Kantoren
Draagconstructies
Gevels
Wanden
Tools BmS
Hallen
Draagconstructies
Gevels
Wanden
Tools BmS
Woningen
Draagconstructies
Gevels
Wanden
Tools BmS
Hoogbouw
Draagconstructies
Gevels
Wanden
Tools BmS
Parkeergarages
Draagconstructies
Gevels
Wanden
Tools BmS

Hallen

Airbus A380 Assemblagehallen S7X en S5X, Toulouse

  • S7X: hal voor assemblage vliegtuigconstructie, max. inpandige hoogte: 32,3 m, max. uitwendige hoogte 46 m, grondvlak 115x250 m;
  • S5X: hal voor assemblage hydraulica en elektrische installaties, max. inpandige hoogte: 32,3 m, max. uitwendige hoogte: 46 m, grondvlak: 95x100 m
  • 2000-2004
  • FSE – componentenbenadering met natuurlijke brand

Begin deze eeuw was het assemblagecomplex Airbus A380 een van de belangrijkste industriële bouwprojecten in Frankrijk. In juli 2006 werd hier de eerste A380 opgeleverd. Het complex beslaat zo'n 300 ha. De gebouwen zijn geplaatst aan een noord-zuid as, in afstemming met de verschillende stadia van de vliegtuigfabricage. Dit proces start in het noorden met de assemblage van de vliegtuigconstructie in hal S7X. Daarna gaat het vliegtuig door naar de naburige hal S5X voor de hydraulische en electrische uitrusting.

Constructie

Alle gebouwen van het complex hebben een stalen draagconstructie. De meeste, waaronder S7X en S5X, zijn identiek uitgevoerd als vakwerkconstructie met slanke gebouwhoge kolommen en vakwerkliggers. De schaaldaken zijn – net als de gevels – bekleed met dunne staalplaat. De stabiliteit komt uit windverbanden in de gevels en twee vakwerkportalen in breedterichting, in het midden van de hal. Eén portaal staat op eenderde van de langsoverspanning, de tweede op tweederde.

Brandveiligheid

Uitgangspunten

Voor S7X en S5X waren de gangbare brandveiligheidseisen en -oplossingen niet geschikt. Met de ervaring en (experimentele) gegevens van vergelijkbare constructies en in overleg met brandweer en verzekeraar, werd besloten tot een sprinklerinstallatie in elke hal en een brandwerende scheidingswand van beton tussen beide. De vervolgvraag 'wat gebeurt er met de ene hal als de andere hal door brand bezwijkt'? werd onderwerp van FSE-studie met natuurlijke brand.

Aanpak

Bij de studie heeft adviseur CTICM drie brandscenario's onder de loep genomen.

  • brand in een vrachtwagen met vliegtuigonderdelen, direct naast een kolom;
  • brand in een vliegtuig in aanbouw, nog zonder benzine, hydraulica en elektra, verder van de kolommen verwijderd;
  • brand in een vliegtuig mét benzine en uitrusting, wederom op afstand van de kolommen.

Hierbij is vooraf aangenomen dat bij brand de kolommen de meest kwestbare onderdelen van de staalconstructie zijn. Het gedrag van de kolommen bij brand is vervolgens 'vertaald' naar de constructie als geheel.

Resultaat

Bij alle drie scenario's blijkt een groot gevaar op bezwijken van de kolommen (zónder passieve bescherming in de vorm van bekleding of coating). Als dit gebeurt, dan ontstaan grote krachten in de vakwerkliggers (schokbelasting) en raakt de betonnen brandwand ernstig beschadigd. Als extra maatregel volstond het verhogen van de wateropbrengst van de sprinklers nabij de kolommen. Passieve bescherming van de constructie kon achterwege blijven.

  • Brandveiligheidsadvies: CTICM (Centre Technique de la Construction Métallique)
  • Architectuur: Cardette-Huet and ADPi Architectes et Ingénieurs
  • Constructief ontwerp: Technip-Coflexip, Jaillet-Rouby
  • Info en video staalbouw: www.constructalia.com
  • Toelichting brandveiligheid

Brandweerkazerne Berkel en Rodenrijs

De geometrie in combinatie met de lage vuurbelasting, maakt dat een brand in deze brandweerkazerne zich in werkelijkheid traag ontwikkelt.  Een serie tests volgens het natuurlijk-brandconcept heeft aangetoond dat de staalconstructie geen brandwerende bekleding nodig heeft. De geometrie van het gebouw en de vuurbelasting die bij brand werkelijk optreedt, maken dat de hoofddraagconstructie ten minste 90 minuten standhoudt. Bij een eis van 60 minuten brandwerendheid (na aftrek van 30 minuten vanwege de geringe permanente vuurbelasting), blijft de staalconstructie onbehandeld in het zicht. Een deel van de constructie – een portaal met vakwerken – staat buiten het gebouw.

Supermarkt, Esch surAlzette (Luxemburg)

Deze middelgrote supermarkt is onderdeel van winkelcentrum Cactus en markeert de overgang van hoge gebouwen naar eengezinswoningen in het stadscentrum van Esch sur Alzette. De wens van de eigenaar – een a-typische markthal – is vertaald in een ruimtelijke staalconstructie met glaswanden in de kopgevels.

Constructie

De halconstructie bestaat uit zes stalen portalen met een totale overspanning van 20 m en een maximale hoogte van 9,13 m. Elk portaal is opgebouwd uit 7,55 m hoge HE500 B kolommen (in staalkwaliteit S235) en max. 590 mm hoge gebogen raatliggers van HEB 450 profielen (S235). De gaten in de ligger zijn 400 mm diameter en liggen 600 mm h.o.h. Op de portalen rusten gordingen (IPE 200) met een geïsoleerde stalen dakbeplating.
De stabiliteit in langsrichting wordt verzorgd door de portalen. In dwarsrichting komt de stabiliteit voor rekening van een schoor in beide kopgevels.

Brandveiligheid

Uitgangspunten

Vanwege de hoogte (meer dan 9 m), de winkelfunctie en de direct omliggende (winkel)bebouwing werd een eis van 90 minuten brandwerendheid aan de constructie gesteld. Na goedkeuring door de gemeente ging adviseur ProfilArbed-Research aan de slag met het natuurlijk brandconcept om de brandwerendheid van de constructie vast te stellen. Dit gebeurde volgens EN 1991-1-2 en op basis van een karakteristieke vuurbelasting van 730 MJ/m2.
Rekening werd gehouden met de effecten van een rookafvoerinstallatie en een automatische brandmeldinstallatie met doormelding aan de brandweer. Vanwege de beperkte gebouwomvang was een sprinkler geen logische optie.

Aanpak

De temperatuurontwikkeling en de staaltemperatuur bij natuurlijke brand zijn berekend met het computerprogramma Ozone. Lokale temperatuurstijgingen zijn geregistreerd volgens de Hasemi-methode. De analyse van brekend glas in de kopgevels is uitgevoerd aan de hand van simulaties. De staaltemperatuur van de kolommen bleek lokaal op te lopen tot 880 ºC. Via een 3D eindige-elementenanalyse is de thermische response van de staalconstructie als geheel bepaald. Hierbij is een volledig driedimensionaal model van het gebouw in het programma SAFIR ingezet.

Resultaat

Door FSE met natuurlijke brand is aangetoond dat de kolommen en liggers zonder brandwerende bekleding 90 minuten natuurlijke brand kunnen weerstaan. Wel zijn de lassen in de raatliggers verzwaard van 3 tot 5 mm.

  • Brandveiligheidsadvies: ProfilArbed-Research
  • Architectuur: Paczowski Fritsch Associés
  • Constructief ontwerp: Schroeder & Associés
  • Toelichting brandveiligheid

‘Stabilio’: stalen hallen met Ozone – studievoorbeeld

Constructie

De draagconstructie van de opslaghal bestaat uit een staalskelet met een begane grondvloer van 15 cm beton. Het dak is opgebouwd uit 0,75 mm staal, 100 mm steenwol en 1,2 mm kunststof. In het dak zijn polycarbonaat daklichten aangebracht. Twee gevels zijn van 140 mm beton, de twee andere van sandwichpanelen: 130 mm steenwol tussen een 0,75 mm dunne stalen binnen- en buitenplaat. Een van de langsgevels bezit twee loopdeuren, elk 1x2,3m. De kopgevel telt twee overheaddeuren, elk 4x4,5 m.

 

Brandveiligheid

Uitgangspunten

In dit praktijkvoorbeeld zijn de temperatuurontwikkeling bij brand en de thermische response van de staalconstructie bepaald via FSE volgens het natuurlijk-brandconcept en met een componentenbenadering. Uitgangspunten voor de berekeningen zijn:

  • de bedrijfshal dient voor opslag van tentoonstellingsmateriaal en de opbouw van bijvoorbeeld stands;
  • de brandwerendheidseis voor de constructie bedraagt 30 minuten in verband met brandoverslag naar het buurtperceel. De gevel van de hal staat namelijk vlakbij de perceelgrens.
  • de karakteristieke vuurbelasting is – in het kader van de methode Beheersbaarheid van Brand voor grote brandcompartimenten – vastgesteld op 760MJ/m2;
  • bij de daklichten ontstaat een opening, als de temperatuur van de warme rooklaag tussen 150 ºC en 200 ºC is.

Voor de brandkarakteristieken uitbreidingssnelheid en brandvermogensdichtheid zijn de volgende, veilige aannamen gedaan:

  • uitbreidingssnelheid is ‘snel’ = 150 sec.
    (De uitbreidingssnelheid is de snelheid waarmee een brand na zijn ontstaan, op een bepaalde plaats een vermogen van 1 MW bereikt.);
  • brandvermogensdichtheid: 500 kW/m2.
    (De brandvermogensdichtheid (kW/m2) is de hoeveel energie (J) die per m2 en per seconde vrijkomt, zodra de brand zich op een bepaalde plaats volledig heeft ontwikkeld. Ook wel: Rate of Heat Release (RHR)).

De hal is toegerust met een automatische brandalarminstallatie (zónder automatische doormelding aan de brandweer). Dit geeft de volgende partiële veiligheidsfactoren:

  • brandalarminstallatie: γn,3 = 0,87;
  • inzet gemeentelijke brandweer: γn,7 = 0,78. 

Aanpak

De natuurlijke brandberekeningen zijn uitgevoerd volgens de Eurocode EN 1991-1-2, met behulp van Ozone. Met dit computerprogramma is:

  1. de ontwikkeling van de brandvermogensdichtheid in de tijd berekend;
  2. de ontwikkeling van de temperatuur in de warme en koude laag (en na vlamoverslag (flashover) in de gemengde zone) bij een natuurlijke brand geregistreerd;
  3. de temperatuur van het staal tijdens de brand bepaald.

De berekeningen zijn gemaakt voor de liggers. Deze IPE-300 profielen zijn representatief onderdeel van de hoofddraagconstructie (componentenbenadering). De berekeningsresultaten voor de liggers zijn vervolgens doorvertaald naar de gehele constructie.

Bij de berekeningen zijn twee maatgevende scenario’s van natuurlijke brand gehanteerd:

  1. Met alle deuren open.
  2. Met alle deuren dicht.

 

Scenario 1 – Met alle deuren open – voor IPE 300 liggers


A. Temperatuurontwikkeling. 
Na ongeveer 10 minuten brand wordt flashover bereikt. Vanaf dat moment is er sprake van een volledig ontwikkelde brand. Het twee-zone model (hete zone boven en koude zone onder) gaat over in een één-zonemodel, waarin nog slechts één temperatuur wordt gemeten. Na ongeveer 55 minuten bij een temperatuur van iets meer dan 1200 ºC start de dooffase.


B. Brandvermogen. 
Voorafgaand aan de berekening wordt ervan uitgegaan dat het brandvermogens gestaag oploopt tot een maximum van ongeveer 650 MW bij 65 minuten. Daarna zet een snel verval in (zie rode lijn). De berekening (groene lijn) toont een abrupte stijging van het vermogen: na ongeveer 35 is het maximum bereikt. Dit maximum ligt echter ver onder het uitgangspunt: zo’n 520 MW in plaats van 650. Na ongeveer 55 minuten gaat het brandvermogen met vergelijkbare snelheid omlaag.


C. Staaltemperatuur. 
Na 30 minuten – de brandwerendheidseis – bedraagt de temperatuur van de liggers 283 ºC. Dat is ruim onder de kritieke staaltemperatuur van 505 ºC (die na zo’n 37 minuten wordt bereikt).

 

Scenario 2 – Met alle deuren dicht – voor IPE 300 liggers


A. Temperatuurontwikkeling. 
In vergelijking met het scenario met alle deuren open, loopt de temperatuur aanzienlijk minder hoog op; tot maximaal 650 ºC na ongeveer 50 minuten). Het temperatuuverloop vertoont duidelijke verschillen met het eerste scenario: een dip tussen de 25e en 55e minuut en minder snelle daling nadat de maximale temperatuur is bereikt. De flashover heeft – net als in het eerste scenario – plaats na ongeveer 10 minuten.

B. Brandvermogen.
De ‘input’ is dezelfde als bij scenario 1: vooraf wordt uitgegaan van een maximum brandvermogen van ongeveer 650 MW bij 65 minuten (rode lijn). De berekening (groene lijn) geeft bij dit scenario een maximale vermogensdichtheid van 100 MW na ongeveer 25 minuten. Dit maximum houdt stand tot de 55e minuut en zakt daarna snel naar nihil. Met 100 MW blijft het maximale brandvermogen – vergeleken met scenario 1 – nog verder verwijderd van het uitgangspunt van 650 MW.

C. Staaltemperatuur. 
Na 30 minuten – de brandwerendheidseis – bedraagt de temperatuur van de liggers 437 ºC. Wederom ruim onder de kritieke staaltemperatuur van 505 ºC. Deze temperatuur wordt bereikt na ongeveer 50 minuten.

 

Resultaat

In beide scenario’s – alle deuren open en alle deuren dicht – mogen de stalen liggers onbekleed blijven. Aangezien de liggers hier maatgevend zijn voor de gehele staalconstructie, mogen passieve voorzieningen voor álle onderdelen van de constructie achterwege blijven.

  • Auteur: dr.ir. Ralph Hamerlink (Bouwen met Staal en Adviesbureau Hamerlinck)
Louis Braillelaan 80      2719 EK  Zoetermeer      Tel: +31(0)88 353 12 12      Contact      Disclaimer      Sitemap
Bouwen met Staal  © 2017      Uitvoering: Bruikman Reclame  +  LinkmasterMonkey