YTBEHANDLADE TRÄELEMENT : En studie av brandskydd, bärförmåga, pris och miljöpåverkan av ytbehandlade träelement.

YTBEHANDLADE TRÄELEMENT

En studie av brandskydd, bärförmåga, pris och miljöpåverkan av ytbehandlade

träelement

ANGELO ISSA

MAHER MACHHADI

MIRCEA BARBU

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik

Kurs: Examensarbete i Byggnadsteknik Kurskod: BTA205

Ämne: Byggnadsteknik Högskolepoäng: 15 hp

Program: Högskoleingenjörsprogrammet i

Byggnadsteknik

Handledare: Henrik Wahlberg Examinator: Jan Skvaril

Uppdragsgivare: Mälardalens högskola Datum: 2021-06-13

E-post:

aia18001@student.mdh.se mmi18006@student.mdh.se mbu18001@student.mdh.se

ABSTRACT

The current Swedish building code (Boverkets Byggregler, BBR) is very strict regarding fire-safety in high-rise timber structures because of the heightened risk of fast flame spread or structural failure in case of fire. Fire safety solutions, that are used in timber structures must therefore be optimal to contain flames from spreading in the event of fire. The current building code requires that load-bearing elements must withhold their load-bearing capacity for 60 minutes under fire. The purpose of this study was to research the effect that different fire-retardant surface treatments, have on fire protection of a load bearing, laminated timber element. Thereafter, a short analysis was made on the environmental impact of the fire-retardant surface-treatments in question and finally, a cost analysis and comparison were conducted with regard to different fire-safety solutions such as fire-resistant gypsum board and a combination of fire-resistant gypsum board and stone-wool. The methods used in this study are a combination of theoretical reviews and theoretical calculations. A theoretical review was conducted in order to collect the information needed to understand the behavior of timber under fire, the impact of fire-resistant surface treatments on fire protection, and the environmental impact of the actual surface treatments. Therefore, a series of theoretical calculations were made in accordance with European standards (Eurocodes) in order to present the impact in numbers. The calculations made were concerning a laminated timber beam with the dimensions of 145 x 450 x 6000 [mm] and took into account the remaining cross-section of the timber element under various timestamps during fire with regard to fire-stage, charring-rate, and fire coating. The results of this study indicate that the moment-capacity and shear-moment-capacity of an untreated beam decrease constantly under fire and does not fulfill the requirements of the Swedish building code. Thereafter, in case that the same timber beam is fire-treated with a fire-retardant surface treatment. The moment-capacity is observed to increase in the first stage of fire, were the fire-protection of the surface-retardant treatment is still in action. Therefore, after fire-protection ceases, the moment-capacity of the timber beam is calculated to decrease in different rates with regard to fire-stage. The shear capacity of the treated beam is calculated to decrease under fire with a time-displacement of 30 & 60 minutes in comparison to the untreated element.

The conclusions are that the studied surface treated timber beam and the actual fire treatments fulfill the requirements of the Swedish building code. Have insignificant environmental impact and are in comparison to other solutions cheaper.

Keywords: Timber, surface-treatment, fire-safety, load-bearing capacity, charring-rate, fire-retardant paint, fire-resistance, high-rise building.

Source: Issa, Angelo., Machhadi, Maher, & Barbu, Mircea,. (2021). Ytbehandlade träelement. En studie av brandskydd, bärförmåga, pris och miljöpåverkan av ytbehandlade träelement. (Examensarbete, Mälardalens högskola).

FÖRORD

Efter tre utmanande år av studier på högskolenivå var det äntligen dags för oss att bli färdigexaminerade högskoleingenjörer i byggnadsteknik. Det har varit en lärorik resa med många svängningar där destinationen var att bli kompetenta individer som kommer bygga det framtida samhället. Vilket vi helhjärtat ser fram emot. Detta examensarbete började för länge sedan när tre ambitiösa studenter (som också är nära vänner) träffades i en

föreläsningssal på Mälardalens högskola. Dessa tre studenter hade ett gemensamt intresse för brandskydd, byggnadskonstruktion, ekonomi och miljöteknik. Då föddes idén om att skriva ett examensarbete som rymde alla dessa områden.

Det är viktigt att påpeka att våra kunskaper och intresse för ämnet byggnadskonstruktion inte skulle ha funnits utan vår kära handledare Henrik Wahlberg. Hans unika

undervisningsstil som gör lärandet rolig, gjorde att vi tog till oss kunskaperna med ett leende på våra ansikten. Vi är för evigt tacksamma för hans goda inflytanden i våra liv. Då vi inte bara lärde oss byggnadskonstruktion av honom utan även tog till oss några av hans goda karaktärsdrag. Detta är något som vi kommer att ta med oss och förmedla vidare.

Vi tackar härmed Envirograf. Europas största leverantör av brandskyddsprodukter som har bidragit till arbetet genom att leverera till oss ett stort sortiment av produktcertifikat,

produktbeskrivningar, prisunderlag och övrig information som har varit till stor hjälp. Det är på grund av Envirograf generositet som vi kan presentera ett fullständigt arbete. Vi tackar även Björn Holm från Protega som har stöttat vårt arbete genom att förmedla viktig information om Protegas produkter till oss.

Sist men inte minst vill vi tacka familjen Barbu som består av Adriana (fru) & Evangeline (dotter) som har stått ut med författaren Mircea Barbu under arbetets långa gång och uppmuntrat honom till att jobba hårt och sträva efter att bli den bästa versionen av sig själv. Sedan vill vi tacka familjen Issa som består av Salem (pappa) & Oshana (bror) där pappan har uppmuntrat författaren Angelo Issa till att följa sina drömmar och utbilda sig vidare, samtidigt som brodern alltid varit en hejande ängel på Angelos sida. Vi vill även tacka familjen Machhadi som består av Nader (pappa), Ranim (syster) & Yumna (syster) som har hela tiden trott på författaren Maher Machhadi och motiverat honom till att sikta mot stjärnorna. Slutligen vill vi tacka alla vänner och anhöriga som har bidragit med deras positiva inflytande under författarnas lärandegång.

Västerås, juni 2021

Angelo Issa, Maher Machhadi & Mircea Barbu Med uppdrag av:

SAMMANFATTNING

Idag råder stora beteendeförändringar i samhället för att vi skall klara av miljömålen som ställs globalt. Det krävs att alla tar sitt ansvar och strävar efter ett grönare klimat.

Byggbranschen kan använda sig av mer klimatsmarta lösningar såsom träkonstruktioner. Trä är ett miljövänligt och miljöneutralt material, då den binder koldioxid som växt, innan sin avverkning. Trä är även ett lättillgängligt material i Sverige därför att det planteras dubbelt så mycket mängd trä som det avverkas.

Trä som byggmaterial är ett grönt alternativ med fördelaktiga hållfasthetsegenskaper, men problemet är att trä är brännbart vilket innebär att brandskyddet hos träkonstruktioner bör tas i beaktning. Det ställs hårda krav på höga träkonstruktioner för att brandskyddet skall vara godkänt enligt Boverkets byggregler. Bärande träelement måste enligt kraven behålla sin bärförmåga i minst 60 minuter under brand. Det krävs ett optimalt brandskydd för att

skydda träkonstruktioner mot brand då bärande träelement kan förlora sin bärkapacitet under ett brandförlopp. Då förekommer det risk till personskador eller skador på egendom. Syftet med detta examensarbete var att undersöka ytbehandlingar ur flera synvinklar såsom brandskydd, bärförmåga, miljöpåverkan och pris. Arbetet har behandlat ett tvärsnitt som består av en limträbalk med dimensionerna 165 x 450 x 6000 [mm] som kräver ett brandskydd för att uppfylla brandskyddskraven.

Metoden som användes för genomförandet av arbetet omfattades av att

brandskyddsförmågan analyserades genom att utreda förkolningsgraden av tvärsnitten vid brand. Bärförmågan beräknades genom tillämpning av Eurokoder med hänsyn till

resttvärsnittet efter förkolningen. Miljöpåverkan utreddes till följd av att genomföra sammansättningar av det olika ytbehandlingar. Priser beräknades genom en

marknadsundersökning av olika brandskyddsalternativ som bas för en prisjämförelse. Resultatet lyfter fram de olika situationerna som har valts att studera i denna

kandidatuppsats. Där studien rymmer obehandlade samt ytbehandlade träelement av samma tvärsnittsmått. Den teoretiska undersökningen av bärförmågan som genomfördes har

baserats på att beräkna hur träelementets förkolningsdjup, momentkapacitet samt skjuvkapacitet förändras under brandförloppet.

Momentkapaciteten observerades stiga under första stadiet av branden då ytbehandlingarna var verkande. Under de övriga stadierna av branden, nämligen andra och tredje stadiet observerades momentkapaciteten sjunka med anledning av att ytbehandlingarnas verkan upphörde. Sänkningen skedde i olika grader beroende på brandstadie till följd av de varierande förkolningshastigheterna. För obehandlade träelement observerades momentkapaciteten sjunka i samma grad under brand på grund av den konstanta förbränningshastigheten.

Skjuvkapaciteten observerades sjunka i olika grader under brandförloppet med hänsyn till ytbehandlingarnas brandklass, stadie av branden och förkolningshastighet. Vid beräkning av skjuvkapaciteten vid brand tillämpades en säkerhetsfaktor kfi på 15% enligt Eurokoderna.

Ytbehandlingarnas miljöpåverkan anses vara försumbar med hänsyn till att de miljöfarliga ämnena i de aktuella produkterna som studerades, återfinns i väldigt små mängder som ligger under gränserna som europeiska bestämmelser har fastställt. Ytbehandlingarna bidrar därefter i mindre utsträckning till försurning av vatten, övergödning samt negativa

hälsoeffekter på människor vid bristfällig hantering.

De aktuella ytbehandlingarna som studerades, visade sig vara mer ekonomiskt lönsamma än andra alternativ (brandgipsskivor samt kombination av brandskivor och stenull) för

användning som brandskydd av det aktuella limträbalkarna. Ytbehandling med systemet HW01 samt HW02 visade sig vara mest ekonomiskt lönsamma i jämförelse med de övriga alternativen.

I Diskussionen lyftes det fram att resultatet av momentkapaciteten kan bero på att modifieringsfaktorn kmod, fi som tar hänsyn till brandpåverkan är större än

modifieringsfaktorn kmod som tar hänsyn till inverkan av lastvaraktighet och klimatklass enligt Eurokoderna. Dessutom nämns att felkällor av arbetet består av skillnaden mellan teori och praktik, vilket innebär att även praktiska försök bör utföras i framtiden för att kontrollera om arbetets resultat är verklighetstrogna.

Flera slutsatser kan dras; beräkningarna som har studerats enligt Eurokoderna tyder på att ytbehandlingar skyddar elementet ifrån att förkolna i lägre hastighet jämfört med

obehandlade element. Detta leder till att ytbehandlingar skyddar element vilket medför att den kan bibehålla sin bärförmåga under längre tid. Dessa vattenbaserade brandskyddsfärger innehåller låga halter av miljöskadliga ämnena att de är godkända med hänsyn till europeiska direktiv. Den ekonomiska jämförelsen som studerades ledde till att brandskyddsfärger var mer ekonomiskt lönsamma än andra brandskyddsalternativ. Brandskyddsfärgen HW01 systemet var det mest kostnadseffektiva alternativet bland de olika ytbehandlingarna.

Nyckelord: Trä, ytbehandlingar, brandskydd, bärkapacitet, limträbalk, miljöpåverkan, förkolningsgrad, branddimensionering, byggnadsekonomi

Källa: Issa, Angelo., Machhadi, Maher, & Barbu, Mircea. (2021). Ytbehandlade träelement. En studie av brandskydd, bärförmåga, pris och miljöpåverkan av ytbehandlade träelement (Examensarbete, Mälardalens högskola).

INNEHÅLL

1 INLEDNING ... 2 1.1 Bakgrund... 2 1.1.1 Tidigare studier ... 3 1.2 Problemformulering ... 5 1.3 Syfte... 6 1.4 Frågeställningar ... 6 1.5 Avgränsning ... 6 2 METOD ... 7 2.1 Forskningsmetodik ... 7

2.2 Handberäkningar av brandskyddsförmåga utifrån certifikat ... 7

2.3 Handberäkningar av bärförmåga enligt Eurokoder ... 8

2.4 Analys av miljöpåverkan ... 8

2.5 Ekonomiska beräkningar och prisjämförelser ... 9

3 LITTERATURSTUDIE ... 11 3.1 Träteori ... 11 3.1.1 Allmänt ... 11 3.1.2 Träets struktur ... 11 3.1.3 Materialegenskaper ... 13 3.1.4 Användningsområden ... 14 3.2 Bärförmåga ... 14 3.2.1 Brottgränstillstånd ... 14 3.2.2 Bruksgränstillstånd ... 15 3.3 Brandskyddsteori ... 15 3.3.1 Brandsäkerhetsklasser ... 15 3.3.2 Byggnadsdelars brandsäkerhetsklass ... 16 3.4 Förkolningsteori ... 17 3.4.1 Kollagrets ämnesinnehåll ... 19

3.4.2 Förkolningsdjup och förkolningshastighet ... 19

3.5 Ytbehandlingarnas miljöpåverkan ... 22

3.5.1 Miljöfarliga ämnen i ytbehandlingar ... 22

3.5.1.1. Flyktiga organiska ämnen – VOC:s ... 23

3.5.1.2. Koloxider ... 23

3.5.1.3. Kväveoxider ... 23

3.5.1.4. Svaveloxider ... 24

3.5.1.5. Fosfater ... 24

3.5.2 Miljögifter vid bränning av obehandlade träelement ... 24

3.5.3 Krav, faroklasser och faroangivelser för ingredienser i ytbehandlingar ... 25

4 FALLSTUDIE ... 27

4.1 Studieobjekt ... 27

4.1.1 Rimlighetsbedömning för val tvärsnittsdimensioner ... 27

4.1.2 Träelement ... 28 4.1.3 Ytbehandlingar ... 29 4.1.3.1. Brandklass ... 29 4.1.3.2. Ytbehandling med HW01 ... 29 4.1.3.3. Ytbehandling med HW02 ... 31 4.1.3.4. Protega Novatherm 1FR ... 32 4.1.3.5. Protega Novatherm 4FR ... 33 4.2 Beräkningar ... 34 4.2.1 Brandskydd ... 34 4.2.1.1. Förkolning ... 34 4.2.2 Bärförmåga ... 38

4.2.2.1. Bärkapacitet innan brand ... 38

4.2.2.2. Bärkapacitet under brand utan ytbehandlingar ... 40

4.2.2.3. Bärkapacitet under brand med ytbehandlingar ... 44

4.3 Miljöpåverkan av ytbehandlingar ... 47

4.4 Prisjämförelser mellan brandskyddande alternativ ... 48

4.4.1 Ytbehandlingar ... 48

4.4.2 Gipsskivor ... 48

4.4.3 Gipsskivor & stenull ... 48

5 RESULTAT ... 49

5.1 Bärförmåga vid brand för ytbehandlad och obehandlad element ... 49

5.1.1 Momentkapacitet ... 49

5.1.2 Skjuvkapacitet ... 50

5.2 Reduktion av tvärsnittet under brand ... 51

5.3 Miljöpåverkan av ytbehandlingar ... 52

6 DISKUSSION ... 54

7 SLUTSATSER ... 56

8 FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE ... 57

REFERENSER ... 58

BILAGA 1: RIMLIGHETSBEDÖMNING AV TVÄRSNITTSMÅTT ... 66

BILAGA 2: BÄRFÖRMÅGA INNAN BRAND ... 67

BILAGA 3: BERÄKNINGSMETOD 1, BÄRFÖRMÅGA FÖR OBEHANDLAD ELEMENT [30 MIN] .. 69

BILAGA 4: BERÄKNINGSMETOD 2, BÄRFÖRMÅGA FÖR OBEHANDLAD ELEMENT [30 MIN] .. 71

BILAGA 5: BERÄKNINGSMETOD 1, BÄRFÖRMÅGA FÖR OBEHANDLAD ELEMENT [60 MIN] .. 74

BILAGA 6: BERÄKNINGSMETOD 2, BÄRFÖRMÅGA FÖR OBEHANDLAD ELEMENT [60 MIN] .. 76

BILAGA 7: BERÄKNINGSMETOD 1, BÄRFÖRMÅGA FÖR BEHANDLAD ELEMENT [EI30] ... 78

BILAGA 8: BERÄKNINGSMETOD 2, BÄRFÖRMÅGA FÖR BEHANDLAD ELEMENT [EI30] ... 84

BILAGA 9: BERÄKNINGSMETOD 1, BÄRFÖRMÅGA FÖR BEHANDLAD ELEMENT [EI60] ... 91

BILAGA 10: BERÄKNINGSMETOD 2, BÄRFÖRMÅGA FÖR BEHANDLAD ELEMENT [EI60] ... 97

BILAGA 11: PRISJÄMFÖRELSER MELLAN BRANDSKYDDS-FÄRG OCH GIPSSKIVOR... 104

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1: Arean för ett rätblock ... 9

Figur 2: Normalspänningar och skjuvspänningar för olika riktningar ... 11

Figur 3: Förkolningsprocessen. ... 17

Figur 4: Temperaturzoner i tvärsnittet i händelse av brand ... 18

Figur 5:Limträ behåller sin bärförmåga vid oskyddade sammanhang till skillnad från stål ... 18

Figur 6: Endimensionell förkolning av trä ... 20

Figur 7: Kemiska föreningar för BDE, PBDE, HBB och HBCDD. ... 22

Figur 8: Vanligt förekommande ingredienser i ytbehandlingar och dess miljöpåverkan ...24

Figur 9: Placering av träbalken i en hög bostadshus. ... 27

Figur 10: Aktuella dimensioner av den studerade limträbalken. ... 28

Figur 11: Balkens verklighetstrogna utseende. ... 28

Figur 12: Definition av resttvärsnitt och effektivt tvärsnitt ... 34

Figur 13: Variation med tiden k0 ... 35

Figur 14: Dimensioneringsförutsättningar ... 36

Figur 15: Första förkolningsstadiet medan ytbehandlingens brandskydd är verkande ... 37

Figur 16: Radiell förkolning runt hörnen av tvärsnitt vid brand...42

Figur 17: Teoretisk förändring av Momentkapacitet under brand ... 49

Figur 18: Teoretisk förändring av Skjuvkapacitet under brand ... 50

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 1:Hållfasthetsvärden för ett felfritt tvärsnitt för träsorten gran- och furu ... 12

Tabell 2: Konstruktionsvirke skall sorteras visuellt eller maskinellt. ... 12

Tabell 3: Trämaterialets beteende vid fuktförändringar i procentenheter i olika riktningar .. 13

Tabell 4: Målfuktkvoter för olika användningsområden ... 14

Tabell 5: Brandsäkerhetsklasser ... 16

Tabell 6: Byggnadsklasser ... 16

Tabell 7: Huvudklasser för ytskikt ... 21

Tabell 8: Tilläggsklasser för ytskikt ... 21

Tabell 9: Utsläpp vid bränning av obehandlade träelement ... 25

Tabell 10: Faroklasser ... 25

Tabell 11: Beskrivning av konsekvenser för faroangivelse ...26

Tabell 12: Uppnådd brandklass för ytbehandlingar vid applicering på limträbalk ...29

Tabell 13: Produktbeskrivning ...29

Tabell 14 Experiment vs teori ... 30

Tabell 15: Innehåll i ytbehandlingssystemet HW01 ... 30

Tabell 16: Produktbeskrivning ... 31

Tabell 17: Innehåll i ytbehandlingssystemet HW02 ... 31

Tabell 18: Ytbehandling Novatherm 1FR ... 32

Tabell 19: Miljöpåverkan för ingredienserna i ytbehandlingen Novatherm 1FR ... 32

Tabell 20: Ytbehandling Novatherm 4FR ... 33

Tabell 21: Miljöpåverkan för ingredienserna i ytbehandlingen Novatherm 4FR ... 33

Tabell 22:Bestämning av k0 för oskyddade ytor, t i minuter ... 35

Tabell 23: Dimensionerande förkolningshastigheter β0 och βn trä limträ ... 36

Tabell 24: Förbränningsstadier för ytbehandlade träelement ... 37

Tabell 25: Indelning av laster m.h.t. varaktighet ... 40

Tabell 26: Klimatklasser ... 40

Tabell 27: Partialkoefficient 𝛾𝛾𝛾𝛾 för olika trämaterial ... 40

Tabell 28: [Förenklad metod] Momentkapacitet under brand utan ytbehandlingar. ... 41

Tabell 29: [Nyanserad metod] Momentkapacitet under brand utan ytbehandlingar. ... 43

Tabell 30: [Förenklad metod] Momentkapacitet under brand med ytbehandlingar. ... 44

Tabell 31: [Nyanserad metod] Momentkapacitet under brand utan ytbehandlingar. ... 45

Tabell 32:Kartläggning av miljöpåverkan för ytbehandlingarna ... 47

Tabell 33:Priser för de olika ytbehandlingarna ... 48

Tabell 34: Priser för brandgipsskivor ... 48

Tabell 35: Priser för brandgipsskivor & stenull ... 48

Tabell 36: Teoretiska dimensioneringsvärden av momentkapacitet under brand... 49

Tabell 37: Teoretiska dimensioneringsvärden av momentkapacitet under brand ... 50

Tabell 38: Teoretiska värden för förändringen av förkolningsdjupet under brand ... 51

Tabell 39:VOC innehåll samt miljöpåverkan för de olika ytbehandlingar ... 52

Tabell 40: Priser för olika brandskyddsalternativ ... 53

BETECKNINGAR

Beteckning Beskrivning Enhet

Grader Celsius Beteckning för temperatur C°

Kilonewtonmeter Momentkraft kNm

Kilonewton Skjuvkraft kN

Megapascal Tryckkraft på en yta [Spänning] MPa

FÖRKORTNINGAR

Förkortning Beskrivning

BBR Boverkets byggregler

E Beteckning för integritet-avskiljande förmåga

EI 30 Beteckning för integritet & avskiljande och isolering i 30 minuter EI 60 Beteckning för integritet & avskiljande och isolering i 60 minuter

I Beteckning för isolering

LSO Lagen om skydd mot olyckor

RISE Research Institutes of Sweden

PBL Plan och bygglagen

PBF Plan och byggförordningen

R Beteckning för bärförmåga

SBI Single burning item

VOC:s Flyktiga organiska ämnen

DEFINITIONER

Definition Beskrivning - Flamskyddsmedel - Ytbehandlingar - Brandskyddsmaterial - Brandskyddsfärg

Material eller materialkombination som appliceras på en bärverksdel för att öka dess brandmotstånd.

Brandförlopp Tiden från antändning till avsvalning av en brand med olika _{förhållanden i mellan baserad på omständigheterna}

Dehydratisering Avlägsnande av vatten från ett kemiskt system

Term Definition enligt (EN 1995-1-2:2004)

Brandskyddsmaterial Material eller materialkombination som appliceras på en _{bärverksdel eller komponent för att öka dess brandmotstånd}

Dimensionering vid

normal temperatur Dimensionering för brottgränstillstånd vid förutsatt omgivningstemperaturer enligt EN 1995-1-1

Effektivt tvärsnitt

Tvärsnittet hos en virkesdel vid brandteknisk dimensionering baserad på metoden med reducerat tvärsnitt. Det erhålls genom att resttvärsnittet reduceras med de delar som antas sakna hållfasthet och styvhet

Förkolningsdjup Tjockleken av förkolningsskiktet på en sida av ett trätvärsnitt

Förkolningsgräns Gränsen mellan förkolnat material och resttvärsnittet

Förkolningshastighet Hastigheten som en sida av ett trätvärsnitt förkolnar

Resttvärsnitt Tvärsnitt hos ursprunglig virkesdel minskad med _{förkolningsdjupet}

Skyddad virkesdel Virkesdel som särskilt skyddas för att minska temperaturhöjning i delen och förebygga eller minska förkolningen vid brand

Symbol

Definition

𝐴𝐴𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 Resttvärsnittets area

𝑏𝑏 Bredd, den totala areans termiska tröghet

𝑑𝑑0 Tjocklek hos skikt med antas sakna hållfasthet och styvhet

𝑑𝑑𝑐𝑐ℎ𝑎𝑎𝑟𝑟,𝑛𝑛 Ekvivalent förkolningsdjup

𝑑𝑑𝑐𝑐ℎ𝑎𝑎𝑟𝑟,0 Förkolningsdjup vid endimensionell inbränning

𝑑𝑑𝑟𝑟𝑒𝑒 Effektiv förkolningsdjup

𝐸𝐸𝑑𝑑 Dimensionerande värde för lasteffekt

𝐸𝐸𝑑𝑑,𝑒𝑒𝑓𝑓 Dimensionerande värde för elasticitetsmodulen vid brand, _{dimensionerande värde för lasteffekt vid brand}

𝑓𝑓𝑑𝑑 Dimensionerande hållfasthet

𝑓𝑓𝑑𝑑,𝑒𝑒𝑓𝑓 Dimensionerande hållfasthet vid brand

𝑓𝑓𝑣𝑣𝑣𝑣 Karakteristisk Skjuvhållfasthet

𝑓𝑓𝑚𝑚𝑑𝑑 Dimensioneringsvärde

𝑓𝑓𝑚𝑚𝑑𝑑,𝑒𝑒𝑓𝑓 Dimensioneringsvärde vid brand

𝑓𝑓𝑣𝑣 Karakteristisk hållfasthet

𝑓𝑓𝑣𝑣𝑑𝑑 Dimensioneringsvärde för Skjuvhållfasthet

𝑓𝑓𝑣𝑣𝑑𝑑,𝑒𝑒𝑓𝑓 Dimensioneringsvärde för Skjuvhållfasthet vid brand

ℎ Tvärsnittshöjden

𝑘𝑘0 Faktor

𝑘𝑘𝑐𝑐𝑟𝑟 Momentbelastat tvärsnitt skall effekten av sprickor beaktas

𝑘𝑘𝑒𝑒𝑓𝑓 Förskjutningsmodul i brandfallet

𝑘𝑘ℎ Storleksfaktor

𝑘𝑘𝑚𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑 Lastvaraktighets- och fuktfaktor

𝑘𝑘𝑚𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑,𝑒𝑒𝑓𝑓 Lastvaraktighets- och fuktfaktor vid brand

𝐿𝐿 Spännvidden

𝛾𝛾𝐸𝐸𝑑𝑑 Moment dimensionerande värde för lasteffekt

𝛾𝛾𝑅𝑅𝑑𝑑 Momentkapacitet

𝑃𝑃 Det brandutsatta resttvärsnittets omkrets

𝑟𝑟 Radien för tvärsnittet

𝑡𝑡 Brandexponeringstid

𝑉𝑉𝑅𝑅𝑑𝑑 Dimensioneringsvärde för Skjuvhållfasthet

𝑉𝑉𝑅𝑅𝑑𝑑,𝑒𝑒𝑓𝑓 Dimensioneringsvärde för Skjuvhållfasthet vid brand

𝑊𝑊 Böjmotståndet i aktuell riktning

𝑊𝑊𝑟𝑟𝑒𝑒 Effektiva tvärsnittets motståndsmoment

𝑊𝑊𝑟𝑟 Resttvärsnittets motståndsmoment

𝛽𝛽𝑛𝑛 Dimensionerande ekvivalent förkolningshastighet under _{standardpåverkan}

𝛾𝛾𝑚𝑚 Partialkoefficient för en materialegenskap som även beaktar _{modellosäkerhet variation i mått}

1 INLEDNING

Ett effektivt brandskydd i träkonstruktioner räddar liv. Dessutom bidrar träkonstruktioner till att miljömålen uppfylls. Idag strävas det efter ett grönare samhälle med ett mer hållbart samhällsbyggande där ett stort utbud av förnyelsebara material bör användas i byggsektorn. Samhället står inför utmaningar där målet är att förminska koldioxidutsläppen för ett mer miljövänligt samhälle. Idag byggs det fler byggnader i trä, det finns en god tillgång till resursen i Sverige och man planterar varje år dubbelt så mycket träd som man avverkar. Enligt Boverket (2020 d) prognoser kommer en ökning på 50 % av flerbostadshus att

bebyggas i trästommar de kommande åren. Brandskyddet hos träkonstruktioner bör beaktas då materialet trä räknas som energikälla till brand. Detta examensarbete bidrar till att högt träbyggande underlättas i framtiden. Detta eftersom aspekter såsom bärförmåga,

brandskyddsförmåga, miljöpåverkan och ekonomi undersökts. Ytbehandlingar kan rädda liv genom att förhindra att byggnadsdelar faller ner under en brand och skadar egendom eller människor.

1.1 Bakgrund

Trä är ett material som har används under flera årtionden och fortsätter användas vid husbyggnation i Sverige. Detta beror på att trävirke har goda tekniska förutsättningar såsom styvhet och beständighet för att kunna användas som byggnadsmaterial. Dessutom är trä en förnybar resurskälla som anses vara hållbart ur miljösynpunkt (Isaksson, T., Mårtensson, A., & Thelandersson, S. 2017). Historiskt sett har byggande av trähus begränsats på grund av materialets ofördelaktiga beteende vid brand. Trä agerar som ett bränsle vid bränder och bidrar i hög grad till brandspridning.

Den tekniska utvecklingen inom byggsektorn har tagit hänsyn till att trä är ett brännbart material. Därmed har många tekniska lösningar såsom ytbehandlingar och

tryckimpregnering med varierande förmågor skapats, i syfte att förbättra träbyggelementens brandmotstånd. Enligt RISE (2019) strävar den svenska byggsektorn efter att bygga fler höga byggnader av trä. Det finns däremot en brist på information, kunskap och erfarenhet inom byggsektorn kring höga träbyggnader just på grund av att tidigare begräsningar resulterade till att byggsektorn undvek att arbeta med materialet trä vid framtagande av högre

byggnader. Den största tidigare begränsningen var ”Kongl. Ifajtts” nådiga Byggnadsstadga för rikets städer (1874) som förbjöd bebyggelse av trähus som var högre än 2 våningar.

Hållbart byggande har flera dimensioner som är sammankopplade med varandra. När en byggnad framställs bör man ta i beaktning de sociala-, ekonomiska- och sist men inte minst, miljöperspektivet. Enligt Statistiska Central Byrån (2021) kommer Sveriges befolkning öka med mer en miljon invånare fram till år 2034. Dessa människor kommer att vara i behov av en bostad som i dagsläget inte existerar. Boverket (2020 d) prognostisera att byggbehovet ligger på 54 000 bostäder per år fram till 2025. En uppskattning har gjorts och ungefär 50% av planerade flerbostadshus kommer att byggas med trästomme och med träväggar. När en träkonstruktion byggs minskas avtrycket på miljön avsevärt. I en jämförelse av

betongkonstruktioner med träkonstruktioner observerades en minskning med upp till 40% på förorenande faktorerna. När stålkonstruktion sattes i jämförelse mot träkonstruktioner visade sig att byggandet med trä minskar miljöavtrycket med 30 %. I samma studie

uppskattades att, på grund av att det kommer att byggas mer med trästomme och med träväggar, 6000 jobb kan genereras i mindre orter där arbetstillfällena har varit svårt att hitta. I sin helhet kan byggandet av flerbostadshus i trä bidra till och med till att

exportindustri expanderar (Brege, Nord & Stehn, 2017).

Genom att studera ytbehandlade träelement ur flera synvinklar såsom brandskydd,

bärförmåga, miljö och ekonomi bidrar detta arbete till framsteg i utvecklingen mot hållbara städer som är utformade av alltmer höga trähus. Vid utformning av byggnader är teknisk information och rådata essentiellt för att kunna fatta beslut vid projektering och produktion av byggnader. Vid beslut om bebyggelse i trästomme är det därför nödvändigt att ha tillgång till teknisk information om träelementens brandklass, bärförmåga och pris. Miljöpåverkan är en ytterligare aspekt som ges stor vikt i dagsläget då krav på hållbarhet ställs med hänsyn till fastställda miljömålen (forskning.se, 2019).

Ur ett vetenskapligt samt tekniskt perspektiv, är arbetet intressant då en utredning utförs gällande ytbehandlade träelementens egenskaper vid brand. Arbetet anger underlag för hur dessa egenskaper kan utredas, för att i framtiden kunna utföra flera studier som leder till en mer övergripande förståelse av brandskyddande träelementens beteenden vid brand samt vilka parametrar som bestämmer dessa. Miljöutredningen är särskilt viktig ur ett

vetenskapligt perspektiv då miljöpåverkan av de olika ingredienserna i ytbehandlingarna är viktiga att studera och analysera för att senare kunna minska miljöpåverkan av

flamskyddsmedlen. Denna kandidatuppsats är en av de första stegen mot ett mer hållbart byggande i trä som underlättar brandskyddsdimensionering vid högt träbyggande.

1.1.1

Tidigare studier

Som tidigare nämnts, finns det enligt RISE (2019) i dagsläget en brist på kunskap gällande bebyggelse i trä, särskilt när det gäller bebyggelse av höga trähus. Detta gäller analogt för ytbehandlade träelement där det råder en brist på vetenskapliga studier och därmed kunskap om dessa.

Tidigare studier behandlar enskilda aspekter såsom bärförmåga vid brand av obehandlade element eller brandskyddsförmågan av ytbehandlingar. Göransson, Runesson & Ståhl (2015)

förkolnar vid brand och att beklädnader eller impregnering kan användas för att

brandskydda limträelement. Arbetet saknar att ange ytbehandlingar som ett medium för brandskydd samt bortser ifrån att undersöka hur brand påverkar bärförmågan av

limträelement.

I examensarbetet skriven av Lidèn (2017) tas olika ytbehandlingar upp och presenteras som möjliga brandskyddsval. Arbetet nämner bland annat att ytbehandlingar förhindrar

antändning av träelement under en viss tid vilket ger upphov till högre brandklass. Arbetet nämner kort, att olika ytbehandlingar kan ha en negativ miljöpåverkan. Arbetet saknar att nämna kopplingen mellan ytbehandlingar och bärförmåga vid brand.

Det är nämnvärt att inga av tidigare arbeten har angivit att ytbehandlingar har en inverkan på bärförmågan under brand. Metodiken som används av Göransson et.al (2015) är i form av kvalitativa intervjuer och litteraturstudie. Därefter använder Lidèn (2017) en metodik i form av litteraturstudie samt granskning av produktcertifikat.

De tidigare arbeten upphäver en lucka i det vetenskapliga området om hur ytbehandlade träelement beter sig under brand. Därför har denna studie av ytbehandlade träelement valt att behandla brandskydd, bärförmåga och miljöpåverkan. Vilket kommer att utföras genom användning av metoder såsom litteraturstudie, beräkningar och därefter jämförelser vilket anses på ett pålitligt sätt kunna komplettera det som tidigare arbeten inte har berört. Henriksson (2019) undersöker två alternativ för att uppnå gällande brandskyddskrav för bärförmåga. Den ena är överdimensionering av en limträkonstruktion medan den andra är brandskydd av samma konstruktionstyp. Brandskyddande materialet som studeras är gipsskivor och brandskyddsfärg. När det gäller användningen av gipsskivor nämns formeln för beräkning av behovet för antal gipsskivorna som är verifierad för max två lager. Detta innebär att i beräkningen med hänsyn till att brandskyddande förmågan för gipsskivorna minskas med 5% då närmare man kommer limträbalken enligt studien. I arbetet väljs det att räkna med 100% brandskyddkapacitet för alla brandgipsskivor då det inte påverkar

jämförelsen eftersom priset för metoden med brandgipsskivor är ändå den högsta. En till intresseväckande punkt i studien som Henriksson (2019) nämner men väljer att inte fördjupa sig i är observationen om det dimensionerande hållfasthetsvärden under brand är större än hållfasthetsvärden innan brand.

Det är även viktigt att beakta att mindre konstruktioner brinner snabbare och är i större behov av brandskydd. Större träkonstruktioner som använder sig av större tvärsnitt blir överdimensionerade och är i mindre behov av extra brandskydd i form av antingen gips eller brandfärg (Henriksson, 2019).

Henriksson (2019) studie inhämtade data i form av priser ifrån ett kalkyleringsprogram (Wikells Sektionsdata, Version 2019.04.). Dessa kostnader består av material

1.2 Problemformulering

Tvärsnittsmåtten för ett träelement har en stor inverkan på förkolningshastigheten vilket medför hur snabbt eller långsamt tvärsnittet brinner. Element som är tunna har lättare att antändas, vilket innebär att de brinner lättare och snabbare än större tvärsnitt. Större trädimensioner har ett skyddande kollager som motarbetar att tvärsnittet förfaller och förlorar sin bärförmåga. Trämaterialet antänds vid en yttemperatur på ca 500–600 grader Celsius [C°]. De olika faktorerna hos materialet har även stor inverkan som kan bland annat vara ytstrukturen, tjockleken, densiteten, fuktkvoten och om ytbehandlingar används (Svenskt Trä, 2016).

Svenskt Trä (2015) anger att träelement förlorar sin bärförmåga vid brand. Hållfastheten och elasticitetsmodulen reduceras i elementet under kollagret. Stomsystemen som bär

konstruktionen måste vara brandsäkert och beaktas vid dimensionering. Enligt Boverket (2020 a) utgår normerna från ett standardiserat brandförlopp där konstruktionen skall klara av att upprätthålla en bärförmåga under minst 60 minuter.

Det finns olika typer av ytbehandlingar för trä som består av en blandning mellan olika kemiska föreningar. Generellt strävas det efter att förhindra termisk nedbrytning av

materialet så att mindre brännbara gaser avges och ett skyddande kollager bildas i tvärsnittet (Isakson, Mårtensson & Thelandersson, 2017).

De vanligaste ytbehandlingarna innehåller oorganiska vattenlösliga salter, några av dessa salter kan vara fosfater, sulfater och borater (Svenskt Trä, 2017 b). Enligt Naturvårdsverket (2020 a) orsakar fosfater övergödning i sötvattensmiljöer. Cyanobakterier får stöd av

tillgångar till ämnen som omfattar fosfater och kväve, som även leder till blomning av alger i vattnet. När dessa bakterier dör utlöser toxiner i vattnet som leder till sjukdomar eller dödsfall för djur.

De olika ytbehandlingar har olika prisklasser beroende på bland annat brandklassen som skall uppfyllas. Dessutom leder till att det kan vara kostsamt för byggherren att bekosta ytbehandlingar för träelementen i en träkonstruktion. Det kan i flera fall vara mer lönsamt att öka trädimensionen istället för att ytbehandla för att erhålla rätt brandklass (Isakson et al., 2017).

När det gäller att behandla de olika träelementen med brandskyddsmålning så brukar det enligt B. Holm (personlig kommunikation, 16 maj 2021) oftast glömmas bort att behandla dessa frågor vid projekteringsskedet vilket leder till ÄTA (Ändring, tillägg och avgående). Detta medverkar till att byggherren strävar efter att ta in billigaste arbetskraften för att få arbetet utfört vilket leder till ett dåligt arbete där produkterna inte alltid blir bearbetade utifrån produktbeskrivningen. Detta kan leda till att brandskyddet inte blir optimalt i de flesta fall då arbetet inte är utfört på fackmannamässigt sätt. Det bör upplysas i ett tidigt skede av byggherren för att både parterna kan förhandla om detta för ett bättre samarbete mellan parterna.

1.3 Syfte

Syftet med denna studie är att undersöka brandskyddsförmågan och miljöpåverkan av olika ytbehandlingar för träelement. Dessutom analyseras inverkan av ytbehandlingar på

bärförmågan vid brand samt slutligen utförs en kostnadsjämförelse av ingående ytbehandlingar.

1.4 Frågeställningar

• Hur stor är bärförmågan på tvärsnittet som återstår efter förkolningen? • Hur mycket kan förkolningen reduceras med hjälp av olika ytbehandlingar? • Vilken miljöpåverkan har de aktuella ytbehandlingarna?

• Vilka ytbehandlingar är mest lönsamma?

1.5 Avgränsning

Detta examensarbete behandlar brandhämmande ytbehandlingar för trä. I studien har ytbehandlingar från Envirograf (HW01, HW02) samt ytbehandlingar från Protega (Novatherm 1FR, Novatherm 4FR) undersökts. Fokus har lagts på effekten som

ytbehandlingarna har på förkolningshastigheten, hur mycket förbränningshastigheten sänks samt hur ytbehandlingarna påverkar träets bärförmåga. Dessutom, har ytbehandlingarnas miljöpåverkan samt lönsamhet analyserats ur både en miljösynpunkt och även ur ett ekonomiskt perspektiv.

Träelementets bärförmåga samt förkolning under brand beräknades enligt Eurokoderna. Där två metoder (förenklad- och nyanserad metod) använts för att ta fram värden för

momentkapacitet samt skjuvkapacitet. Med hänsyn till tidsramen för arbetet gjordes inga beräkningar gällande andra brottstyper såsom instabilitetsbrott. Dessutom togs ingen hänsyn till balkinfästningarnas påverkan på momentkapacitet eller skjuvkapacitet.

Gällande miljöpåverkan avgränsas studien till att endast undersöka ingrediensernas

miljöpåverkan utifrån vetenskapliga källor. Detta innebär att inga praktiska försök kommer göras för att studera långsiktiga miljöpåverkan av ingredienserna.

I studien togs inte hänsyn till att träelementens livslängd påverkas av ytbehandlingar. Det har inte heller beaktats att ytbehandlingarna påverkar träets kapacitet att motstå

miljöfaktorer som nederbörd, frost, upptining, strålning men även biologiska organismer som svampar, insekter, gnagare eller fåglar.

Brandskydd med hjälp av brandgipsskivor samt brandgipsskivor och stenull studerades bara ur ekonomisk synvinkel för att kunna ställa kostnaderna i jämförelse. Kostnaderna

2 METOD

2.1 Forskningsmetodik

Metoden bygger på granskning av vetenskapliga källor, byggnormer och brandcertifikat som genomfördes för att inhämta information. Brandskyddsteori undersöktes utifrån

vetenskapliga källor om brand i trästomme, aktuella byggnormer såsom Boverkets byggregler [BBR] och genom insamling av praktiska certifierande brandförsök av träelement enligt branschsstandarder. En teoretisk analys utfördes kring bärförmåga vid brand där förkolningsgrad samt reaktion vid brand undersöktes utifrån olika vetenskapliga källor. Denna metodik innebär att litteraturstudien är baserad på flera olika typer av källor vilket medför att examensarbetet är byggd på en mer fördjupad grund.

Paralleller har dragits för att jämföra innehållet i ytbehandlingarna för att se vilken

miljöpåverkan den bidrar till. Kemiska ämnen som ytbehandlingarna innehåller har valts att kolla närmare på.

2.2 Handberäkningar av brandskyddsförmåga utifrån certifikat

Ytbehandlingsleverantören Envirograf, Intumescent systems Ltd, kontaktades via e-post för förfrågan om tillgång till klassificerade produktcertifikat som påvisar brandklassificeringen för ytbehandlingarna HW01 och HW02 som berörs i arbetet. Därefter inhämtades

produktcertifikat för Novatherm 1FR och Novatherm 4FR från leverantörens (Protega) hemsida som även påvisar produktens brandklass.

Metoden som valts i detta fall var till hjälp att knyta kontakt med tillverkare. Kontakten via e-post eller genom att söka och extrahera data från tillverkarnas webbplatser var inte det enda som prövades men det var den enda som gav resultat.

Efter undersökning av ytbehandlingarnas brandklass tillämpades Eurokoderna för beräkning av förkolningsdjup. Användningen av Eurokoder valdes eftersom dessa regler tillämpas i hela Europeiska unionen. De underlättar för en gemensam förståelse för

brandskyddsförmågan samt för beräkning av förkolningsdjupet. Den efterföljande

användningen av resultaten av studien kan vara grund för vidare forskning och utveckling inom området, inte bara i Sverige men även i hela EU.

2.3 Handberäkningar av bärförmåga enligt Eurokoder

Metoden som har genomförts är en undersökning av Eurokoderna som tillämpas utifrån bärförmågan för limträbalkar. Eurokoderna behandlar bärförmågeteorier som behöver tillämpas vid en handberäkning i brottgränstillstånd och bruksgränstillstånd.

Dimensionsregler för bärverket som Eurokoderna behandlar är bland annat en tillämpning av reduktionsfaktorer som man måste ta hänsyn till vid handberäkningar av bärförmågan. Handberäkningarna som genomfördes i denna studie behandlar ett förkolnat tvärsnitt där dimensionerna har reducerats med hänsyn till branden. Handberäkningarna genomförs med ändamålet att styrka att bärförmågan bibehålls efter 60 minuter även fast tvärsnittet har reducerats, målet är att förhindra att konstruktionselement skall falla och orsaka

personskador eller skador på egendom. Handberäkningarna behandlade momentkapaciteten samt skjuvkapaciteten vid fyrsidig brand för att limträbalken skall klara av en bärförmåga vid branden under minst 60 minuter som Boverkets Byggregler har som krav.

Beräkningarna behandlar fem olika fall. Där första fallet grundar sig på ett obehandlat element medan de fyra övriga fallen grundar sig på behandlade element med aktuella

ytbehandlingarna som framgår i arbetet. Beräkningarna tar hänsyn till tidsaspekten och visar hur bärförmågan av limträelementen förändras under brandförloppet.

Metoden används med hänsyn till EU-direktiven om att Eurokoder är obligatoriska att användas vid dimensionering av bärande träelement i länder som ingår i Europeiska unionen såsom Sverige. Dessa harmoniserade regler för bärförmågan hjälper till att kvantifiera

resultatet enligt branschens standarder och därtill även för att samtliga intresserade ska kunna ta nytta av studien. Användningen av Eurokoder sker förutsatt att träelementen som används är märkta vilket är aktuellt för produkter som behandlas i arbetet.

CE-märkningen tar hänsyn till europeiska krav som hälso-, miljö- och säkerhetskrav (Svenskt Trä, 2015 c).

2.4 Analys av miljöpåverkan

Analys av ingredienserna i ytbehandlingsprodukterna genomfördes för att studera dess påverkan på liv och miljön och sedan jämföra mellan de aktuella ytbehandlingarna. Analysen baserades på inhämtning av ingredienserna som framgår i produktcertifikaten för att sedan granska ingrediensernas miljöpåverkan utifrån olika vetenskapliga studier samt europeiska lagar och förordningar.

Den valda metoden ansågs vara lämpligaste alternativet för denna studie, för att kunna hitta ett resultat som kan analyseras utifrån miljöeffekter av ytbehandlade träprodukter. En annan metod kunde ha varit en egen forskning om de ämnen och mängder ingredienser som finns i produktreceptet. Den senare metoden skulle ha varit svårt att implementera på grund av att gruppen inte hade tillgång till ett forskningslaboratorium men även begränsade kunskaper om hur man ska gå tillväga med en sådant forskningsarbete saknades.

2.5 Ekonomiska beräkningar och prisjämförelser

Priser beräknades utifrån en marknadsundersökning. Granskning av marknaden genomfördes via inhämtning av priser från leverantörer där metoder som används för applicering av ytbehandlingsprodukter togs hänsyn till. Därefter för att kunna jämföra samt klassificera dem ekonomiskt, har olika matematiska beräkningar genomförts för att få fram resultatet till pris per kvadratmeter.

Ytbehandlingssystem används för att skydda med HW01, HW02, Novatherm 1FR och Novatherm 4FR. Där extra lager av en Topcoating produkt appliceras för att skydda de lager som appliceras först. För att kunna få fram priset per kvadratmeter togs hänsyn till

ytbehandlingarnas specifika appliceringsmetod. I de fall där flera lager behövde appliceras så multiplicerades antal lager med balkens begränsningsarea för att sen dividera med antal liter per kvadratmeter som rekommenderades enligt bruksanvisningarna.

𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑡𝑡𝑙𝑙𝑟𝑟 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑘𝑘𝑟𝑟ä𝑣𝑣𝑠𝑠 𝑓𝑓ö𝑟𝑟 𝑏𝑏𝐴𝐴𝐴𝐴𝑘𝑘𝑙𝑙𝐴𝐴 = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑙𝑙𝑙𝑙𝑟𝑟 ∙ 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣 ∙𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑡𝑡𝑙𝑙𝑟𝑟 𝑝𝑝𝑟𝑟𝑠𝑠𝑑𝑑𝑝𝑝𝑘𝑘𝑡𝑡_𝑠𝑠2

där:

Figur 1: Arean för ett rätblock

𝐴𝐴

𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣

= 2 ∙ (𝑏𝑏 ∙ ℎ) + 2 ∙ (𝑏𝑏 ∙ 𝐴𝐴) + 2 ∙ (ℎ ∙ 𝐴𝐴) [𝑠𝑠

2

]

Därefter dividerades resultatet med balkens area för att få fram antal liter per kvadratmeter som behövs för att uppnå tillfredställande brandskydd.

𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑡𝑡𝑙𝑙𝑟𝑟 𝑝𝑝𝑟𝑟𝑠𝑠𝑑𝑑𝑝𝑝𝑘𝑘𝑡𝑡

𝑠𝑠2 =

𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑡𝑡𝑙𝑙𝑟𝑟 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑘𝑘𝑟𝑟ä𝑣𝑣𝑠𝑠 𝑓𝑓ö𝑟𝑟 𝑏𝑏𝐴𝐴𝐴𝐴𝑘𝑘𝑙𝑙𝐴𝐴 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣

Protega produkterna, det vill säga Novatherm 1 FR och Novatherm 4FR har ett pris per kilogram medan topfärgen har ett pris per liter men principen för att få fram priset per kvadratmeter är detsamma.

Till sist multipliceras antal liter per kvadratmeter med priset per liter för att få resultatet i formen pris per kvadratmeter.

𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠2 = 𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑡𝑡𝑙𝑙𝑟𝑟(𝑘𝑘𝑙𝑙) ∙ 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑡𝑡𝑙𝑙𝑟𝑟(𝑘𝑘𝑙𝑙) 𝑠𝑠2

Två andra sätt att skydda balken mot brand har studerats ur ett ekonomiskt perspektiv för att göra uppsatsen mer intresseväckande. Båda metoderna involverar brandgipsskivor på 15mm som har förmåga att motstå brand under 15 minuter. I ena metoden används enbart

brandgipsskivor medan den andra kombineras stenull med brandgipsskivor. Priserna från leverantörerna för både brandgipsskivor och stenull var per kvadratmeter vilket ledde till att de underlättade beräkningarna. För att uppnå [EI60] behövs 4 lager brandgipsskivor eller en kombination av två lager brandsskivor och 120 mm tjock stenull.

För att få resultatet till formen pris per kvadratmeter för systemet med 4 brandsskivor multiplicerades balkens totala area med 4 och med leverantörens pris per kvadratmeter därefter dividerades resultaten med balkens totala area.

𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠2 = 4 ∙ 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣 ∙ 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑣𝑣𝑙𝑙𝑟𝑟𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡ö𝑟𝑟𝑙𝑙𝐴𝐴𝑠𝑠𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠2

För systemet med 2 brandsskivor och 120 mm tjock stenull räknades priset på följande sätt, balkens totala area multiplicerades med 2 och med priset per kvadratmeter för brandsskivor. Multiplikationens resultat adderades med produkten av multiplikation av balkens totala area med priset per kvadratmeter för stenull. Summan av de två produkterna delades med balkens totala area för att få resultatet till formen pris per kvadratmeter.

Pris för gipsskivor: 𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠2 ∙ 2 𝑠𝑠𝑡𝑡. 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑝𝑝𝑠𝑠𝑠𝑠𝑘𝑘𝑙𝑙𝑣𝑣𝑠𝑠𝑟𝑟 = 2𝑠𝑠𝑡𝑡. 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑝𝑝𝑠𝑠𝑠𝑠𝑘𝑘𝑙𝑙𝑣𝑣𝑠𝑠𝑟𝑟 ∙ 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣 ∙ 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑣𝑣𝑙𝑙𝑟𝑟𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡ö𝑟𝑟𝑙𝑙𝐴𝐴𝑠𝑠𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠2 Pris för stenull: 𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠2 ∙ 120𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑙𝑙𝐴𝐴𝑝𝑝𝐴𝐴𝐴𝐴 = 1 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑙𝑙𝑙𝑙𝑟𝑟 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑙𝑙𝐴𝐴𝑝𝑝𝐴𝐴𝐴𝐴 ∙ 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣 𝐴𝐴𝑟𝑟ä𝑟𝑟𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑐𝑐𝑣𝑣 ∙ 𝐴𝐴𝑙𝑙𝑣𝑣𝑙𝑙𝑟𝑟𝐴𝐴𝐴𝐴𝑡𝑡ö𝑟𝑟𝑙𝑙𝐴𝐴𝑠𝑠𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠2

Pris för gips och stenull:

𝑃𝑃𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠

𝑠𝑠2 ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡𝑙𝑙𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑙𝑙𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑝𝑝𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑜𝑜ℎ 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑙𝑙𝑝𝑝𝐴𝐴𝐴𝐴 =

𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠

𝑠𝑠2 ∙ 2 𝑠𝑠𝑡𝑡. 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑝𝑝𝑠𝑠 + 𝑝𝑝𝑟𝑟𝑙𝑙𝑠𝑠 _𝑠𝑠2 ∙ 120𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑙𝑙𝐴𝐴𝑝𝑝𝐴𝐴𝐴𝐴

3 LITTERATURSTUDIE

3.1 Träteori

3.1.1

Allmänt

Trä är ett material som har använts sedan länge tillbaka i Sverige. Ren trä består av cellulosa, hemicellulosa och lignin. Den kemiska strukturen hos materialet som är oberoende av

träslaget och består av kol (50%), väte (6%) och syre (43%) (Burström & Nilvér ,2018). Trä är ett klimatvänligt material som har möjlighet att lagra kol under en lång tid, dvs tills trämaterialet skall förbrännas igen och man frigör koldioxiden ifrån materialet till

atmosfären. Det byggs i större omfattning av materialet trä idag, jämför med tidigare, där det byggs 15 % mer av flervåningshus och 30% mer av hallbyggnader (Roos, Woxblom &

Mccluskey, 2009). Enligt författarna Gustafsson, Eriksson, Engström, Wik, & Swerrano, (2013) förekommer det oftast att byggherren känner sig osäker på obeprövad teknik att bygga höga trähus. Handboken behandlar osäkerheter som finns hos byggherren och sprider

kunskap att med rätt kompetens kan träbyggande ha många fördelar (Gustafsson, et al., 2013).

3.1.2

Träets struktur

Författarna Burström & Nilvér (2018) skriver att de tre huvudriktningarna (se Figur 2) hos trämaterialet är viktiga att urskilja ifrån varandra då hållfasthetsegenskaperna hos träet förändras (se Tabell 1).

• _{Fiberriktning (Stammens längdriktning)}

• Radiell riktning (Vinkelrätt mot fiberriktningen och årsringarna)

• _{Tangentiell riktning (Vinkelrätt mot fiberriktningen, men parallellt med årsringarna)}

Figur 2: Normalspänningar och skjuvspänningar för olika riktningar (Svenskt Trä,2017 i)

Den största draghållfastheten åstadkoms i virkets fiberriktning (se Tabell 1), samtidigt som tryckhållfastheten är bara hälften så stor som draghållfastheten. Längst fiberriktningen är

Enligt Burström & Nilvér (2018) bör olika förhållandena beaktas då de påverkar träets hållfasthet som omfattas sammanfattningsvis av:

• _{Spänningsriktning} • Träslag • _Densitet • _Fuktkvot • Temperatur • _{Fiberstörning} • _{Dimensionering} • Belastningstid

Tabell 1:Hållfasthetsvärden för ett felfritt tvärsnitt för träsorten gran- och furu, Dessutom är det vanligaste träslagen som används främst till konstruktionsvirke (Svenskt Trä, 2017 d)

Fiberriktningen

[MPa] Vinkelrät mot fiberriktningen [MPa]

Draghållfasthet 100 3

Tryckhållfasthet 50 7

Skjuvhållfasthet 10 5

Konstruktionsvirke som sorteras i ett sågverk fördelas efter hållfasthetsklasserna som består av C14-C50. Siffrorna anger den karakteristiska hållfastheten hos konstruktionsvirket. Dessutom indelas de olika träkvalitéer i sågverket utifrån hållfasthetsklasser (se Tabell 2) både visuellt och maskinellt (Burström & Nilvér ,2018).

Enligt Svenskt Trä (2020) bör visuella sorteringarna av trävirke beakta främst snedfibrighet, svampangrepp, sprickor, hål och former. Den vanligaste maskinella metoden som används idag är resonansfrekvens där man knackar i virkesänden för att få en mätning på

elasticitetsmodulen.

Tabell 2: Konstruktionsvirke enligt (SS 230120) skall sorteras visuellt eller maskinellt (Svenskt Trä, 2017 g)

Hållfasthetsklasser Visuell sortering enligt _{SS 230120} Maskinell Sortering _{enligt SS-EN 338}

C14 T0 C16 C16 C18 T1 C18 C20 C20 C22 C22 C24 T2 C24 C27 C27 C30 T3 C30 C35 C35 C40 C40 C45 C45 C50 C50

Limträ består av olika konstruktionsvirke som är ihoplimmade, det vanligaste är att man använder sig av gran där strukturen kan omformas som böjda men även raka element. Hållfasthetsklasser består av GL28 och GL30. Förkortningen GL står för Glued Laminated Timber (Glulam) och sifforna står för karakteristiska hållfasthetsklasserna (Burström & Nilvér ,2018). Enligt Svenskt Trä (2020 a) används Combined efter hållfasthetsklassen som medverkar till att man använder sig av högre hållfasthetsklasser i över och underkant medan i centrum av tvärsnittet används lameller av lägre hållfasthetsklass. Lameller som används av samma hållfasthetsklass i hela tvärsnittet kallas för homogent och betecknas med bokstaven h efter hållfasthetsvärdet (Svenskt Trä, 2020 b).

3.1.3

Materialegenskaper

Materialegenskaperna hos träet förutses av naturen, där egenskaperna bestäms med hänsyn till geografiska platser, fuktinnehåll, kvistar och fiberstörningar. Trä betraktas som ett levande material där den sväller vid stigande fuktinnehåll och krymper vid uttorkning. Fuktinnehållet har en stor inverkan på trämaterialet då den påverkar hållfastheten och elasticitetsmodulen. Densiteten har även viktiga funktioner i träets egenskaper som bland annat omfattar hållfasthet, elasticitetsmodul, fuktinnehåll och hårdhet (Burström & Nilvér ,2018). Enligt Svenskt Trä (2018) binder trävirke under sin livstid 700 kg koldioxid [CO2] per kubikmeter.

Tabell 3: Trämaterialets beteende vid fuktförändringar i procentenheter i olika riktningar på trävirke (Svenskt Trä,2017 f) Ändringar [%] Tryckhållfasthet i fiberriktning 5 Tryckhållfasthet tvärs fiberriktning 5 Böjhållfasthet 4 Draghållfasthet i fiberriktningen 2,5 Draghållfasthet tvärs fiberriktningen 2 Elasticitetsmodul i fiberriktningen 1,5

Kvalitetsparametrar som kan påverka virket kan vara särdrag som barkdrag, kådved, reaktionsved, avvikande fiberstruktur och märg. Produktionsrelaterade faktorer som även kan påverka egenskaperna hos träet kan vara vankant, sprickor och deformationer (Svenskt Trä, 2018).

Ånghalten varierar vid olika årstider, på sommaren bär luften mer vattenånga och stiger då till ett värde på 9–11 gram per kubikmeter. Däremot under de kallaste månaderna så sjunker ånghalten till ca 4 gram per kubikmeter. Den relativa luftfuktigheten och jämviktsfuktkvoten mäts i procent och är lägst på sommaren medan de är högst på vintern. Det är nödvändigt att beakta fuktkvoten på träet och man bör även eftersträva en ytfuktkvot för olika

Tabell 4: Målfuktkvoter för olika användningsområden (Svenskt Trä, 2017 c)

3.1.4

Användningsområden

Den skog som avverkas idag används främst till sågverk, massindustri och brännved. Användningsområdena för trämaterialet avser stomkonstruktioner, golv, ytter- och innerväggar, inredning, former, plywood, spånskivor och lamellträ (Burström & Nilvér ,2018). Enligt Svenskt Trä (2018) finns det stora möjligheter med limträ då man kan skapa olika former på dessa byggelement. Det kan vara broar, småhus och höghus. Limträ har en av de bästa hållbarhetsegenskaper med hänsyn till sin vikt, den klarar av stora spännvidder vid stora avstånd som broar eller takbalkar. Möjligheten finns även att skapa limträbalkar av mindre träsorter (Svenskt Trä, 2018).

3.2 Bärförmåga

3.2.1

Brottgränstillstånd

Brott kan förekomma på hela konstruktioner och även byggnadsdelar. Det förekommer bland annat när otillräckliga säkerhetsmarginaler används vid dimensionering, som gör att

inverkan av variabla laster på konstruktionselementet är för stora vilket kan leda till brott. En konstruktör eftersträvar att skapa konstruktioner som är skadetåliga, ifall att brott uppstår på ett element till följd av att en olycka så skall inte hela konstruktionen falla ihop. En

byggnad bör dimensioneras så att den behåller sig beständig under hela sin livstid (Isakson et al., 2017).

Enligt Boverket (2010) handbok som bygger på eurokoderna (SS-EN 1990–2) eftersträvas det att i brottgränstillstånd minimera chanserna för dödsfall eller allvarliga skador på människor. Dessutom eftertraktas det att skapa tillräckliga säkerhetsmarginaler som gör att konstruktionen har en låg risk att gå till brott. En konstruktion bör inte överdimensioneras då det kommer att leda till dyrare kostnader för byggherren (Isakson et al., 2017).

Målfuktkvot

(%) Användning

8 Golvbräder inomhus i uppvärmda utrymmen

12 Synliga beklädnader, lister samt undergolv i uppvärmda utrymmen 16 Virke och limträ för inbyggnad samt utvändiga paneler

3.2.2

Bruksgränstillstånd

Det som brukar kontrolleras under bruksgränsstadiet brukar vara formändringar,

förskjutningar, svängningar och sprickor. Det kan beskrivas på så sätt att byggnadsdelar skall dimensioneras så att svängningar inte skall kännas besvärande för människor som befinner sig i konstruktionen. Sprickbildning bör även förebyggas i den omfattning att elementet uppfyller sin funktion och beständighet under byggnadens livstid. Byggnadselementen bör fullgöra kraven som styvhet i den mån att deformationer eller förskjutningar skall förebyggas för att förhindra att skada andra byggnadsdelars funktioner (Isakson et al., 2017).

De svenska normerna behandlar inte säkerhetsmarginaler när det gäller bruksgränstillstånd, det finns oftast rekommendationer som olika typer av handböcker nämner. Det skiljer sig väldigt olika från konstruktion till konstruktion vilket medför att det oftast brukar vara konstruktören eller brukaren som bestämmer detta (Isakson et al., 2017).

3.3 Brandskyddsteori

De grundläggande föreskrifter som Boverkets Byggregler utgår ifrån i avsnitt 5 är i bland annat lagar och förordningar, som består av Plan- och bygglagen, Lagen om skydd mot olyckor och Plan- och byggförordningen. Syftet med dessa lagar är att få ett tillfredställande brandskydd för olika byggnadsverk som BBR behandlar (Boverket,2020 b).

Enligt Boverket (2020 b) ställer PBL elva olika krav på byggnadsverket när man uppför en konstruktion. Några av dessa krav som kommer tillämpas är bärförmåga, säkerhet i händelse av brand och skydd mot miljön.

Dessa krav förtydligas även via PBF där fem olika grundläggande krav ställs för ett mer tillfredställande brandskydd. Dessa villkor omfattar att byggnadsverket skall klara av att behålla sin bärförmåga vid brand under en bestämd tid. Dessutom eftersträvas det att begränsa brandgasspridningen och rökutvecklingen i konstruktionen, vidare vill man även avgränsa branden från att nå angränsande byggnader (Boverket, 2020 c).

Personer som befinner sig i konstruktionen skall ha möjlighet att ta sig ut på egen hand eller bli räddade på något annat sätt. Byggnadsverket skall utformas utifrån BBR som tar hänsyn till räddningstjänstens behov för att de skall kunna utföra sitt släckningsarbete på ett säkert sätt (Boverket, 2020).

3.3.1

Brandsäkerhetsklasser

Enligt Boverket (2020 a) bestäms brandsäkerhetsklasser för alla bärande element i en konstruktion som bär upp laster. Bärande element kan bestå av pelare, balkar, väggskivor och bjälklag. Det rekommenderas att utdela brandsäkerhetsklasserna på element som inte klassas som bärande men som kan orsaka skador på individer som befinner sig i närheten av konstruktionen. Det finns fem olika brandsäkerhetsklasser som presenteras enligt Tabell 5.

Olika byggnadsdelar som finns i en konstruktion klassas inte som en och samma

brandsäkerhetsklass. Enligt Boverket tilldelar man olika brandsäkerhetsklasser till olika elementen då de kan vara belastade horisontellt eller vertikalt. Vertikala byggnadsdelarna brukar oftast tilldelas högre brandsäkerhetsklass i anledning till att det kan göra en större skada på individer, dessa byggnadsdelar bär oftast upp ett våningsplan eller har stora spännvidder i en hallbyggnad (Boverket,2020 c).

I överensstämmelse med Boverket hänvisar man till allmänna råd och föreskrifter i avsnitt 5:231 där man behandlar klassbeteckningar, material, beteckningar och ytskikt.

Tabell 5: Brandsäkerhetsklasser (BFS 2019:1)

Brandsäkerhetsklass Klassificering med normal brandbelastning Klassificering med hög brandbelastning Klassificering med mycket brandbelastning Modell med naturligt brandförlopp 1 - - - - 2 R 15 R15 R15 15 minuter 3 R30 R30 R30 30 minuter 4 R60 R120 R180 _{brandförlopp} Fullständigt 5 R90 R180 R240 Fullständigt brandförlopp med 50% ökad brandbelastning

Byggnadsklasser tar hänsyn till skyddsbehoven vid bedömning av brandförloppet. Dessutom beaktas konsekvenser och byggnadens utformning (Svenskt Trä, 2015 b).

Tabell 6: Byggnadsklasser baseras på BFS: 2011:26

Byggnadsklasser

Br0 Byggnader med mycket stort skyddsbehov

Br1 Byggnader med stort skyddsbehov

Br2 Byggnader med måttliga skyddsbehov

Br3 Byggnader med litet skyddsbehov

3.3.2

Byggnadsdelars brandsäkerhetsklass

Brandsäkerhetskrav som tillämpats i BBR rekommenderas som allmänna råd. Indelningarna som skapas utifrån vilken byggnadsklass gör att förutsättningarna kan ändras beroende på byggnadsklassen, antalet våningar och verksamhet (Boverket,2020 a).

En byggnadsdel kan utgöra större personskador beroende på vilken byggnadsklass (se Tabell 6) den tillhör, vilket medför att byggnadselement förändras med hänsyn till brandsäkerhetsklasserna då dessa faktorer förändras utifrån omständigheterna. Typiskt fall kan vara en pelare i en hög byggnad, som kan utgöra en större personskada och tilldelas därför en högre brandsäkerhetsklass. Samtidigt som en pelare som befinner sig i

tvåplansvilla utgör en lägre risk och dimensioneras till brandsäkerhetsklass 4 enligt Tabell 5 (Boverket,2020 b).

3.4 Förkolningsteori

Kemiska processen som vid höga temperaturer leder till att ett kollager bildas vid ytan av trä benämns som förkolning. Träet kan antändas från en extern källa eller kan självantändas vid yttemperaturer mellan 270 och 450 C°. Branden som är en exoterm process startar många interna processer som leder till att träets inre molekylstruktur förändras. Cellulosa,

hemicellulosa och lignin som träet har framställt under fotosyntesprocessen bryts ner vid olika temperaturer och i kontakt med syre från atmosfären. (Nussbaum & Östman, 1986).

Figur 3: Förkolningsprocessen. (Svenskt Trä, 2017 h)

Temperaturer under 60 C° påverkar inte bärförmågan och hållfastheten på grund av träets interna struktur och dess termiska egenskaper. Första fasen av branden kännetecknas av utåtgående rörelser av obrännbara gaser som koldioxid och vattenånga. När träet värms upp till temperaturer som överstiger 200 C° antänds det och hemicellulosa börjar ändra karaktär. Om temperaturer mellan 240 C° och 500 C° uppnås börjar också cellulosa (vid 240–350 C°) och lignin (vid 280–500 C°) ändra sin respektive karaktär. Redan vid 280 C° frigörs dem flesta brännbara gaser och branden sprids. Skiktet som bildas vid temperaturer över 500 C° skyddar tvärsnittets kärna och reagerar som ett skydd mot branden. Detta porösa kolskikt formas när mängden brännbara gaser som frigörs minskar. När syret från atmosfären kommer i kontakt med ytan, överförs gasblandningen till fast form (Lowden & Hull ,2013).

Figur 4: Temperaturzoner i tvärsnittet i händelse av brand

Förkolningslagret skyddar den inre kärnan av virket mot höga temperaturer. Samtidigt spricker skyddsskiktet på grund av trycket från gaserna som elimineras inifrån träet under branden. Bärförmågan av det ursprungliga tvärsnittet påverkas av sprickorna på kollagret samt att tvärsnittet minskar på den brandutsatta sidan (Lowden & Hull,2013).

Figur 5:Limträ behåller sin bärförmåga vid oskyddade sammanhang till skillnad från stål (Svensktträ,2018)

Det förekommer att träelementen kan vid brandbelastning upprätthålla sin bärförmåga under en lång tid beroende på tvärsnittet. Trämaterialet har ungefär en inbränningshastighet på 40 mm per timme, där limträbalkar klara av en brand på 60 minuter med full bärförmåga på träelementet genom att öka tvärsnittet med ca 80 mm på både bredden och höjden (Isakson et al., 2017). Enligt Dafo (u.å.) så förlorar stålet 50 procent av sina

hållfasthetsegenskaper vid 500 grader. Vid en temperatur på 700 [C◦] upphör stålbalkens hållfasthetsegenskaper. Parallellerna man kan dra är att limträbalken har en bättre

brandskyddsförmåga än materialet stål om både dessa är obehandlade eller oskyddade ifrån kringliggande (gipsskivor) material.

Träegenskaper och andra externa faktorer påverkar förkolningshastigheten vilket kan påskynda eller fördröja brandens spridning. Densiteten, fuktkvoten, tjockleken, sprickor, kvistar, ute temperatur och familjen som träden tillhör är faktorer som gör att

förkolningshastigheten inte kan vara samma för alla träslag (Lowden & Hull, 2013).

Qin, Zhou, Chow & Lau, (2020) påpekar i sin studie att teorin om förkolningshastighet skiljer sig från praktiska experiment. Vid empiriska tester där brandbelastat trä är samtidigt

belastad av nyttiga laster har förkolningshastigheten samt förkolningsdjupet ökats gentemot teoretiska beräkningar.

3.4.1

Kollagrets ämnesinnehåll

Som tidigare nämnts innehåller trä cellulosa, hemicellulosa och lignin. Ämnenas mängd varierar från träslag till träslag. När virket utsätts för höga temperaturer i en brand bildas då olika kemiska föreningar. Vid termisk nedbrytning sker en rad reaktioner som är beroende bland annat av temperatur, syretillförsel och gasomsättning. Cellulosa, hemicellulosa och lignin bryts ner för att forma andra kemiska föreningar och släpps ut i form av gas (Svenskt Trä, 2017 a; Svenskt Trä, 2017 b). I det skyddande porösa skiktet som bildas på ytan av träet från material som pyrolyseras, framställs föreningar av kol, aska och tjära där kol dominerar. Olika egenskaper hos träet gör att kollagrets struktur varierar. Kollagret är beroende av uppvärmningshastigheten och uppvärmningslängden, då en snabb ökning av temperatur gör att mindre kol framställs, medan en lägre temperaturökning leder till en snabbare

lagerbildning av kol. När temperaturen når 280 C° och till och med överstiger 500 C°, fortsätter kollagret att pyra och oxidera som leder till att det formas metangas, kolmonoxid, koldioxid och vatten (Lowden & Hull, 2013).

3.4.2

Förkolningsdjup och förkolningshastighet

Förkolningen av trä kan delas in i endimensionell och tvådimensionell. Med dimensioner menas i detta sammanhang om tvärsnittet angrips av branden från en sida eller fler. Båda baseras på fysikaliska egenskaper hos trä som densitet och hållfasthetsklass. Till skillnad från den endimensionella förkolningen inkluderar den tvådimensionella inverkan av

tvärsnittsdimensioner och annan inverkan. Storleken på tvärsnittets dimensioner, sprickorna och spalter spelar roll i händelse av brand. Vid beräkningar av skivor med begränsad tjocklek eller med stort avstånd mellan kanter betecknas förkolningshastigheten med 𝛽𝛽0 (Svenskt Trä,

2016).

Den nominella förkolningshastigheten betecknas på rektangulära tvärsnitt med 𝛽𝛽𝑛𝑛. Branden

ändrar rektangulära tvärsnittets form genom att avrunda dess hörn på grund av att den utsätts för brand från två sidor. Smala sidans förkollningsdjup ökar mer än på breda sidan men den har liten påverkan och då kan den försummas (Svenskt Trä, 2016).