På bordet idag:

• Structural reliability analysis and prediction
• Probability concepts in engineering planning and design
• Natural fire safety concept

I tre dagar har jag suttit med Eurocode 1991-1-2 och dess ”parametric fire” och de ekvationer som ska användas för att ta fram temperatur-tid kurvor i samband med dimensionering med naturligt brandförlopp. Detta borde vara enkelt, men då ekvationerna är fulla av villkorssatser blir Excelprogrammeringen inte helt enkel. Den stora skillnaden ligger i om branden är ventilations- eller bränslekontrollerad, vilket förvisso avgörs genom att kontrollera tiden för maximal temperatur med en antagen minsta tid (15-25 min beroende på brandens tillväxthastighet).

Redan här blir det lite svajigt. Har verkligen tidpunkten för maximal temperatur en så pass tydlig koppling till brandens tillväxthastighet i det tidiga brandförloppet? Oavsett så ger standarden olika innebörd för samma variabelnamn, något som förvirrar hur avsvalningsfasen ska beräknas. Att det sedan finns en hel del kritik mot kurvorna är en annan sak.

Brandforsk har beviljat anslag till ett projekt om påverkan av lokal brand på konstruktioner. SP är utförare och syftet med projektet är att ta fram en modell för beräkning av brandpåverkan från lokala bränder, det vill säga bränder som kan vara intensiva men som sker i stora utrymmen där övertänd brand är osannolik eller fysikaliskt omöjlig. I vissa fall kan det också vara intressant att studera påverkan från en brand redan innan övertändning, för att kunna göra en mer nyanserad analys av till exempel personsäkerhet vid utrymning.

Jag tycker att projektet känns vettigt framförallt då det är en hel del diskussion kring brandförlopp i stora byggnader där övertändning känns osannolikt, åtminstonde den typ av övertändning som behövs för att kunna tillämpa exempelvis de parametriska brandkurvorna i Eurocode.

Sedan ett drygt halvår arbetar jag till 60 % med forskningsprojekt om ”Riskbaserad dimensionering av bärförmåga vid brand” som i slutet av 2013 förhoppningsvis ska göra mig till teknisk doktor. Jag har ägnat våren till att läsa på om allt som rör ämnet och börjar nu så smått skriva på min första artikel (av totalt tre) som blir en del av avhandlingen. Vad är det då tänkt att jag ska hitta på? I min ansökan till BRANDFORSK står följande.

Målsättning:

• Utveckla innebörden av egenskapskravet ”byggnadens bärförmåga kan antas bestå under en bestämd tid.
• Utveckla en dimensioneringsmetodik för stora byggnader.
• Undersöka och om möjligt ta fram metoder för att hantera aktiva system.

Genomförande:

Ovanstånde artikel från Sydöstran har snurrat runt i internetvärlden de senaste dagarna. En enplanbyggnad Br2 som ska ha R 30 på bärverk har uppförts utan något skydd av takbalkarna. Detta är defintivt inget unikt och jag är inte säker på att det är olämpligt heller, men regelvidrigt är det definitivt. Därförblir det dags för en repetition i ämnet “bärförmåga vid brand”. Så här ska dimensioneringen enligt BBR gå till:

Huruvida övertändning kan inträffa eller inte ska besvaras utan hänsyn några brandskyddsåtgärder som brandgasventilation eller sprinklersystem. Det behövs alltså otroligt stora byggnader med rejält med takhöjd för att kunna konstatera att största tänkbara brand inte leder till övertändning. Beräkningar som jag gjort i ett utvecklingsprojekt åt NCC visar att det krävs en byggnadsvolym på c:a 90 000 kbm eller mer vilket t.ex. motsvaras av byggnader med en golvyta mellan 9 000 kvm och 11 250 kvm och en takhöjd på minst 10 m. Dimensionerande brand i sammanhanget är 45 MW.

I artikeln nämns att räddningstjänsten inte är beredda att gå in med rökdykare i händelse av en kraftig brand. Detta är en helt korrekt slutsats, givet den dimensionering som gjorts. Det känns ologiskt att någon annan (läs räddningstjänsten) ska ta över ansvar för säkerheten när byggherren valt att inte göra det själv. Eftersom brandkonsulten hävdar att BBR följts till “punkt och pricka” vore det mycket intressant att få ta del av denna särskilda utredning som ska visa att övertändning inte kan ske. Jag har i alla fall inte kunnat visa detta annat än i byggnader som är

Nu är det lätt att kasta sten i glashus eftersom detta är en fråga där vi alla som projekterar brandskydd har lik i garderoben. Jag har själv projekterat flertalet byggnader där brandgasventilation använts för att göra avsteg på fackverkens bärförmåga vid brand. Jag har förstått efter det senaste årets debatt att detta inte är en korrekt tolkning av BBR där Boverket nyligen har publicerat ett förtydligande i frågan. Jag är dock inte säker på att det är ett olämpligt sätt och att det ger en säkerhetsnivå som är oacceptabel… Det finns en hel del om ämnet här på bloggen. Kolla i kategorin “bärförmåga vid brand” om du vill läsa mer.

Jag sitter just nu och skriver på de ansökningar som (förhoppningsvis) ska föra mig mot en doktorsexamen i brandteknik. Det ämne jag valt att gå vidare med är “bärande konstruktioner och brand”. Jag har länge tyckt att det är dags att lyfta dimensioneringen av bärande konstruktioners bärförmåga vid brand vidare från 80-talets teorier mot en metodik passande för 2010.

Bärförmåga vid brand är som bekant ett av egenskapskraven som definieras i BVF, tillsammans med bland annat krav på att människor ska kunna lämna byggnaden. Den forskning som vi gjort om analytisk dimensionering  under 1990-talet och början av 2000-talet har framförallt varit inriktad på personsäkerheten och i de flesta fall utrymning vid brand. Vi har gjort insatser för att utvärdera olika riskanalystekniker och konstaterat att metoderna finns, kan användas, men är förknippade med en hel del osäkerheter samtidigt som byggreglerna inte har varit helt tydliga med hur vi ska använda “riskbegreppet”.

Jag vill genom min forskning föra in riskbegreppet vid dimensionering av bärförmåga vid brand. Det handlar om att titta på olika sätt att mäta risk och därmed olika sätt att bedöma sannolikheter och konsekvenser. Det är också viktigt att undersöka vilka metoder som ska användas på stora byggnader, dvs. sådana som överstiger 500 kvm (vilket är Eurocodes övre begränsning). Jag känner också att det är dags att jobba vidare med behandlingen av aktiva system och hur hänsyn ska tas till dessa i samband med projekteringen.

Självklart kan det finnas mer på önskelistan och därför låter jag frågan vara fri:

Hur vill du ha det när det gäller bärförmåga och brand i framtiden?

Brandskydd och bärande konstruktioner är hett just nu. Jag har funderat massor i ämnet och du hittar en uppsjö med inlägg i kategorin “Bärförmåga vid brand” till höger på sidan. I kommande remissutgåva av BBR 20XX föreslås en del förändringar av regelverket som påverkar både brandkonsulter, men framförallt också konstruktörer som troligen kommer att få en tydligare och mer ansvarsfylld roll avseende byggnaders bärförmåga vid brand.

Jag gillar att räkna och byggnadskonstruktion är ett område med stort utrymme för beräkning. Därför har jag idag inlett min satsning på kompetensutveckling inom just bärande och brandskydd. Jag börjar med att fräscha upp mina grundkunskaper genom att gå SFPE:s distanskurs i “Principles of Structural Fire Protection Engineering”. För bara $ 99 får du tillgång till en omfattande onlinekurs, ett riktigt fynd!

Det snackas en del om träkonstruktioner och deras bärande förmåga vid brand. Träets fördel vid brand är att det förkolade skiktet isolerar den opåverkade delen och uppvärmningen av obrännt trä går riktigt långsamt och därmed är det endast inbränningshastigheten och lastpåverkan som avgör när ett brott sker. Men, träets fördel blir också en nackdel. I och med att materialet brinner så kan en trä konstruktion aldrig dimensioneras för att motstå ett fullständigt naturligt brandförlopp, utan förr eller senare så kommer konstruktionen ha brunnit upp.

Nuvarande formulering i BKR avsnitt 10:1 ställer krav på att bärverkets delar, inklusive upplag, fogar, förband o.d., skall utföras antingen så att kollaps inte inträffar:

1. under en given tidsperiod enligt kraven på brandteknisk klass för byggnadsdelar i avsnitt 5:82 i BBR, (BFS 1998:39)
2. under ett fullständigt brandförlopp eller
3. under del av ett fullständigt brandförlopp, om det genom särskild utredning kan påvisas att utrymningssäkerheten inte försämras och att riskerna för räddningstjänstpersonalen och påverkan på omgivningen inte ökar.

För träkonstruktioner går alternativ 2 helt bort, medan alternativ 1 är fullt möjligt med metoder angivna i SS-EN 1995-1-2:2004. Alternativ 3 som jobbar med del av ett fullständigt brandförlopp, vilket även inkluderar möjligheten för byggnadsdelar som skall vara utförda i lägre klass än R 60 att dimensioneras för påverkan av ett fullständigt brandförlopp (exkl. avsvalning) under under den tid som klassbeteckningens tal anger. I SS-EN 1995-1-2:2004 finns också metoder för dimensionering av trä för en påverkan upp till 40 min.

Sammanfattningsvis:

• Träkonstruktioner kan ALDRIG dimensioneras för att klara ett fullständigt brandförlopp (inkl. avsvalning).
• En modell för naturligt brandförlopp kan endast användas för träkonstruktioner om kravet är R 30 eller lägre.
• Dimensionering för brandpåverkan enligt avsnitt 4.2 i SS-EN 13501-2 (standardbrandkurvan) är alltid möjlig för träkonstruktioner, åtminstone upp till ett krav på R 90.
• Spana in University of Mancesters sida om träkonstruktioner och brand för mer info.

Jag har fått lite frågor de senaste dagarna om veckans blogginlägg i kategorin “Bärförmåga vid brand”. Några frågor berör val av brandbelastning kopplat till antingen dimensionering genom klassificering (BBR 5:82) eller dimensionering baserad på modell av naturligt brandförlopp (BBR 5:83). Här kommer ett förtydligande…

Dimensionering genom klassificering (BBR 5:82), dvs. R 30, R 60, R 90 osv.

För att kunna använda rätt kolumn i tabellerna som tillhör BBR avsnitt 5:821 så ska du göra så här:

1. Handlar det om bostads- och kontorslägenheter, skolor, hotell, personbilsgarage, livsmedelsbutiker, lägenhetsförråd och jämförbara brandceller?Välj första kolumnen i tabell 5:821 a resp. 5:821 b.
2. Är byggnaden försedd med automatisk vattensprinkleranläggning?Välj första kolumnen i tabell 5:821 a resp. 5:821 b.
3. Uppfyller du varken punkt 1 eller punkt 2?Fastställ dimensionerande brandbelastning genom att använda dig av Boverkets “Handbok om brandbelastning”. Använd sedan denna brandbelastning för att välja rätt kolumn i tabell 5:821 a resp. 5:821 b.

Dimensionering baserad på modell av naturligt brandförlopp (BBR 5:83), dvs. ett fullständigt brandförlopp 

Om du väljer att projektera brandskyddet för bärverken baserat på en modell för naturligt brandförlopp så måste du (nästan) GLÖMMA allt som har med BBR avsnitt 5:82 att göra. Det finns i princip ingen koppling mellan de två metoderna, annat än att det står dig fritt att välja vilken av dem som du vill tillämpa.

1. Använd Boverkets “Handbok om brandbelastning” för att finna den dimensionerande brandbelastningen för din byggnad. Glöm inte bort att ta med både permanent och variabel brandbelastning.
2. Kontrollera om du måste tillämpa säkerhetsfaktorn beskriven BKR 10:221, dvs. att öka den dimensionerande brandbelastningen med 50 % om byggnadsdelen, enligt den första kolumnen i tabell 5:821 a i BBR, skall vara utförd i klass R 90.
3. Är din byggnad försedd med automatisk vattensprinkleranläggning så kan du multiplicera din dimensionerande brandbelastning (efter hänsyn till eventuella säkerhetsfaktorer) med reduktionsfaktorn 0,61.

Exempelvis så är den dimensionerande brandbelastningen enligt handboken 570 (= 50 + 520) MJ/m2 golvyta för kontor upp till fyra våningar. För ett kontor med fem våningsplan eller fler blir den dimensionerande brandbelastningen 570 x 1,5 = 855 MJ/m2 golvyta.

Skulle du ha sprinkler i ditt kontor blir den dimensionerande brandbelastningen upp till fyra våningar lika med 570 x 0,61 = 348 MJ/m2 golvyta. Motsvarande värde för en kontorsbyggnad med fem våningsplan eller fler blir 570 x 1,5 x 0,61 = 522 MJ/m2.

Observera att du sedan vid dimensionering av bärförmågan både ska ta hänsyn till den fullständiga brandförloppet och lokal brandpåverkan.

Det är också viktigt att hålla tungan rätt i mun när det gäller enheten på brandbelastningen. I klassificeringssammanhang (BBR 5:82) uttrycks den som MJ/m2 omslutningsyta, medan den ofta uttrycks som MJ/m2 golvyta vid dimensionering av naturligt brandförlopp.

Igår tog redovisade jag lite fakta om sannolikheten för kollaps i bostäder och hur säkerhetsnivån skiljer sig mellan kombinationen R 60 + sprinkler i jämförelse med R 90. Det visade sig att ett sprinklersystem och R 60 troligen ger högre säkerhet mot kollaps än R 90. Frågan är om samma resonemang stämmer på kontorsbyggnader. Återigen används metodiken för beräkning av ekvivalent brandvarkaktighet i kombination med kännedom om brandbelastningens statistiska fördelning för byggnadstypen. denna gång tiittar jag på ett kontor på c:a 300 m2 med 3 m i tak. Öppningsfaktorn är 0,04 resp. 0,06.  Här kommer lite resultat:

• För en öppningsfaktor på 0,04 krävs en brandbelastning på mindre än 603 MJ/m2 för att brandvaraktigheten ska understiga 60 min (standardbrandkurva). Motsvarande brandbelastning för 90 min är 905 MJ/m2.
• Om öppningsfaktorn är 0,06 krävs en brandbelastning på 824 MJ/m2 för 60 min och 1236 MJ/m2 för 90 min.

Sannolikheten att den faktiska brandbelastningen överskrider någon av de “dimensionerande” brandbelastningar som anges ovan, listas i nedanstående tabell.

Eftersom vi är intresserade av se vad som händer med sannolikheten för kollaps om vi går från R 90 till R 60 och sprinkler, upprepar vi beräkningarna av nödvändig tillförlitlighet på sprinklersystemet, redovisade i tidigare inlägg:

• För en öppningsfaktor på 0,04 blir förväntad sprinklertillförlitlighet 8,35 % x (1-P,sprk) = 0,40 % vilket blir 95,2 %.
• För en öppningsfaktor på 0,06 blir förväntad sprinklertillförlitlighet 0,91 % x (1-P,sprk) = 0,01 % vilket blir 98,9 %.

Dessa värden ligger på gränsen eller över den troliga tillförlitligheten på ett sprinklersystem, vilken är i storleksordningen av 90-95 %. Därmed blir det svårt att för kontor kunna konstatera att R 60 + sprinkler är en säkrare lösning än R 90.

Osäkerheterna är dock många och modellen är väldigt teoretisk i sin uppbyggnad. Innan mer precisa slutsatser kan dras så är det viktigt att bygga upp en mer verklighetsanknuten modell som omfattar:

• En tydligare scenariobeskrivning relaterat till brandens förlopp
• Ett hänsynstagande till  effekten av en manuell tidig insats och möjlighet för räddningstjänsten att släcka branden.
• En modellering av faktistkt brandmotstånd hos en konstruktion som uppfyller klassificeringsprovningen. Ofta är konstruktionsdelar överdimensionerade och uppfyller R 75 snarare än R 60.
• En hantering av både kunskaps- och modellrelaterade osäkerheter. Vilken beydelse har lokalens storlek, byggnadsmaterial, öppningsförhållanden, etc?

Nu blir det inte med sannolikhetsteoritiska beräkningar på bloggen på ett tag. Jag är sjävlklart intresserad av fortsättningen, men då får det bli med extern finansiering…