Cannelures
Mogen cannelures van staalplaat-betonvloeren ongevuld blijven? En zo ja, welke profielfactor moet dan worden aangehouden?
Bij zwaluwstaartvormige staalplaten is de opwarming via de kleine inkeping beperkt en is cannelurevulling niet nodig. NEN-EN 1994-1-2 stelt als voorwaarde dat 85% van de bovenflens bedekt moet zijn. Zwaluwstaartvormige platen zitten altijd op ca. 90% en voldoen daarmee aan de voorwaarde. Trapeziumvormige platen doen dat niet. Toch is ook bij deze platen cannelurevulling te voorkomen door een dikkere bekleding toe te passen. Hiermee wordt de extra opwarming via de onbeschermde bovenzijde gecompenseerd.
Voor het bepalen van de profielfactor is – in het kader van gelijkwaardigheid – een benaderingsmethode van TNO in te zetten. Deze methode ligt vast in het rapport Beoordeling brandwerendheid stalen liggers met geprofileerde staalplaat1. Hierbij wordt een gecorrigeerde profielfactor vastgesteld voor een driezijdig verhit en bekleed profiel met een ónbeklede bovenflens.
Gratis rekentool
Op basis van deze methode heeft Bouwen met Staal een praktisch toepasbaar XLS-tool ontwikkeld: Cannelurevulling staalplaat-betonvloeren (april 2023). Deze tool kunt u gratis downloaden.
De tool bepaalt het effect van ongevulde cannelures van de staalplaat op de staaltemperatuur van een stalen ligger onder een staalplaat-betonvloer die aan drie zijden (onderzijde bovenflens, lijf en onderflens) is beschermd via brandwerende beplating, spuitmortel of brandwerende coating.
Met de tool berekent u in eerste instantie de profielfactor voor de driezijdig verhitte stalen ligger. Dat gebeurt na keuze van het type beschermingsmateriaal (plaat, mortel of coating) en invoer van de profielgegevens. U kunt de profielgegevens rechtstreeks invoeren of via het menu van de spreadsheet.
Na opgave van de geometrie van de staalplaat-betonvloer voert u in de dikte en de warmtegeleidingscoëfficiënt van de brandwerende bekleding, waarbij voor de brandwerendheidsduur (van bijvoorbeeld 60 of 90 minuten) de kritieke staaltemperatuur wordt bereikt. De waarden voor de dikte en warmtegeleidingscoëfficiënt van de bekleding zijn ook af te lezen uit de grafiek in de tool.
Na deze invoer berekent de tool de gecorrigeerde profielfactor voor de ligger (rekening houdend met het bovenflensdeel zonder cannelurevulling).
De benodigde laagdikte van de driezijdige bekleding van de ligger kan vervolgens worden bepaald aan de hand van de laagdiktetabellen in het ETA-rapport van de leverancier.
TNO concludeert dat deze methode redelijk goede resultaten oplevert wanneer de gemiddelde breedte van de cannelure ongeveer gelijk is aan de gemiddelde breedte van de ribbe. Dit is bij de meeste moderne platen het geval.
De formule voor de gecorrigeerde profielfactor luidt:
Hierin is:
di = dikte bekleding
λi = warmtegeleidingscoëffient bekleding
α = convectieve warmte-overgangscoëfficiënt = 25 W/(m2K)
F1 = breedte bovenflens
F2 = lengte binnenzijde bekleding
A = doorsnede-oppervlakte
Voor een eis van 60 minuten, waarbij een relatief geringe bekledingsdikte hoort, nadert deze gecorrigeerde profielfactor de profielfactor bij vierzijdige verhitting volgens:
Voor grotere bekledingsdikten dan wel hogere brandwerendheden is dit een onveilige benadering en moet de gecorrigeerde profielfactor worden berekend.
Het TNO-rapport1 beschrijft een productafhankelijke methode met 6 parameters en 7 regressieconstanten, waarmee de bekledingsdikte bij ongevulde cannelures genuanceerder en nauwkeuriger kan worden bepaald. De regressieconstanten zijn bij de afzonderlijke leveranciers bekend.
In een rapport van SCI (Steel Construction Institute) was tevens een bruikbare ontwerprichtlijn op basis van enkele testen opgenomen. De pagina’s uit dit rapport over de richtlijn zijn hier als PDF te downloaden.
De richtlijn geeft bij een eis van 60 minuten brandwerendheid en niet-gevulde cannelures van trapeziumvormige staalplaten de volgende eisen, afhankelijk van de kritieke temperatuur waarvan is uitgegaan:
- θcr = 550 °C: ga uit van de profielfactor bij driezijdige verhitting en pas géén correctie op de dikte toe;
- θcr = 620 °C: ga uit van de profielfactor bij driezijdige verhitting, vermenigvuldig deze factor met 1,3 en bepaal de laagdikte (meestal toegepast bij beplating) óf verhoog de laagdikte bij driezijdige verhitting met 20% (meestal toegepast bij brandwerende verf). De gunstigste waarde van beide methoden mag worden aangehouden.
In Engeland wordt bij liggers standaard gewerkt met θcr = 620 °C. In Nederland moet θcr worden berekend. Bij deze berekende waarde van θcr is de tweede methode toepasbaar. Wanneer θcr met 70 °C wordt verlaagd, is in Nederland de eerste methode te gebruiken.
Bij een eis van 90 minuten en niet-gevulde cannelures van trapeziumvormige staalplaten gelden de volgende eisen, afhankelijk van de kritieke temperatuur waarvan is uitgegaan:
- θcr = 550 °C: ga uit van de profielfactor bij driezijdige verhitting, vermenigvuldig deze factor met 1,15 en bepaal de laagdikte óf verhoog de laagdikte bij driezijdige verhitting met 10%;
- θcr = 620 °C: ga uit van de profielfactor bij driezijdige verhitting, vermenigvuldig deze factor met 1,5 en bepaal de laagdikte óf verhoog de laagdikte bij driezijdige verhitting met 30%.
De gunstigste waarde van beide methoden mag worden aangehouden.
Bij een eis van 120 minuten moeten de cannelures van trapeziumvormige staalplaten altijd worden gevuld met steenwol. Hetzelfde geldt als de liggers niet als staal-betonligger, maar als stalen ligger zijn uitgevoerd (geen constructieve samenwerking door middel van deuvels).
|
1 C. Both, Beoordeling brandwerendheid stalen liggers met geprofileerde staalplaat, TNO-rapport 98-CVB-R1012, 1998.
|
