Masterprojekt fra DTU
Masterprojekt fra DTU
Masterprojekt fra DTU
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
FASTSÆTTELSE AF DEN DIMENSIONERENDE TEMPERATUR I<br />
FORBINDELSE MED DIMENSIONERING AF BÆRENDE<br />
KONSTRUKTIONER<br />
Udarbejdet af Jørgen Bach<br />
Viborg, den 15. januar 2005<br />
BRANDTEKNISK PROJEKTOPGAVE<br />
MASTER I BRAND<br />
<strong>DTU</strong>
,1'+2/'6)257(*1(/6(<br />
Side:1 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
,1'/('1,1*<br />
1.1 Baggrund 2<br />
1.2 Opgaveformulering 2<br />
1.3 Afgrænsning 3<br />
1.4 Opgavens disponering 3<br />
)81.7,216%$6(5(7 %5$1',0(16,21(5,1*<br />
2.1 Designfilosofierne mini, midi og maxi 4<br />
2.2 Bygningsreglementets krav og muligheder 5<br />
2.3 Specielle forhold vedr. bærende konstruktioner 5<br />
'(6,*1%5$1'( 2* %5$1'/$67<br />
3.1 Valg af designbrande 7<br />
3.2 Den maksimale brandeffekt bestemt ved beregning af brandværdi 7<br />
3.3 Brandlast bestemt i henhold til Eurocode 1 9<br />
3.4 Brandlast bestemt i henhold til SBI Publikation nr. 38 11<br />
3.5 Brandlast bestemt ved CFD simulering 13<br />
3.6 Designbrandens udviklingsforløb 14<br />
3.7 Designbrandens placering 16<br />
3.8 Stråling 16<br />
%5$1'5800(76 7(03(5$785<br />
4.1 Temperaturforhold i fuldt udviklede brandforløb 18<br />
4.2 Standardbrandkurven 20<br />
4.3 Parametrisk brandforløb i h.t. DS 410 22<br />
4.4 Parametrisk brandforløb i henhold til Eurocode 1 23<br />
4.5 Temperaturforløb bestemt ud <strong>fra</strong> to-zonemodeller 24<br />
4.6 Temperaturforløbet bestemt ud <strong>fra</strong> CFD modeller 26<br />
7(03(5$785(16 ,1')/
,1'/('1,1*<br />
%DJJUXQG<br />
Side:2 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved fastsæ ttelse af det dimensionerende brandforløb der skal benyttes i forbindelse med<br />
dimensionering af bæ rende konstruktioner, vil man indirekte stå over for et valg mellem<br />
omkostninger til passiv brandbeskyttelse, aktive anlæ g og sikkerheden for de personer, der må<br />
forventes at opholde sig i bygningen samt de væ rdier der er i bygningen.<br />
Det er indlysende, at bæ rende konstruktioner som et minimum må væ re i stand til at tåle de<br />
temperaturpåvirkninger, der er forventelige i den periode det vil tage for de personer, der opholder<br />
sig i bygningen, at blive evakueret. Temperaturen bør endvidere fastsæ ttes under hensyn til den<br />
usikkerhed som denne tid kan bestemmes med.<br />
Om der skal stilles yderligere krav til bygningen, vedr. modstandsdygtighed for en læ ngere del af<br />
brandforløbet, vedrører primæ rt beskyttelsen af materielle væ rdier af en eller anden art.<br />
Den indsats der bør ydes for at sikre bygninger bør derfor tilpasses bygningens væ rdi, art og<br />
størrelse. F.eks. vil den sikring, der vil væ re rimelig at ofre på at sikre Rigsarkivet, der må formodes<br />
at indeholde uerstattelige væ rdier, adskille sig væ sentligt <strong>fra</strong> den indsats det er rimeligt at ofre på en<br />
lagerhal der er beliggende i forbindelse med en produktionsvirksomhed og hvor lageret indeholder<br />
fæ rdigvarer svarende til få dages serieproduktion. Endvidere vil det relative forhold mellem<br />
bygningers væ rdi i forhold til ejernes samlede egenkapital ligeledes have betydning for den indsats,<br />
det er rimeligt at ofre på brandbeskyttelse.<br />
Denne balance mellem beskyttelse af menneskeliv på den ene side og beskyttelse af formue og<br />
væ rdier på den anden side har gennem mange år væ ret kontrolleret af restriktive krav i<br />
lovgivningen. Fx definerede bygningsreglementet direkte konstruktionsopbygninger der skulle<br />
benyttes som bæ rende konstruktioner.<br />
Der er ved indførelsen af funktionsbaseret dimensionering nu åbnet mulighed for at tilpasse<br />
brandsikringen ud <strong>fra</strong> en strategi om, at etablere brandsikring lige der hvor den gør mest gavn og<br />
ikke blot dikteret af gamle tvivlsomt dokumenterede brandkrav.<br />
2SJDYHIRUPXOHULQJ<br />
Der er i Danmark en lang tradition for at bestemme den dimensionerende rumtemperatur for<br />
bæ rende konstruktioner på grundlag af Standardbrandkurven i henhold til ISO 834. Med den<br />
æ ndring, der er sket i forbindelse med æ ndring af bygningsreglementet kapitel 6, ved udsendelse af<br />
tillæ g 8, er der givet mulighed for at dokumentere bygningers sikkerhed ved beregning. Dette<br />
medfører at bæ rende konstruktioner ligeledes kan dimensioneres individuelt på baggrund af<br />
bygningens funktion. Denne opgave forsøger at belyse nogle metoder, der kan benyttes til at<br />
foretage denne dimensionering. For at opdele denne problemstilling er følgende delemner forsøgt<br />
belyst:<br />
- Hvilke metoder findes der til at beskrive temperaturforløb under brandpåvirkninger?<br />
- Hvilken betydning har rummets geometri for temperaturforholdene?<br />
- Hvordan påvirkes bæ reevnen af stålkonstruktioner af brandpåvirkningen?<br />
- Hvordan påvirkes bæ reevnen af betonkonstruktioner af brandpåvirkningen?
Side:3 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
En af de metoder der p.t. tiltræ kker sig størst opmæ rksomhed er at bestemme rumtemperaturen i<br />
brandtilstanden på baggrund af CFD analyser. Ved at benytte CFD simulering vil der<br />
indledningsvist melde sig det spørgsmål: Hvilket brandforløb skal der forudsæ ttes samt hvilken<br />
placering af bålet skal der benyttes? I forlæ ngelse af dette spørgsmål vil kravet til modellens<br />
nøjagtighed i forhold til det virkelige rum væ re interessant.<br />
Det vil ved en evt. anvendelse af CFD analyser til bestemmelse af brandforløbet for bæ rende<br />
konstruktioner væ re næ rliggende at stille det spørgsmål: Hvorved adskiller dette brandforløb sig <strong>fra</strong><br />
de brandforløb der p.t har væ ret anvendt?<br />
Denne opgave vil forsøge at belyse disse aspekter.<br />
$IJU QVQLQJ<br />
Opgaven er forsøgt koncentreret om temperaturforholdene i det bræ ndende rum. Absorptionen af<br />
varme i selve tvæ rsnittet i den bæ rende konstruktion, samt den indflydelse som temperaturen har på<br />
materialets styrkeparametre er kun perifert behandlet. Dette er sket ved at belyse<br />
bøjningsbæ reevnens udvikling som følge af temperaturforholdene gennem brandforløbet.<br />
Søjlevirkning, foldning, forskydningspåvirkninger etc. i brandtilstanden er ikke omfattet af denne<br />
opgave. Kun materialerne stål og jernbeton er behandlet i denne opgave.<br />
Selve brandforløbene bygger på teoretiske modeller, der er gengivet <strong>fra</strong> tilgæ ngelig litteratur. Der<br />
ligger således ikke direkte eksperimentelle forsøg til grund for opgaven.<br />
De forskellige udvalgte metoder, er illustreret ved at vise disse anvendt i forbindelse med et<br />
gennemgående eksempel. Det eksempel, der er valgt, består af et atrium, der er yderligere beskrevet<br />
i Bilag A. Resultaterne belyser således forholdene i dette atrium. Analyser af andre bygninger vil<br />
føre til andre brandforløb og dermed temperaturer. De karakteristika, der er illustreret ved disse<br />
eksempler, er kun gæ ldende for det aktuelle tilfæ lde.<br />
Der er dog ud <strong>fra</strong> dette eksempel forsøgt belyst forskellige problemstillinger ved metodernes<br />
anvendelse.<br />
Det skal bemæ rkes at der som erstatning for udtrykket ¥x er benyttet den alternative<br />
skrivemåde (x) ½ .<br />
2SJDYHQV GLVSRQHULQJ<br />
Indledningsvis er de lovgivningsmæ ssige rammer belyst for de bæ rende konstruktioners<br />
brandmodstandsevne.<br />
I afsnit 4 er seks forskellige metoder til fastsæ ttelse af temperaturforløbet for eftervisning af<br />
bæ rende konstruktioners sikkerhed beskrevet. For at belyse de aktuelle forskelle i disse metoder er<br />
metoderne forsøgt anvendt ved at tage udgangspunkt i et atrium. Dette atrium har en størrelse på 25<br />
x 35 m og højden er 12,5 m. I atriet er der to balkonetager, der er forsynet med mødelokaler hvor<br />
fronten mod det åbne atrium består af glas. Disse mødelokaler er forbundet med altangange. Se<br />
billedet der er vist på opgavens forside.<br />
For en nøjere beskrivelse af dette atrium henvises til bilagsmaterialet til denne opgave.
)81.7,216%$6(5(7 %5$1'',0(16,21(5,1*<br />
'HVLJQILORVRILHUQH PLQL PLGL RJ PD[L<br />
Side:4 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Indledningsvis skal det næ vnes af dette afsnit er skrevet på baggrund af artiklen: ”Application of<br />
idealized materials data for calculation of fire exposed concrete constructions” af K.D. Hertz BYG-<br />
<strong>DTU</strong>.<br />
Som grundlag for en brandteknisk dimensionering af bæ rende konstruktioner er det vigtigt at<br />
definere beregningsforudsæ tningerne. Disse beregningsforudsæ tninger er endvidere kræ vet i<br />
bygningsreglementets tillæ g 6 ved at der i forbindelse med ansøgning om byggetilladelse blandt<br />
andet skal medsendes en statisk projekteringsrapport hvor der blandt andet skal redegøres for de<br />
brandtekniske forhold.<br />
For brandpåvirkninger vil det væ re hensigtsmæ ssigt indledningsvist at få fastsat, om der skal tages<br />
udgangspunkt i en mini, midi eller maxi – filosofi i forbindelse med vurderingen af bygningens<br />
sikkerhed overfor brand. Disse begreber dæ kker over følgende forhold:<br />
- Minimum.<br />
Påvirkninger stammende <strong>fra</strong> det brandforløb, der stræ kker sig <strong>fra</strong> brandens start indtil evakueringen<br />
af bygningen er tilendebragt, må ikke føre til kollaps. Dette medfører at bæ rende konstruktioner<br />
dimensioneres så konstruktionerne har den fornødne sikkerhed frem til evakueringstidens ophør.<br />
- Medium<br />
Ved medium filosofien må påvirkninger stammende <strong>fra</strong> det brandforløb, der stræ kker sig <strong>fra</strong><br />
brandens start- og videre gennem evakueringsperioden frem til den efterfølgende afkølingsfase er<br />
afsluttet, ikke føre til kollaps.<br />
Dette medfører at bæ rende konstruktioner dimensioneres så de har den fornødne sikkerhed frem til<br />
slukningsperiodens ophør under forudsæ tning af at brandvæ senet vil væ re i stand til at reducere<br />
brandpåvirkningen gennem den sidste del af brandforløbet.<br />
- Maksimum<br />
Ingen kollaps af bæ rende konstruktioner må ske for det fulde brandforløb.<br />
Dette medfører at konstruktioner dimensioneres for det samlede brandforløb incl. afkølingsfasen<br />
uden en reduktion af temperaturforløbet som følge af slukningsindsatsen.<br />
Den efterfølgende figur viser et stiliseret brandforløb for de tre designfilosofier. Som det<br />
umiddelbart fremgår, er energien ved maxi, brandforløbet langt større end i mini brandforløbet.
80,0<br />
60,0<br />
40,0<br />
20,0<br />
¢¡¤£¦¥ §©¨£¡§©¥ ¡<br />
0,0<br />
0<br />
-20,0<br />
20 40 60 80 100<br />
¤ <br />
Brandforløb mini.<br />
Brandforløb midi.<br />
Brandforløb maxi.<br />
Side:5 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved valget mellem de forskellige design strategier er det vigtigt at få afdæ kket følgende forhold:<br />
- Sikring af væ rdier<br />
- Bygherre krav / ønsker<br />
- Forsikringsforhold<br />
- Kapacitet af det aktuelle brandvæ sen<br />
- Specifikke forhold i relation til bygningen<br />
- Specifikke forhold vedr. nabobygninger.<br />
%\JQLQJVUHJOHPHQWHWV NUDY RJ PXOLJKHGHU<br />
Bygningsreglementet stiller i afsnit 6.3 krav til at ” byggevarer og bygningsdele skal udformes, så<br />
personer i eller ved bygningen kan bringe sig i sikkerhed på terræ n i det fri eller et sikkert sted i<br />
bygningen, og så redningsberedskabet har mulighed for redning og slukningsarbejdet” .<br />
Set i relation til designfilosofierne, der behandles i forrige afsnit, svarer ovenstående krav til en<br />
minimodel, såfremt slukningsarbejdet kan forudsæ ttes at ske ved, at slukningsindsatsen kan udføres<br />
uden at brandvæ senet er nødt til at træ nge ind i bygningen.<br />
I bygningsreglementet er der ikke direkte krav til temperaturforløbet gennem brandforløbet. Der er<br />
dog indirekte krav i Erhvers- og Boligstyrelsens Eksempelsamling om brandsikring af byggeri.<br />
Dette krav er indirekte stillet ved, at det sikkerhedsniveau, der fremgår af eksempelsamling, kan<br />
anses for tilfredsstillende. Ved en brandteknisk dimensionering skal de løsninger, der bestemmes på<br />
denne baggrund, have samme sikkerhedsniveau for personer der opholder sig i bygningen og for<br />
redningspersonalet som løsninger, der er beskrevet i eksempelsamlingen.<br />
Der er på dette grundlag åbnet for en funktionsbaseret bestemmelse af temperaturforløbet ved<br />
dimensionering af bæ rende konstruktioner.<br />
6SHFLHOOH IRUKROG YHGU E UHQGH NRQVWUXNWLRQHU<br />
I DS 409 Norm for sikkerhedsbestemmelse for konstruktionerne, er lastkombinationen for<br />
brandtilstanden fastlagt. I h.t afsnit 5.28 skal andre påvirkninger - stammende <strong>fra</strong> egenlast, sne og<br />
vind medregnes samtidigt med brandpåvirkningen. For selve den termiske påvirkning henvises der<br />
til DS 410.
Side:6 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
I DS 410 Norm for last på konstruktioner, er de specifikke belastninger stammende <strong>fra</strong> ovennæ vnte<br />
belastningsarter beskrevet. Vedr. den termiske påvirkning foreskriver denne standard, at den<br />
termiske brandlast bestemmes enten ud <strong>fra</strong> et nominelt brandforløb d.v.s. standardbrandkurven,<br />
hydrocarbon brandforløbet eller et parametrisk brandforløb d.v.s åbningsfaktormetoden eller andre<br />
modeller der bygger på energibalance.<br />
De to mest anvendte materialer der benyttes til bæ rende konstruktioner er beton og stål.<br />
Disse materialers anvendelse i forbindelse med bæ rende konstruktioner er fastsat i henholdsvis DS<br />
411 og DS 412.<br />
I DS 411 Norm for betonkonstruktioner behandles temperaturfordelingen over tvæ rsnittet gennem<br />
brandforløbet, men for selve temperaturbestemmelsen henvises til DS 410.<br />
For stålkonstruktioner henviser DS 412 ligeledes til DS 410 for temperaturbestemmelsen under<br />
brandforløbet.<br />
For træ konstruktioner er temperaturforholdene langt mindre afgørende. Dette skyldes det specielle<br />
forhold, at pyrolyseprocessen fører til at indbrandingstiden i træ forløber proportionalt med tiden.<br />
D.v.s. at æ ndringer i brandrummets temperatur ikke har den store betydning for svæ kkelsen af<br />
tvæ rsnittet.
3 '(6,*1%5$1'( 2* %5$1'/$67<br />
9DOJ DI GHVLJQEUDQGH<br />
Side:7 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved valg af designbranden bør der tages udgangspunkt i den aktuelle anvendelse af bygningen. Det<br />
er vigtigt at definere den normale anvendelse af bygningen. Endvidere er det vigtigt at definere<br />
hvilke specielle anvendelser der skal eller bør tages i betragtning. F.eks. vil åbne områder som fx<br />
atrier i forbindelse med kontoretager ved specielle anvendelser som fx foredrag, fester, udstillinger<br />
etc. kunne blive udsat for en væ sentlig større brandbelastning end ved den man kan forvente ved<br />
den permanente anvendelse.<br />
Med henvisning til [Schøitt Sørensen 2004] side 126 kan der opstilles følgende generelle<br />
anvisninger for valg af brandscenarier i forbindelse med en analyse af personsikkerheden.<br />
- Brandscenarier med den største sandsynlighed (uanset konsekvenserne)<br />
- Brandscenarier med den største risiko (risiko = produktet af sandsynlighed og konsekvens)<br />
For det aktuelle atrium vurderes det at ovennæ vnte generelle anvisninger vil føre til følgende<br />
designbrande.<br />
- En brand i det hyppigst forekomne brandbare materiale i rummet<br />
- En brand i det medie der har den hurtigste brandtilvæ kst<br />
- En brand der blokerer den dominerende flugtvej<br />
- En brand, der med overlæ g kan placeres og aktivere et stort brandpotentiale eller<br />
vanskeliggøre evakueringen af bygningen<br />
Da ovennæ vnte designbrande primæ rt retter sig mod personsikkerheden i evakueringsperioden vil<br />
der i forbindelse med krav til bæ rende konstruktioner dimensioneret for midi og maxi brandforløb<br />
væ re behov for at supplere ovennæ vnte designbrande med følgende:<br />
- Et brandforløb der udløser den samlede mæ ngde energi i det brandbare materiale i<br />
bygningen<br />
- Et brandforløb der bestemmer den maksimalt opnåelige temperatur på bæ rende<br />
konstruktioner<br />
Det skal bemæ rkes, at det ved beregning af bæ rende konstruktioner er vigtigt at få afdæ kket de<br />
langvarige brandforløb med relativt høje temperaturer. Dette skyldes primæ rt at<br />
betonkonstruktioner først sent i brandforløbet svæ kkes væ sentligt i trykzonen hvilket skyldes den<br />
relativt langsomme varmeindtræ ngning i tvæ rsnittet.<br />
'HQ PDNVLPDOH EUDQGHIIHNW EHVWHPW YHG EHUHJQLQJ DI EUDQGY UGL<br />
Som beskrevet under afsnit 3.6 findes der litteratur der beskriver brandforsøg. Det vil dog sjæ ldent<br />
væ re muligt at finde forsøgsresultater der beskriver de forhold der er bare nogenlunde<br />
repræ sentative for den aktuelle bygning. På denne baggrund kan det væ re nødvendigt at beregne<br />
den samlede energimæ ngde der findes i de materialer der indgår i bygningen. Ved at skønne<br />
varigheden af branden kan den gennemsnitlige brandeffekt beregnes.
Qmax,m = S mi DHeff,i / t<br />
Hvor:<br />
mi = Massen af det i-ènde objekt [ kg ]<br />
DHeff,i = Effektive forbræ ndingsvarme for objekt [MJ/kg]<br />
t = Tidsforløbet <strong>fra</strong> brandens start til brandens ophør [ s ]<br />
Qmax,m = Maksimal brandeffekt beregnet ud <strong>fra</strong> den maksimale brandlast [ MW ]<br />
Side:8 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Med udgangspunkt i det atrium, der er beskrevet i bilag A er følgende brandeffekt beregnet for dette<br />
atrie:<br />
<br />
<br />
¤<br />
¢<br />
<br />
¢¦¢<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
:<br />
<br />
Art. Materiale Antal Højde Bredde Længde Volume Rumvægt Vægt Samlet vægt Brandværdi Brandlast<br />
art. n h B l V M M Hc = Ec =<br />
[stk.] [ m ] [ m ] [ m ] [ m ] kg/m3 [ kg ] [ kg ] [MJ/kg] [MJ]<br />
<br />
Etage 1 Parket 0,5 0,016 25 36 7,2 500 3600 3600 25,1 90360<br />
Etage 2 Parket 0,3 0,016 25 36 4,32 500 2160 2160 25,1 54216<br />
Etage 2 Parket 0,3 0,016 25 36 4,32 500 2160 2160 25,1 54216<br />
<br />
¤ <br />
Sider 4 4 0,016 0,6 1,8 0,0691 500 34,56<br />
Hylder 4 4 0,016 0,6 1,8 0,0691 500 34,56<br />
Hylder 8 8 0,016 0,6 0,6 0,0461 500 23,04 92,16 25,1 2313<br />
Bøger m.m<br />
Stol<br />
Diverse 3000<br />
¤ <br />
Skønnet varighed af brand: 240 min 14400 sekunder 14.174 kW = <br />
MJ<br />
Ved at skønne den tid, det tager, at afbræ nde den samlede mæ ngde brandbare materialer til 2 timer<br />
findes den gennemsnitlige brandeffekt Qmax,m til ca. 14,2 MW.<br />
Denne vurdering skal sammenlignes med den mulige brandeffekt som iltmæ ngden i rummet kan<br />
næ re. I henhold til [Schiøtt Sørensen 2004 ] side 289 kan denne brandeffekt sæ ttes til følgende:<br />
Qmax,air = 1,518 A0 ( H0) 1/2<br />
Hvor:<br />
A0 = Åbningsareal i rummet [ m 2 ]<br />
Ho = Åbningshøjde for åben dør eller vindue [ m ]<br />
Qmax,air = Maksimal brandeffekt beregnet ud <strong>fra</strong> den maksimale luftmæ ngde. [ MW ]<br />
<br />
<br />
¢
Side:9 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
I det atrium der er beskrevet i bilag A er der ca. 100 m 2 røgventilation i toppen af bygningen samt<br />
27 m 2 tilluft ved gulvet. Tages der udgangspunkt i disse ventilationsforhold findes der følgende<br />
maksimale brandeffekt der kan næ res af rummets ventilationsforhold.<br />
Qmax,air = 1,518 A0 ( H0) 1/2 = 473 [ MW ]<br />
Som det ses af ovenstående, vil den maksimale brandeffekt væ re bestemt af mæ ngden af brandbart<br />
materiale der er i atriet, hvorved den maksimale brandeffekt må formodes at have en størrelse på ca.<br />
14 [MW] Det skal bemæ rkes, at denne brandeffekt hæ nger nøje sammen med rummets anvendelse<br />
samt de indvendige fladers art, møblering af lokalet etc.. Ændres disse som følge af en anden<br />
anvendelse vil den beregnede brandlast sandsynligvis væ re anderledes.<br />
På baggrund af den fundne brandeffekt kan designbrandens forløb beskrives som vist herunder<br />
under forudsæ tning af at udviklingsforløbet svarer til ” FAST ” .<br />
Brandeffekt i MW<br />
y<br />
20<br />
0<br />
20<br />
10<br />
BRAND I ATRIUM 14 MW ( FAST )<br />
2600.33 5200.67 7801<br />
1 x<br />
Tid i sekunder<br />
Fast a = 0,047<br />
7.801 10 3<br />
<br />
Afslutningsvis skal det bemæ rkes at atriet der er beskrevet i bilag A har en gulvflade på henholdsvis<br />
900 m 2 i niveau 1 og ca. 200 m 2 i hver af de to øvrige etager, hvilket svarer til at ovennæ vnte energi<br />
i det brandbare materiale på 204 [GJ] fører til en gennemsnitlig brandlast på 204.000 / 1300 = 157<br />
[MJ/m 2 ] pr. gulvflade.<br />
%UDQGODVW EHVWHPW L KHQKROG WLO (XURFRGH<br />
I afsnit 4.0 ” Brandrummets temperatur” er der beskrevet flere forskellige metoder til at bestemme<br />
temperaturforholdene i brandrummet. For flere af disse metoder indgår brandlasten som en<br />
parameter. Der vil derfor i dette afsnit blive beskrevet den metode der fremgår af Eurocode1 til<br />
bestemmelse af brandlast.<br />
Ved den generelle metode der er beskrevet i Eurocode 1 beregnes designbrandlasten q f,d på<br />
baggrund af følgende sammenhæ ng:
q f,d = q f,k m d q1 d q2 dn<br />
hvor:<br />
q f,d = Designbrandlast pr. enheds gulvflade. [ MJ/m 2 ]<br />
q f,k = Karakteristisk brandlast pr. enheds gulvflade. [ MJ/m 2 ] i h.t. efterfølgende tabel<br />
P P<br />
%\JQLQJVNDWHJRUL *HQQHPVQLW<br />
IUDNWLOHQ<br />
> 0- @<br />
> 0- @<br />
Bolig 780 948<br />
Hospitaler ( sengestuer ) 320 280<br />
Hotel ( væ relser ) 310 377<br />
Biblioteker 1500 1824<br />
Kontorer 420 510<br />
Klasselokaler i skoler 285 347<br />
Forretningscentre 600 730<br />
Teatre ( biografer ) 300 365<br />
Transport ( Ventesale ) 100 122<br />
m = Forbræ ndingsfaktor<br />
Denne faktor kan for mange materialer der indeholder cellulose sæ ttes til 0,8 i henhold til E3<br />
d q1 = Faktor der tager højde for risikoen, der er knyttet til rummets størrelse i henhold til<br />
efterfølgende tabel:<br />
<br />
$ >P<br />
5XPVW¡UUHOVH<br />
*XOY DUHDO @<br />
d<br />
25 1,10<br />
250 1,50<br />
2.500 1,90<br />
5.000 2,00<br />
10.000 2,13<br />
Side:10 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
d q2 = Faktor der tager højde for risikoen der er knyttet til rummets art i henhold til efterfølgende<br />
tabel:<br />
<br />
<br />
(NVHPSOHU Sn DQYHQGHOVHU d<br />
Kunstgallerier, museer, swimming pool 1,10<br />
Kontor, bolig, hoteller, papir industri 1,50<br />
Fremstillingsvirksomhed for maskiner og motorer 1,90<br />
Kemiske laboratorier, malerkabiner 2,00<br />
Forarbejdningsvirksomhed for træ og maling 2,13<br />
d n = Faktor der tager højde for risikoen der er knyttet til de sikkerhedssystemer der er i bygningen i<br />
henhold til efterfølgende tabel:
¢ ¢<br />
<br />
¢ ¦ <br />
¢<br />
¢<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
¢<br />
¢<br />
by<br />
heat<br />
¦ <br />
by<br />
smoke<br />
¢<br />
¦<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
¢<br />
<br />
<br />
<br />
¢ <br />
Side:11 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
0,61 1,0 0,87 0,7 0,87 or 0,73 0,87 0,61 or 0,78 0,9;1;1,5 1 or 1,5 1,0 or 1,5<br />
Eksempel på beregning af brandlast:<br />
For at illustrere ovennæ vnte regelsæ t er brandlasten for det atrium der er beskrevet i bilag A<br />
beregnet:<br />
På denne baggrund vil brandlasten for atriet kunne bestemmes til følgende:<br />
Karakteristisk brandlast pr. enheds gulvflade. q f,k = 100 [ MJ/m 2 ] ( Transport ventesale 80%<br />
kvartilen )<br />
Forbræ ndingsfaktor i henhold m = 0,8 ( forudsæ tter materialer med cellulose i henhold til E3 )<br />
d q1 = 1,9 (svarende til en gulvflade på 2500 m 2 )<br />
d q2 = 1,5 (svarende til kontorer)<br />
d n1 = 0,61 (sprinklersystem installeret)<br />
d n2 = 0,7 (uafhæ ngig vandforsyning, ringforsyning)<br />
d n3 = 0,87 (varmedetektering)<br />
d n4 = 0,87 (røgdetektering)<br />
d n5 = 0,78 (alarmoverførsel til brandvæ sen)<br />
d n6 = 0,87 (beredskab bestående af arbejdere)<br />
d n7 = 0,87 (beredskab bestående af kontorpersonale)<br />
d n8 = 1,5 (væ gterrundering)<br />
d n9 = 1,5 (brandøvelser)<br />
d n10 = 1,0 (røgventilering)<br />
d n = P i=1-10 = 0,43<br />
q f,d = q f,k m d q1 d q2 dn = 100 x 0,8 x 1,9 x 1,5 x 0,43 = 98 [MJ/m 2 ]<br />
Som det ses giver denne metode mulighed for at tage højde for bygningens anvendelse, størrelse,<br />
brandtekniske anlæ g etc.<br />
Det skal bemæ rkes at der er en rimelig overensstemmelse mellem den brandlast der er beregnet<br />
specifikt for det atrium der er beskrevet i bilag A (se afsnit 3.2) og den brandlast der fremkommer<br />
ved at benytte denne beregningsmetode.<br />
%UDQGODVW EHVWHPW L KHQKROG WLO 6%, 3XEOLNDWLRQ QU<br />
I henhold til den svenske anvisning -” Brandteknisk dimensionering av stålkonstruktioner ” ref.<br />
[Magnusson m.f. 1974] kan brandbelastningen i et rum eller bygning beskrives som en funktion af
massen af det brandbare materiale der findes i rummet ganget med brandvæ rdien af de enkelte<br />
materialer divideret med den samlede overflade i rummet.<br />
q = S mv Hv / At<br />
Hvor:<br />
q = Brandlasten [ MJ/m 2 ]<br />
mv = Massen af materiale v [ kg ]<br />
Hv = Den effektive forbræ ndingsvarme for materiale v [ MW/kg]<br />
At= Rummets samlede overflade, d.v.s. væ gge gulv og loft [ m 2 ]<br />
Side:12 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Brandbelastningen er et mål for den mæ ngde brandbart materiale der findes i et aktuelt rum eller<br />
bygning. Det er indlysende at denne væ rdi varierer væ sentligt med anvendelsen af bygningen. For<br />
eksempel kan der væ re store forskelle mellem fx ventesale på banegårde til fx tæ tpakkede<br />
kontorlokaler.<br />
På baggrund af undersøgelser er der i gengivet i [Magnusson m.f. 1974] er der opstillet<br />
fordelingshistogrammer for den relative fordeling som funktion af brandlasten. For kontorbygninger<br />
er følgende sammenhæ ng fundet:<br />
I ovennæ vnte materiale er der endvidere angivet tilsvarende sammenhæ nge for rum.
Side:13 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
<br />
¢<br />
Underskoler 90 [ MJ/m 2 ] 140 [ MJ/m 2 ]<br />
Mellemskoler 110 [ MJ/m 2 ] 180 [ MJ/m 2 ]<br />
Højskoler ( gymnasier ) 70 [ MJ/m 2 ] 110 [ MJ/m 2 ]<br />
Skoler ( gennemsnit ) 100 [ MJ/m 2 ] 150 [ MJ/m 2 ]<br />
Sygehuse 100 [ MJ/m 2 ] 200 [ MJ/m 2 ]<br />
Hotel 80 [ MJ/m 2 ] 140 [ MJ/m 2 ]<br />
Kontorhus 135 [ MJ/m 2 ] 300 [ MJ/m 2 ]<br />
Kilde: ” Brandteknisk dimensionering av stålkonstruktioner ” af Sven- Erik Magnusson m.f. 1974<br />
Ved bygningsbrande sker der normalt ikke en fuldstæ ndig forbræ nding af alt brandbart materiale i<br />
rummet. Dette forhold kan der tages hensyn til ved at indføre en faktor der relaterer til hvor stor en<br />
del af det brandbare materiale der indgår i forbræ ndingen.<br />
q = S mv mv Hv / At<br />
Hvor:<br />
mv = Dimensionsløs faktor der angiver den reelle forbræ ndingsgrad [ - ]<br />
%UDQGODVW EHVWHPW YHG &)' VLPXOHULQJ<br />
Ved anvendelse af CFD beregninger vil der væ re to forskellige metoder at simulere brandforløbet<br />
på. Den ene metode vil væ re at modellere alle flader så de består af de materialer som der påregnes<br />
benyttet i rummet. Ved at placere en burner i næ rheden eller i direkte berøring med en brandbar<br />
flade vil det væ re muligt at antæ nde de brandbare flader. Herved er bålets base etableret.<br />
Ved at have alle flader incl. møbler og inventar modelleret ind i modellen vil der herved kunne<br />
opnås en gradvis antæ ndelse af alle brandbare flader i takt med at antæ ndelsens betingelser er<br />
opfyldt.<br />
Denne metode kræ ver meget langvarige beregninger, når det tages i betragtning, at beregningerne<br />
skal afdæ kke hele brandforløbet. Opbygningen af modellen vil væ re sæ rdeles tidskræ vende og det<br />
er tvivlsomt om der inden for rimeligt tidsforbrug vil kunne opnås en tilstræ kkelig nøjagtig model.<br />
Endvidere skal det bemæ rkes, at modellen sandsynligvis kun vil væ re repræ sentativ for netop den<br />
viste model. Andre indretninger vil kunne føre til andre brandforløb. Når bygningens levetid på fx<br />
50 år tages i betragtning virker denne metode ikke anvendelig i praksis.<br />
Det vil derfor væ re mere realistisk at definere en designbrandkurve. Denne kurve bør baseres på den<br />
maksimale brandlast, der kan forventes på baggrund af bygningens forventede anvendelse. Ved<br />
valget af designbranden er det vigtigt at de forsikringsmæ ssige aspekter tages i betragtning.<br />
Tages der udgangspunkt i atriet, der er beskrevet i Bilag A er den samlede energimæ ngde i det<br />
brandbare materiale beregnet til ca. 204 GJ. Ved at skønne den samlede tid for afbræ nding af denne<br />
energimæ ngde kan den gennemsnitlige brandeffekt bestemmes. Det skal dog bemæ rkes, at den<br />
maksimale brandeffekt kan og bør begræ nses til den maksimale ventilationskontrollerede brand, der<br />
kan udvikles under hensyn til ventilationsforholdene.
Side:14 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved at benytte en brandforløb svarende til brandforløbet der er opstillet i afsnit 3.2 fås følgende<br />
heat realiese rate ved anvendelse af CFD programmet FDS4. Se bilag A.<br />
++5 >0:@<br />
18,00<br />
16,00<br />
14,00<br />
12,00<br />
10,00<br />
8,00<br />
6,00<br />
4,00<br />
2,00<br />
0,00<br />
" HEAT REALEISE RATE<br />
0,00 5,00 10,00 15,00<br />
7LG > PLQ@<br />
" HEAT REALEISE<br />
RATE<br />
Som det fremgår af denne analyse fås der et meget mere nuanceret billede af effektudviklingen<br />
gennem brandforløbet.<br />
'HVLJQEUDQGHQV XGYLNOLQJVIRUO¡E<br />
For at undersøge udviklingsforløbets betydning for rumtemperaturen ved fuldt udviklede<br />
brandforløb er det vigtigt at tage udgangspunkt i de materialer, som de indvendige beklæ dninger<br />
består af samt det inventar og mæ ngden af andet brandbart materiale, der er i bygningen. Her<br />
tæ nkes specielt på den mulige flammespredningshastighed, som vil kunne ske ud <strong>fra</strong> disse<br />
materialer.<br />
Der findes forskellig litteratur, der beskriver brandforsøg. Fx findes der på hjemmesiden ” NIST”<br />
link til artikler af denne art. Ud <strong>fra</strong> forsøgsresultater af denne art er det muligt at danne sig et<br />
indtryk af et muligt brandforløb. Det skal dog bemæ rkes at det normalt ikke er muligt at finde<br />
forsøgsresultater der præ cist beskriver de forhold der angår det maksimale brandforløb ud over<br />
nogle mere stiliserede opstillinger af enkelte rum eller møblementsgrupper.<br />
Et eksempel på afbræ nding af en sofagruppe er vist i herunder.
Kilde: Enclosure Fire Dynamics side 37<br />
En udbredt metode er at væ lge en standardbrandkurve af typen at 2 . Se afsnit 3.2.<br />
Side:15 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved benyttelse af CFD analyser vil det væ re muligt at beskrive alle flader i rummet. Ved at placere<br />
en burner i umiddelbar næ rhed af et af de brandbare materialer i rummet vil det væ re muligt at få<br />
igangsat et brandforløb, der gradvist udvikler sig under hensyn til de aktuelle materialer i modellen<br />
samt deres indbyrdes placering. Endvidere vil CDF modellen væ re bedre i stand til at beskrive<br />
kombinationen af brandbart materiale, ikke ubrandbart materiale og hulrum.<br />
Endvidere kan lodrette kanaler der fremkommer som følge af rummets indretning og opbygning<br />
kunne føre til føre en meget hurtig brandudvikling der ligeledes kun kan beskrives ved CFD<br />
beregninger.<br />
Det virker dog umiddelbart uoverkommeligt at beskrive fx lodretstående cellestrukturer som kan<br />
væ re dominerende i møbler på grund af det omfattende arbejde med koordinatbestemmelse af<br />
cellestrukturens geometri. På denne baggrund må man gøre sig klart at det virkelige brandforløb<br />
ikke kan beskrives eksakt.<br />
Det skal dog afslutningsvis bemæ rkes at selve udviklingsforløbet sandsynligvis ikke har den store<br />
betydning for temperaturforløbet for langvarige brandforløb .
'HVLJQEUDQGHQV SODFHULQJ<br />
Side:16 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved anvendelse af to- zonemodeller og CDF metoder er det vigtigt, at der tages højde for at<br />
brandens placering kan have stor indflydelse på de aktuelle temperaturer i den bæ rende<br />
konstruktion. Ud over de scenarier der beskrevet i afsnit 4.5 vedr. to-zonemodeller samt CFD<br />
modellen der er beskrevet i bilag A vil det derfor væ re nødvendigt af undersøge flere scenarier hvor<br />
bålets base er placeret i den position der medfører den højeste temperatur på de bæ rende<br />
konstruktioner. Følgende forhold bør overvejes:<br />
- Brand placeret i umiddelbar næ rhed af søjler<br />
- Brand hvor bålets base er placeret så højt i lokalet som muligt, hvorved flammer enten kan<br />
berøre etagebjæ lker og bjæ lker der bæ rer tagkonstruktionen<br />
Det skal bemæ rkes, at for bygninger, hvor der er etableret et pålideligt system for ” bortfald af<br />
elementer” ( lastkombination 3.2 ) kan der muligvis opstilles betragtninger, der muliggør at svigt i<br />
et konstruktionselement kan accepteres i brandtilstanden.<br />
6WUnOLQJ<br />
Da der <strong>fra</strong> bålets flammer vil ske en stråling, der fører til en varmeflux der fører til<br />
temperaturstigninger på alle de elementer der rammes af strålingen, er det derfor vigtigt at dette<br />
forhold vurderes. Strålingen <strong>fra</strong> flammerne kan som udgangspunkt beskrives i henhold til Planck`s<br />
lov. Denne lov er dog ikke umiddelbart praktisk anvendelig i sin grundform.<br />
Ved at opstille en simpel ligevæ gtsligning hvor den strålingsenergi der udsendes <strong>fra</strong> bålet og som<br />
rammer den bæ rende konstruktion modsvarer den energi der absorberes i tvæ rsnittet, kan der<br />
opstilles følgende temperatursammenhæ ng med strålingen.<br />
Der skal gøres opmæ rksom på, at temperaturfordelingen i selve tvæ rsnittet ikke er medtaget i dette<br />
udtryk, samt at varmeafgivelsen <strong>fra</strong> tvæ rsnittet ikke er medtaget i den følgende<br />
ligevæ gtsbetragtning.<br />
Erad = Eabsorberet<br />
Wrad x t x Aexponeret = mstål x cp x DT<br />
DT = Wrad x t x Aexponeret / mstål x cp<br />
Hvor:<br />
Wrad = strålingen <strong>fra</strong> bålet ved konstruktionens overflade. [ kW/m 2 ]<br />
t = tiden hvor strålingen sker [ sek. ]<br />
mstål = massen af stålemnet [ kg ]<br />
cp = Varmefylden ( konstant tryk) [ ]<br />
DT = Temperaturstigning stålemnet. [ o C ]<br />
Ud <strong>fra</strong> ovenstående ligevæ gt er den gennemsnitlige temperatur i henholdsvis et aluminiumsprofil,<br />
stålprofil og en betontvæ rsnit fundet. Den varmeeksponerede side for stålprofilet og<br />
betontvæ rsnittet sat til 300 mm hvorimod aluminiumstvæ rsnittet er påregnet eksponeret svarende til
Side:17 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
en af de korte sider på 45 mm. For at illustrere dette forhold er temperaturstigningen vist for en<br />
konstant strålingsintensitet på 20 [kW/m2], nogenlunde svarende til strålingen i 10 m afstand <strong>fra</strong> en<br />
flamme med en tykkelse på 2 m.<br />
2YHUIODGHWHPSHUDWXU<br />
> &@<br />
*(11(061,767(03(5$785(5 )25c56$*(7 $)<br />
675c/,1*<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
0 50 100 150<br />
7LG > PLQXWWHU @<br />
Ståltvæ rsnit HE 300 B<br />
Betontvæ rsnit 300 x 400<br />
Aluminium 45 x 200 x 1<br />
Som det ses vil strålingen <strong>fra</strong> selv moderate brande føre til væ sentlige temperaturstigninger i<br />
bæ rende konstruktioner. Det ses ligeledes at alene strålingen vil føre til kollaps af<br />
alluminiumskonstruktioner.<br />
Der vil derfor som et minimum skulle tages højde for strålingen <strong>fra</strong> designbranden på de bæ rende<br />
konstruktioner, der er placeret under røggaslaget, såfremt to-zonemodeller benyttes til at bestemme<br />
de bæ rende konstruktioners temperaturforhold gennem brandforløbet.
%5$1'5800(76 7(03(5$785<br />
7HPSHUDWXUIRUKROG L IXOGW XGYLNOHGH EUDQGIRUO¡E<br />
Side:18 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Fuldt udviklede brande betegner den del af brandforløbet der sker efter at overtæ nding er indtruffet.<br />
Generelt kan der opstilles følgende ligevæ gtsligning for varmebalancen:<br />
qC = qL + qW + qR + qB<br />
qC = varmestrømmen <strong>fra</strong> forbræ ndingen<br />
qL = varmestrømmen som følge af udskiftning af varme gasser med koldt luft.<br />
qW = varmestrømmen gennem loft væ gge og gulv.<br />
qR = varmestrømmen der tabes ved stråling gennem åbninger<br />
qB = varmestrømmen der ophobes i gasserne i rummet<br />
Med henvisning til [Drysdale 2002] afsnit 10.3.2 kan ovenstående led i ligevæ gtsligningen<br />
beskrives som følger:<br />
Varmestrømmen <strong>fra</strong> forbræ ndingen<br />
Q = qC = 0,09 AW H 1/2 DHeff,træ<br />
Hvor:<br />
AW = det totale åbningsareal. [m 2 ]<br />
H = rumhøjde [m]<br />
DHeff,træ = effektive forbræ ndingsvarme for træ [MJ/kg]<br />
Varmestrømmen som følge af udskiftning af varme gasser med koldt luft.<br />
qL = mg CP ( Tg – Ta ) = 0,5 A0 (H0) 1/2 cp ( Tg-Ta)<br />
Hvor:<br />
mg = brandhastigheden [kg/s]<br />
CP = varmefylde ved konstant tryk. [kJ / kg K]<br />
Tg = røggastemperatur. [K]<br />
Ta = rumtemperatur. [K]<br />
Varmestrømmen gennem loft væ gge og gulv.<br />
qW = ( At – Aw ) ( 1/gi + Dx / 2 k1 ) -1 ( Tg – Ti )<br />
Hvor:<br />
At = det totale areal af overflader i rummet. [m 2 ]
AW = det totale åbningsareal. [m 2 ]<br />
gi = varmeledningskonstanter [-]<br />
Dx = differential tykkelse. [m]<br />
k1 = temperaturafhæ ngig beregningskonstant [-]<br />
Tg = temperatur i røggaslaget. [K]<br />
Ti = temperatur ved brandens start [K]<br />
Varmestrømmen der tabes ved stråling gennem åbninger<br />
qR = Aw eF s ( Tg 4 – Ti 4 )<br />
Hvor:<br />
AW = det totale åbningsareal. [m 2 ]<br />
eF = gennemsnitlig emissivitet, emissionstal [-]<br />
s = Stefan Boltzmanns konstant 5,6697 x 10 -8 [W m -2 K -4 ]<br />
Tg = røggastemperatur. [K]<br />
Ti = overflade temperaur. [K]<br />
Ved substitution i ligevæ gtsligningen kan der i henhold til [Drysdale 2002] findes følgende<br />
temperaturforløb gennem brandforløbet:<br />
qC + 0,09 CP AW H 1/2 DHC + ( At – Aw ) ( 1/gi + Dx / 2 k1 ) -1 ( Tg – Ti ) + qR<br />
Tg = 0,09 CP AW H 1/2 DHC + ( At – Aw ) ( 1/gi + Dx / 2 k1 ) -1 ( Tg – Ti )<br />
Side:19 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Gastemperaturen kan ud <strong>fra</strong> dette ligningssystem beregnes ved numerisk integration. Det skal<br />
bemæ rkes at T1 afhæ nger af røggastemperaturen TG. Det skal bemæ rkes at qR ,gi og CP ligeledes er<br />
er afhæ ngige at røggastemperaturen.<br />
Ved at løse ovenstående udtryk under hensyn til beregningskonstanten AW H ½ / At kan der opstilles<br />
sammenhæ ngende kurver vedrørende tiden og temperaturforløbet for forskellige<br />
brandlastintensiteter.<br />
Brandlasten er udtrykt ved forholdet:<br />
qf = S Mi DHi<br />
Hvor:<br />
qf = brandlast. [MJ/m2]<br />
S Mi = massen af det i` ende materiale. [kg]<br />
DHi = komplette forbræ ndingsvarme ( bræ ndvæ rdi ) for det i`ende materiale. [MJ/kg]
Med men henvisning til [EFD1999] side 137 er de temperaturforløb der fremkommer af<br />
ovenstående ligningsudtryk vist for åbningsfaktoren 0,04.[m 1/2 ].<br />
På baggrund af denne metode vil det således væ re muligt for at bestemme designtemperaturen<br />
såfremt brandlasten og rummets åbningsfaktor kendes.<br />
Side:20 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
I de efterfølgende afsnit er det forsøgt, at redegøre for andre metoder samt lignende metoder til<br />
bestemmelse af røggastemperaturen gennem brandforløbet.<br />
6WDQGDUGEUDQGNXUYHQ<br />
En meget anvendt metode, til at bestemme designtemperaturen gennem brandforløbet, er<br />
standardbrandkurven. I henhold til ISO 834 er sammenhæ ngen mellem temperaturen og tidsforløbet<br />
følgende:<br />
qg = 20 + 345 log10 ( 8 t + 1 )<br />
Hvor:<br />
qg = Røggastemperaturen i rummet [ 0 C]<br />
t = Tid [min]
7HPSHUDWXU > &@<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
6WDQGDUGEUDQGNXUYH L K W ,62<br />
0<br />
0 50 100 150<br />
7LG > PLQ @<br />
Series1<br />
Side:21 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Som det ses af ovennæ vnte kurve vil designtemperaturen for bygninger der skal overholde kravet til<br />
REI 30, REI 60 og REI 120 væ re henholdsvis 842 [ 0 C], 945 [ 0 C] og 1049 [ 0 C].<br />
Det skal bemæ rkes at standardbrandkurven ikke tager højde for den aktuelle brandlast i bygningen<br />
samt at ventilationsforholdene ligeledes ikke influerer på designtemperaturen.
3DUDPHWULVN EUDQGIRUO¡E L K W '6<br />
Side:22 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
I DS 410 Norm for last på konstruktioner anvises der i afsnit 11.4.2 en forenklet parametermetode<br />
til at fastsæ tte temperaturforløbet. Metoden tager højde for rummets brandlast, åbningsforholdene<br />
samt den termiske inerti af de omkrandsende væ gge.<br />
Metoden må anvendes for lokaler hvor brandlasten kan svare til cellulose materialer og<br />
grundfladen maksimalt er 200 m 2 og med en rumhøjde på maksimalt 4 m.<br />
Tidstemperatursammenhæ ngen er følgende:<br />
Fg = 20 + [ 345 log10 (8Gt +1) ] / [ 1 + 0,04 ( t/td ) 3,5 ] =<br />
G = ( O/b ) 2 / ( 0,04 / 1160 ) 2<br />
td = 7,80 10 -3 qt / O<br />
Her er:<br />
Fg = røggastemperatur i rummet [ 0 C]<br />
t = tiden [minutter]<br />
td = tidspunktet for opvarmningsfasens ophør [minutter]<br />
O = åbningsfaktoren [m 1/2 ]<br />
B = brandrummets termiske inerti [J/m 2 s 1/2 K]<br />
qt = brandbelastningen [MJ/m 2 ]<br />
Såfremt formlens græ nsebetingelser negligeres fås der følgende temperaturforløb gennem<br />
brandforløbet såfremt brandlasten sæ ttes til 67 [ MJ/m2 ] , åbningsfaktoren 0,132 [m -1/2 ] og den<br />
termiske inerti fastsæ ttes til 1350 [J/m 2 s ½ K].<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
Røggastemperatur i h.t Parametermetoden i DS 410<br />
0<br />
0 20 40 60<br />
¤¤<br />
Røggastemperatur i<br />
h.t<br />
Parametermetoden i<br />
DS 410
3DUDPHWULVN EUDQGIRUO¡E L KHQKROG WLO (XURFRGH<br />
Side:23 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
I henhold til ” Eurocode 1: Part 1-2 General actions- Actions on structures exposed to fire” ( DS<br />
1991 1-2 2002 ) er det muligt at bestemme den maksimale temperatur i en bygning. Der er i dette<br />
regelsæ t opstillet nominelle temperatur/tids kurver for følgende brandforløb:<br />
- Standard temperaturtidskurve<br />
- Kurve for brande i det fri<br />
- Hydrocarbon kurve<br />
En aktuel bestemmelse af brandrummets temperatur kan i henhold til denne standard bestemmes<br />
efter følgende metoder:<br />
- Generel metode<br />
- Bygningsbrande<br />
- Avanceret model<br />
I h.t. Eurocode 1 er der i Appendiks A anvist en parametermetode. Denne metode kan benyttes for<br />
rum med en gulvflade på maksimalt 500 m 2 og hvor rumhøjden ikke overstiger 4 m.<br />
Metoden tager hensyn til selve brandlasten i rummet. Det er dog en forudsæ tning at branden svarer<br />
til brand i celluløse materialer. Endvidere tager metoden højde for åbninger i rummet samt den<br />
termiske enerti i de omkrandsende væ gge.<br />
Temperaturforløbet:<br />
Fg = 20 + 1325 [ 1- 0,324 e –0,2t* - 0,204e –1,7t* - 0,472 e –19t* ]<br />
Hvor:<br />
Fg = røggastemperatur i rummet [ 0 C]<br />
t = tiden [ minutter ]<br />
t* = t G [h]<br />
G = ( O/b ) 2 / ( 0,04 / 1160 ) 2<br />
b = [ r c l ] 1/2 for 100 < b < 2200<br />
r = densitet [kg/m 3 ]<br />
c = specifikke varmefylde [J/kg K]<br />
l = varmeledningsevne [W/mK]<br />
O = åbningsfaktor [m 1/2 ] for intervallet 0,02 < O < 0,20<br />
Av = totale areal af vertikale åbninger [m 2 ]<br />
heq = væ gtet gennemsnitshøjde for vinduer i væ gge. [m 2 ]<br />
At = totale areal af overflader incl. vinduer. [m 2 ]<br />
Ud over ovennæ vnte grundligning er der en ligninger der bestemmer overgangen til afkølingsfasen<br />
samt temperatur forløbet gennem overgangsfasen. Til bestemmelse af disse forhold indgår bl.a.<br />
brandlasten i rummet.
Side:24 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
På den efterfølgende kurve er temperaturforløbet for en parametrisk brand i henhold til Eurocode 1<br />
vist for det atrie der er beskrevet i bilag A beregnet. Åbningsfaktoren er beregnet til 0,114 [m 1/2 ]<br />
samt at brandlasten q f,d er sat til 100 [ MJ/m 2 ] pr m 2 gulvflade.<br />
7HPSHUDWXU > & @<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
-100<br />
Parametric temperatur-time curve ( Eurocode 1)<br />
0 20 40 60 80<br />
7LG > PLQXWHU @<br />
7HPSHUDWXUIRUO¡EHW EHVWHPW XG IUD 7R ]RQH PRGHOOHU<br />
Parametric<br />
temperatur-time<br />
curve ( Eurocode 1)<br />
Ved bestemmelse af brandrummets temperatur, ved to- zonemodeller anvendes en<br />
standardbrandkurve af typen at 2 .<br />
Ved at benytte den maksimale brandlast på 14,2 [MW] der er beregnet i afsnit 3.2 kan der opstilles<br />
en standardbrandkurve som vist herefter.<br />
Brandeffekt i MW<br />
y<br />
20<br />
0<br />
20<br />
10<br />
BRAND I ATRIUM 14 MW ( FAST )<br />
2600.33 5200.67 7801<br />
1 x<br />
Tid i sekunder<br />
Fast a = 0,047<br />
7.801 10 3<br />
<br />
På baggrund af denne standardbrandkurve er to-zoneprogrammet FAST benyttet til at bestemme<br />
temperaturforløbet gennem brandforløbet. Det skal bemæ rkes, at der er påregnet et åbningsareal på<br />
100 m 2 med loftet og et tilluftsareal på 27 m 2 ved gulvet.
Temperaturer ( Kelwin )<br />
417.323 450<br />
Tg<br />
Tn<br />
400<br />
350<br />
300<br />
TEMPERATURER<br />
293.15<br />
250<br />
0 2000 4000 6000 8000<br />
0 t<br />
Tid i sekunder<br />
Tg - Temperatur i øvre røggaslag<br />
Tn - Temperatur i rummet<br />
7.74 10 3<br />
<br />
Side:25 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Som det ses giver denne metode væ sentlig lavere temperaturer i røggaslaget. Endvidere er der på<br />
den efterfølgende kurve vist røggaslagets højde over gulvet.<br />
Højden til røggaslaget<br />
12.499<br />
h<br />
10.069<br />
13<br />
12<br />
11<br />
RØGGASLAGETS HØJDE<br />
10<br />
0 2000 4000 6000 8000<br />
0 t<br />
Tid - sekunder<br />
Høde til røggaslag i meter<br />
7.74 10 3<br />
<br />
Som det ses vil der ikke væ re næ vnevæ rdige temperaturstigninger i den nedre del af atriet d.v.s <strong>fra</strong><br />
gulvet til ca. 10 m højde over gulvet. Det skal bemæ rkes, at denne beregningsmetode ikke medtager<br />
strålingsbidraget. Dette forhold skønnes at væ re en væ sentlig parameter for temperaturen på de<br />
bæ rende konstruktioner under røggaslaget.
7HPSHUDWXUIRUO¡EHW EHVWHPW XG IUD &)' PRGHOOHU<br />
Side:26 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
En alternativ metode til at beskrive temperaturene under brand i et lokale eller i en bygning er at<br />
benytte CFD modellering. CFD står for &omputational )luid 'ynamics. Ved denne metode findes<br />
en numerisk løsning af de beskrivende analytiske ligninger.<br />
I bilag A er der en beskrevet udvalgte data <strong>fra</strong> en simpel CFD analyse af en brand i det beskrevne<br />
atrium. Som det fremgår af resultaterne <strong>fra</strong> denne analyse vil temperaturforløbet forløbet udvikle sig<br />
noget langsommere i den første del af brandforløbet. På det efterfølgende skæ rm plot er overflade<br />
temperaturen vist efter ca. 10 min. Det skal bemæ rkes at der er benytte en at 2 brand med<br />
udviklingsforløbet svarende til FAST. Den maksimale heat release rate er ca. 16 [ MW]<br />
Som det fremgår af temperaturforløbet for den analyserede brand vil der i enkelte områder væ re<br />
overfladetemperaturer på ca. 120 [ o C] hvilket adskiller sig væ sentlig <strong>fra</strong> temperturen efter 10<br />
minutters brand såfremt standardbrandkurven eller parametermetoderne benyttes. .
7(03(5$785(16 ,1')/
Side:28 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Som det ses af ovenstående er forholdet mellem den regningsmæ ssige belastning i lastkombination<br />
3.3 Brand og den regningsmæ ssige belastning i lastkombination 2.1 brudgræ nsetilstanden ca. 0,64.<br />
Denne reduktion er således noget større ved lette konstruktioner end for de tunge konstruktioner der<br />
tidligere er beskrevet.<br />
For etageadskillelse hvor nyttelasten er fastsat svarende til kontorer ( kategori B i.h.t DS 410 ) og<br />
hvor etagedæ kket består af betonelementer fås der følgende tilnæ rmede forhold mellem den<br />
regningsmæ ssige belastning i lastkombination 2.1 og lastkombination 3.3..<br />
Tunge etageadskillelser<br />
Kontorbygninger 3 kN/m2<br />
Intensitet Partialkoefficien<br />
t<br />
Lastkombination 2.1<br />
Brudgræ nsetilstand<br />
Lastkombination 3.3<br />
Brand<br />
Last Partialkoefficient Last<br />
Permanent last<br />
Tyngde af konstuktioner 6 1,0 6,0 1,0 6,0<br />
Variabel last<br />
Nyttelast 3,0 1,3 3,90 0,5 1,5<br />
Naturlast ( snelast ) 0 1,5 0,5 0<br />
Ø vrige variable laster ( vind ) 0 1,0 0,5 0<br />
Vandret masselast -<br />
Brand -<br />
<br />
Som det ses af ovenstående er forholdet mellem den regningsmæ ssige belastning i lastkombination<br />
3.3 Brand og den regningsmæ ssige belastning i lastkombination 2.1 brudgræ nsetilstanden ca. 0,75.<br />
Som det fremgår af ovenstående opstilling tillades konstruktioner regnet for en noget mindre last i<br />
brandtilstanden alt efter hvilken konstruktion der er tale om..<br />
8LVROHUHGH VWnONRQVWUXNWLRQHUV E UHHYQHXGYLNOLQJ JHQQHP EUDQGIRUO¡EHW<br />
Beregningsmetoder for uisolerede stålkonstruktioner fremgår af DS 412 Norm for<br />
stålkonstruktioner Kapitel 9.<br />
Temperaturforløbet i stålkonstruktionen kan i henhold til afsnit 9.3 (4) sæ ttes til følgende:<br />
Dqa,t = Am/ ca ra [((qg,t + 273) 4 - (qa,t +273) 4 )eres s + (qg,t -qa,t)ac ] Dt<br />
Am = elementets eksponerede overflade pr. læ ngdeenhed [m]<br />
V = elementets rumfang pr. læ ngdeenhed [m 2 ]<br />
ca= stålets specifikke varmekapacitet [J/kg o K]<br />
ra = stålets densitet [kg /m 3 ]<br />
qg,t= brandrummets temperatur til tiden t [ o C]<br />
qa,t = stålets temperatur til tiden t [ o C]<br />
eres= den resulterende emissionsfaktor, der sæ ttes til 0,5<br />
s = Stefan Boltzmanns konstant = 5.67 10-8 [W/m 2 K 4 ]<br />
ac = varmeovergangskoefficienten ved konvektion [W/m 2 o K]<br />
Som det fremgår af ovennæ vnte sammenhæ ng løses ligningen, ved stepvis beregning af<br />
tidsintervaller på maks 5 [sek].
Side:29 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved anvendelse af standardbrandkurver fås følgende ståltemperaturer for et HE300 B stålprofil<br />
eksponeret for brand <strong>fra</strong> tre sider.<br />
7HPSHUDWXU L JUDGHU &<br />
1000<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
67c/7(03(5$785 %(67(07 3c %$**581' $)<br />
67$1'$5'%5$1'.859(1<br />
0 20 40 60 80<br />
7LG L PLQXWWHU<br />
Standardbrandkurven<br />
Ståltemperatur<br />
Ved at anvende parametermetoden fås et noget anderledes forløb som det fremgår af den<br />
efterfølgende kurve. Dette skyldes primæ rt, at for det aktuelle atrium, vil branden blive<br />
ventilationskontrolleret i den sidste del af brandforløbet.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
67c/7(03(5$785 c%1,1*6)$.7250(72'(1 ,<br />
+ 7 '6<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
¤<br />
Rumtemperatur<br />
Ståltemperatur<br />
I DS 412 er der i annex C givet en sammenhæ ng mellem stålets materialeegenskaber ved forhøjet<br />
temperatur. Denne sammenhæ ng er som vist på efterfølgende kurve.
6W\UNHUHGXNWLRQ<br />
1,2<br />
1<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0<br />
Styrkereduktionen for stål<br />
0 200 400 600 800 1000<br />
7HPSHUDWXU >R&@<br />
Styrkereduktione for<br />
stål<br />
Side:30 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ved at betragte stålprofilet HE 300B fås følgende sammenhæ ng mellem styrken og stålprofilets<br />
momentbæ reevne.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
500,0<br />
400,0<br />
300,0<br />
200,0<br />
100,0<br />
020(17% 5((91(1 )25 +( %<br />
0,0<br />
0 20 40 60 80<br />
¤ <br />
Standardbrandkurven<br />
Åbningsfaktormetoden<br />
Som det fremgår af ovenstående kurver ses det, at såfremt standardbrandkurven benyttes falder<br />
bæ reevnen gradvist i takt med temperaturstigningen i brandrummet. Bæ reevnen er stort set opbrugt<br />
efter 60 min.<br />
Benyttes derimod parametermetoden fås der meget kraftigt fald i bæ reevne i den første del af<br />
brandforløbet. Efter ca. 20 min er bæ reevnen reduceret <strong>fra</strong> ca. 440 til 183 kNm hvilket svarer til en<br />
bæ reevne på ca. 42 % af den kolde bæ reevne. Efter dette minimum er opnået genvinder stålprofilet<br />
sin styrke som følge af at rumtemperaturen falder.<br />
Med henvisning til afsnit 5.1 kan den regningsmæ ssige bæ reevne i lastkombination 3.3. reduceres<br />
til 0,7 x brudbæ reevnen i lastkombination 2.1. Såfremt dette forhold tages i betragtning kan en
Side:31 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
uisoleret stålkonstruktion benyttes såfremt stålprofilet overdimensioneres med 0,7 / 0,42 = 1,68<br />
svarende til en ekstra bæ reevne på ca. 168 % i forhold til bæ reevnen i lastkombination 2.1. Såfremt<br />
partialkoefficienten på materialeparametre medtages fås følgende (1,0 / 1,17) x 1,682 = 1,43.<br />
Endvidere er det tydeligt, at såfremt brandlasten i rummet kan fastsæ ttes med sikkerhed vil en<br />
dimensionering efter åbningsfaktormetoden føre til mindre materialeforbrug, for de langvarige<br />
brandforløb hvorved omkostningerne bliver lavere.<br />
,VROHUHGH VWnONRQVWUXNWLRQHUV E UHHYQHXGYLNOLQJ JHQQHP EUDQGIRUO¡EHW<br />
En lang mere effektiv metode til at opnå den kræ vede sikkerhed for stålkonstruktioner er at foretage<br />
en isolering mod varmen af stålkonstruktionen. På tilsvarende vis som for uisolerede stålprofiler er<br />
det muligt at beskrive temperaturforholdene gennem brandforløbet for isolerede stålprofiler i DS<br />
412 Norm for stålkonstruktioner Kapitel 9.<br />
Temperaturforløbet i isolerede stålkonstruktioner kan i henhold til afsnit 9.3 (5) sæ ttes til følgende:<br />
Dqa,t = lp Ap/ V (qa,t - qg,t ) / dp ca ra [1 + f /3 ] Dt – (e /10 –1 ) Dqg,t > 0<br />
f = (cp rp / ca ra ) dp Ap / V<br />
Hvor:<br />
lp = isoleringssystemets varmeledningsevne [W/m o K]<br />
dp = isoleringssystemets tykkelse [m]<br />
Ap= isoleringssystemets indvendige overflade pr. læ ngdeenhed [m]<br />
V = elementets rumfang pr. læ ngdeenhed [m 2 ]<br />
ca= stålets specifikke varmekapacitet [J/kg o K]<br />
cp= isolationens specifikke varmekapacitet [J/kg o K]<br />
ra = stålets densitet [kg /m 3 ]<br />
ra = isolationens densitet [kg /m 3 ]<br />
qg,t= brandrummets temperatur til tiden t [ o C]<br />
qa,t = stålets temperatur til tiden t [ o C]<br />
Dqg,t = brandrummets temperaturstigning [ o C] i tidsintervallet Dt [sek]<br />
Som det fremgår af ovennæ vnte sammenhæ ng løses ligning ved stepvis beregning af tidsintervaller<br />
på maks 30 [sek].<br />
Tages der udgangspunkt i standardbrandkurven og beregnes temperaturen i stålprofilet HE 300 B (<br />
S235 ) fås følgende temperaturforhold såfremt profilet er exponeret for brandpåvirkningen <strong>fra</strong> alle<br />
sider og isoleret med 3 x12 mm gipsplader.
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
67c/7(03(5$785 )25 ,62/(5(7<br />
67c/352),/ 67$1'$5'%5$1'.859(<br />
0<br />
0 20 40 60 80<br />
¢¡ £¤¡¦¥§¡ ¨©¢<br />
Rumtemperatur<br />
Ståltemperatur<br />
Tages der derimod udgangspunkt i det atrium der er beskrevet i bilag A og benyttes<br />
parametermetoden for dette rum så fås følgende temperaturforhold for stålprofilet HE 300 B<br />
beklæ dt med 3 x12 mm gips.<br />
7HPSHUDWXU L JUDGHU &<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
67c/7(03(5$785 )25 ,62/(5(7 67c/352),/<br />
c%1,1*6)$.7250(72'(1<br />
0 20 40 60 80<br />
7LG L PLQXWWHU<br />
Rumtemperatur<br />
Ståltemperatur<br />
Side:32 af 41<br />
Dato:21-01-2005
0RPHQWE UHHYQHQ ><br />
N1P @<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
% 5((91( 8'9,./,1*(1 )25 ,62/(5(7<br />
67c/352),/ > +( %@<br />
0 50 100<br />
7LG > PLQ@<br />
Åbningsfaktormetoden<br />
Standardbrandkurven<br />
Side:33 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Som det ses er det muligt effektivt at sæ nke temperaturen af stålkonstruktioner såfremt der benyttes<br />
en udvendig isolering. I det viste eksempel er der forudsat foretaget brandbeskyttelse med gips. Der<br />
findes andre materialer der er i stand til at etablere en tilsvarende dæ mpning af temperaturen i<br />
stålkonstruktionen.<br />
%HWRQNRQVWUXNWLRQHUV E UHHYQHXGYLNOLQJ JHQQHP EUDQGIRUO¡EHW<br />
På tilsvarende vis som beskrevet for stålkonstruktioner findes der metoder til beregning af<br />
svæ kkelsen af betonkonstruktioner som følge af de høje temperaturer gennem brandforløbet. Disse<br />
beregningsmetoder findes i DS 411 Norm for betonkonstruktioner kap. 9.<br />
q1(x,t) = 312 log10 ( 8t +1 )e -1,9k(t) x sin( p/2 –k(t) x )<br />
hvor<br />
k(t) = [ p r cp /750 l t ] ½<br />
q1 = temperaturen i [ o C]<br />
x = afstanden <strong>fra</strong> overfladen [m]<br />
t = tiden [min]<br />
l = varmeledningsevnen [W/m o C]<br />
r = densiteten [kg/m 3 ]<br />
cp = den specifikke varmekapacitet [J/kg o C] der formelt sæ ttes til cp = 1000 [J/kg o C]
Side:34 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ud <strong>fra</strong> denne formel kan temperaturen i betontvæ rsnittet beregnes i et vilkårligt punkt, såfremt der<br />
er tale om et ensidigt påvirket tvæ rsnit.<br />
For tosidet påvirket tvæ rsnit med tykkelsen 2 W kan temperaturen q2 bestemmes efter følgende<br />
udtryk.<br />
q2(x,t) = (q1(x,t) + q1(2w – x,t)) q1(0,t) / [q1(0,t) + q1(2w,t)]<br />
For et tresidet påvirket tvæ rsnit med tykkelsen 2 W kan temperaturen q3 bestemmes ud <strong>fra</strong> følgende<br />
sammenhæ ng:<br />
q3(x,y,t) = q2(x,t) + q1(y,t)) – [ q2(x,t) q1(y,t) / q1(0,t)]<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
TEMPERATURFORDELINGEN OVER TVÆRSNITTET<br />
0<br />
-50 0 2 4 6 8<br />
<br />
Temperaturfordeling<br />
- tosidigt<br />
varmepåvirkning<br />
For firsidigt påvirkede tvæ rsnit kan temperaturen bestemmes ved superposition af<br />
temperaturkurverne for to tosidet påvirkede tvæ rsnit.<br />
§¢¦<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
-100<br />
1 2 3 4 5 6<br />
<br />
703(5$785)25'(/,1*<br />
S1<br />
S5<br />
<br />
400-500<br />
300-400<br />
200-300<br />
100-200<br />
0-100<br />
-100-0
x(f1)<br />
x(f2)<br />
x(f3)<br />
Ved at inddele trykzonen i lag med samme tykkelse kan de beskadigede kantzoners tykkelse<br />
beregnes til følgende.<br />
a = w [ 1 – ( xc,middel / xc(qM) ) 1/3 ]<br />
hvor:<br />
xc,middel = 1/w × xc(qM) dx der tilnæ rmelsesvis kan sæ ttes til følgende:<br />
xc(qM) = [( 1- 0,2/n ) / n ] Si=1 xc(qi)<br />
hvor:<br />
fcd(qM) = xc(qM) x fcd og Ecd(qM) = (xc(qM)) 2<br />
Side:35 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Ud <strong>fra</strong> den viste temperaturfordeling fås følgende styrkereduktioner såfremt tvæ rsnittet inddeles i 6<br />
strimler.<br />
1,2 0 0<br />
1,0 0 0<br />
0 ,8 0 0<br />
0 ,6 0 0<br />
0 ,4 0 0<br />
0 ,2 0 0<br />
0 ,0 0 0<br />
S t y r k e r e d u k t io n e n<br />
1 2 3 4 5 6<br />
S t y r k e r e d u k t io n e n<br />
På denne baggrund er det muligt at beregne tvæ rsnittet brudmoment i henhold til efterfølgende<br />
tøjnings- og spæ ndingsdiagram.
B<br />
ec = 0,35 %<br />
es = 2 %<br />
7¡MQLQJHU .UDIW RJ<br />
VS QGLQJHU<br />
Side:36 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Fchot = x cmiddel fcc20<br />
Fs2 x x (f2)<br />
Fs1 x x (f )<br />
Med henvisning til kladdeberegningerne er der foretaget en beregning af henholdsvis den kolde<br />
tilstand samt tilstanden efter henholdsvis 30, 60 og 120 minutter af et betontvæ rsnit med bredden<br />
300 mm og højden 500 mm. Bjæ lken er armeret med 4 stk. 12 mm kamstål i kvalitet B 550 med en<br />
karakteristisk flydespæ nding på fyk = 550 [N/mm 2 ]. Betonbjæ lken er påregnet udstøbt med beton<br />
med trykstyrken fck = 25 [N/mm 2 ].<br />
%UXGPRPHQW > N1P @<br />
120<br />
100<br />
-<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
BØJNINGSKAPACITETEN<br />
0 50 100 150<br />
7LG > PLQ@<br />
BØJNINGSKAPACITET<br />
EN<br />
Som det ses falder betonbjæ lkens bøjningskapacitet gennem hele brandforløbet. Det skal bemæ rkes<br />
at DS 411 forudsæ tter at standardbrandkurven benyttes som grundlag for en bæ reevnebestemmelsen<br />
gennem brandforløbet. Hvad denne kurve ikke viser er, at indtræ ngningen af varme i tvæ rsnittet<br />
sker så langsomt at reduktionen af trykzonen fortsæ tter efter at brandrummets temperatur er<br />
begyndt at falde. Endvidere kan den gradvise svæ kkelse af trykzonen føre til, at bjæ lker der i den
første del af brandforløbet er normaltarmerede i den sidste del af brandforløbet vil væ re<br />
overarmerede. Herved vil der væ re fare for pludselige brud som følge af at trykzonen bryder<br />
momentant såfremt bæ reevnen gradvist er blevet mindre end den aktuelle belastning.<br />
Side:37 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
For den aktuelle bjæ lke er styrkenedsæ ttelsen ved 30 minutter ca. 32 % , for 60 minutter er den ca.<br />
46 % og for 120 minutter er den ca. 64 %.<br />
$)6/871,1*<br />
%HVWHPPHQGH SDUDPHWUH<br />
Ethvert forsøg på at beskrive virkelige forhold i bygninger under brande ved hjæ lp af modeller vil<br />
væ re behæ ftet med usikkerhed. Dette skyldes dels, at modellerne bygger på forudsæ tninger, der<br />
ikke altid fuldt ud er opfyldte. Fx vil flammemodeller altid væ re en forsimpling af flammerne end<br />
ved en virkelig brand. Ud over dette forhold vil der ved opbygningen af geometrimodellen<br />
uvæ gerligt væ re behov for at forenkle den virkelige geometri i rummet. Fx. virker det<br />
uoverkommeligt at opbygge trådmodeller wire <strong>fra</strong>me der bare nogenlunde gengiver de virkelige<br />
geometriske forhold i et kontor. Fx vil billeder på væ gge, arkitektlamper, delvist fyldte skuffer etc.<br />
ikke med bare nogenlunde overensstemmelse med virkeligheden kunne etableres inden for<br />
overskuelige tidsrammer. Det vil derfor væ re nødvendigt at foretage en forenkling.<br />
For at belyse konsekvenserne af forskellige afvigelser af de parametre, der indgår i modeller er der i<br />
det efterfølgende foretaget er følsomhedsanalyse af nogle af de parametre den er medbestemmende<br />
for temperaturforholdene for en omsluttet brand.<br />
Med henvisning til [Schøitt Sørensens 2004] afsnit 11.7.9 er der i dette afsnit foretaget en beregning<br />
ved itteration der belyser de svingninger som variationer i en grundparameter fører til med hensyn<br />
til røggaslaget højde samt temperaturen såfremt rummet er termisk brandventileret.<br />
Følsomhedsanalysen er udført ved et foretage en forøgelse af en parameter med 10 % samtidig med<br />
at alle øvrige parametre holdes konstante. Som den uafhæ ngige variabel er røggastemperaturen<br />
benyttet.<br />
Det skal endvidere bemæ rkes at det efterfølgende skema er udarbejdet på baggrund af det atrium,<br />
der er beskrevet i Bilag A. Den termiske inerti er udregnet efter 15 min forløb.
Den termiske inerti er udregnet efter 15 min<br />
forløb.<br />
Nr. Data navn Græ nse Væ rdi Enhed Temperatur Relative Temperatur Højde til Relative Ændring af<br />
æ ndring æ ndring røggaslag æ ndring røggashøjde<br />
[ o C ] [ % ] [ m ] [ % ]<br />
100 Højde Nedre væ rdi 11,0 m 127 9,1<br />
101 Højde Ø vre væ rdi 12,1 m 0,930 -6,96 9,65 1,0604 6,0<br />
100 Bredde Nedre væ rdi 26,0 m 127 9,1<br />
102 Bredde Ø vre væ rdi 28,6 m 1,024 2,36 9,12 1,0022 0,2<br />
100 Læ ngde Nedre væ rdi 32,0 m 127 9,1<br />
103 Læ ngde Ø vre væ rdi 35,2 m 0,979 -2,10 9,08 0,9978 -0,2<br />
100 Volumen Nedre væ rdi 10067,2 m 3 127 9,1<br />
Side:38 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Bemæ r<br />
kning<br />
104 Volumen Ø vre væ rdi 12181,3 m 3 0,894 -10,59 9,08 0,9978 -0,2 Note 1<br />
100 Røgventilationsåbning Nedre væ rdi 60,0 m 2 9,1<br />
105 Røgventilationsåbning Ø vre væ rdi 66,0 m 2 0,997 -0,32 9,14 1,0044 0,4<br />
100 Tilluftsåbninger Nedre væ rdi 28,0 m 2 9,1<br />
106 Tilluftsåbninger Ø vre væ rdi 31,8 m 2 0,989 -1,15 9,245 1,0159 1,6<br />
100 Rumvæ gten Nedre væ rdi 2300,0 kg/m 3 9,1<br />
107 Rumvæ gten Ø vre væ rdi 2530,0 kg/m 3 0,984 -1,64 9,155 1,0060 0,6<br />
100 Brandeffekt Nedre væ rdi 10 MW 9,1<br />
108 Brandeffekt Ø vre væ rdi 11 MW 1,066 6,56 9,08 0,9978 -0,2<br />
<br />
<br />
Højde, bredde og læ ngde er forøget med 10%.<br />
Som det fremgår af ovennæ vnte skema fremkommer den største variation af røggaslaget ved at<br />
æ ndre atriets højde. Af de undersøgte parametre vil en æ ndring af tilluftsforholdene væ re den<br />
parameter der giver den næ ststørste æ ndring af røggaslagets højde. For dette atrium vil det derfor<br />
væ re højden samt tilluftsåbningerne hvor afvigelser vil få størst indflydelse på resultatet. Det skal<br />
bemæ rkes at for et atrium med en anden udformning vil følsomhedsanalysen give sig udslag i andre<br />
forhold.
6DPPHQOLJQLQJ DI EHUHJQLQJVPHWRGHU<br />
Side:39 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
Som det fremgår af gennemgangen af de udvalgte metoder vil en bestemmelse af design<br />
temperaturen for de bæ rende konstruktioner kunne bestemmes på et enkelt og veldefineret grundlag<br />
ved at benytte standardbrandkurven.<br />
1200<br />
1000<br />
600<br />
400<br />
200<br />
'(6,*1 7(03(5$785<br />
Parametermetoden i h.t.<br />
800<br />
DS 410<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
0<br />
0 20 40 60 80<br />
¢ § <br />
Eurocode 1<br />
Standardbrandkurven<br />
Hydrocarbon<br />
Parametermetoden i henhold til DS 410 vil for dette atrium give et noget anderledes forløb af<br />
designkurven. Temperaturforløbet i den første del af brandforløbet er væ sentligt højere, såfremt DS<br />
410 benyttes end ved anvendelse af standardbrandkurven. Derimod forholder det sig direkte<br />
omvendt i den sidste del af brandforløbet. Temperaturforløbet ved at benytte Eurocode 1 er noget<br />
lavere. Dette skylles bl.a. at der brandlasten fordeles på alle indvendige overflader samt ovennæ vnte<br />
kurve for temperaturen i henhold til Eurocode er vist for en lidt anderledes åbningsfaktor end for<br />
kurven der beskriver forløbet i henhold til DS 410.<br />
$IVOXWWHQGH EHP UNQLQJHU<br />
Som det ses af ovenstående afsnit, er der umiddelbart store forskelle, mellem det temperaturforløb<br />
der kan benyttes som grundlag for dimensionering af bæ rende konstruktioner. Som næ vnt tidligere<br />
skyldes forskelle at forudsæ tningerne ikke er de samme. Fx varierer størrelsen af brandlasten Da<br />
der i denne opgave kun omhandler problemstillinger vedr. akkumuleringen af varme i selve<br />
tvæ rsnittet overordnet, kan temperaturforløbets indflydelse på bæ reevnen ikke direkte vurderes ud<br />
<strong>fra</strong> de illustrerede temperaturforløb. F.eks. vil akkumuleringen i massive/buttede/ kompakte<br />
betontvæ rsnit sandsynligvis påvirkes væ sentlig anderledes end tyndfligede tvæ rsnit, såfremt<br />
påvirkningen <strong>fra</strong> et temperaturforløb efter standardbrandkurven sammenlignes med et<br />
temperaturforløb efter åbningsfaktormetoden.<br />
Såfremt man betragter det aktuelle atrium der er belyst i denne opgave, vil en dimensionering efter<br />
standardbrandkurven eller parametermetoderne i DS 410 og Eurocode 1 føre til en jæ vnt fordelt<br />
materialeanvendelse over hele den bæ rende konstruktion i form af brandmaling, gipsbeklæ dning<br />
eller forøget dæ klag mellem armeringen og betonoverfladen. Denne brandbeskyttelse vil væ re<br />
uafhæ ngig af atriets udformning , antal af vinduer og brandbelastningen i bygningen.<br />
Såfremt bygningens funktioner fastsæ ttes specifikt til den anvendelse som bygningen opføres til og<br />
bygningens indretning kendes vil en beregning af den samlede mæ ngde brandbart materiale i atriet<br />
kunne beregnes. Det eksempel der er beskrevet i bilag A er denne mæ ngde brandbart materiale
Side:40 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
beregnet til at rumme ca. 204 [GJ]. Ved at inddrage gulvfladen findes en brandlast på ca. 159 [MJ/<br />
m 2 ]. Med denne indgangsparameter samt atriets størrelse og omfanget af vinduer vil en<br />
temperaturbestemmelse efter parametermetoden i h.t DS 410 føre til en kraftig temperaturstigning<br />
til ca. 1150 [ o C] grader i den første del af brandforløbet. Temperaturen falder dog kraftigt efter at<br />
denne maksimalvæ rdi er opnået. Med dette temperaturforløb vil brandbeskyttelsen omkring<br />
stålkonstruktioner der dimensioneres efter DS 410 til korte brandforløb fx REI 30 sandsynligvis<br />
væ re en anelse kraftigere end stålkonstruktioner dimensioneret efter standardbrandforløbet. Dette<br />
begrundes med temperaturkurvens kraftige forløb i den første del af branden. Brandbeskyttelsen vil<br />
væ re jæ vnt fordelt over hele den bæ rende konstruktion det vil sige <strong>fra</strong> gulv til loft..<br />
Benyttes der derimod CFD analyser med udgangspunkt i en specifik placering af brandbart<br />
materiale er det meget sandsynligt, at en analyse vil vise, at temperatuen for den bæ rende<br />
konstruktion er anderledes. Da analysen i bilag A kun dæ kker et brandforløb på ca. 10 minutter er<br />
det ikke muligt på denne baggrund at vurdere den maksimale overfladetemperatur. Det ses dog ud<br />
til at temperaturstigningen i den første del af brandforløbet er væ sentligt lavere end der fås ved de<br />
parametriske brandforløb.<br />
Lokale påvirkninger stammende <strong>fra</strong> stråling vil kunne føre til væ sentlig højere temperaturer på fx<br />
søjler.<br />
.RQNOXVLRQ<br />
Som det fremgår af kapitel 4 findes der flere metoder til at bestemme temperaturforholdene i<br />
bygninger gennem brandforløbet. Standardbrandkurven der er meget anvendt giver et forudsigeligt<br />
temperaturforløb der nok mere eller mindre er genkendeligt for mange personer der arbejder med<br />
brand. Dette forhold giver også gode muligheder for at sammenligne materialer og konstruktioner.<br />
Parametermetoderne i DS 410 og Eurocode 1 tager primæ rt højde for brandlasten i bygningen samt<br />
ventilationsforholdene. Endvidere indgår den termiske inerti i de omkrandsende konstruktioner.<br />
Denne metode kan, som det er vist i afsnit 5 benyttes såfremt materialeforbruget ønskes optimeret.<br />
CFD modeller er langt mere individuelt tilpassede metode til de aktuelle bygninger. Denne metode<br />
vil derfor væ re velegnet det at beskrive specielle rum hvor forudsæ tningerne for<br />
parametermetoderne ikke er opfyldt eller, at der af en eller anden grund er forhold der berettiger til<br />
at analysere konstruktionerne mere specifikt.<br />
Da to - zoneprogrammer normalt ikke medtager strålingspåvirkninger i rummet vil denne metoder<br />
ikke væ re egnede til at beskrive brandforløbet.<br />
Som det fremgår af afsnit 6.1 ser det ud som om, at der ved store rum som fx for det behandlede<br />
atrium, med en størrelse på 25 x 36 x 12,6 m, at mindre variationer af de undersøgte parametre ikke<br />
har den store betydning. Dette begrundes med at en forøgelse af en parameter på fx 10% fører til en<br />
mindre numerisk æ ndring af testparameteren, der er temperaturen. Dette formodes at skyldes, at den<br />
undersøgte brand er så forholdsvis lille, at ventilationsforholdene ikke er afgørende.<br />
Dette forhold kunne væ re anderledes såfremt en anden brand eller en anden geometri af rummet<br />
havde væ ret analyseret. De beskrevne forhold er således kun gæ ldende for det aktuelle tilfæ lde.<br />
Som det fremgår af afsnit 5 fører brandpåvirkningen til stigende rumtemperaturer der medfører, at<br />
stålkonstruktioners styrke nedsæ ttes markant. Parametermetoderne giver dog mulighed for at tage
Side:41 af 41<br />
Dato:21-01-2005<br />
rumstørrelsen, åbningsforholdene samt brandbelastningen i betragtning. Herved er der i visse<br />
tilfæ lde mulighed for at dimensionere stålet så det ved brudgræ nsetilstanden har en større bæ reevne<br />
end påkræ vet. Denne forøgede bæ reevne muliggør, at stålprofilet i brandtilstanden vil væ re i stand<br />
til at overholde kravene til bæ reevnen såfremt der tages højde for stålprofilets svæ kkelse som følge<br />
af de forøgede temperaturer. Som det fremgår af afsnit 5.1 er styrkenedsæ ttelsen meget stor såfremt<br />
stålkonstruktionen ikke er beskyttet.<br />
Ved at isolere stålprofiler kan temperaturstigning i stålprofilet begræ nses. Herved er det muligt at<br />
væ lge netop den tykkelse af brandisolering der medfører at stålprofilet i lastkombination 3.3. har<br />
den kræ vede sikkerhed.<br />
Ved betonkonstruktioner skal man væ re opmæ rksom, på at der er to tilstande der kan føre til<br />
sammenstyrtning af konstruktionen. Den ene tilstand er flydning af jernene som følge af svæ kkelsen<br />
forårsaget af temperaturen i armeringsstålet. Denne brudform vil væ re forbundet med store<br />
deformationer, hvorved sammenstyrtningen kan siges at ske efter en foregående varsling. Den<br />
anden kritiske fase sker langt senere i brandforløbet og den sker som følge af, at varmen langsomt<br />
er træ ngt ind i tryksiden og her har beskadiget trykstyrken. Herved nedsæ ttes den indre momentarm<br />
mellem tryk- og træ kzonen i bjæ lken og bruddet sker hurtigt og uden forudgående varsling.<br />
Denne opgave tager udgangspunkt i betonbjæ lker. Tilsvarende, men mere markante forhold er<br />
gæ ldende for betonsøjler.<br />
Endvidere skal det bemæ rkes, at denne opgave ikke belyser bæ reevnenedsæ ttelse der kan indtræ ffe<br />
som følge af styrkenedsæ ttelsen af forskydningsbæ reevnen, vridningsbæ reevnen,<br />
kipningsbæ reevnen samt svæ kkelser der sker som følge af svigt i samlinger. Disse forhold kan væ re<br />
afgørende, men er ikke omfattet af denne opgave.<br />
5()(5(1&(5<br />
[CFD 1] FDS- User reference guide<br />
[Schiøtt Sørensen 2004] Sørensen, Lars Schiøtt. Brandfysik og brandteknisk design af bygninger<br />
[BR 95] Bygningsreglementet 95 samt tillæ g 1 og 2.<br />
[EFD1999] Bjørn Karlsson og James G. Quintiere. Enclosure Fire Dynamics 1999.<br />
[Drysdale 2002] Dougal Drysdale. An Introduction to Fire Dynamics 2.udg. 2002.<br />
[SFPE ] SFFP Handbook of Fire Protection Engineering.Third Edition ISBN: 087765-451<br />
[DS409] Norm for sikkerhedsbestemmelse af konstruktioner 2. udgave 1998.<br />
[DS410] Norm for last på konstruktioner 4. udgave 1998.<br />
[DS411] Norm for betonkonstruktioner 4. udgave 1999.<br />
[DS412] Norm for betonkonstruktioner 3. udgave 1998.<br />
[Eurocode 1] Eurocode 1: Part 1-2 General actions- Actions on structures exposed to fire” ( DS 1991 1-2 2002 )<br />
[Hertz 2002] Christian D. Hertz – Analyses of Concrete Structures Exposed to Fire. <strong>DTU</strong>-BYG 2002<br />
[Hertz 2003] Christian D. Hertz - Artikel: Application of idealized materials data for calculation of fire exposed concrete<br />
constructions.- BYG-<strong>DTU</strong> 2003.<br />
[Magnusson m.f. 1974] Sven- Erik Magnusson m.f.- Brandteknisk dimensionerering av stålkonstruktioner SBI Publ. Nr. 38 1974<br />
[Thor 1971] Jørgen Thor- Flervåningsparkeringshus med stålstomme utan brandisolering SBI Publ. Nr. 21 1971
Udarbejdet af Jørgen Bach<br />
15. Januar 2005<br />
%5$1'7(.1,6. 352-(.723*$9(<br />
&)' $1$/
,1'+2/'6)257(*1(/6(<br />
&)' 02'(//(1 6LGH<br />
1.1 Baggrund………………………………………………………………………………… 2<br />
1,2 Beskrivelse af atrium…………………………………………………………………… 2<br />
1.3 Generelt vedr. modelopbygningen……………………………………………………… 5<br />
1.4 Anvendt EDB-programmel……………………………………………………………… 5<br />
1.5 Grid……………………………………………………………………………………… 6<br />
1.6 Tilluftsåbninger…………………………………………………………………………… 9<br />
1.7 Røgventilationsåbninger i tag…………………………………………………………… 9<br />
1.8 Indvendige flader………………………………………………………………………… 9<br />
%5$1'(1<br />
2.1 Brandeffekter…………………………………………………………………………… 10<br />
2.2 Dataudskrift……………………………………………………………………………… 10<br />
$1$/
&)' 0('(//(1<br />
%DJJUXQG<br />
Side 2 af 15<br />
For at belyse temperaturforholdene gennem brandforløbet er der foretaget en CFD analyse af et<br />
artium med grundfladen 25 x 26 m og med en højde <strong>fra</strong> gulvet til den indvendige loftflade på 12,5<br />
m. Denne rapport skal derfor ses som en alternativ måde til de metoder, der er beskrevet i selve<br />
rapporten til at bestemme temperaturen i ovennævnte rum. Det skal bemærkes at der i denne rapport<br />
kun er fokuseret på temperauren i atriet samt på gaslagets højde i forhold til gulvet. Forhold som<br />
den optiske densitet samt forbrændingsprodukternes koncentration er ikke analyseret. Analysen er<br />
derfor kun udarbejdet for at illustrere et eksempel som støtte for den udarbejdede hovedopgave.<br />
Det skal bemærkes, at det benyttede brandforløb kun strækker sig over en periode på ca. 7,5<br />
minutter. Brandforløbet er derfor for kort til at danne grundlag for en egentlig branddimensionering<br />
af de bærende konstruktioner.<br />
%HVNULYHOVH DI DWULHW<br />
På de efterfølgende skitser er atriet beskrevet.<br />
3/$1
3/$1<br />
3/$1<br />
Side 3 af 15
79 561,7<br />
/ 1*'(61,7<br />
Side 4 af 15
*HQHUHOW YHGU PRGHORSE\JQLQJHQ<br />
Side 5 af 15<br />
I det efterfølgende er der givet en kortfattet beskrivelse af de data, der er benyttet i forbindelse med<br />
opbygning af CFD- modellen.<br />
Den virkelige konstruktion opbygges af mange bygningsdele, der hver for sig kan væ re opbygget af<br />
flere materialer med forskellig tykkelse, rumvæ gt og varmekapacitet. F.eks. opbygges etagedæ k af<br />
gulvbelæ gning, slidlag, betonhuldæ kelementer, hulrum over nedhæ ngte lofter samt nedhæ ngte<br />
lofter med skinnesystemer og loftplader. CFD modellen er derfor minimeret for at nedsæ tte<br />
beregningstiden. Minimeringen er udført med henblik på at opnå nogenlunde overensstemmelse<br />
mellem atriets totale volumen samt modellens volumen. Endvidere er det forsøgt at etablere<br />
nogenlunde samme udstræ kning af modellen i x, y og z retningen som i atriet.<br />
Herudover er de elementer, der er indbygget i modellen, forsøgt af have nogenlunde den samme<br />
termiske inerti som i den virkelige konstruktion.<br />
$QYHQGW ('% SURJUDPPHO<br />
Analysen er udført ved hjæ lp af EDB programmet FDS Fire Dynamics Simulator ( Version 4 ) der<br />
er et CFD program.<br />
Dette program er downloadet <strong>fra</strong> NIST (National Institute of Standards and Technology. U. S.<br />
Department of Commerce). Programmet bygger på en numerisk løsning af Navier-Stokes ligninger,<br />
der gæ lder for lavhastigheds, termodrevne strømninger. I tilknytning til dette program er<br />
visualiceringsprogrammet Smokeview benyttet til at illustrere resultaterne af CFD beregningerne.<br />
For yderligere beskrivelse af disse programmer henvises til Fire Dynamics Simulator ( Version 3 ) –<br />
Technical Reference Guide.
H = 11 m<br />
*ULG<br />
Side 6 af 15<br />
CFD modellen er opbygget som et rektangulæ rt ” grid ” med maskevidden i henholdsvis x, y og z<br />
retningen på 500 mm. I ”griddet” er der indlagt et retvendt koordinatsystem med bygningens<br />
tvæ rgående akse svarende til x-aksen samt bygningens langsgående akse parallelt med y-aksen.<br />
Z-aksen er regnet positiv opad. Koordinatsystemets origo er placeret i modulskæ ringen svarende til<br />
gulvet i plan 3. Griddets samlede størrelse er 36 x 30 x 20 m og danner det ydre domæ ne for<br />
modellen. Inden for dette grid er atriet opbygget. Atriet har en størrelse på 32 x 26 x 12 m som er<br />
opbygget inden for rammerne af det ydre domæ ne.. Modellen består således af 1.080.000 celler.<br />
På den efterfølgende skitse er geometrien illustreret.<br />
3,<br />
5<br />
3,<br />
5<br />
Z-akse<br />
SKITSE AF HOVEDGEOMETRI<br />
FOR CFD-MODE<br />
Mål N.T.S<br />
L=32 m<br />
0,<br />
8<br />
25,2<br />
X - akse<br />
B = 26 m<br />
Ubenæ vnte m
¢<br />
<br />
<br />
¢ ¡<br />
¦<br />
<br />
£<br />
¤<br />
¨<br />
£ <br />
<br />
§ ¤<br />
¥¦<br />
<br />
<br />
3<br />
3,5<br />
3,5<br />
¤ <br />
©<br />
¨<br />
£ ¢<br />
©<br />
¥<br />
¢ £<br />
Z- akse<br />
<br />
¨<br />
¨¢<br />
<br />
Y- akse<br />
16<br />
m<br />
1 m<br />
¨<br />
¤<br />
<br />
Røgventilationsåbning 1<br />
Geometri som åbning 2<br />
Tilluftåbning 1<br />
L = 32 m<br />
Røgventilationsåbning 2<br />
12 m<br />
0,8 m<br />
Side 7 af 15<br />
30 m<br />
Tilluftåbning 2<br />
25,2 m<br />
X- akse<br />
1 m<br />
B = 30 m<br />
1 m<br />
Ubenæ vnte mål er i m.
7LOOXIWVnEQLQJHU<br />
I atriet er der påregnet etableret Tilluftsåbninger svarende til et areal på 27 m 2 . Disse<br />
Tilluftsåbninger er placeret over døre i plan 3. Der henvises i øvrigt til efterfølgende skitse.<br />
5¡JYHQWLODWLRQVnEQLQJHU L WDJ<br />
I tagfladen er der påregnet etableret ca. 108 m 2 røgopluk. Disse røgopluk er indbygget i de<br />
gennemgående ovenlys samt langs den øverste del af facaderne.<br />
Der henvises i øvrigt til skitse i afsnit 1.5.<br />
3,5 m<br />
,QGYHQGLJH IODGHU<br />
6 m<br />
<br />
<br />
<br />
MØDELOKALE<br />
GLASBOKSE<br />
Altangang<br />
Side 8 af 15<br />
Atriets indvendige flader består primæ rt af lette gipsvæ gge samt uklassificerede vinduespartier.<br />
Lofter består af ubrandbare loftsplader der er ophæ ngt i skinnesystemer. Gulvet består af<br />
parketgulve. Bygningens inventar er i modellen medtaget under den forudsæ tning af dette er dæ kket<br />
af et standard brandforløb at typen at 2 svarende til brandforløbet FAST.<br />
For benyttede overflader henvises til datoudskriften sidst i dette bilag.<br />
2 m
%5$1'(1<br />
%UDQGHIIHNWHU<br />
Side 9 af 15<br />
For at simulere branden er der placeret en burner midt på gulvet. Denne flade har udstræ kningen 0,4<br />
x 0,4 m og udstråler en varmeeffekt på 5000 [ kW ].<br />
Branden er påregnet at følge et at 2 forløb.<br />
'DWDXGVNULIW<br />
For at belyse forholdene i atriet gennem brandforløbet er der indlagt to planer hvor<br />
temperaturforholdene er registreret.<br />
$1$/0:@<br />
18,00<br />
16,00<br />
14,00<br />
12,00<br />
10,00<br />
8,00<br />
6,00<br />
4,00<br />
2,00<br />
0,00<br />
" HEAT REALEISE RATE<br />
0,00 5,00 10,00 15,00<br />
7LG > PLQ@<br />
" HEAT REALEISE<br />
RATE
7HPSHUDWXU L U¡JJDVODJHW<br />
Side 10 af 15<br />
På den efterfølgende skæ rmplot ses det at rumtemperaturen er steget til ca. 115 i løbet af de første<br />
10 minutter af branden.
2YHUIODGHWHPSHUDWXUHU<br />
Som det ses af ovenstående plot følger overfladetemperaturen gradvis efter. Temperaturen har<br />
således nået en temperatur på ca. 75 [ o C] i visse områder.<br />
$)6/871,1*<br />
8VLNNHUKHGHU<br />
Side 11 af 15<br />
Denne analyse har kun til formål at illustrere principper for metodens anvendelse.<br />
De afvigelser, der fremkommer mellem den stiliserede model og en fuldt udbygget model, model er<br />
i dette tilfæ lde tidskræ vende at bestemme. Det har derfor væ ret uden for rammerne af denne opgave<br />
at simulere den korrekte model hvorved det rigtige resultat ikke kendes. Der må derfor foretages en<br />
afvejning mellem de ressourcer der indsæ ttes på at forfine modellen og de ressourcer der anvendes<br />
til at bestemme grunddataerne som f.eks. mæ ngden af brandbart materiale samt den aktuelle<br />
placering af denne.<br />
6DPPHQIDWWHQGH NRPPHQWDUHU<br />
Som det ses af denne analyse vil røggaslaget opnå en temperatur på ca. 100-125 [ o C] i løbet af<br />
brandens første 10 minutter. Dette er væ sentligt mindre end de temperaturer der vil fremkomme<br />
såfremt standardbrandkurven eller parametermetoden benyttes til at bestemme brandlasten i lokalet.
Side 12 af 15<br />
Den maksimale Heat Release Rate er ca. 16 [ MW ] og opnås efter ca. 300 sekunders brand<br />
svarende til 5 minutter. Strålingsintensiteten er noget forsinket i forhold til heart realise rate.<br />
Denne analyse beskriver således ikke de aktuelle temperaturer som et lokale af denne art vil væ re<br />
udsat for og kan derfor ikke danne grundlaget for en temperaturbestemmelse af brandrummets<br />
temperatur i forbindelse med dimensionering. Det er dog indlysende at metoden har potentiale til at<br />
beskrive en lang ræ kke specifikke forhold i forbindelse med bæ rende konstruktioners<br />
overfladetemperatur.<br />
'$7$ ),/<br />
&HEAD CHID=’Viby14’,TITLE=’Admbygning Viby Atrie 14-9-2004’ /<br />
!<br />
!Grid<br />
!<br />
&GRID IBAR=150, JBAR=120, KBAR=60 /<br />
&PDIM XBAR0=-2.0, XBAR=34, YBAR0=-2.8, YBAR=27.2, ZBAR=20.0 /<br />
!<br />
!Tidsdomæne<br />
!<br />
&TIME TWFIN=600. /<br />
&MISC SURF_DEFAULT='GYPSUM BOARD',NFRAMES=300,<br />
DATABASE='c:\nist\fds\database4\database4.data',<br />
REACTION='WOOD',<br />
RESTART=.TRUE. /<br />
!<br />
!Branden<br />
!<br />
&SURF ID='BURNER',HRRPUA=8700.,RAMP_Q='BURNER',/<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 0., F = 0. /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 50, F = 0.01 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 100., F = 0.05 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 150., F = 0.12 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 200., F = 0.22 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 250., F = 0.34 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 300., F = 0.49 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 350., F = 0.66 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 400., F = 0.86 /<br />
&RAMP ID = 'BURNER', T = 450., F = 1 /<br />
!<br />
!Geometri<br />
!<br />
!&OBST XB= 11.50, 13.10, 13.80, 14.60, 0.00, 0.40 /<br />
!&OBST XB= 11.50, 13.10, 13.80, 14.60, 0.40, 0.60, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
!&OBST XB= 11.30, 11.50, 13.80, 14.60, 0.00, 0.90, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
!&OBST XB= 13.10, 13.30, 13.80, 14.60, 0.00, 0.90, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
!&OBST XB= 11.50, 13.10, 14.40, 14.60, 0.60, 1.20, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
!&OBST XB= 14.00, 14.60, 13.80, 14.60, 0.00, 0.40 /<br />
!&OBST XB= 14.00, 14.60, 13.80, 14.60, 0.40, 0.60, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
!&OBST XB= 13.80, 14.00, 13.80, 14.60, 0.00, 0.90, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
!&OBST XB= 14.60, 14.80, 13.80, 14.60, 0.00, 0.90, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
!&OBST XB= 14.00, 14.60, 14.40, 14.60, 0.60, 1.20, SURF_ID='SPRUCE' /<br />
&OBST XB= 12.50, 13.50, 14.10, 15.10, 0.60, 0.60, SURF_ID='BURNER',<br />
COLOR='BLUE', /
!&OBST XB= 11.60, 13.00, 12.80, 13.60, 0.40, 0.60, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 10.00, 10.80, 12.00, 12.60, 0.00, 0.40 /<br />
!&OBST XB= 10.00, 10.80, 12.00, 12.60, 0.40, 0.60, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 10.00, 10.80, 11.80, 12.00, 0.00, 0.90, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 10.00, 10.80, 12.60, 12.80, 0.00, 0.90, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 10.00, 10.20, 12.00, 12.60, 0.00, 0.90, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 11.80, 13.80, 10.00, 11.00, 0.00, 0.20, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 12.00, 12.40, 11.60, 12.00, 0.00, 0.40 /<br />
!&OBST XB= 12.00, 12.40, 11.60, 12.00, 0.40, 0.60, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 11.80, 12.00, 11.60, 12.00, 0.00, 0.80, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 12.40, 12.60, 11.60, 12.00, 0.00, 0.80, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 11.80, 12.60, 11.40, 11.60, 0.00, 0.80, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!&OBST XB= 14.40, 15.20, 11.00, 12.00, 0.00, 0.80, SURF_ID=’SPRUCE’ /<br />
!<br />
!Vægge<br />
!<br />
&OBST XB= 0.00, 32.20,-0.81, -0.80, 0.00, 11.0 , SURF_ID='GLASS'/<br />
&OBST XB= 0.00, 32.20, 25.00, 25.20, 0.00, 11.00, SURF_ID='GLASS'/<br />
!<br />
!Gavle<br />
!<br />
&OBST XB= 0.00, 0.00,-0.80, 25.00, 0.00, 11.0 , SURF_ID='GLASS'/<br />
&OBST XB= 32.00, 32.20,-0.80, 25.00, 0.00, 11.00, SURF_ID='GLASS'/<br />
!<br />
!Gulv<br />
!<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00,-0.80, 25.20, 0.00, 0.05, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
!<br />
! Loft<br />
!<br />
&OBST XB=0.00, 32.2, -0.81, 25.2, 11.00, 11.10, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
!<br />
! Etagedæk<br />
!<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 0.00, 5.00, 3.00, 3.50 /<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 0.00, 5.00, 3.50, 3.55, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 21.00, 25.00, 3.00, 3.50 /<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 21.00, 25.00, 3.50, 3.55, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 0.00, 5.00, 5.00, 21.00, 3.00, 3.50 /<br />
&OBST XB= 0.00, 5.00, 5.00, 21.00, 3.50, 3.55, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 27.00, 32.00, 5.00, 21.00, 3.00, 3.50 /<br />
&OBST XB= 27.00, 32.00, 5.00, 21.00, 3.50, 3.55, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 0.00, 5.00, 6.50, 7.00 /<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 0.00, 5.00, 7.00, 7.05, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 21.00, 25.00, 6.50, 7.00 /<br />
&OBST XB= 0.00, 32.00, 21.00, 25.00, 7.00, 7.05, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 0.00, 5.00, 5.00, 21.00, 6.50, 7.00 /<br />
&OBST XB= 0.00, 5.00, 5.00, 21.00, 7.00, 7.05, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 27.00, 32.00, 5.00, 21.00, 6.50, 7.00 /<br />
&OBST XB= 27.00, 32.00, 5.00, 21.00, 7.00, 7.05, SURF_ID='CONCRETE' /<br />
&OBST XB= 12.00, 15.00, 5.00, 8.00, 3.00, 6.50 /<br />
&OBST XB= 18.00, 23.00, 5.00, 8.00, 3.00, 6.50 /<br />
&OBST XB= 12.00, 15.00, 18.00, 21.00, 3.00, 6.50 /<br />
&OBST XB= 18.00, 23.00, 18.00, 21.00, 3.00, 6.50 /<br />
Side 13 af 15
&OBST XB= 12.00, 15.00, 5.00, 8.00, 6.50, 9.00 /<br />
&OBST XB= 18.00, 23.00, 5.00, 8.00, 6.50, 9.00 /<br />
&OBST XB= 12.00, 15.00, 18.00, 21.00, 6.50, 9.00 /<br />
&OBST XB= 18.00, 23.00, 18.00, 21.00, 6.50, 9.00 /<br />
!<br />
!Røgventilering i tag<br />
!<br />
&HOLE XB=1.00, 30.0, 6.0, 6.70, 11.00,11.10,T_CREATE=60, / i tag<br />
&HOLE XB=1.00, 30.0, 16.90, 17.60, 11.00,11.10,T_CREATE=60, / i tag<br />
&HOLE XB=0.50, 1.2, 6.80, 16.80, 11.00, 11.10,T_CREATE=60, / i tag<br />
&HOLE XB=30.80, 31.5, 6.80, 16.80, 11.00,11.10,T_CREATE=60, / i tag<br />
!<br />
!Røgventilering i facader<br />
!<br />
&HOLE XB=1.00, 30.0, -0.81, -0.80, 10.00,10.90, T_CREATE=60, / i facade<br />
&HOLE XB=1.00, 30.0, 25.20, 25.21, 10.00,10.90, T_CREATE=60, / i facade<br />
!<br />
!<br />
!Tilluftsåbninger<br />
!<br />
&HOLE XB=14.00,18.0, -0.81,-0.8, 2.00, 4.00,T_CREATE=60, / i væg<br />
&HOLE XB=32.00, 32.2, 10.00,16.0, 0.00, 3.00,T_CREATE=60, / i væg<br />
!<br />
!Åbninger i domænet<br />
!<br />
&VENT XB=-2.00, 34.0, -2.80, 27.2, 20.00, 20.00, SURF_ID='OPEN',/<br />
&VENT XB= 0.0, 34.0, -2.80, -2.80, 0.00, 20.00, SURF_ID='OPEN',/<br />
&VENT XB= 0.0, 34.0, 27.2, 27.2, 0.00, 20.00, SURF_ID='OPEN',/<br />
!<br />
!<br />
&PL3D DTSAM=30. /<br />
!<br />
!Output<br />
!<br />
&BNDF QUANTITY='GAUGE_HEAT_FLUX' /<br />
&BNDF QUANTITY='WALL_TEMPERATURE' /<br />
&BNDF QUANTITY='BURNING_RATE' /<br />
&SLCF PBX=2.60,QUANTITY='TEMPERATURE' /<br />
&SLCF PBX=2.60,QUANTITY='HRRPUV' /<br />
&SLCF PBX=2.60,QUANTITY='MIXTURE_FRACTION' /<br />
&SLCF PBX=2.60,QUANTITY='RADIANT_INTENSITY' /<br />
&SLCF PBX=2.60,QUANTITY='ABSORPTION_COEFFICIENT' /<br />
&SLCF PBX=4.45,QUANTITY='TEMPERATURE' /<br />
&SLCF PBX=4.45,QUANTITY='HRRPUV' /<br />
&SLCF PBX=4.45,QUANTITY='MIXTURE_FRACTION' /<br />
&SLCF PBX=4.45,QUANTITY='RADIANT_INTENSITY' /<br />
&SLCF PBX=4.45,QUANTITY='ABSORPTION_COEFFICIENT' /<br />
&SLCF PBY=12.45,QUANTITY='TEMPERATURE' /<br />
&SLCF PBY=12.45,QUANTITY='HRRPUV' /<br />
&SLCF PBY=12.45,QUANTITY='MIXTURE_FRACTION' /<br />
&SLCF PBY=12.45,QUANTITY='RADIANT_INTENSITY' /<br />
&SLCF PBY=12.45,QUANTITY='ABSORPTION_COEFFICIENT' /<br />
&THCP XYZ=12.6,12.3,2.1,QUANTITY='TEMPERATURE' /<br />
&THCP XYZ=12.6,12.3,1.8,QUANTITY='TEMPERATURE' /<br />
&THCP XYZ=12.6,12.3,1.5,QUANTITY='TEMPERATURE' /<br />
&THCP XYZ=12.6,12.3,1.2,QUANTITY='TEMPERATURE' /<br />
Side 14 af 15
&THCP XYZ=12.6,12.3,0.9,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=12.6,12.3,0.6,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=14.5,10.3,2.1,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=14.5,10.3,1.8,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=14.5,10.3,1.5,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=14.5,10.3,1.2,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=14.5,10.3,0.9,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=14.5,10.3,0.6,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=0.3,4.3,2.1,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=0.3,4.3,1.8,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=0.3,4.3,1.5,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=0.3,4.3,1.2,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=0.3,4.3,0.9,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=0.3,4.3,0.6,QUANTITY=’TEMPERATURE’ /<br />
&THCP XYZ=12.6,12.3,-.01,QUANTITY=’RADIATIVE_FLUX’,IOR=3 /<br />
Side 15 af 15