda l a s t e n per minut. Denna b e l a s t n i n g s h a s t i g -h e t är således lägre än den som gäller v i d p r o v n i n g v i d normal temperatur
/4/. Endast en lastökning av högst 33 % av den konstanta l a s t e n får t i l l -godoräknas v i d bestämning av bärförmågan. Det innebär a t t den konstanta
l a s t e n under brandprovningen bör vara minst 75 % av b r o t t l a s t e n . Eftersom det idag i n t e är känt hur p r o v e t påverkas om ugnen är avstängd under denna pålastning, hålls ugnen tänd även e f t e r s t i p u l e r a d brandmotståndstid. Eftersom b r o t t l a s t e n r e s p e k t i v e den l a s t som får tillgodoräknas som b r o t t -l a s t uppnås e f t e r maxima-lt 80 .'ickunder ä r i v v i k e -l s e n försumbar.
3. INVERKAN AV IMPERFEKTIONER 3•^ Regelns k r o k i g h e t
T r y c k t a byggnadsdelar dimensioneras under antagandet av en i n i t i a l k r o k i g h e t av minst 1^^/300 /5/. Denna i n i t i a l k r o k i g h e t är sammansatt av r e n t geo-m e t r i s k a i geo-m p e r f e k t i o n e r och i n i t i a l k r o k i g h e t e n på grund av träets inhogeo-moge n i t e t . . Den sistnämnda i m p e r f e k t i o n e n påverkar p r o v n i n g s r e s u l t a t e n på e t t o k o n t r o l l e r b a r t sätt även om de provade r e g l a r n a är raka. Hos småhusytter-väggar föiekommor 'l^T.sutom deformationer på grund av f u k t k v o t s s k i l l n a d e r på
r e g e l n s i n - och u t s i d a . Dessa är både störst och utåtriktade på v i n t e r n , då b e l a s t n i n g e n på väggen är störst. Fuktrörelserna är så s t o r a /6/, /7/, a t t de måste beaktas v i d dimensioneringen. Hos ytterväggar i småhus kan maxima-l a utböjningar memaxima-lmaxima-lan JZ/800 och J2/600 förekomma, där S. är väggens höjd. För a t t underlätta provningen beaktas i n i t i a l k r o k i g h e t e n och k r o k i g h e t e n på grund av klimatpåverkan på väggreglarna genom a t t den erhållna b r o t t l a s t e n v i d brandprovningen m u l t i p l i c e r a s med en r e d u k t i o n s k o e f f i c i e n t KJ^ gällan-de för k r o k i g h e t e n JK/GOO e n l i g t f i g u r 1. Kurvan för 5/800 är medtagen för a t t v i s a i n v e r k a n av utböjningens s t o r l e k .
R e d u k t i o n s k o e f f i c i e n t e n är a p p r o x i m a t i v t endast beroende av regel tvär-s n i t t e t tvär-s höjd e f t e r brandförtvär-söket. V a r i a t i o n e r n a i hållfatvär-sthet och böj-s t y v h e t på grund av de t e r m i böj-s k a e f f e k t e r n a har endaböj-st begränböj-sad inverkan på r e d u k t i o n s k o e f f i c i e n t e n . 1,0 1.0 0.9 0,8 40 50 60 70 80 90 100 resttvarsnittshöjd h[mm] 0,9 0,8 0,7 40 50 60 70 80 90 100 resttvärsnit+shöjd h [mm] Figur 1. R e d u k t i o n s k o e f f i c i e n t K]( för i n v e r k a n av r e g l a r n a s k r o k i g h e t . F i g u r 2. Reduktionskoeffic.i ent Kjg för inverkan av upplagens l u t n i n g . Kurva a:
Vägg mellan bjälklag och t a k s t o l a r med nedböjning L/300.
Kurva b:
Vägg mellan två bjälklag r e s p e k t i v e mellan bjälklag och t a k s t o l a r där i n verkan av t a k s t o l .snedböjningen är
3.2 Upplagens l u t n i n g
Lutningen hos väggens upplag kan clels bero på r e n t geometriska avvi kel r.er vid t i l l v e r k n i n g e n , d e l s vara förorsakad av den anslutande k o n s t r u k t i o n e n , d v s bjälklagens e l l e r t a k s t o l a r n a s , formändringar.
Inverkan av l u t a n d e u p p l a g s p l a t t o r som ger en e x c e n t r i s k lastpåföring beak tas genom a t t b r o t t l a s t e n v i d provningen m u l t i p l i c e r a s med r e d u k t i o n s k o e f f i c i e n t e n Kjg e n l i g t f i g u r 2. K o e f f i c i e n t e n har beräknats för o l i k a r e s t tvärsnittshöjder h uppmätta e f t e r brandförsöket. Kurvan (a) avser y t t e r -väggar som p l a c e r a s mellan e t t bjälklag och t a k s t o l a r vars underram r o t e r a r vid upplagen motsvarande en maximal nedböjning av 1/300 av t a k s t o l a r n a s spännvidd. Kurvan (b) gäller för väggar som p l a c e r a s mellan två bjälklag e l l e r mellan e t t bjälklag och t a k s t o l a r vars d e f o r m a t i o n e r r e s u l t e r a r i a t t underramens r o t a t i o n v i d upplaget är försumbart. D e t t a kan vara f a l l e t när väggen b i l d a r e t t mellanupplag för en t a k s t o l e l l e r när t a k s t o l e n s u t k r a g -n i -n g uta-nför fasade-n är mycket s t o r . Kurva-n (b) beaktar o a v s i k t l i g a imper-f e k t i o n e r och baseras på a t t l u t n i n g e n imper-för båda upplagen är 0,5 %.
4. INVERKAN AV VINDLAST
Hos småhusytterväggar är den v e r t i k a l a b e l a s t n i n g e n v i d dimensioneringen dominerande och v i n d l a s t e n ( t r a n s v e r s a l l a s t e n ) o f t a s t l i t e n e f t e r s o m endast dess v a n l i g a värde förutsätts. F a l l e t med t r a n s v e r s a l l a s t på väggen kan un-dersökas med hjälp av brandprovning med e n b a r t böjmomentbelastning v i d brandpåverkan. Vad som har sagts ovan beträffande lastökning v i d brandprov-n i brandprov-n g med a x i a l b e l a s t brandprov-n i brandprov-n g gäller ävebrandprov-n här. För a t t förebrandprov-nkla provbrandprov-nibrandprov-ngsför- provningsför-f a r a n d e t kan mindre väggdelar provas. Provkroppen består då av endast en väggregel p l u s angränsande d e l a r av k o n s t r u k t i o n e n motsvarande en t o t a l provkroppsbredd l i k a med r e g l a r n a s centrumavstånd. Eftersom f u l l regel längd
i n t e är nödvändig kan en mindre ugn användas v i d denna p r o v n i n g .
Istället för a t t brandprova med t r a n s v e r s a l l a s t kan väggens k a r a k t e r i . s t i ska bärförmåga bestämmas genom beräkning. Därvid erhålls väggregelns tvärsnitt genom uppmätning av resttvärsnittet från brandprovningen med a x i a l b e l a s t -ning. Resttvärsnitrtet d e f i n i e r a s genom den skarpa gräns som b i l d a s mellan kol s k i k t och d e t e j förkolnade träet. Resttvärsnittets k a r a k t e r i s t i s k a
hållfasthet bestäms e n l i g t /!/ så länge inbränningsdjupet uppgår t i l l högst 25 % av tvärsnittsmåttet i inbränningsriktningen. V i d större inbrännings-d j u p antas r e g e l n s k a r a k t e r i s t i s k a hållfasthet vara reinbrännings-ducerainbrännings-d t i l l hälften. Osäkerheten v i d d e t t a antagande är betydande, men på grund av t r a n s -v e r s a l l a s t e n s r i n g a andel a-v den t o t a l a b e l a s t n i n g e n på -väggen t o r d e anta gandet ge en r i m l i g u p p s k a t t n i n g av bärförmågan.
5. DIMENSIONERING
Den dimensionerande bärfÖrmågan R j v i d brand får e n l i g t /!/ sättas l i k a med den k a r a k t e r i s t i s k a bärförmågan, d v s p a r t i a l k o e f f i c i e n t e n -^^^^ får sättas l i k a med 1. K a r a k t e r i s t i s k a värden för bärförraåga som baseras på brandförsök beräknas e n l i g t /!/ med hän:5yn t i l l a n t a l e t prov.
V i d .'-.amtidigt uppträdande a x i a l - och t r a n s v e r s a l l a s t tillämp-us l i n j . i r
^d "d ^ '
r^trir'"''
"PP^f^^^' ^ M är den a k t u e l l a lastpåverkan av a x i a l l a . s t r e s p e k t i v e y j n d l a s t . Den dimensionerande bätförmågan r e s p e k t i v e M,^s a t t a s l i k a den k a r a k t e r i s t i s k a bärförmågan, se / I / . REFERENSER
/ I / Byggnadsdelars bärförmåga v i d brand.
Statens p l a n v e r k s författningssamling, PFS 1984:1. SBN Godkännanderegler, Stockholm 1984.
121 König, J.; S t a t i s k t verkningssätt hos a x i a l b e l a s t a d e träreglar v i d
e n s i d i g brandpåverkan. TräteknikCentrum, Rapport I 8702016, Stockholm 1987.
/3/ Brandklassade väggar - Bärförmåga. Dokumentation från Träteknik-Centrums temadag 1987-03-26. TräteknikCentrum, Rapport P 8704027, Stockholm 1987.
/4/ Hållfas I h e t s d i m e n s i o n e r i n g genom p r o v n i n g . Statens p l a n v e r k , SBN Godkännanderegler 1975:4, Stockholm 1975.
/5/ Bestämmelser för träkonstruktioner, SBN k a p i t e l 27A, Remissförslag 1984-12-15, Statens p l a n v e r k , Stockholm.
/6/ Bergström, U.; Fukt- och temperaturberoende rörelser i småhusträstom-mar. Träförädlingsbyrån, Rapport nr 109, 1981.
Ill Westergren, G.: S t u d i e av utböjning hos sammansatta k o n s t r u k t i o n e r v i d
o l i k a slags k l i m a t b e l a s t n i n g . Byggforskningsrådet, Rapport R58:1987, Stockholm 1987.
Detta digitala dokument skapades med anslag från
Stiftelsen Nils och Dorthi
Troédssons forskningsfond
Trätekn i kCentr u m
I N S T I T U T E T F Ö R T R Ä T E K N I S K F O R S K N I N GBox 5609,114 86 STOCKHOLM
Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00
Telex: 144 45 trateks Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli
Asenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41 Telefax: 036-16 87 98 ISSN 0283-4634 931 87 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 18 Telefon: 0910-652 00 Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-652 65
