Rekentool onbeklede geïntegreerde liggers
Een nauwkeurige bepaling van de brandwerendheid van onbeklede geïntegreerde liggers is mogelijk met behulp van het rekenprogramma GLigger van Bouwen met Staal. Dit Excel-programma is gebaseerd op een berekeningsmethode, ontwikkeld in 2002 door TNO Centrum voor Brandveiligheid (nu Efectis Nederland). Deze methode gaat uit van een níet-uniforme, meer realistische temperatuurverdeling in de ligger tijdens brand. De rekentool is geschikt voor statisch bepaalde IFB-, SFB- en THQ-liggers, die onder normale temperaturen gelijkmatig worden belast. De liggers zijn niet gedimensioneerd op wringing. Het is mogelijk een proeflicentie aan te vragen via www.bouwenmetstaal.nl.
De tool GLigger is uitgebreid beschreven in Technisch dossier 2. Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde stalen liggers (p. 36- 43, met rekenvoorbeeld op p. 44-47).
Om een profiel te toetsen, doorloopt het rekentool vier stappen:
1. Bepaling van de temperatuurverdeling in de doorsnede.
Op basis van een groot aantal eindige elementen berekeningen (gevalideerd aan de hand van een aantal beschikbare brandproeven) is voor de bekende range van THQ-, IFB- en SFB-profielen bepaald wat de temperaturen zijn na 30, 60, 90 en 120 minuten brand (volgens de standaard brandkromme). In de vorm van tabellen zijn de temperaturen voor de relevante punten in de doorsnede van de onderplaat en de bovenplaat gegeven. Zie figuur a en de tabellen b en c.
a Ligging van de karakteristieke punten.
|
|
IFB |
SFB |
THQ |
| UP |
controle dwarsbuiging onderplaat |
2 |
2 |
1 |
| (N)UP |
doorsnedereductie axiaal moment |
2 |
2 |
1 |
| UP |
bijdrage aan axiaal moment |
1 |
1 |
1 |
| NUP |
bijdrage aan axiaal moment |
- |
3 |
2 |
| OF |
controle dwarsbuiging onderflens
(temperatuur lineair interpoleren) |
- |
3-4 |
- |
| OF |
doorsnedereductie axiaal moment onderflens
(temperatuur lineair interpoleren) |
- |
3-4 |
- |
| L |
lijf (temperatuur lineair interpoleren) |
2-3 |
3-4 |
2-3 |
| BF |
bovenflens |
3 |
4 |
3 |
b Gebruik van de karakterstieke punten.
| type |
t = 30 minuten |
t = 60 minuten |
| 1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
| HE140M-350x10 |
557 |
486 |
438 |
58 |
800 |
745 |
700 |
152 |
| HE140M-350x15 |
523 |
468 |
425 |
55 |
780 |
735 |
694 |
148 |
| HE160B-360x10 |
581 |
531 |
480 |
46 |
821 |
785 |
739 |
119 |
| HE160M-370x15 |
519 |
462 |
413 |
47 |
777 |
730 |
684 |
128 |
| HE180B-380x10 |
578 |
527 |
472 |
36 |
821 |
785 |
736 |
91 |
| HE180M-390x10 |
551 |
477 |
418 |
40 |
798 |
741 |
687 |
105 |
| HE200B-400x15 |
540 |
497 |
445 |
29 |
800 |
768 |
721 |
68 |
| HE200M-410x10 |
549 |
473 |
411 |
33 |
798 |
741 |
683 |
84 |
| HE220B-420x10 |
572 |
517 |
456 |
26 |
819 |
782 |
728 |
56 |
| HE220M-430x10 |
546 |
470 |
404 |
29 |
797 |
739 |
679 |
67 |
| HE240B-440x10 |
567 |
510 |
441 |
26 |
816 |
776 |
713 |
53 |
| HE240M-450x25 |
451 |
404 |
345 |
26 |
724 |
685 |
629 |
55 |
c Karakteristieke temperaturen (in °C) voor karakstieke punten in enkele SFB-liggers.
|
2. Reductie van de sterkte van de onderdelen van de doorsnede bij de temperatuur, bepaald bij stap 1.
Dit gebeurt volgens een formule:
|
3. Controle van de onderplaat, in de overgang van de onderplaat op het lijf (THQ in punt 1 en IFB in punt 2) of op de onderflens (SFB in punt 2).
Hierbij wordt nagegaan of de dwarskracht en dwarsbuiging nog in deze doorsnede kunnen worden opgenomen, rekening houdend met de sterkte-afname. Hiertoe wordt de C-factor bepaald waarmee de unity check wordt uitgevoerd (C≤ 1). Zie de figuren d-f voor de krachtsverdeling.
d Krachtsafdracht in de onderflens van een IFB-ligger.
e Krachtsafdracht in de onderflens en onderplaat van een SFB-ligger.
f Krachtsafdracht in de onderflens van een THQ-ligger.
De unity check (C≤ 1) gaat aan de hand van de formule (5) op pag. 38 van het Technisch Dossier (zie de PDF); |
4. Controle van de gereduceerde doorsnede op langsbuiging.
Met reductie wordt hierbij enerzijds bedoeld sterkte-afname op basis van de temperaturen (stappen 1 en 2). Anderszijds gaat het om reductie van de doorsnede, benodigd voor de dwarsbuiging (stap 3, zie ook afb. g).
g Doorsnedereductie door buiging en afschuiving in dwarsrichting (de profielen zijn niet op schaal getekend).
|
Toetsing plastische momentcapaciteit
Met de gereduceerde doorsneden van de onderplaat, eventueel onderflens (bij SFB), lijf (opgesplitst in 4 delen) en bovenplaat is de plastische momentcapaciteit te bepalen. Zie figuur h.
h Bepaling van de vloeigrens in een opgedeelde doorsnede voor een SFB-ligger.
Het bepalen van de plastische momentcapaciteit van de geïntegreerde ligger kan met een doorsnedeberekening óf eenvoudiger aan de hand van onderstaande tabel i.
Voor enkele, veelgebruikte SFB-profielen geeft tabel i de reductiepercentages (C=1,0 en C=0,0) van de plastische momentcapaciteit bij vier verschillende brandwerendheden. C=0, wanneer de onderplaat geen dwarsbelasting ondervindt; dit is een hypothetisch geval. C=1, wanneer de onderplaat nog net in staat is om de dwarsbelasting op te nemen. Voor tussengelegen waarden mag worden geïnterpoleerd.
| type |
C = 1,0 |
C = 0,0 |
| 30 |
60 |
90 |
120 |
30 |
60 |
90 |
120 |
| HE140M-350x10 |
92,5 |
47,2 |
25,2 |
16,7 |
97,0 |
56,2 |
29,1 |
19,1 |
| HE140M-350x15 |
92,5 |
53,1 |
26,9 |
17,6 |
97,5 |
63,9 |
31,7 |
20,4 |
| HE160B-360x10 |
93,4 |
43,1 |
24,2 |
17,2 |
96,7 |
52,4 |
28,6 |
20,0 |
| HE160M-370x15 |
93,3 |
54,5 |
27,9 |
18,7 |
98,0 |
65,4 |
32,8 |
21,6 |
| HE180B-380x10 |
94,2 |
42,6 |
24,2 |
17,6 |
97,3 |
51,6 |
28,3 |
20,2 |
| HE180M-390x10 |
93,1 |
48,9 |
26,4 |
18,7 |
98,1 |
58,2 |
30,3 |
21,0 |
| HE200B-400x15 |
94,4 |
50,1 |
26,2 |
18,9 |
98,1 |
62,1 |
31,3 |
22,1 |
| HE200M-410x10 |
93,1 |
49,3 |
26,5 |
19,0 |
98,4 |
58,6 |
30,2 |
21,3 |
| HE220B-420x10 |
94,8 |
42,1 |
23,8 |
17,6 |
98,1 |
50,9 |
27,6 |
20,0 |
| HE220M-430x10 |
93,1 |
49,7 |
26,6 |
19,1 |
98,7 |
59,0 |
30,3 |
21,4 |
| HE240B-440x10 |
95,1 |
43,8 |
24,2 |
18,0 |
98,5 |
53,0 |
28,1 |
20,4 |
| HE240M-450x25 |
94,6 |
69,9 |
34,9 |
22,2 |
99,6 |
82,1 |
41,8 |
25,8 |
Reductie van het plastisch weerstandsmoment (in % van het plastisch weerstandmoment bij kamertemperatuur) van enkele SFB-liggers bij verschillende brandwerendheden.
Brandwerendheden
Uit de tabel volgt dat na 30 minuten meer dan 90% van de plastische momentcapaciteit resteert. Daarmee halen de liggers 30 minuten brandwerendheid zonder aanvullende bescherming: een kenmerk van alle typen geïntegreerde liggers.
Na 60 minuten ligt de plastische momentcapaciteit tussen 42% en 65%. Dit is kenmerkend voor SFB-liggers. Bij de gebruikelijke belastinggraad bereiken deze liggers 60 minuten zonder verdere bescherming. Soms is dit bij IFB ook mogelijk. THQ-liggers hebben voor 60 minuten altijd een bescherming nodig, net als IFB en SFB voor 90 minuten.
Met de rekentool GLigger is de Efectis-berekeningsmethode volledig geprogrammeerd en gebruikersvriendelijk toe te passen tijdens het ontwerp en bij de indiening van een bouwaanvraag.
