Tekst: ing. Frank de Groot
Beeld: Promat

Johan Bijvank, Product Manager bij Promat: “Binnen Promat is er steeds meer aandacht voor fire-safety engineering. Daarbij kijken we naar het totale plaatje en niet alleen het product. Er zijn zeer veel factoren van invloed op de gewenste brandwerendheid: materialen, constructie, gebruik van een gebouw, vluchtgedrag en vluchtroutes, gebouwontwerp, enzovoort.” Foto: Rob ter Bekke, www.robterbekke.nl.

Ontwerpers zoeken steeds vaker de grenzen op van constructieve mogelijkheden. Een trend is om daarbij de draagconstructie zoveel mogelijk in het zicht te houden. En die draagconstructie moet zo slank mogelijk zijn. Het leidt tot fraaie architectonische hoogstandjes, waarbij gebruikers, bezoekers en passanten een indruk krijgen van de krachtenwerking in een gebouw. Schijnbaar moeiteloos uitkragende bouwdelen, voorover hellende gevels, grote, kolomvrije overspanningen; het kan allemaal.

Staalconstructie behandeld met een brandwerende watergedragen en vezelvrije verf die opschuimt bij brand.

De voortschrijdende kennis en techniek leiden tot meer uitdagende ontwikkelingen, zoals hoogbouw in hout. Eind 2018 wordt het 84 meter hoge HoHo Wien opgeleverd. De hoogste toren van dit complex heeft 24 verdiepingen en bestaat voor 74% uit hout. Betonnen trappenhuizen/liftschachten in het midden verzorgen de algehele stabiliteit. In Vancouver is een 53 meter hoog en achttien verdieping tellend houten studentencomplex gebouwd. In mei 2018 wordt de laatste hand gelegd aan de ‘Mjøstårnet’ in Stockholm (Zweden). Dit gebouw is meer dan 80 meter hoog, heeft achttien verdiepingen en biedt onderdak aan appartementen, kantoren, restaurants, een hotel en twee zwembaden. En in Nederland? Ook hier gaan we met hout de hoogte in. Op 31 mei 2018 opent het tien verdiepingen tellende Hotel Jakarta in Amsterdam, dat is

opgetrokken uit Cross Laminated Timber (CLT). In de hoofdstad komt ook de houten woontoren ‘HAUT’ van 73 meter. Het appartementengebouw wordt gerealiseerd aan de Amstel en moet in 2019 worden opgeleverd. Kortom: de uitdagingen in hout en staal worden steeds groter en daarmee

ook de aandacht voor brandveiligheid van gebouwen.

Staalconstructie met brandwerende bekleding.

Staal

Staalconstructie die straks uit het zicht verdwijnt is voorzien van brandwerende spuitpleister op basis van Vermiculiet en Portland-cement. De kolommen zijn voorzien van brandwerende verf.

Staal is een aantrekkelijk bouwmateriaal voor draagconstructies. Het is flexibel, slank en snel te monteren. Het smeltpunt van staal ligt ongeveer bij 1700°C. Maar dat is een temperatuur die bij een brand nooit bereikt wordt. Dus kunnen we staal onbeschermd toepassen? Nee, want staal verliest bij verhitting namelijk sterkte. De mechanische eigenschappen verminderen dan aanzienlijk. Bij temperaturen van 400° C tot 700°C vermindert de effectieve vloeigrens van constructief staal aanzienlijk. Een belaste staalconstructie zal dus bij brand op een zeker moment de belasting niet meer kunnen dragen en zal bezwijken. De temperatuur waarbij dit gebeurt noemt men de kritieke staaltemperatuur. Bij een lagere belasting ligt deze temperatuur hoger. Ook de toepassing van het profiel (kolom of ligger) heeft invloed op de kritieke staaltemperatuur. In de praktijk wordt bij belaste kolommen en liggers een kritieke staaltemperatuur aangehouden van respectievelijk 530°C en 575°C.
“Met de beproevingsmethoden in de huidige van toepassing zijnde Eurocode 3, is de benodigde bekledingsdikte voor een bepaalde tijd te bepalen. Dat kan heel handig met de Promat Steel Calculator (Zie kadertekst, red.) of anders met tabellen”, legt Bijvank uit. “Bij het bepalen van de bekledingsdikte moet eerst het type profiel worden bepaald: bijvoorbeeld HE-A, HE-B of IPE. Dan wordt de toepassing bepaald: kolom of ligger. Aan hoeveel zijden wordt het profiel bekleed: aan drie of vier zijden? Vervolgens is met de tabel of calculator de dikte van de bekleding te bepalen op basis van de vereiste brandwerendheid en kritieke staaltemperatuur.”
Uiteraard moet ook voorkomen worden dat de brandwerende bekleding wegvalt. “Hiervoor zijn speciale constructies uitgedacht, die bij Efectis zijn onderzocht”, zegt Bijvank. Een andere optie is brandwerende watergedragen en vezelvrije verf die opschuimt bij brand. Deze is geschikt voor H- en I- balken en ronde en rechthoekige gesloten profielen. “Deze verf levert brandwerendheden van 60 tot zelfs 120 minuten, afhankelijk van het type verf, constructiedetails en kritieke staaltemperatuur. De laatste optie is een brandwerende spuitpleister die brandwerendheden oplevert van 30 tot zelfs 240 minuten. Deze brandwerende spuitpleister is op basis van Vermiculiet en Portland-cement. Uiteraard wordt dit product alleen door gespecialiseerde bedrijven aangebracht.”

De brandwerendheid van een houten draagconstructie is vooral afhankelijk van de afmetingen van de doorsneden. De lage warmtegeleiding van hout is gunstig. Een laag niet-verkoold hout van circa 5 mm is in staat om de hoge brandtemperatuur te reduceren tot een temperatuur van circa 100°C. Project: In Vancouver is een 53 meter hoog en achttien verdieping tellend houten studentencomplex gebouwd. Beeld: Acton Ostry Architects.

Hout

Brandwerende bekledingen voor draagconstructies moeten zo vroeg mogelijk in het bouwproces worden aangebracht. Veel brandwerende plaatmaterialen zijn waterbestendig, dus waterdicht hoeft het gebouw dan nog niet te zijn.

De brandwerendheid van een houten draagconstructie is vooral afhankelijk van de afmetingen van de doorsneden. De lage warmtegeleiding van hout is gunstig. Hierdoor kan een houten scheidingsconstructie – zoals een vloer, wand of deur – gedurende enige tijd aan het criterium van thermische isolatie voldoen. Een laag niet-verkoold hout van circa 5 mm is in staat om de hoge brandtemperatuur te reduceren tot een temperatuur van circa 100°C. Een nadeel is het kromtrekken van hout bij brand. Daar hebben vooral naar het vuur draaiende deuren last van.
De inbrandsnelheid van hout is afhankelijk van de volumieke massa. Vurenhout brandt in met een snelheid van circa 40 mm per uur. Hardhout heeft een grotere volumieke massa. Hier is de inbrandsnelheid circa 30 mm per uur. “Bij een dragende houtconstructie kun je dus de brandwerendheid op het gewenste niveau brengen door meer hout te gebruiken. Dat kan door de doorsnede te vergroten. Na de vereiste brandduur moet de gave kern dus de belasting nog kunnen dragen”, vertelt Bijvank.
“In plaats van de doorsnede te vergroten, kan het houten constructiedeel ook brandwerend worden bekleed. Tijdens een brand draagt deze brandwerende bekleding niet bij aan de vuurbelasting. Bijkomend voordeel is dat bij herstel na een brand, men zich kan beperken tot het vervangen van de brandwerende bekleding. Een andere optie is impregneren met een brandvertragend middel met een brandvertraging van 10 tot 20 minuten. Dat lijkt niet veel, maar je kunt hierdoor de ‘extra’ doorsnede van een houten draagconstructie die in het zicht ligt, toch verminderen.

Rookwerendheid

Naar verwachting treedt op zijn vroegst in 2019 het Besluit bouwwerken leefomgeving (Bbl), de opvolger van het huidige Bouwbesluit, in werking. Het Bbl bevat onder meer nieuwe regels voor de weerstand tegen rookdoorgang, in de volksmond rookwerendheid genoemd. Er moet opnieuw getest worden en de ‘anderhalf-keer-regel’ wordt afgeschaft. Wat betekent dit in de praktijk?
Momenteel wordt de rookwerendheid van diverse constructieonderdelen bepaald volgens de regels en testnormen die zijn vastgelegd in de NEN 6075 ‘Bepaling van de weerstand tegen rookdoorgang tussen ruimten’. Deze norm biedt twee bepalingsmethoden: de één is gebaseerd op brandwerendheid en de ander op rookdoorlatendheid. In de bepalingsmethode op brandwerendheid staat: ‘Bepaal de brandwerendheid van het constructieonderdeel volgens hoofdstuk 4 van NEN 6069, slechts uitgaande van het criterium van vlamdichtheid E. De rookwerendheid van het constructieonderdeel in een bepaalde richting wordt gelijkgesteld aan anderhalf maal de brandwerendheid van dit constructieonderdeel in dezelfde richting.’
Bijvank hierover: “Rook komt sneller door een constructie dan vuur. Bij brand ontstaat overdruk in een ruimte, waardoor rook door alle kieren en gaten wordt geperst. Daarom wordt de eis aan de rookwerendheid van een constructie 50 procent hoger gesteld. Uit het voorafgaande blijkt dat de rookwerendheid wordt uitgedrukt in tijd. Als een constructieonderdeel een brandwerendheid heeft van 60 minuten, wordt de rookwerendheid daarvan gelijk gesteld aan anderhalf keer die brandwerendheid: dus 90 minuten. Deze ‘anderhalf-keer-regel’ wordt in het Bbl losgelaten. Daarbij moet de daadwerkelijke rook-/luchtdoorlatendheid worden bepaald aan de hand van EN-testnormen, zoals de EN1634-3. Dat speelt vooral bij brandwerende doorvoeren, die we ook leveren. Een brandwerende doorvoer voorzien we daarom tegenwoordig van een extra steenwol rugvulling, die we afkitten.”

Bouwproces

Een brandwerende doorvoer moet ook een goede rookwerendheid bezitten.

Brandwerende bekledingen voor draagconstructies moeten volgens Bijvank zo vroeg mogelijk in het bouwproces worden aangebracht: “Hoe later in het proces, hoe lastiger het wordt door alle aanwezige installaties, binnenwanden, plafonds, enzovoort. Onze brandwerende plaatmaterialen zijn waterbestendig, dus waterdicht hoeft het gebouw dan nog niet te zijn. Maar als je werkt met gipsplaten of steenwolachtige producten, dan moet je oppassen met vocht. Dit vraag dus een goede planning.”
Het aanbrengen van brandwerende verf moet daarnaast door specialisten gebeuren. “Er moet een minimale laagdikte worden bereikt, anders haal je de voorgeschreven brandwerendheid niet. Dat betekent dat de laagdikte na afloop ook gecontroleerd moet worden. Ik kom nog regelmatig projecten tegen dat men denkt: ik zie het staal niet meer, dus de verf zit er goed op. Maar als je dan de laagdikte meet, merk je dat die plaatselijk veel te gering is.”
Binnen Promat is er volgens Bijvank steeds meer aandacht voor fire-safety engineering: “Daarbij kijken we naar het totale plaatje en niet alleen het product. Er zijn zeer veel factoren van invloed op de gewenste brandwerendheid: materialen, constructie, gebruik van een gebouw, vluchtgedrag en vluchtroutes, gebouwontwerp, enzovoort. Vooral het vluchtgedrag is een onvoorspelbare factor. Als mensen rook ruiken, slaan ze direct op de vlucht. Soms in blinde paniek zonder enig zicht op de hulpvraag van anderen en soms ook nog de verkeerde kant op. Maar bij een brandalarm gaan mensen eerst hun laatste mailtje versturen en staan dan rustig op. Met dit soort scenario’s moet je ook rekening houden. Door alle faalrisico’s in een soort foutenboom te plaatsen kom je tot optimale, integrale oplossingen.”

Steel Calculator

Stalen profielen zijn er in alle soorten en afmetingen. Zonder bijkomende bescherming hebben dragende profielen een brandweerstand van slechts vijftien minuten. Ze moeten hun dragende functie lang genoeg uitoefenen om de bewoners en/of gebruikers van een gebouw een uitgang te vrijwaren naar veiligheid.
Promat biedt, via zijn website, een digitale tool aan die al deze berekeningen voor u maakt: de Promat Steel Calculator. Dit is een online tool om de noodzakelijke (verplichte) brandbescherming te berekenen van stalen draagstructuren. Aan de hand van enkele criteria, die specifiek zijn voor uw project, kunt u de dikte berekenen van brandwerende platen, brandwerende verven en brandwerende spuitmortel van Promat. De vereiste plaatsingsdiktes, toepassingen, enzovoort, worden in een kant-en-klaar document aangeleverd, dat u via e-mail kan versturen.