Brandwerendheid kanaalplaatvloeren

Eerste onderzoek brandwerendheid kanaalplaatvloeren, 2009

Eind november 2009 hebben TNO Bouw en Ondergrond, Efectis Nederland en Stichting Expertisecentrum Regelgeving Bouw (ERB) hun eerste gezamenlijk onderzoek afgerond naar de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren met een gewapende druklaag. De onderzoeksopdracht kwam van de vereniging van betonfabrikanten BFBN.

Aanleiding was de brand in een meerlaagse parkeergarage in de plint van een appartementengebouw aan de Lloydstraat in Rotterdam, in oktober 2007. Bij deze brand ontstonden lange horizontale scheuren in de lijven van de kanaalplaatvloeren en vielen van meerdere platen de onderschillen naar beneden.

Op grond van hun analyse van deze brand, vergelijkbare praktijkbranden en brandproeven constateren de onderzoekers dat de gangbare manier van toetsen van de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren – uitsluitend op buiging volgens NEN 6071 – niet in alle gevallen volstaat. Naast buiging is een toetsing op dwarskracht noodzakelijk, aangevuld met extra eisen aan de vloerdetaillering bij kanaalplaatvloeren die onderdeel zijn van de hoofddraagconstructie óf van een brandcompartiment en moeten voldoen aan een brandwerendheideis van 60 minuten of meer. Nog zwaardere maatregelen zijn vereist bij gebouwen met veel publiek (zoals theaters en expohallen), gebouwen met minder redzame gebruikers (zoals ziekenhuizen en verpleeghuizen), hoogbouw en ondergronds bouwen.

Vervolg-onderzoek brandwerendheid kanaalplaatvloeren, 2011

Om meer inzicht te krijgen in de oorzaken en (mogelijke) gevolgen van horizontale scheurvorming in de dammen van de kanaalplaten hebben TNO, Efectis en ERB in 2010/2011 een uitgebreid vervolg-onderzoek uitgevoerd. Dat gebeurde wederom namens BFBN en ditmaal samen met DGMR en Adviesbureau ir. J.G. Hageman. De studie omvatte enkele brandproeven op delen van kanaalplaatvloeren, zowel met als zonder druklaag, het verzamelen van data uit bestaande proeven, numerieke analyses van het gedrag van kanaalplaatvloeren bij brand en een nadere beschouwing van de regelgeving.

Het onderzoek geeft aan dat een kanaalplaatvloer met een relatief dikke toplaag (druklaag met constructief samenwerkende afwerklaag) tijdens brand onvoldoende kan vervormen aan de bovenzijde, waardoor in de dammen horizontale scheuren ontstaan en de onderschil vroegtijdig bezwijkt. Het gedrag van de vloer in dwarsrichting blijkt dominant t.o.v. het gedrag in langsrichting. Wat resteert van de vloerconstructie is een weinig draagkrachtige combinatie van een vrijwel ongewapende bovenflens en de gewapende druklaag.

Indien de vloer aan de bovenzijde wél vrij kan vervormen, ontstaan bij brand als eerste, al vrij snel verticale scheuren in de flenzen, onder en bij de kanalen. Hierdoor wordt het (horizontaal) scheuren van de dammen verhinderd of in elk geval in een vroeg stadium gestopt. Eigenlijk is de kanaalplaatvloer dan getransformeerd tot een soort balkenvloer van I-vormige liggers op korte onderlinge afstanden, die nog voldoende in staat is om de (gereduceerde) belastingen bij brand op te nemen.

Bij toplaagdikten tot en met 50 mm verwachten de onderzoekers geen gevaar op het loslaten van de onderschil, bij dikten tussen 50 en 70 mm is er een bepaald risico, bij 70 mm of meer is aannemelijk dat de onderschil wegvalt. Als toplaag geldt hierbij de druklaag plus de afwerklaag, afhankelijk van de sterkteklasse van de afwerklaag. Bij bepaalde sterkteklassen mag de toplaagdikte gelijk zijn aan de dikte van de druklaag plus de halve afwerklaag. De dikte van de toplaag dient te worden beschouwd voor het midden van de (vloer)overspanning. Bij de opleggingen kan de laagdikte iets groter zijn als gevolg van opbuiging van kanaalplaten.

Rapport brandwerendheid kanaalplaatvloeren, 2015

De bevindingen uit aanvullend onderzoek zijn door het Expertisecentrum Regelgeving Bouw (ERB) in 2015 vastgelegd in een ERB-rapport. Op basis hiervan zijn de aanbevelingen voor de toe te passen maximale dikte van de druklaag genuanceerd. Wanneer de aanbevelingen worden toegepast, wordt met een voldoende mate van betrouwbaarheid de kans op disproportionele schade voldoende klein geacht.

Aanbevelingen

De BFBN heeft de aanbevelingen naar aanleiding van het onderzoek voor nieuwbouw vastgelegd in een brief met bijlage van november 2015. De brief is hier als PDF beschikbaar. In de bijlage bij deze brief worden de aanbevolen rekenmethode en aanvullende maatregelen belicht. Eerdere aanbevelingen van november 2009 en juni 2011 zijn hiermee vervallen. De aanbevelingen gelden niet voor bestaande bouw. Hiervoor worden geen maatregelen nodig geacht.
Als attentie voor ontwerpers geldt dat sommige opdrachtgevers (waaronder het Rijksvastgoedbedrijf) de aanbevelingen niet onverkort volgen en soms extra maatregelen voorschrijven.

Op grond van het onderzoek beveelt BFBN aan om de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren te berekenen op buiging volgens NEN-EN 1990 in verbinding met NEN-EN 1991-1-2 en NEN-EN 1992-1-2. Daarnaast wordt aanbevolen om de dwarskrachtcapaciteit bij brand te bepalen aan de hand van Annex G van de EN 1168. Uit dit normblad volgt dat dwarskrachtbreuk géén maatgevend mechanisme is bij een brandwerendheidseis van 30 minuten. Voor 60 minuten of meer geeft EN 1168 rekenregels om de dwarskracht te toetsen.

Bij constructies in de gevolgklassen 1 of 2a zijn geen aanvullende maatregelen nodig in verband met de geringe risico’s. (Hierbij wordt aangetekend dat sommige zorggebouwen die volgens de Eurocode tot gevolgklasse 2a behoren, volgens de BFBN-aanbevelingen in gevolgklasse 2b vallen voor de beoordeling bij brand).

Voor vloeren met een toplaag worden géén aanvullende maatregelen geadviseerd, als:

• de constructie in gevolgklasse 2b of 3 valt én
• de toplaag:

- ≤ 50 mm dik is bij een dikte tot 200 mm van de kanaalplaat óf
- ≤ 100 mm dik is bij een kanaalplaatdikte van meer dan 400 mm óf
- ≤ 25% is van de kanaalplaatdikte; bij kanaalplaatdikten tussen 200 tot 400 mm.

Indien niet aan deze vereiste dikten van de toplaag niet worden gehaald, zijn extra maatregelen mogelijk:

• op basis van gelijkwaardigheid na risico-analyse volgens NEN-EN 1991-1-7 óf
• op grond van de aanwezigheid van een tweede draagweg na het bezwijken van de onderschil, óf
• toepassing van een sprinklerinstallatie (klasse A, B of C) onder de vloer die aan de brand is blootgesteld óf
• ter beperking van de temperatuur van het betonoppervlak tot max. 200 °C gedurende de vereiste brandwerendheidsduur.

• In het vakblad Cement, nr. 5 (2011) is een onderzoeksverslag gepubliceerd met de achtergronden van de aanbevelingen, te vinden in artikel 1. Artikel 2 geeft een nadere toelichting op de toen voorgestelde maatregelen. Ter aanvulling rapporteert artikel 3 over onderzoek aan de TU Eindhoven naar het gedrag van kanaalplaatvloeren in dwarsrichting.

Kanaalplaatvloer met geïntegreerde liggers

In het CUR/BmS-rapport 'Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde stalen liggers en de CUR/BmS-Aanbeveling 104 ‘Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde liggers’¹ staat vermeld waaraan kanaalplaten in combinatie met geïntegreerde liggers moeten voldoen afhankelijk van de brandwerendheidseis. Hieronder vindt u een samenvatting van de vereisten. Hierbij zijn de teksten over de constructieve druklaag aangepast aan de BFBN-brief van november 2015:

30 of 60 minuten:

• koppelwapening (in langsvoegen of kopsleuven) voor de horizontale (schijf)krachten en voor de samenhang van de vloer, zoals vereist in paragraaf 9.10 van NEN-EN 1992-1-1 óf
• een constructieve druklaag ≤ 50 mm dik bij een kanaalplaatdikte tot 200 mm, ≤ 100 mm dik bij een kanaalplaatdikte boven 400 mm of ≤ 25% van de kanaalplaatdikte bij tussenliggende dikten (bij gevolgklasse 2b of 3) met een kruisnet van minimaal ø 5-200. Het toepassen van een druklaag met een afwerklaag is niet toegestaan als de afwerklaag schuifvast is verbonden met de druklaag.

90 minuten:

In aanvulling op de eisen bij 30 of 60 minuten:

• de onderplaat van de geïntegreerde ligger beschermen met een bekleding, waarvan de dikte is gebaseerd op een maximale staaltemperatuur van 650 °C óf
• de belastinggraad met betrekking tot dwarskracht van de kanaalplaten van ≤ 0,2 (de verhouding tussen de rekenwaarden van de optredende dwarskracht bij brand en van de opneembare dwarskracht bij kamertemperatuur) én een koppelwapening in de kopsleuven van minimaal ø 10 over 600 mm óf
• een constructieve druklaag (zie onder '30 of 60 minuten').

120 minuten:

In aanvulling op de eisen bij 90 minuten:

• een constructieve druklaag (zie onder '30 of 60 minuten') én koppelwapening (minimaal ø 10 over 600 mm) in 2 kopsleuven per kanaalplaat. Daarnaast moet worden voldaan aan de 0,2-belastinggraadvoorwaarde voor de kanaalplaat óf aan de 650 °C-voorwaarde voor de onderplaat van de geïntegreerde ligger.

Verder moeten de kanaalplaten (uiteraard) de vereiste brandwerendheid volgens NEN 6069 of NEN-EN 1992-1-2/EN 1168 Annex G hebben. Hierbij moeten de omstandigheden van (verhinderde) vervorming in dwarsrichting worden meegenomen in de beoordeling. Hierbij zijn de BFBN-aanbevelingen uit de brief van november 2015 te hanteren.

Bij het bepalen van de benodigde bescherming om de stijging van de oppervlaktetemperatuur van het beton te beperken, kan gebruik worden gemaakt van proeven conform NEN-EN 1365-2 of NEN-EN 13381-3 mits de uitvoering hiervan de praktijkomstandigheden in voldoende mate representeert (beproeving volledig vloerveld met juiste opleg- en belastingcondities, zodat het optreden van verhinderde thermische vervorming door een stijve toplaag in de proef wordt meegenomen).

Mogelijke staafvormen van koppelwapening (niet-constructieve afwerklaag is niet getekend).

1 CUR/BmS-rapport 2001-2 'Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde stalen liggers' is niet meer verkrijgbaar. De CUR/BmS-Aanbeveling 104 ‘Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde liggers’ is hier als PDF te downloaden. Als aanvulling op Aanbeveling 104 dient Technisch Dossier #2 'Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde stalen liggers'. In dit dossier wordt het berekenen van de brandwerendheid van de ligger uiteengezet en toegelicht met een rekenvoorbeeld. Het Technisch Dossier #2 is hier te downloaden.