Brandwerendheid van verzinkt staal

^{Bedrijfsgebouw Cargo International, Apeldoorn (Courage Architecten / © Harry Noback).}

Met de huidige Eurocode is de brandwerendheid van een staalconstructie niet afhankelijk van het wel of niet verzinkt zijn. Uit recent onderzoek blijkt dat de opwarming van verzinkt staal trager is, doordat minder stralingswarmte wordt overgedragen. Dit wordt opgenomen in de nieuwe Eurocode.

Bij een brandwerendheidseis van 30 minuten en relatief zware staalprofielen kan met een onbeschermde, verzinkte staalconstructie aan de eis worden voldaan. Een overzicht van de achtergronden, praktische tools en toepassingsmogelijkheden is opgenomen in een artikel in het vakblad Bouwen met Staal

De opwarming van onbeschermd staal wordt bepaald door de massiviteit (uitgedrukt in de zogeheten profielfactor). Een slank IPE- of dunwandig kokerprofiel warmt snel op, een HEM- of dikwandig kokerprofiel warmt langzamer op. De warmteoverdracht van brand naar staal bestaat hierbij uit convectie (luchtstroming) en straling.

De stralingsoverdracht wordt bepaald door de temperaturen van de brandruimte en van het staal (beide tot de macht vier), de constante van Stefan-Boltzmann, de ‘zichtfactor’ (Fv, meestal 1) en de emissiefactoren van de brand e_fi en het staaloppervlak ε_m. In de huidige Eurocode worden deze laatste twee gesteld op ε_fi =1,0 en ε_m = 0,7.

Voor verzinkt staal volgens EN-ISO 1461 met een staalsamenstelling volgens categorie A of B van EN-ISO 14713-2, tabel 1 (gangbaar verzinkt staal) is de emissiefactor:

• ε_m = 0,35 (staaltemperatuur ≤ 500 °C);
• ε_m = 0,70 (staaltemperatuur > 500 °C, na het afsmelten van de zinklaag).

Ontwerphulpmiddelen

Voor de opwarming van staal kent het boek Fire (Eurocode 3) diverse hulpmiddelen, waarvoor equivalenten zijn ontwikkeld voor verzinkt staal:

• Tabel 4.4: met de staaltemperatuur na 20, 30, 60, 90 en 120 minuten standaardbrand, als functie van de profielfactor • DOWNLOAD (Excel)
• Tabel 4.6: met de staaltemperatuur na 30 minuten standaardbrand voor IPE-, HEA-, HEB- en HEM-profielen • DOWNLOAD (Excel) en de
• Euronomogrammen, waaruit de opwarming van staal en verzinkt staal als functie van de tijd/brandwerendheid en de profielfactor kan worden afgelezen • DOWNLOAD (Excel)
• Rekentool 'Brandwerendheid staal versus verzinkt staal’: bepaalt de brandwerendheid van verzinkt en onverzinkt staal als functie van de profielfactor en de kritische staaltemperatuur. De tool berekent tevens de staaltemperatuur van verzinkt en onverzinkt staal als functie van de profielfactor en de brandduur • DOWNLOAD (Excel)

Praktische toepassing

Uit de tools volgt:

• na 30 minuten is bij verzinkt staal sprake van meer dan 100 °C lagere temperaturen tot een profielfactor A_m/V van 50 m^–1. Voor hogere profielfactoren daalt dit verschil tot 15 °C voor A_m/V = 110 m^–1 en vanaf A_m/V = 150 m^–1 is het verschil verwaarloosbaar. Dit geldt eveneens voor 60 minuten vanaf A_m/V = 50 m^–1.
• stel een HEB 320-ligger onder een betonvloer (driezijdig verhit) heeft een kritieke staaltemperatuur (berekend volgens de Eurocode) van 620 °C. De staaltemperatuur (zonder verzinken) na 30 minuten is 701 °C. Dat betekent dat de ligger brandwerend beschermd moet worden, of overgedimensioneerd naar HEB 450. De verzinkte stalen ligger is na 30 minuten 618 °C, wat voldoet. Er is in dit (realistische) praktijkvoorbeeld dus geen kostenverhogende brandwerende bekleding nodig.
• tot 20 minuten is er ongeveer 5 minuten winst in brandwerendheid tot een profielfactor A_m/V van 80 m^–1 (θ_a;_verzinkt na 20 minuten ≠ θ_a;onverzinkt na 15 minuten) bij een kritische staaltemperatuur θ_a,cr tot 525 °C.
• bij 30 minuten is de ‘winst’ afhankelijk van A_m/V:

- 8 minuten bij A_m/V = 40 m^–1 (HEM 240-ligger of kokerkolom met t = 25 mm) en θ_a,cr = 500 °C;
- 4,5 minuut bij A_m/V = 60 m^–1 (HEB 260-ligger of kokerkolom met t = 16 mm) en θ_a,cr = 670 °C;
- 2,5 minuut bij A_m/V = 80 m^–1 (HEA 260-ligger of kokerkolom met t = 12,5 mm) en θ_a,cr = 730 °C;
- 1,5 minuut bij A_m/V = 100 m^–1 (HEA 200-ligger of kokerkolom met t = 10 mm) en θ_a,cr = 750 °C.

Deze informatiepagina is mede mogelijk gemaakt door: