Gedrag van staalconstructies bij brand

Bij brand wordt een staalconstructie warmer en nemen de sterkte en stijfheid van staal af.
Als bij brand de vloeigrens afneemt tot het spanningsniveau dat in de constructie heerst bij de aanwezige belastingen, dan bezwijkt de construcite. De staaltemperatuur waarbij dit gebeurt heet de kritieke temperatuur.
Om aan een bepaalde eis voor brandwerendheid te voldoen, moet de staaltemperatuur lager of gelijk zijn aan de kritieke temperatuur. Of dit het geval is hangt af van de opwarmsnelheid van het staal.
De kritieke temperatuur wordt bepaald door de belastingen bij brand en door de wijze waarop de constructie ontworpen bij kamertemperatuur (normale gebruikstemperatuur).

Deze belastinggraad heeft een directie relatie tot de kritieke temperatuur. Een correctiefactor brengt de invloed in rekening van het type constructie, bijvoorbeeld een ligger of een kolom en de wijze waarop het profiel wordt verhit (drie- of vierzijdig). De belastinggraad kan ook worden afgeleid door de staaltemperatuur te vervangen door de kritieke temperatuur en de reductie van de vloeigrans door de (gecorrigeerde) belastinggraad.
Bij de opwarmsnelheid van onbeschermde staalconstructies speelt de massa per eenheid van lengte een belangrijke rol. Naarmate deze massa groter is, is er meer energie nodig om het profiel op te warmen. Daarnaast is het opervlak van belang: een gedrongen profiel warmt langzamer op dan een slang profiel. De geometrische factor die de opwarming bepaalt wordt de profielfactor genoemd. de profielfactor P wordt gevonden door de aan brand blootgestelde omtrek te delen door de oppervlakte van de doorsnede van het profiel. Hoe hoger P, des te sneller het profiel opwarmt.
Het gedrongen profiel (HEM 300) heeft een lage P (50m-1), het slanke profiel (IPE 120) een hoge P (310 m-1). Bij beklede staalconstructies bepalen de dikte en de thermische eigenschappen van het bekledingsmateriaal de vertraging voor de warmtestroom naar het staalprofiel. Hierdoor warmt het profiel minder snel op.
Met een staalconstructie kan aan elke geeiste brandwerendheid worden voldaan.

Ontwerpen van staalconstructies bij brand
Dankzij de beschikbare technieken en de mogelijkheden die de huidige normen bieden, is elke brandwerendheid met een staalconstructie haalbaar. Brandwerendheid is, naast sterkte, stijfheid en stabiliteit, een van de functionele eisen die aan een constructie worden gesteld.
De keuze van de draagconstructie wordt bepaald door andere zaken zoals esthetica, aanpasbaarheid, milieu, bouwsnelheid en kosten. Hierbij dienen uiteraard de kosten van eventuele brandwerende voorzieningen in de prijsvergelijking te worden meegenomen.
Optimaal daarbij is de brandwerendheidseis integraal in het (constructief) ontwerpproces mee te nemen. Dit leidt in een groot aantal gevallen tot een kostenbesparing in vergelijking met de traditionele werkwijze, waarbji de constructie voor kamertemperatuur is ontworpen en pas daarna, vaak in overleg met de brandweer, de brandwerende voorzieningen worden ‘toegevoegd’. Een ander belangrijk aspect bij het ontwerpen van staalconstructies bij brand is in hoeverre de architectonische randvoorwaarden een brandveilige oplossing met ‘staal in het zicht’ vereisen.

Copyright: Bouwkundige keuring Alkmaar