16.07.2013 Views

Masterprojekt fra DTU

Masterprojekt fra DTU

Masterprojekt fra DTU

SHOW MORE
SHOW LESS

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!