Värmeledningsberäkningar för föränderliga konstruktioner vid brand

Att inte alltid behöva använda sig av typgodkända lösningar medför en ökad flexibilitet, inte minst i byggbranschen. För byggherrar, konstruktörer, arkitekter och andra discipliner innebär en sådan flexibilitet att exempelvis mer kostnadseffektiva, mer platsoptimerade och mer häpnadsväckande byggnadsverk kan uppföras. När sådana obeprövade utformningar önskas realiseras måste det emellertid valideras på annat sätt att dessa uppfyller de krav som ställs. Utvärderingar av detta slag behöver göras med så korrekta bedömningar och förutsättningar som möjligt, men samtidigt på ett sätt så att en hög tillförlitlighet finns till resultatet. Vid optimering av brandskydd för bärande och avskiljande konstruktioner bör särskild beaktning tas när de inte kan förväntas vara oförändrade under ett helt brandförlopp. Den här artikeln behandlar just tillvägagångssätt för optimering av brandskydd av konstruktioner. Den fokuserar främst på simuleringar och beräkningar med återupptagning, som är en metod för att beakta att konstruktioner förändras under ett brandförlopp, något som också kan appliceras på den enklaste av konstruktioner med till exempel gips.

En brand är i verkligheten svår att förutse exakt hur den kommer att bete sig. Det finns många faktorer som påverkar ett brandförlopp: vad det är som brinner, hur mycket brännbart material som finns tillgängligt, hur stor tillgången till syre är, om det finns automatiska släcksystem installerade osv.

I en modell av en brand riskerar användaren att påverka resultaten på ett sätt som ger lösningar som är på den osäkra sidan, eftersom det finns ingångsvärden och parametrar som inte är reglerade. Med hänsyn till att vi idag ofta använder olika simuleringsverktyg, som är förenklade modeller av verkligheten, så kan det påstås att användarna har stor makt över vilka lösningar som föreskrivs.

Så klart finns det rekommenderade riktlinjer, lagar och andra regler som i viss mån kan hjälpa användarna att göra bra antaganden när en modell sätts upp. Med hänsyn till att valen som görs direkt påverkar slutresultatet är det viktigt att inte göra felaktiga antaganden, och där osäkerheter finns bör konservativa värden användas för att inte erhålla lösningar som är på den osäkra sidan.

En modell av en föränderlig domän

En av de vanligaste utmaningarna inom brandrelaterade värmeledningsberäkningar för konstruktioner är att definiera hur materialegenskaper förändras med temperaturen. Utöver väldokumenterade generella byggnadsmaterial, såsom stål och betong, finns det ofta endast initialvärden i rumstemperatur att tillgå. Att till exempel härleda det temperaturberoende värmeledningstalet för en specifik isoleringsprodukt kan vara en omfattande procedur som kräver en kombination av provningar och beräkningar. Överlag är det kanske anmärkningsvärt få produkter som har dokumenterade materialegenskaper upp till de temperaturer som motsvarar vanlig klassificering, men med kända egenskaper är det åtminstone enkelt att genomföra brandrelaterade beräkningar.

En svårare utmaning är ibland att beakta förändringar i konstruktioner under simulerat brandförlopp. Detta kan avse delar som inte bara förlorar sin isolerande förmåga, utan också förbrukas, faller av, kalcinerar, förkolnar, eller antänder under förloppet. Förenklade försök med att enbart modifiera de termiska egenskaperna över temperaturen i modellen, för att på så sätt ta hänsyn till förlusten av den isolerande förmågan, kan i vissa fall ge resultat som skulle kunna vara på den osäkra sidan. En anledning är att sådana metoder inte tar hänsyn till en uppenbar följd av att geometrin i praktiken förändrats, att den del av konstruktionen som direkt exponeras för branden gradvis eller plötsligt flyttar längre in i konstruktionen om någon del exempelvis förbrukas eller faller av. Det finns undantag, såsom de termiska egenskaperna för trä i Eurokod 5, vilka syftar till att ta hänsyn till förkolning när en konstruktionsdel i trä utsätts för en standardbrand.

Det finns dock en annan metod som kan behöva användas vid värmeledningsberäkningar för att, på ett mer detaljerat sätt, beakta konstruktioner som förändras under ett brandförlopp. Metoden kan till exempel tillämpas när beräkningar ska göras för lättkonstruktioner som är uppbyggda med någon form av skivmaterial, så som gipsskivor, som delvis förbrukas under ett brandförlopp och ibland till och med fysiskt får anses behöva avlägsnas från modellen. Metoden skulle kanske även kunna tillämpas för betongkonstruktioner som spjälkar, eller om det förekommer brännbar isolering som antänder inuti en konstruktion.

Artikelförfattare:
Jack Rohrstock
Fire Safety Design AB

Läs hela artikeln i Bygg & teknik

Teckna en prenumeration