Träregelstommar vid brand

Vanligtvis kommer dock träregeln att kollapsa innan man uppnår tillräckligt tjockt kolskikt (25 mm). Dessa förutsättningar beskrivs i SS-EN 1995-1-2 bilaga D.

För träreglar i konstruktioner med isolerade hålrum sker förkolningen huvudsakligen på den smala, brand-exponerade sidan. Eftersom det finns ett betydande värmeflöde genom isoleringen på reglarnas breda sidor efter nedfall av skivbeklädnaden (förutsatt att isoleringen fortfarande är på plats), kommer effekten från den ökade hörnrundningen att dominera och förkolningen återgår inte till ursprunglig hastighet.

Träregelkonstruktioner består vanligen av en trästomme (golvbjälkar eller väggreglar) med en beklädnad på varje sida om trästommen (beklädnaden kan vara en skiva eller, när det gäller bjälklag, ett undergolv eller kompletterande skikt). Hålrummen kan vara tomma, delvis isolerade eller fullisolerade. Eftersom trästommen är känslig för brandexponering måste den effektivt skyddas mot brand.

Vid utformning och optimering av en träregelkonstruktion är följande regler viktiga för att maximera brandmotståndet:

• Det finns en hierarki för de olika skiktens bidrag till konstruktionens brandmotstånd
• Det största bidraget till brandmotståndet erhålls från skiktet på den brandexponerade sidan som först blir direkt exponerat
• Generellt är det svårt att kompensera dåliga brandskyddsegenskaper hos det första skiktet genom att förbättra brandskyddsegenskaperna hos de efterföljande skikten
• Hålrumsisolering förbättrar trästommens brandmotstånd. Det bästa brandskyddet uppnås när isoleringen effektivt skyddar de sidor av träregeln som är vända mot hålrummet.

Före nedfall av beklädnaden som är närmast isoleringen (skyddsfas t ≤ t_f), har isolerskivor och lösull (sten- eller glasull) lika goda brandtekniska egenskaper upp till 60 minuter. Men glasullsisolering bryts ned när beklädnaden har fallit bort och isoleringen blir direkt brandexponerad (efterskyddsfas t ≥ t_f), och den kommer gradvis att förlora sin skyddande effekt. Stenullsisolering kommer, förutsatt att den sitter kvar, fortsätta att skydda de sidor av träregeln som är vända mot hålrummet. Under denna efterskyddsfas har lösullsisolering ingen funktion. Isolerskivor av mineralull bör alltid fixeras mekaniskt, t ex med akustikprofiler av stål eller träreglar (glespanel). Akustikprofilerna måste fixeras med skruvar som är tillräckligt långa för att hindra utdragsbrott på grund av förkolning i träet. Hos väggkonstruktioner sätts mineralulls skivorna vanligtvis fast genom att skivorna är bredare än hålrummet. När skivorna inte är tillräckligt tjocka tenderar de att falla ned från väggkonstruktionen i förtid. Därför måste man säkra skivor tunnare än 120 mm mekaniskt mot reglarna, t ex med hjälp av ståltråd eller hönsnät, och dessa säkras i sin tur med hjälp av klammer som är tillräckligt långa för att hindra utdragsbrott vid förkolning.

Dimensioneringsmodellen gäller för hålrum som är fyllda med stenull. För glasull är modellen giltig fram till nedfall av beklädnaden och längst till 60 minuter.

Inverkan av träregelkonstruktionens statiska system

För att uppnå bra ljudisolering byggs vanligtvis avskiljande väggar mellan lägenheter som två separata träregelväggar med reglar som antingen är förskjutna eller placerade mitt emot varandra. Det är vanligtvis varken möjligt eller fördelaktigt att fästa skivbeklädnader på reglarnas oexponerade sida, d v s inne i den lägenhetsskiljande väggen, som skulle kunna fungera som stagning med avseende på knäckning av reglarna i väggens plan. När den brandskyddande beklädnaden på reglarnas brandexponerade sida har förlorat sin stabiliserande verkan är regeln ostagad. Därför måste man fästa kortlingar mellan reglarna för att reducera knäcklängden för knäckning i väggens plan. För att hindra knäckning av alla reglar i väggens plan i samma riktning behövs ett horisontellt stöd, till exempel genom en tvärgående vägg, eller diagonala plåtband på reglarnas oexponerade sida (det senare alternativet är inte möjligt när reglarna är förskjutna).

Reglar i väggar som är brandexponerade på två sidor kan även behöva stagas mot knäckning i väggens plan när båda beklädnaderna har förlorat sin stabiliserande verkan vid brand till exempel med hjälp av kortlingar som sätts in mellan reglarna och ett horisontellt stöd vid väggens ände.

Konstruktioner fullt eller delvis isolerade med stenull

En dimensioneringsmodell finns i SS-EN 1995-1-2 bilaga C (informativ). Enligt SS-EN 1995-1-2 bör modellen inte användas för en brandvaraktighet i mer än en timme. Modellen har utvecklats för tvärsnitt med bredder mellan 38 och 60 mm; för större bredder är modellen konservativ. Dimensioneringsmodellen har utvecklats för konstruktioner med hålrum som är fullisolerade, se Figur 14a. Termiska analyser har visat att modellen kan användas för delvis isolerade hålrum när isoleringen är placerad på den brandexponerade sidan av hålrummet och isoleringen är minst 100 mm tjock. Modellen beaktar inte uttryckligen luftspalter mellan isolering och beklädnad som orsakas av installationen av akustikprofiler eller glespanel. Trots att dessa luftspalter teoretiskt har en något positiv inverkan har fullskaleprovning visat att deras inverkan egentligen är negativ eftersom branden och de heta gaserna lätt kan spridas genom konstruktionens hela bredd när branden väl kommit genom beklädnaden.

Förkolning

Trots att träreglar skyddas av isolering på sina breda sidor sker en viss inbränning på grund av värmeflödet genom isoleringen, som ger upphov till omfattande hörnrundning, se Bild 1b. Förkolningshastigheten blir alltså inte långsammare när 25 mm kolskikt har bildats. För enkelhetens skull ersätts det oregelbundna resttvärsnittet med ett ekvivalent rektangulärt tvärsnitt som ersätter förkolningsdjupet d_char och hörnrundningen med det ekvivalenta förkolningsdjupet d_char,n, se Bild 1c.

1. Konstruktionsvirke (reglar eller balkar)
2. Beklädnad
3. Isolering
4. Kvarvarande tvärsnitt (verklig form)
5. Kolskikt (verklig form)
6. Ekvivalent kvarvarande tvärsnitt
7. Kolskikt med nominellt förkolningsdjup

Bild 1. Förkolning av träreglar och träbalkar: a) Sektion.
b) Verkligt tvärsnitt och kolskikt. c) Nominellt förkolningsdjup och ekvivalent resttvärsnitt.

Den ekvivalenta förkolningshastigheten ges som

\(\beta_n = \beta_0k_sk_nk_p\)

Koefficienterna k_s, k_n och k_p förklaras enligt:

Tvärsnittsfaktorn k_s tar hänsyn till bredden hos det ursprungliga tvärsnittet och ges i tabell 1.

Detta uttryck för k_s kan användas för värmebeständig mineralullsisolering (stenull, värmebeständig glasull).

Tabell 1. Tvärsnittsfaktor k_s för olika virkesbredder.

Koefficienten k_n konverterar det oregelbundna förkolningsdjupet till ett ekvivalent förkolningsdjup, se Bild 3b och c. Koefficienten beror på tiden, tvärsnittets dimensioner och tvärsnittsstorheterna area, motståndsmoment och tröghetsmoment. Enligt SS-EN 1995-1-2 är värdet k_n = 1,5

\(k_p=k_2\) för förkolningsfasen före skivnedfall (t_ch < t_f) 

\(k_p=k_3\) för förkolningsfasen efter skivnedfall (t  ≥  t_f)

För skarvade beklädnadsskivor är faktorn k₂ något mindre än för oskarvade beklädnadsskivor på grund av att förkolningen börjar tidigare. Starttiden för förkolning bör beräknas enligt ekvation (3.12) i SS-EN 1995-1-2.

Efterskyddsfaktorn för konstruktioner med värmebeständig mineralullsisolering (stenull, högtemperaturbeständig glasull) är

k₃ = 0,036t_f+1                         

Ekvationerna för det ekvivalenta förkolningsdjupet d_char,n  ges som
 
\(d_{char,n}= \beta_0k_sk_nk_2(t-t_{ch})\) för t_ch ≤ t ≤ t_f                   
 
\(d_{char,n}= \beta_0k_sk_n \left[k_2(t_f-t_{ch}) + k_3(t-t_f) \right]\) för t_f ≤ t 

Hållfasthets- och styvhetsegenskaper med hjälp av beräkningsmodellen för reducerad hållfasthet och styvhet

Enligt SS-EN 1995-1-2 bestäms hållfasthets- och styvhetsegenskaper för träreglar med hjälp av omräkningsfaktorn för brand kmod,fi, se uttrycken (C.13) och (C.14) i SS-EN 1995-1-2.

\(k_{mod,fm,fi}-a_0-a_1\frac{d_{char,n}}{h}\)

\(k_{mod,E,fi}-b_0-b_1\frac{d_{char,n}}{h}\)

Faktorer a₀, a₁, b_o och b₁ kommer från tabeller i bilaga C av SS-EN 1995-1-2.

Hållfasthets- och styvhetsegenskaper med hjälp av beräkningsmodellen för effektiv tvärsnitt

För att förenkla beräkningarna har ett skikt med tjockleken d₀ som antas sakna hållfasthet och styvhet härletts för tillämpning av beräkningsmodellen för effektivt tvärsnitt. Omräkningsfaktorn för brand k_mod,fi, är lika med 1. Det effektiva förkolningsdjupet beräknas som (se Bild 1).

\(d_{ef}=d_{char,n}+d_0\)

Värden för d₀ beräknas för vägg- och bjälklagselement enligt olika parametrar (böj riktning, brandexponeringssid osv). Värden kan hittas i Brandsäkra trähus 3.

1. Kvarvarande tvärsnitt
2. Kolskikt
3. Nominellt (ekvivalent) tvärsnitt
4. Nominellt kolskikt
5. Effektivt tvärsnitt
6. Icke lastupptagande skikt under kolskiktet

Bild 2. Definition av förkolningsdjup, nominellt förkolningsdjup, effektivt tvärsnitt och icke lastupptagande skikt.