Brandwerende elementengevels 28 Artikel Op binnenstedelijke locaties verschijnen steeds meer hoge gebouwen. Gevels van het elementenbouwtype zijn voor dit soort gebouwen erg ge- schikt vanwege de hoge mate van repetitie in het gevelvlak en de snelle bouwfase door prefabricage. Het ontwikkelen van een brandwerende vari- ant van deze elementengevel was ontwerpcasus in mijn onderzoek. Voor- dat echter op technische oplossingen over wordt gegaan, moet vastge- steld worden aan welke brandwerendheidseisen een dergelijk element dient te voldoen. Regelgeving Brand is een complex fysisch fenomeen, waar we gelukkig steeds meer kennis over vergaren. Als gevolg van deze kennisstijging en een aantal grote rampen de laatste jaren, is dan ook een trend zichtbaar waarin de regelgeving op dit gebied steeds beter opgesteld en nageleefd wordt. Toch is deze regelgeving niet altijd even eenvoudig te interpreteren en zijn er nog heel wat grijze gebieden te bespeuren. Een heikel punt dat tijdens mijn afstudeeronderzoek naar voren kwam en dat de troebelheid van de regelgeving kan illustreren, betreft de manier waarop de brandoverslageisen zijn vastgelegd. In Nederland wordt een ge- bouw opgedeeld in zones of compartimenten. De scheidingsconstructies op de randen van deze compartimenten moeten gedurende een zekere tijd verhinderen dat de brand zich uitbreidt van het ene naar het andere brand- compartiment. Voor binnenwanden spreken we dan over `weerstand tot branddoorslag' (WBD). Voor buitengevels waar branduitbreiding via de bui- tenlucht plaatsvindt naar boven- of naastgelegen verdiepingen, gaat het om `weerstand tot brandoverslag' (WBO). De eisen op beide uitbreidings- trajecten worden ook wel samengevat in de weerstand tot branddoorslag en brandoverslag (WBDBO). In Nederland zijn de eisen daaromtrent vast- gelegd in de norm NEN 6068, die niet alleen de bouwdelen aanwijst die brandwerend moeten zijn, maar ook vertelt voor welke tijdsduur. Onduidelijk Het lijkt logisch dat het minimaal een uur duurt voordat de brand in het volgende compartiment is indien men een gevel toepast die voldoet aan een WBDBO-eis van 60 minuten. Dat is echter niet het geval. Als men NEN 6068 tot op de letter uitpluist, blijkt een geveldeel met een brand- werendheid van 30 minuten geclassificeerd te worden als zijnde `geen opening'. Daarmee is dit geveldeel, volgens de norm althans, uitgesloten van brandoverslag. Dit leidt ertoe dat een gevel die gebouwd is volgens optie A ?f optie B op onderstaande afbeelding, met slechts ??n gevel- deel dat 30 minuten brandwerend is, voldoet aan de wettelijke WBDBO- eis van 60 minuten. Uiteraard is dit iets waar bouwpartijen gretig gebruik van maken. Brandwerende elementengevels Johan Hendrix Het ontwikkelen van brandwerende bouwproducten gaat vaak gepaard met relatief hoge investerings kosten, niet in de laatste plaats door de prestatie aantonende brandtest. Al snel wordt gesproken over 50.000 tot 100.000 euro van eerste ontwerp tot en met beproeving. Maar er zijn alternatieven; middels computersimulatie en pretesten kan het ontwikkel traject betaalbaar en effectief gehouden worden. Dit blijkt uit het afstudeeronderzoek van Johan Hendrix aan de TU/e. Brandwerende elementengevels 29 Artikel Haalbaarheid Deze methode waarbij een proefstuk in een kleine oven wordt geplaatst, is voor het afstudeeronderzoek gebruikt om een elementengevelontwerp op haalbaarheid te onderzoeken. De basis daarvoor lag bij een bestaand hoogisolerend ontwerp van Utimal; een Oskomera-elementengevel uitge- voerd in een houtaluminium combinatie. Het dragende kokerprofiel dat zich normaal in een aluminium gevel aan de binnenzijde bevindt, is bij het Utimal-systeem vervangen door een houten profiel. Om de brandprestaties van dit geveltype te bepalen, is het belang- rijk te weten hoe snel de gebruikte houtsoort wegbrandt. Hout heeft een inbrandsnelheid die relatief constant is in de tijd. Een brandhaard wordt heter naarmate de brand aanwakkert, terwijl het hout een steeds dikker wordend koolbeschermlaagje vormt dat deze effecten teniet doet. Om te zien of er voldoende hout overblijft na 30 minuten blootstelling aan de `standaardbrand' is een pretest vormgegeven voor een kleine oven. Daartoe zijn drie blokken hout blootgesteld aan brand, elk gedurende een andere tijdsduur (respectievelijk 10, 20 en 30 minuten). Met behulp van de resultaten omtrent de inbrandsnelheid is het mogelijk geworden de stijlen te dimensioneren naar gelang de gevraagde brandwerendheidsprestatie. Ook is de inbranding van vingerlassen en lijmnaden in de beproeving mee- genomen. Door op deze manier te testen, is met een relatief eenvoudige beproeving al snel duidelijk of een oplossingsrichting zinvol is en welke gevolgen die heeft voor het gevelontwerp. Om deze gevel te classificeren zal nog een brandtest op grote schaal plaats moeten vinden. Als we als uitgangspunt nemen dat het 60 minuten moet duren voordat een brand zich naar het volgende compartiment verspreidt, dan kunnen we ervoor kiezen dit daadwerkelijk na te leven en de eisen in de norm aan te passen. Een andere optie is accepteren dat dit niet het geval is en ver- volgens ook spreken van een WBDBO van 30 in plaats van 60 minuten. Over het gewenste niveau van veiligheid valt te discussi?ren, want het is bijvoorbeeld de vraag of we van de brandweer kunnen verwachten dat zij bij opkomende hoogbouw in binnenstedelijke gebieden binnen 30 minu- ten de gevel kan blussen. In elk geval is wel vast te stellen dat er nog een hele stap tot verduidelijking gemaakt kan worden. Twee manieren Een bouwende partij kan twee kanten opgaan: hij kan exact voldoen aan de gestelde eisen, of hij kan ervoor kiezen een extra veiligheidsniveau aan te bieden. Daarbij bestaan er twee manieren om er zeker van te zijn dat een gevel een bepaalde prestatie behaalt en daarmee de veiligheid waar- borgt. Ten eerste kan er een `expert judgement' aangevraagd worden. Op dat moment beoordeelt een ter zake kundige partij (meestal een adviesbu- reau dan wel brandlaboratorium) op basis van eerdere testresultaten en ervaring of een voorgestelde gevelopbouw voldoet. Indien met het betref- fende product nog geen ervaring is opgedaan, zal uitgeweken moeten worden naar de tweede mogelijkheid om de prestatie aan te tonen: het opstellen en uitvoeren van een brandproef. Daarbij is exact waarneembaar welke reactie een gevel vertoont op brand, en hoeveel minuten de ontwor- pen gevel de brand kan weerstaan. Om gevoel te krijgen voor het slagen voor een brandproef, is het mogelijk eerst een kleine oven te gebruiken voor een pretest om te zien of cruciale delen het uithouden. Daarmee wordt de faalkans van de grote test kleiner. optie A optie B Utimal binnenzijde Utimal buitenzijde 0 min. 10 min. 20 min. 30 min. Brandwerende elementengevels 31 Artikel Alternatieven Zoals gezegd, is een full-size brandtest een flinke investering die al snel in de orde van grootte van 50.000 tot 100.000 euro valt voor alle kosten vanaf het eerste tekenwerk tot en met de daadwerkelijke test. Ik heb daar- om in het onderzoek gekeken of het daarnaast ook mogelijk is om op een andere manier een inschatting te maken van de reactie van gevels op brand. In nauwe samenwerking met Efectis Nederland is een computersi- mulatie opgezet in het eindige elementenprogramma Diana. Daartoe is een reeds op brandgeteste gevelconstructie ingevoerd die fictief is bloot- gesteld aan brand om te zien of de uitvoer overeenkwam met de daadwer- kelijk aangetoonde verschijnselen. De verhitting en doorbuiging van de middenstijl in het computermodel is vergeleken met de gegevens uit de brandtest. Deze bleken verrassend goed overeen te komen. De delen van het profiel die in werkelijkheid het smeltpunt hadden bereikt, werden in het model ook als dusdanig gemar- keerd. De door het model geschatte doorbuiging die ontstaat door de verhitting verschilde slechts 1 mm. met de werkelijkheid. Uiteraard is het model nog verder te verfijnen en is het nog verre van accuraat, maar het geeft wel al een redelijke inschatting met betrekking tot de haalbaarheid van een ontwerp. Een tweede elementengevelontwerp is daarom ingevoerd in dit model. Dit- maal was deze gebaseerd op een standaard aluminium gevelontwerp ge- vuld met brandwerende maatregelen. Door de opbouw van deze gevel in het computermodel in te voeren, is gekeken hoe snel de opwarming van het aluminium profiel zal verlopen, en welke delen op welk moment zullen be- zwijken. De afmetingen van de minimaal benodigde profielvulling is op die manier ingeschat, waarna een passend ontwerp gemaakt kon worden. Conclusie Met een kleine test of met een softwaresimulatie is op een snelle manier een re?le inschatting verkregen van de haalbaarheid van beide oplossingsrichtin- gen. Op die manier blijft het ontwikkeltraject betaalbaar en effectief. Full-size brandtesten blijven in de toekomst altijd voor nuttige input en verificatie zor- gen, maar softwaresimulaties lijken een veelbelovende aanvulling te zijn. Ze kunnen niet alleen van nut zijn bij het productontwikkelingstraject, maar ook bij de beoordeling van ontwerpvarianten. In de bouw is het immers zeld- zaam dat een brandwerend constructiedeel een exacte replica is van het initieel beproefde ontwerp. Zeker na invoering van de op handen zijnde CE- markering voor brandwerende geveldelen, kunnen deze voorspellingsme- thoden een welkom instrument vormen om uiteindelijk zowel de veiligheid als de architectonische ontwerpvrijheid te blijven garanderen. Kleur Temp. (?C) 650 640 630 620 610 600 590 580 Modeluitvoer doorsnede element scheiding na simulatie van 30 min. standaardbrand. Vergelijking uitkomsten model vs. brandproef. Brandproef als basis dienend voor het model.