Om brandmodstandsevner

Om brandmodstandsevner

Der stilles i byggeriet en række specifikke brandkrav til de forskellige bygningsmaterialer der måtte anvendes. Det kan være krav til væggene, loftet, gulvet, taget samt vinduer og døre.
For at en bygningsdel kan overholde et bestemt brandkrav, skal alle de materialer der indgår i dens opbygning overholde det samme krav. Det vil sige at en bygningsdel med brandkrav R30 kun må indeholde materialer med den samme brandmodstandsevne. 
Alle nybyggerier skal overholde kravene i det nye bygningsreglement BR15. Alle ombygninger og renoveringer må ikke have ringere brandmæssige egenskaber end resten af den konstruktionen de ingår i.
Krav til byggematerialers brandsikkerhed stilles for at øge sikkerheden i tilfælde af brand. Skulle uheldet være ude, er det altafgørende for beboere samt evt. redningspersonel at man kan stole på at byggematerialerne ikke kollapser hurtigere end forventet. Disse sikkerhedsforanstaltninger kan i sidste ende redde menneskeliv. 
Afhængig af forskellige krav har de individuelle byggematerialer en specificeret brandmodstandsevne (R30, R60, etc.). R30 betyder for eksempel, at et materiale i en ”standard brand” og under en given belastning er stabilt i 30 minutter.

Tests i henhold til EN 13501-2 og EAD 130186-00-0603

Simpson Strong-Tie har udført en række tests af forskellige bygningsbeslag i henhold til EN 13501-2 og EAD 130186-00-0603 for at kunne dokumentere beslagenes brandmodstandsevne.
Der er udført tests af bjælkesko, skjulte bjælkebærere samt endetræsbeslag. Bjælkesko er testet både med og uden et beskyttende lag af træ. Skjulte bjælkebærere og endetræsbeslag er allerede beskyttet af et lag træ, qua deres udformning og funktion.

Ubeskyttet forbindelse med bjælkesko

Image

For at finde brugbare værdier til beregning i forhold til brand har vi undersøgt bjælkeskoens bæreevne ved brandpåvirkning. 
Ved at udføre en brandtest har det givet nogle vigtige oplysninger om beslagets bæreevne. Den konstruktion der blev anvendt til testen skulle opfylde den samme ydeevne som en reel. Der blev testet en forbindelse med ubeskyttet bjælkesko GSE (med 4 mm tykkelse) i et tidsinterval på 30 minutter. GSE bjælkesko med udvendige flige anvendes til samling af træ­bjælker i samme plan. 

Den karakteristiske bæreevne efter brandpåvirkning i 30 minutter

 Art. nr.  Bjælkehøjde [mm]     Bjælkehøjde [mm]    Rk,30,fi (kN)    
GSE380/100/41001401,00
GSE440/100/41001702,52
GSE500/100/41002003,55
GSE540/100/41002204,72
GSE600/100/41002507,30
GSE660/100/41002808,65

 

Nedestående formel skal kunne verificeres:

Ed,fi ≤ Rd,30,fi

Hvor

  • Ed,fi er den regningsmæssige virkning af laster under brand­påvirkning    
  • Rd,30,fi er den tilsvarende regningsmæssige bærevne under brand i den tilsvarende tid interval (30 minutter)

Den regningsmæssige virkning af laster under brandpåvirkning beregnes med den nedestående formel:

Ed,fi = ƞfi x Ed 

Hvor

  • Ed er den regningsmæssige virkning af laster ved normal temperatur
  • ƞfi er en reduktionsfaktor for den regningsmæssige last under brandpåvirkning

Den regningsmæssige bæreevne under brand beregnes med den nedestående formel:

Rd,30,fi = Rk,30,fi / γM,fi

Hvor

  • Rk,30,fi repræsenterer den karakteristiske bæreevne efter brandpåvirkning i den tilsvarende tid interval (30 minutter) – se ovenstående tabel
  • γM,fi er partialkoefficient for træ under brandpåvirkning, anbefalet at være 1

 

Eksempel:

Med udgangspunkt i et bjælkelag i konstruktionstræ klasse C24. Det valgte profil for bjælker bxh er 100x200 mm, har en spændvidde på 4,4 m og en bjælkeafstand e på 0,5 m. De laster der påvirker bjælkelaget er:
egenlast Gk = 1,2 kN/m2 og nyttelast Qk = 2,0 kN/m2.
Der vælges en bjælkesko GSE500/100/4

Vi starter med at finde den regningsmæssige last Ed er defineret som:

Ed = (γG x Gk + γQ x Qk) x e x (L / 2)

Hvor 

  • γG er partialkoefficient for permanente laster (= 1,35) ift. EN1995-1-2
  • γQ er partialkoefficient for variable laster (= 1,5) ift. EN1995-1-2

Den regningsmæssige last bliver således:
Ed = (1,35 x 1,2kN / m2 + 1,5 x 2kN / m2) x 0,5 m x (4,4 m / 2)
     = 1,62 + 3) x 1,1 
     = 5,08 kN

For at finde den regningsmæssige last ved brandpåvirkning Ed,fi, beregnes først reduktionsfaktoren ƞfi:

ƞfi = (Gk + ψfi x Qk) / (γG x Gk + γQ x Qk)

Hvor

  • ψfi er en kombinationsfaktor for variable laster under brand­påvirkning (= 1) ift. EN1990

Reduktionsfaktoren bliver:

ƞfi  = (1,2 + 1 x 2) / (1,35 x 1,2 + 1,5 x 2)
     = 3,2 / 6,24
     = 0,51

ƞfi = 0,6 vælges ift. anbefalinger i EN1995

Nu kan den regningsmæssige last ved brandpåvirkning Ed,fi beregnes:

Ed,fi = ƞfi x Ed
       = 0,6 x 5,08
       = 3,048 kN 

Beslagets regningsmæssige bæreevne ved brandpåvirkning Rd,30,fi beregnes:

Rd,30,fi = Rk,30,fi / γM,fi  

Hvor

  • Rk,30,fi er den karakteristiske bæreevne efter brandpåvirkning i 30 minutter, som findes i den ovenstående tabel (= 3,55 kN for GSE500/100/4)
  • γM,fi er partialkoefficient for træ under brandpåvirkning, anbefalet værdi = 1,0

Den regningsmæssige bæreevne ved brandpåvirkning bliver således:

Rd,30,fi = 3,55 / 1 
           = 3,55 kN

For at forbindelsen kan godkendes, så skal formlen verificeres:
Ed,fi ≤ Rd,30,fi       
3,048 ≤ 3,55  →  Forbindelsen er OK

 

Beskyttet forbindelse med bjælkesko

Image

For at kunne bruge andre typer bjælkesko, som f.eks. BSN (2 mm tykkelse), er der behov for at beskytte dem med yderligere træbeklædning, træbaserede pladematerialer eller gipsplader. I Eurocode 5-1-2 afsnit 6.2.1.2 er der angivet regler i forhold til beskyttelse af beslaget.

Nedestående formel skal kunne verificeres:

tch ≥ treq - 0,5 x td,fi

Hvor 

  • tch er tiden indtil indbrændingens begyndelse
  • treq er den krævede brandmodstandevne for standardbrand
  • td,fi er brandmodstandevnen for den ubeskyttede forbindelse (td,fi = 15 for søm, skruer og bolte, td,fi = 20 for dorne) - Jf. EN1995-1-2 tabel 6.1

Eksempel:

En forbindelse med sømmet bjælkesko BSN beskyttet med gipsplader der skal modstå branden i 30 minutter, bliver tiden indtil indbrændingen begynder: 

tch ≥ 30 - 0,5 x 15 = 30 - 7,5 ≥ 22,5 min

Det vil sige at forbindelsen først må begynde at brande efter 22,5 minutter for at kunne få en brandmodstandevne på 30 minutter.

For at kunne sikre den krævede brandmodstandevne er det en forudsætning at kantafstanden afi er lig med eller større end den beregnet med den nedestående formel angivet i Eurocode 5-1-2:

afi = βn kflux (treq - td,fi)

Hvor 

  • βn er indbrændningshastigheden ifølge tabellen 3.1 i EN1995-1-2
  • kflux er en koefficient til forøget varmeflux gennem beslaget (kflux = 1,5)
  • treq er den krævede brandmodstandevne for standardbrand
  • td,fi er brandmodstandevnen for den ubeskyttet beslag ifølge tabellen 6.1 i EN1995-1-2

Eksempel:

afi = 0,8 mm/min x 1,5 (30 min - 15 min)
    = 0,8 mm/min x 1,5 x 15 min 
    = 18 mm

Det vil sige at den krævede gipsplade til beskyttelse skal have en tykkelse på min. 18 mm for at sikre en brandmodstand på 30 minutter. 

 

 

Endetræsbeslag

Image

Endetræsbeslag anvendes til skjulte bjælke/bjælkesamlinger og til søjle/bjælkesamlinger. Ved endetræsbeslag er det vigtigt at vælge netop beslaget der svarer til den angivne bjælke profil. I den følgende tabel findes de krævede ETB beslag der skal bruges for at sikre en brandmodstandevne på 30 minutter afhængig af bjælkens profil og skruens længde (se tabel 2).

Den karakteristiske bæreevne efter brandpåvirkning i 30 minutter

 BeslagBrandmodstandsevne C24 Træ
30 min60 min
dgETS1030
ETB, EL/ELS30-

For detaljeret info henv. til ETA-07/0245

 

Art. nr.Bjælkebredde [mm]Bjælkehøjde, mm
m/skruer
5,0x60
m/skruer
5,0x70
m/skruer
5,0x680
ETB90120120125135
ETB120120155160170
ETB160120200200205
ETB190135225230240
ETB230135260270275

Eksempel:

En bjælke i konstruktionstræ C24 med profil b x h 120x200 mm skal modstå brand i 30 minutter ved påvirkning fra 3 sider (side, bund, side). Idet de skruer der bruges i forhold til bæreevnen er 5,0x70 mm, vælges beslaget ETB160-B, ift. den tidligere tabel.

I produktkataloget findes at beslaget ETB160 har en bredde på 60 mm og en højde på 166 mm. Med en bjælkebredde på 120 mm, bliver kantafstanden dg:

dg = (bjælkens bredde - beslagets højde / 2)
    = (120 - 60) / 2
    = 30 mm

dg = 30 mm > 30 mm (krav)

Bjælkens højde undersøges: 

beslagets højde + dg = 166 + 30 = 196 mm < 200 mm

Dvs. at beslaget ETB160 er OK

 

 

Skjulte bjælkebærere

Image

Ved de skjulte bjælkebærere BTN, BT4 og BTALU, skal der tages højde for træet der omringer og samtidigt beskytter beslaget. 
Bjælkebærerne anvendes til skjulte samlinger af bjælker i træ eller skjulte bjælke/søjlesamlinger (BTN eller BTALU). Der kan udføres samlinger med lodret hældning på op til 45°. Til en aktuel tømmerhøjde vælges beslaghøjde ca. 40 mm mindre end denne. Dog kan BTN90 og BT4-90 anvendes til en tømmerhøjde på 100 mm. 

Ifølge til Eurocode-5 1-2 er der 3 dimensioner der skal verificeres: 

t1, afi, dg 

  • t1 repræsenterer tykkelsen på sidestykke
  • Den nedestående formel skal anvendes for at finde den nødvendige tykkelse på sidestykke:
  • t1 = max{50;50 + 1,25(d - 12)}      -  Jf. EN1995-1-2 6.2.2.1

Hvor 

  • d er boltens eller dornens diameter i mm
  • afi repræsenterer ekstra tykkelse til forøgelse af beslagets bæreevner/tykkelse af indlimede træpropper

Den beregnes med den samme formel som tidligere:

afi = βn kflux (treq - td,fi)

  • dg er spaltedybden (afstanden mellem beslagets krop og bjælken dg); den kan også være tykkelsen på indlimede trælister der evt. bruges for at beskytte beslagets kant dg

Den nødvendige spaltedybden dg angives i forhold til stålpladens tykkelse i den nedestående tabel:

Eksempel:

En forbindelse med en skjult bjælkebærer BTN160 med 12 mm dorne som indbygges i 115x200 mm træbjælke med et krav om 30 minutters brandmodstandsevne ved påvirkning fra 3 sider (side, bund, side). 

Bjælkebredde

  • Den nødvendige tykkelse på sidestykke: 
    t1 = {50; 50+1,25(12-12)} = 50 mm
  • Det vil sige at den totale bjælkebredde skal være min. 
    bN = 50+6+50 = 106 mm (beslagets tykkelse er 6 mm). Dette krav er overholdt idet den valgte bjælkebredde er 115 mm
  • Ifølge tabel på forgående side findes spaltebredden dg2 = 20 mm (max. spaltebredde 3 mm). Det vil sige at den totale bjælkebredde skal være min. bN = 20+46+20 = 86 mm (beslagets bredde er 46 mm). Dette krav er overholdt idet den valgte bjælkebredde er 115 mm. (Kravet til dg2 kan nedsættes til 10 mm ved spaltebredde på max 1 mm)


Bjælkehøjde

  • Der indlimes en træliste i bunden for at beskytte beslaget. Listens tykkelse skal svare til beslagets bredde (slidsens bredde) som er ca. 6 mm. Listens dybde kan aflæses i tabellen til dg1 =10 mm. Herudaf kan bjælkens minimumshøjde udledes: hN = 160+10 = 170 mm (beslagets højde er 160 mm). Dette krav er overholdt idet den valgte bjælkehøjde er 200 mm.

Dorne

  • Dornene beskyttes af træpropper på min. 

afi = βn x kflux x (treq – td,fi)

Hvor     

  • βn er indbrændingshastigheden = 0,8 mm/min for C24 træ
  • kflux er en koefficient til forøget varmeflux gennem beslaget, kflux =1,5
  • treq er den krævede brandmodstandsevne for standardbrand, 30 min.
  • td,fi er brandmodstandsevnen for det ubeskyttede beslag, 20 min. for dorn forbindelser

afi = 0,8 x 1,5(30-20) = 12 mm

  • Det skal bemærkes at, ved 30 minutter er det ikke et krav at der anvendes træpropper – en luftspalte 12 mm er nok, men propper anbefales.
  • Dornenes længde vælges typisk ud fra bjælkens bredde hvorved bæreevnen bestemmes. Hvis dornene forkortes med 2 x afi skal en reducerede bæreevne bestemmes. Alternativt forøges bjælkens bredde med 2 x afi.

Contact

Simpson Strong-Tie Danmark

Simpson Strong-Tie A/S

CVR 65653818
Hedegaardsvej 11
8300 Odder
Danmark