Mechanische belasting

EN 1999-1-2 geeft de mogelijkheid tot het uitvoeren van verschillende rekenkundige beoordelingen van de brandwerendheid (stappen 2 t/m 6), zie de onderstaande figuur.

  • Beoordeling van individuele componenten aan de standaardbrand. Deze beoordeling komt grotendeels overeen met de regelgeving in het bouwbesluit.
  • Beoordeling van de hele constructie aan de natuurlijke brand. Deze geavanceerdere beoordeling staat bekend als Fire Safety Engineering (FSE) en geeft een beter beeld van het werkelijke gedrag bij brand. Deze beoordelingsmethode wordt niet genoemd in het bouwbesluit. Vooralsnog kan deze methode alleen worden toegepast op basis van gelijkwaardigheid (zie ยง 1.3 van het Bouwbesluit).

Stappen 3 t/m 6 worden uitgevoerd op basis van EN 1999-1-2. De norm geeft de mogelijkheid tot het uitvoeren van zogenaamde eenvoudige en geavanceerde berekeningen. Eenvoudige berekeningsmethoden zijn gegeven in de vorm van analytische vergelijkingen. Onder geavanceerde berekeningsmethoden worden numerieke (computer-) modellen verstaan. Deze berekeningsmethoden behoren te zijn gebaseerd op fundamenteel fysisch gedrag zodanig dat ze leiden tot een betrouwbare benadering van het verwachte gedrag. Zo behoort bijvoorbeeld rekening gehouden te worden met de gecombineerde effecten van mechanische belasting, geometrische imperfecties en thermische belastingen. EN 1999-1-2 stelt dat een validatie van de nauwkeurigheid van de berekeningsmethoden behoort te zijn uitgevoerd op basis van relevante proefresultaten.

  • Voor de beoordeling van individuele componenten aan de standaardbrand kunnen zowel de eenvoudige als de geavanceerde berekeningen toegepast worden. Het ligt voor de hand om eenvuidige berekeningen toe te passen, omdat de hele beoordeling een benadering vormt van het gedrag bij brand.
  • Voor de FSE beoordeling zijn geen eenvoudige berekeningsmethoden voorhanden. In dit geval dient de ontwerper gebruik te maken van geavanceerde berekeningsmethoden. Geavanceerde berekeningsmethoden mogen worden toegepast in combinatie met elke brandkromme (bijvoorbeeld zonemodel of CFD), mits de materiaaleigenschappen bekend zijn voor het van toepassing zijnde temperatuurgebied.

Hieronder zal afzonderlijk ingegaan worden op de thermische respons (stap 3), de reductie van materiaaleigenschappen (stap 4) en de constructieve respons (stap 5).

De belastingcombinatie die in rekening gebracht dient te worden in het geval van brand is vermeld in EN 1990. Deze belastingcombinatie is gelijk aan:

Figuur 1

Hierin is Gk de karakteristieke waarde voor de permanente belasting, Qk,1 is de karakteristieke waarde voor de overheersende veranderlijke belasting en Qk,i is de karakteristieke waarde voor de overige veranderlijke belasting (i>1). Ad is in dit geval de belasting ten gevolge van de temperatuurverhoging door de brand. ψ2 is de factor in verband met de quasi-blijvende waarde van een veranderlijke belasting. Voor ψfi,1 geldt de waarde ψ2,1 voor de overheersende veranderlijke belasting, met uitzondering van wind op de hoofddraagconstructie waarvoor de waarde ψ1,1 behoort te zijn genomen. ψ1 is de factor in verband met de frequente waarde van een veranderlijke belasting. De waarden voor de karakteristieke waarden en de factoren zijn voorgeschreven in EN 1990 en EN 1991.

Ter vergelijking: de belastingcombinaties in rekening te brengen voor blijvende ontwerpsituaties (dus bij 'normale' temperatuur) zijn gelijk aan:

Figuur 2 Figuur 3

Hierin is γ een partiële factor, ξ is een verminderingsfactor en ψ0 is de factor in verband met de combinatiewaarde van een veranderlijke belasting.

Het resultaat is dat de in rekening te brengen mechanische belastingen bij brand lager zijn dan bij 'normale' temperatuur. Eén van de onderliggende gedachten hierbij is dat de kans van optreden van een brand tezamen met het optreden van de extreme waarden van de mechanische belasting klein is.

Als vereenvoudiging van (1) mag het effect van de belastingen bij brand Efi,d zijn verkregen uitgaande van een constructieve berekening voor ontwerp en berekening bij normale temperatuur volgens:

Hierin is Ed de rekenwaarde van de overeenkomstige kracht of moment voor ontwerp en berekening bij kamertemperatuur, bepaald volgens vgl. (2) respectievelijk (3), en ηfi is de reductiefactor volgens: