tool Onvolledige bescherming van brandwerend beschermd staal

^{Bedrijfsgebouw Quooker, Ridderkerk (3d0d buro voor architectuur, STERK adviesbureau voor bouwconstructies, Staalbouw Cluistra).}

Wat is de (mogelijke) invloed en het (potentiële) effect op de opwarming van een kolom of ligger bij brand als de brandwerende bescherming ervan niet (meer) volledig is. Bijvoorbeeld omdat de brandwerende bescherming plaatselijk beschadigd is óf op een bepaalde plek niet aanwezig? Voldoet het constructiedeel dan nog steeds aan de gestelde brandwerendheidseis (van 30, 60, 90 of 120 minuten). Of zijn extra maatregelen nodig en welke zijn dan het meest effectief en economisch?

Op dit vraagstuk geeft de tool ‘Onvolledige bescherming van brandwerend beschermd staal’ snel een passend, direct toepasbaar antwoord.

Download de tool (versie 2, april 2023).

De tool ‘Aanpak onvolledige brandwerende bescherming gevelkolom’ is door Bouwen met Staal ontwikkeld op basis van de tool Bepaling brandwerendheid gevelkolommen. Deze tool berekent de brandwerendheid van stalen kolommen in/bij de gevel volgens NEN-EN 1991-1-2 en NEN-EN 1993-1-2.

De nieuwe tool berekent de staaltemperatuur van een brandwerend beklede kolom of ligger voor een brandwerendheid van 30, 60, 90 of 120 minuten en verrekent daarbij het eventuele effect van de gedeeltelijke afwezigheid of beschadiging van de brandwerende bescherming op het constructiedeel.

Toepassingsgebied

De tool is te gebruiken voor profielen:

• met profielfactoren van 50 tot 369 m^-1;
• die zijn voorzien van een brandwerende bescherming in de vorm van een brandwerende mortel, -plaat of -coating;
• waarvan de bescherming is beschadigd of ontbreekt over een staaloppervlak van maximaal 5%;
• voor een brandwerendheidsduur van 30, 60, 90 of 120 minuten bij de standaard-brand en
• bij een staaltemperatuur tussen 500 en 750 ºC bij volledige bekleding van de kolom of ligger, aan het einde van de opgegeven brandwerendheidsduur.

Buiten dit toepassingsgebied kunt u terugvallen op de tool Bepaling brandwerendheid gevelkolommen.

Invoer

De tool gaat voor u aan ’t rekenen, nadat u heeft ingevoerd:

• de vereiste brandwerendheidsduur: 30, 60, 90 of 120 minuten;
• de staaltemperatuur bij de gekozen, volledig aanwezige bekleding (type en dikte) voor de gekozen brandwerendheidsduur (in minuten). Deze staaltemperatuur kan gelijk zijn aan de (opgegeven) kritieke staaltemperatuur, maar kan ook lager uitvallen als bij ontwerp of uitvoering een overdikte van de brandwerende bescherming is toegepast;
• de profielfactor, waarbij u rechtstreeks een waarde invult (bijvoorbeeld uit een tabellenboek) óf in de tool een profiel kiest waarna de tool de profielfactor bepaalt. Bij de keuze van een profiel geeft u op:

1. de profielsoort (HEA, HEB, HEM, IPE, vierkante en ronde buisprofielen (koudgevormd of warmgewalst);
2. het profielnummer uit de reeks van de betreffende profielsoort;
3. het beschermingsmateriaal: brandwerende spuitmortel, brandwerende plaat of brandwerende coating;
4. de beschermingsconfiguratie: 4-zijdige bescherming óf 3-zijdige bescherming. Bij 3-zijdige bescherming wordt één zijde van het lijf of één van de flenzen afgeschermd door de gevel of door de vloer en is daarom niet brandwerend bekleed, en
5. het % van het staaloppervlak waarop de bescherming ontbreekt of niet meer toereikend is. Het kan dan gaan om een beschadiging van de bekleding/coating óf om een kolom- of liggerdeel dat onbeschermd is gebleven maar wellicht wél beschermd moet zijn. Dat kan bijvoorbeeld aan de orde zijn bij de aansluiting van de (beschermde) gevelkolom op een onbeschermd windverband of een ander onbeschermd onderdeel van de (dragende) staalconstructie; de brandwerende bescherming vertoont dan in wezen een ‘lek’. Ook kan ’t spelen bij een minimale maar onbedoelde afstand van enkele millimeters tussen bijvoorbeeld een (beschermde) gevelkolom en de (brandwerende) gevel: een spleet.

Praktijkvoorbeelden

Hoe u de tool kunt inzetten, wordt hieronder belicht aan de hand van drie veelvoorkomende ‘cases’ uit de praktijk:

Beschadiging:
Een gevelkolom HEB 200 is 60 minuten brandwerend beschermd met een brandwerende coating met een ontwerp-laagdikte voor een kritieke staaltemperatuur ⍬_qa;cr = 550 °C. De coating is driezijdig aangebracht; de vierde zijde is afgeschermd door de brandwerende gevel. Bij oplevering blijkt 0,5% van het staaloppervlak beschadigd. De gemeente gaat niet akkoord met ingebruikname van het pand.

Met de tool ‘Aanpak onvolledige brandwerende bescherming gevelkolom’ is aan te tonen dat de beschadiging bij de ontwerplaagdikte van de coating resulteert in een ⍬_a;60 = 565 °C. De verhoging van de staaltemperatuur is te verwaarlozen en behoeft de opening van het gebouw niet in de weg te staan.
Uit de meting van de gemiddelde laagdikte blijkt bovendien dat de brandwerende bescherming op de kolom 10% dikker is aangebracht dan strikt noodzakelijk. Hieruit volgt: ⍬_a;60 = 500 °C (zonder beschadiging) resp. ⍬_a;60 = 518 °C (met 0,5 % beschadiging). In beide gevallen valt de staaltemperatuur (aanzienlijk) lager uit dan de kritieke staaltemperatuur ⍬_qa;cr = 550 °C. De gevelkolom voldoet dan ook aan de eisen. Wel moet de coating op de kolom worden gerepareerd, maar dat hoeft niet op stel en sprong.

Spleet:
Een gevelkolom HEB 200 is 60 minuten brandwerend beschermd met een brandwerende coating met een ontwerp-laagdikte voor een kritieke staaltemperatuur ⍬_qa;cr = 550 °C. De coating is driezijdig aangebracht; de vierde zijde is afgeschermd door de brandwerende gevel. De kolom blijkt echter niet strak tegen de gevel te staan, maar op 5 mm. afstand. Hoeveel extra laagdikte moet dan worden aangebracht op de drie beschermde zijden van de kolom om de opwarming van de kolom via de spleet te compenseren?

Met de tool is aan te tonen dat een spleet van 5 mm. ertoe leidt dat de brandwerende bescherming ontbreekt op 1,05% van het staaloppervlak (van de gevelkolom): 2·5/(1150-200) = 1,05%. Hierdoor is ⍬_a;60 = 581 °C geworden.
Door de laagdikte van de brandwerende coating te dimensioneren op een staaltemperatuur ⍬_a;60 = 515 °C, wordt ⍬_a;60 = 550 °C (inclusief het effect van het ontbreken van de bescherming op 1,05 % van het oppervlak als gevolg van de spleet bij de gevel). Uiteraard is het ook mogelijk via een berekening aan te tonen dat de kritieke staaltemperatuur ⍬_a;cr ≥ 581 °C is.

‘Lek’ bij een windverband:
Een HEB 200 gevelkolom is 60 minuten brandwerend beschermd met een brandwerende coating aan alle vier zijden, met een ontwerpdikte voor een kritieke staaltemperatuur ⍬_a;cr = 600 °C. Op de kolom grijpt een windverband van stripstaal 100x10 aan. Dit staalconstructiedeel is ongecoat en geeft hierdoor een ‘lek’ van 1.000 mm². Over een lengte van 1 m heeft de kolom een oppervlakte van 1.150·1.000 = 1.150.000 mm². Daaruit volgt dat 1.000/1.150.000 = 0,87% van het staaloppervlak onbeschermd is.

Met de tool is aan te tonen dat het ‘lek’ leidt tot ⍬_a;60 = 626 °C. De staaltemperatuur is maar zeer beperkt gestegen (+ 26 ºC) en daarmee is het brandwerend coaten van de strip doorgaans niet nodig. Als ⍬_a;60 exact op 600 °C berekend is, dan voldoet dit niet want dan is de 26 °C overschrijding toch net teveel. In dat geval kunt u aantonen dat ⍬_a;cr ≥ 626 °C is of u laat de brandwerende coating met enkele procenten opdikken om te voldoen bij ⍬_a;60 = 600 °C.

Deze informatiepagina is mede mogelijk gemaakt door: