Brandwerendheid kanaalplaatvloeren

Eerste onderzoek brandwerendheid kanaalplaatvloeren, 2009

Eind november 2009 hebben TNO Bouw en Ondergrond, Efectis Nederland en Stichting Expertisecentrum Regelgeving Bouw (ERB) hun eerste gezamenlijk onderzoek afgerond naar de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren met een gewapende druklaag. De onderzoeksopdracht kwam van de vereniging van betonfabrikanten BFBN.

Aanleiding was de brand in een meerlaagse parkeergarage in de plint van een appartementengebouw aan de Lloydstraat in Rotterdam, in oktober 2007. Bij deze brand ontstonden lange horizontale scheuren in de lijven van de kanaalplaatvloeren en vielen van meerdere platen de onderschillen naar beneden.

Op grond van hun analyse van deze en vergelijkbare praktijkbranden en brandproeven constateren de onderzoekers dat de gangbare manier van toetsen van de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren – uitsluitend op buiging volgens NEN 6071 – niet in alle gevallen volstaat. Naast buiging is een toetsing op dwarskracht noodzakelijk, aangevuld met extra eisen aan de vloerdetaillering bij kanaalplaatvloeren die onderdeel zijn van de hoofddraagconstructie óf van een brandcompartiment en moeten voldoen aan een brandwerendheideis van 60 minuten of meer. Nog zwaardere maatregelen zijn vereist bij gebouwen met veel publiek (zoals theaters en expohallen), gebouwen met minder redzame gebruikers (zoals ziekenhuizen en verpleeghuizen), hoogbouw en ondergronds bouwen.

Vervolg-onderzoek brandwerendheid kanaalplaatvloeren, 2011

Om meer inzicht te krijgen in de oorzaken en (mogelijke) gevolgen van horizontale scheurvorming in de dammen van de kanaalplaten hebben TNO, Efectis en ERB in 2010/2011 een uitgebreid vervolg-onderzoek uitgevoerd. Dat gebeurde wederom namens BFBN en ditmaal samen met DGMR en Adviesbureau ir. J.G. Hageman. De studie omvatte enkele brandproeven op delen van kanaalplaatvloeren, zowel met als zonder druklaag, het verzamelen van data uit bestaande proeven, numerieke analyses van het gedrag van kanaalplaatvloeren bij brand en een nadere beschouwing van de regelgeving.

Het onderzoek geeft aan dat een kanaalplaatvloer met een relatief dikke toplaag (druklaag met constructief samenwerkende afwerklaag) tijdens brand onvoldoende kan vervormen aan de bovenzijde, waardoor in de dammen horizontale scheuren ontstaan en de onderschil vroegtijdig bezwijkt. (Het gedrag van de vloer in dwarsrichting blijkt dominant t.o.v. het gedrag in langsrichting). Wat resteert van de vloerconstructie is een weinig draagkrachtige combinatie van een vrijwel ongewapende bovenflens en de gewapende druklaag.

Indien de vloer aan de bovenzijde wél vrij kan vervormen, ontstaan bij brand als eerste, al vrij snel verticale scheuren in de flenzen, onder en bij de kanalen. HIerdoor wordt het (horizontaal) scheuren van de dammen verhinderd of in elk geval in een vroeg stadium gestopt. Eigenlijk is de kanaalplaatvloer dan getransformeerd tot een soort balkenvloer van I-vormige liggers op korte onderlinge afstanden, die nog voldoende in staat is om de (gereduceerde) belastingen bij brand op te nemen.

Bij toplaagdikten tot en met 50 mm verwachten de onderzoekers geen gevaar op het loslaten van de onderschil, bij dikten tussen 50 en 70 mm is er een bepaald risico, bij 70 mm of meer is aannemelijk dat de onderschil wegvalt. Als toplaag geldt hierbij de druklaag plus de afwerklaag, afhankelijk van de sterkteklasse van de afwerklaag. Bij bepaalde sterkteklassen mag de toplaagdikte gelijk zijn aan de dikte van de druklaag plus de halve afwerklaag.

Aanbevelingen

Op grond van het onderzoek beveelt BFBN aan om de brandwerendheid van kanaalplaatvloeren te berekenen op buiging volgens NEN-EN 1990 in verbinding met NEN-EN 1991-1-2 en NEN-EN 1992-1-2. Daarnaast wordt aanbevolen om de dwarskrachtcapaciteit bij brand te bepalen aan de hand van Annex G van de EN 1168/A3. Uit dit normblad volgt dat dwarskrachtbreuk géén maatgevend mechanisme is bij een brandwerendheidseis van 30 minuten. Voor 60 minuten of meer geeft EN 1168 rekenregels om de dwarskracht te toetsen.

Voor vloeren met een toplaag worden aanvullende maatregelen geadviseerd, als:
▪ de toplaag dikker is dan 70 mm bij constructies in de gevolgklassen 2a, 2b of 3 óf
▪ de toplaag 50–70 mm dik is en de gevolgklasse 2b of 3 van toepassing is.

Die extra maatregelen kunnen zijn:
▪ gebaseerd op een risico-analyse volgens NEN-EN 1991-1-7, op basis van gelijkwaardigheid, óf
▪ gebaseerd op de aanwezigheid van een tweede draagweg na het bezwijken van de onderschil, óf
▪ toepassing van een sprinklerinstallatie onder de vloer die aan de brand is blootgesteld óf
▪ beperking van de temperatuur van het betonoppervlak tot max. 200 °C gedurende de vereiste brandwerendheidsduur.

De aanbevelingen zijn bestemd voor nieuwbouw, maar gelden evenzeer voor bestaande bouw. Wel mag bij bestaande bouw rekening worden gehouden met het rechtens verkregen niveau. In dat geval kán een lagere brandwerendheidseis en lagere belastingen bij brand worden aangehouden.
Het onderzoeksteam is inmiddels gestart met een tweede vervolgonderzoek om de inzichten in het gedrag van kanaalplaatvloeren bij brand verder te vergroten.

• De BFBN heeft de onderzoeksconclusies vastgelegd in een brief van 16 juni 2011.  In de bijlage bij deze brief worden de aanbevolen rekenmethode en aanvullende maatregelen belicht. De brief is hier als PDF beschikbaar.

• Het vakblad Cement, nr. 5 (2011) gaat uitvoerig in op het onderzoek. Een uitgebreid onderzoeksverslag met de achtergronden van de aanbevelingen is te vinden in artikel 1. Artikel 2 geeft een nadere toelichting op de voorgestelde maatregelen. Ter aanvulling rapporteert artikel 3 over recent onderzoek aan de TU Eindhoven naar het gedrag van kanaalplaatvloeren in dwarsrichting.

Kanaalplaatvloer en de samenhang

In het CUR/BmS-rapport 'Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde stalen liggers en de CUR/BmS-Aanbeveling 104 ‘Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde liggers’¹ staat vermeld waaraan kanaalplaten in combinatie met geïntegreerde liggers moeten voldoen afhankelijk van de brandwerendheidseis. Hieronder vindt u een samenvatting van de vereisten. Hierbij zijn de teksten over de constructieve druklaag aangepast aan de BFBN-brief van juni 2011:

30 of 60 minuten

• koppelwapening (in langsvoegen of kopsleuven) voor de horizontale (schijf)krachten en voor de samenhang van de vloer, zoals vereist in paragraaf 9.10 van NEN-EN 1992-1-1 óf
• een constructieve druklaag van minimaal 50 mm (bij gevolgklasse 2b of 3) dan wel maximaal 70 mm (bij gevolgklasse 2a) met een kruisnet van minimaal ø 5-200. Het toepassen van een druklaag met een afwerklaag is niet toegestaan als de afwerklaag schuifvast is verbonden met de druklaag.

90 minuten
In aanvulling op de eisen bij 30 of 60 minuten:

• de onderplaat van de geïntegreerde ligger beschermen met een bekleding, waarvan de dikte is gebaseerd op een maximale staaltemperatuur van 650 °C óf
• de belastinggraad met betrekking tot dwarskracht van de kanaalplaten van ≤ 0,2 (de verhouding tussen de rekenwaarden van de optredende dwarskracht bij brand en van de opneembare dwarskracht bij kamertemperatuur) én een koppelwapening in de kopsleuven van minimaal ø 10 over 600 mm óf
• een constructieve druklaag (zie onder '30 of 60 minuten').

120 minuten
In aanvulling op de eisen bij 90 minuten:

• een constructieve druklaag (zie onder '30 of 60 minuten') én koppelwapening (minimaal ø 10 over 600 mm) in 2 kopsleuven per kanaalplaat. Daarnaast moet worden voldaan aan de 0,2-belastinggraadvoorwaarde voor de kanaalplaat óf aan de 650 °C-voorwaarde voor de onderplaat van de geïntegreerde ligger.

Verder moeten de kanaalplaten (uiteraard) de vereiste brandwerendheid volgens NEN 6069 of NEN-EN 1992-1-2 hebben. Hierbij moeten de omstandigheden van (verhinderde) vervorming in dwarsrichting worden meegenomen in de beoordeling. Hierbij zijn de BFBN-aanbevelingen uit de brief van juni 2011 te hanteren.

Mogelijke staafvormen van koppelwapening (niet-constructieve afwerklaag is niet getekend).