design of precast concrete building structures

ONTWERPEN VAN CONSTRUCTIES IN
PREFABBETON
Les 10
Brandweerstand
Les 10 : Brandweerstand
Basisvereisten
De brandweerstand van een constructie wordt bepaald volgens
de volgende criteria:

Stabiliteit “R”: dragende functie

Thermische isolatie “I”: de gemiddelde temperatuurstijging van de niet
blootgestelde oppervlakte < 140 °K en de maximum temperatuurstijging
op geen enkel punt > 180 °K

Vlamdichtheid “E”: geen doorgang van brand door wanden, vloeren, enz..
Les 10 : Brandweerstand
Brandacties
Thermische en mechanische acties


Reductie van de materiaaleigenschappen in functie van de
temperatuur
Thermische uitzettingen
Les 10 : Brandweerstand
Reductie materiaaleigenschappen
Beton
1. Silicium
granulaten
2. Kalksteen
granulaten
Vermindering van de karakteristieke druksterkte
Les 10 : Brandweerstand
Reductie materiaaleigenschappen
Wapeningsstaal
1. Trekwapening
(warm gewalst) voor
rekken εs,fi  2%
2. Trekwapening
(koud vervormd) voor
rekken εs,fi  2%
Vermindering van de karakteristieke treksterkte
3. Druk- en
trekwapening voor
rekken εs,fi  2%
Les 10 : Brandweerstand
Reductie materiaaleigenschappen
Voorspanstaal
1. Koud vervormd
voorspanstaal
(draden en strengen)
2. Gekoeld en
getemperd staal
(staven)
Vermindering van de karakteristieke sterkte (0,9 fpk)
Les 10 : Brandweerstand
Brandacties
Thermische uitzetting
Grotere doorbuiging bij platen
door blootstelling aan één zijde
Grotere langse uitzetting
van ribbenvloeren omwille
van blootstelling aan 3 zijden
Vloeren zetten uit in langse en dwarse richting
Les 10 : Brandweerstand
Thermische uitzetting
Constructief gedrag
Kleine blokkeerkrachten
in kleinere constructies
Grote blokkeerkrachten in
grotere constructies
Verhinderde thermische uitzetting door omringende constructie
Les 10 : Brandweerstand
Thermische uitzetting

Grote uitzettingen kunnen aanleiding geven tot
incompabiliteit met de verbindingen
bij 120 °C
± 100 mm
Cumulatie van thermische uitzettingen van
opeenvolgende overspanningen in dezelfde richting
kunnen 100 mm en meer bedragen
Les 10 : Brandweerstand
Mogelijke gevolgen
van thermische uitzettingen
Brand in bibliotheek in Linköping, Zweden
De constructie in ter plaatse gestort beton
stortte in na 30 minuten brand, omwille van de
incompatibiliteit van de verbindingen tussen
kolommen en vloeren met de grote uitzetting
van een 52 m lange vloer aan weerszijden
blootgesteld aan de brand
Les 10 : Brandweerstand
Indirecte thermische acties
 Dwarsvervorming van de betondoorsnede
Druk
Temperatuurgradiënt
Lineaire vervorming
van de dwarsdoorsnede
Trek
Druk
Temperatuur
Trek- en drukspanningen in de betondoorsnede ten gevolge van
de incompabiliteit tussen de niet-lineaire temperatuurgradiënt en
de lineaire vervorming van de dwarsdoorsnede
Les 10 : Brandweerstand
Indirecte thermische acties
 Toename van de steunpuntsmomenten bij
hyperstatische constructies
Thermische doorbuiging bij isostatisch opgelegde vloeren
De doorbuiging ten gevolge van thermische spanningen doet
het steunpuntsmoment bij doorlopende constructies toenemen
Les 10 : Brandweerstand
Aanbevelingen bij het ontwerp
Thermische uitzettingen moeten mogelijk zijn
 De stabiliteitskern zo centraal mogelijk in de constructie plaatsen
en scharnierende verbindingen voorzien met de rest van de
constructie
Centrale kern
Scharnierende verbinding
Centrale kern
Scharnierende
verbindingen
Geprefabriceerde betonnen constructies laten over ‘t algemeen grotere
vervormingen toe dan ter plaatse gestorte monoliete constructies
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht brandweerstand
Volgens Eurocode 2 - deel 1-2 kan de
brandweerstand bepaald worden door:
Tabellen
Eenvoudige berekeningen
Brandproeven
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht brandweerstand
Tabellen
 Opgesteld op empirische gegevens en berekeningen
 Geven minimum afmetingen voor de betondoorsnede en
asafstand van de hoofdwapening
 De referentie belastingsgraad fi = 0,7
 Opgesteld voor normaal beton met siliciumgranulaten
(kalksteengranulaten middels aanpassingen)
 Geen verder nazicht nodig voor dwarskracht en torsie
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht met tabellen
Balken blootgesteld aan 3 zijden
deff  d1 + 0,5 d2
Definitie van de gebruikte afmetingen voor verschillende balktypes
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht met tabellen
Balken
Statisch opgelegde balken in gewapend en voorgespannen beton
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht met tabellen
Kolommen
Methode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400
Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7
Betondekking 40 mm
b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40
b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40
b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40
b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40
b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40
b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40
b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40
b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40
b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40
b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40
b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40
b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40
b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=40
b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=40
b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=40
b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=40
b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=40
210
210
180
180
150
150
120
120
Rfi (min)
Rfi (min)
b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=40
90
90
60
60
30
30
0
0
3
4
5
6
L (m) = actual length = 2 x effective length
4 langswapenigen
7
3
4
5
6
7
L (m) = actual length = 2 x effective length
8 langswapeningen
Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht met tabellen
Kolommen
Methode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400
Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7
Betondekking 50 mm
b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=50
b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=50
b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=50
b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=50
b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=50
b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=50
b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=50
b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=50
b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=50
b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=50
b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=50
b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=50
b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=50
b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=50
b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=50
b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=50
b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=50
b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=50
270
240
240
210
210
180
180
Rfi (min)
Rfi (min)
150
120
150
120
90
90
60
60
30
30
0
0
3
4
5
6
L (m) = actual length = 2 x effective length
4 langswapenigen
7
3
4
5
6
7
L (m) = actual length = 2 x effective length
8 langswapeningen
Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht met tabellen
Kolommen
Methode A voor kolommen 300/300, 300/400 en 400/400
Belastingsgraad μfi = 0,2 ; 0,5 ; 0,7
Betondekking 60 mm
b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=60
b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=60
b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=60
b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=60
b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=60
b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=60
b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=4 a=60
b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=4 a=60
b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=4 a=60
b=300 h=300 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=60
b=300 h=300 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=60
b=300 h=300 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=60
b=300 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=60
b=300 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=60
b=300 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=60
b=400 h=400 mufi=0.2 fc=50 n=8 a=60
b=400 h=400 mufi=0.5 fc=50 n=8 a=60
b=400 h=400 mufi=0.7 fc=50 n=8 a=60
270
300
240
270
210
240
210
180
Rfi (min)
Rfi (min)
180
150
150
120
120
90
90
60
60
30
30
0
3
4
5
6
7
L (m) = actual length = 2 x effective length
0
3
4
5
6
7
L (m) = actual length = 2 x effective length
4 langswapenigen
8 langswapeningen
Kolommen met rechthoekige of ronde doorsnede in gewapend beton
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht met tabellen
Wanden
Dragende wanden in gewapend beton
Les 10 : Brandweerstand
Brandweerstand holle vloeren
Tabellen
Minimum plaatdikte en asafstand wapening
voor isostatisch opgelegde holle vloeren
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht brandweerstand
Eenvoudige berekeningen
Ribbenvloeren
Temperatuurcurven voor verschillende
types geprefabriceerde elementen
I - balken
Rechthoekige balken
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht door berekening
 Gereduceerde betondoorsnede
Alleen de doorsnede < 500°C wordt
gebruikt in de berekening
Temperatuurgradient 500 °C
Beton
Materiaalsterkte functie
van de temperatuur
Staal
Berekening volgens de breukmethode
Les 10 : Brandweerstand
Brandweerstand holle vloeren
Analyse door berekening
Om een goede brandweerstand te
bekomen zijn verbindingen met de
oplegconstructie essentiëel
Kettingwapening ø 12 mm
Temperatuurcurves / asafstand wapening
Brandbescherming is noodzakelijk
Berekeningsmodel voor de brandweerstand volgens de breukmethode
Les 10 : Brandweerstand
Nazicht brandweerstand
Brandproeven
 ISO tijd - temperatuurcurve
 Normale belastingen
 Statisch opgelegde elementen
Tijd - uren
TT-element na 150 minuten ISO-brand
Les 10 : Brandweerstand
Brandproef op een prefabhal
Details gebouw en brandlast
Schets binnenzicht zonder tussenvloer
Buitenzicht gebouw
125 kg hout per m²
Binnenzicht met tussenvloer
Les 10 : Brandweerstand
Brandproef op een prefabhal
Proefresultaten
Op het einde van de brand
Tijdens de brand
Vervorming dakbalk
Temperatuurverloop tijdens de brand
Les 10 : Brandweerstand
Brandweerstand verbindingen
Zelfde principes als constructieve componenten:
 Minimum afmetingen
 Voldoende betondekking op de wapeningen
 Brandbescherming van blootgestelde metalen details
 Grote vervormingen mogelijk maken
Metalen verbindingen
moeten tegen brand
beschermd worden
Deuvelverbindingen
vereisen gewoonlijk
geen speciale
maatregelen tegen
brand
Les 10 : Brandweerstand