‘Stabilio’: stalen hallen met Ozone – studievoorbeeld
- 10 m hoog, 1 bouwlaag (bedrijfshal – opslag en gebruik tentoonstellingsmateriaal), grondvlak: 54x30 m
- FSE – componentenbenadering met natuurlijke brand
Constructie
De draagconstructie van de opslaghal bestaat uit een staalskelet met een begane grondvloer van 15 cm beton. Het dak is opgebouwd uit 0,75 mm staal, 100 mm steenwol en 1,2 mm kunststof. In het dak zijn polycarbonaat daklichten aangebracht. Twee gevels zijn van 140 mm beton, de twee andere van sandwichpanelen: 130 mm steenwol tussen een 0,75 mm dunne stalen binnen- en buitenplaat. Een van de langsgevels bezit twee loopdeuren, elk 1x2,3m. De kopgevel telt twee overheaddeuren, elk 4x4,5 m.
Brandveiligheid
Uitgangspunten
In dit praktijkvoorbeeld zijn de temperatuurontwikkeling bij brand en de thermische response van de staalconstructie bepaald via FSE volgens het natuurlijk-brandconcept en met een componentenbenadering. Uitgangspunten voor de berekeningen zijn:
- de bedrijfshal dient voor opslag van tentoonstellingsmateriaal en de opbouw van bijvoorbeeld stands;
- de brandwerendheidseis voor de constructie bedraagt 30 minuten in verband met brandoverslag naar het buurtperceel. De gevel van de hal staat namelijk vlakbij de perceelgrens.
- de karakteristieke vuurbelasting is – in het kader van de methode Beheersbaarheid van Brand voor grote brandcompartimenten – vastgesteld op 760MJ/m2;
- bij de daklichten ontstaat een opening, als de temperatuur van de warme rooklaag tussen 150 ºC en 200 ºC is.
Voor de brandkarakteristieken uitbreidingssnelheid en brandvermogensdichtheid zijn de volgende, veilige aannamen gedaan:
- uitbreidingssnelheid is ‘snel’ = 150 sec.
(De uitbreidingssnelheid is de snelheid waarmee een brand na zijn ontstaan, op een bepaalde plaats een vermogen van 1 MW bereikt.);
- brandvermogensdichtheid: 500 kW/m2.
(De brandvermogensdichtheid (kW/m2) is de hoeveel energie (J) die per m2 en per seconde vrijkomt, zodra de brand zich op een bepaalde plaats volledig heeft ontwikkeld. Ook wel: Rate of Heat Release (RHR)).
De hal is toegerust met een automatische brandalarminstallatie (zónder automatische doormelding aan de brandweer). Dit geeft de volgende partiële veiligheidsfactoren:
- brandalarminstallatie: γn,3 = 0,87;
- inzet gemeentelijke brandweer: γn,7 = 0,78.
Aanpak
De natuurlijke brandberekeningen zijn uitgevoerd volgens de Eurocode EN 1991-1-2, met behulp van Ozone. Met dit computerprogramma is:
- de ontwikkeling van de brandvermogensdichtheid in de tijd berekend;
- de ontwikkeling van de temperatuur in de warme en koude laag (en na vlamoverslag (flashover) in de gemengde zone) bij een natuurlijke brand geregistreerd;
- de temperatuur van het staal tijdens de brand bepaald.
De berekeningen zijn gemaakt voor de liggers. Deze IPE-300 profielen zijn representatief onderdeel van de hoofddraagconstructie (componentenbenadering). De berekeningsresultaten voor de liggers zijn vervolgens doorvertaald naar de gehele constructie.
Bij de berekeningen zijn twee maatgevende scenario’s van natuurlijke brand gehanteerd:
- Met alle deuren open.
- Met alle deuren dicht.
Scenario 1 – Met alle deuren open – voor IPE 300 liggers
A. Temperatuurontwikkeling.
Na ongeveer 10 minuten brand wordt flashover bereikt. Vanaf dat moment is er sprake van een volledig ontwikkelde brand. Het twee-zone model (hete zone boven en koude zone onder) gaat over in een één-zonemodel, waarin nog slechts één temperatuur wordt gemeten. Na ongeveer 55 minuten bij een temperatuur van iets meer dan 1200 ºC start de dooffase.
B. Brandvermogen.
Voorafgaand aan de berekening wordt ervan uitgegaan dat het brandvermogens gestaag oploopt tot een maximum van ongeveer 650 MW bij 65 minuten. Daarna zet een snel verval in (zie rode lijn). De berekening (groene lijn) toont een abrupte stijging van het vermogen: na ongeveer 35 is het maximum bereikt. Dit maximum ligt echter ver onder het uitgangspunt: zo’n 520 MW in plaats van 650. Na ongeveer 55 minuten gaat het brandvermogen met vergelijkbare snelheid omlaag.
C. Staaltemperatuur.
Na 30 minuten – de brandwerendheidseis – bedraagt de temperatuur van de liggers 283 ºC. Dat is ruim onder de kritieke staaltemperatuur van 505 ºC (die na zo’n 37 minuten wordt bereikt).
Scenario 2 – Met alle deuren dicht – voor IPE 300 liggers
A. Temperatuurontwikkeling.
In vergelijking met het scenario met alle deuren open, loopt de temperatuur aanzienlijk minder hoog op; tot maximaal 650 ºC na ongeveer 50 minuten). Het temperatuuverloop vertoont duidelijke verschillen met het eerste scenario: een dip tussen de 25e en 55e minuut en minder snelle daling nadat de maximale temperatuur is bereikt. De flashover heeft – net als in het eerste scenario – plaats na ongeveer 10 minuten.
B. Brandvermogen.
De ‘input’ is dezelfde als bij scenario 1: vooraf wordt uitgegaan van een maximum brandvermogen van ongeveer 650 MW bij 65 minuten (rode lijn). De berekening (groene lijn) geeft bij dit scenario een maximale vermogensdichtheid van 100 MW na ongeveer 25 minuten. Dit maximum houdt stand tot de 55e minuut en zakt daarna snel naar nihil. Met 100 MW blijft het maximale brandvermogen – vergeleken met scenario 1 – nog verder verwijderd van het uitgangspunt van 650 MW.
C. Staaltemperatuur.
Na 30 minuten – de brandwerendheidseis – bedraagt de temperatuur van de liggers 437 ºC. Wederom ruim onder de kritieke staaltemperatuur van 505 ºC. Deze temperatuur wordt bereikt na ongeveer 50 minuten.
Resultaat
In beide scenario’s – alle deuren open en alle deuren dicht – mogen de stalen liggers onbekleed blijven. Aangezien de liggers hier maatgevend zijn voor de gehele staalconstructie, mogen passieve voorzieningen voor álle onderdelen van de constructie achterwege blijven.
- Auteur: dr.ir. Ralph Hamerlink (Bouwen met Staal en Adviesbureau Hamerlinck)
|
