~DS 428:2009Single user license: AMU SYD, Hovedafdeling,C f Tietgensvej 6,DK-6000 Kolding Efteruddannelsesudvalget for bygge/anlæg & industri
INDHOLDSFORTEGNELSE FORORD 3 HVORFOR ISOLERE STÅL 4 STÅLETS STYRKE.. 4 HVAD ER EN BRAND 5 HVAD ER BRANDISOLERING 7 HENVISNINGER TIL LOVGIVNINGEN. 8 NYE BRANDKLASSER. 9 BEREGNING AF ISOLERINGSTYKKELSER..... 12 U/A FORHOLD.... 15 BRANDMODSTANDSEVNE..... 16 MONTERING AF BRANDISOLERING 18 2
FORORD Dette hæfte er udviklet af efteruddannelsesudvalget for bygge/anlæg og industri (BAI) med støtte fra undervisningsministeriet. Hæftet behandler emnet: Brandisolering af stålkonstruktioner og understøtter følgende uddannelsesmål: 46733. Brandisolering af stålkonstruktioner. Uddannelsesmålet er formuleret således: Deltagerne kan udføre brandisolering af stålkonstruktioner, således at de brandtekniske standarder, normer og forskrifter bliver overholdt. Deltagerne kan i den forbindelse vælge materialer, beregne isoleringstykkelse og tilrettelægge arbejdets udførelse, således at gældende normer, leverandørvejledninger og krav til brandmodstandsevne overholdes. Deltagerne kan vurdere kvaliteten af arbejdets udførelse og sikre, at brandisoleringsarbejdet udføres under hensyn til regler om arbejdsmiljø. Efter deltagelsen i uddannelsen kan deltagerne arbejde med brandisolering af stålkonstruktioner og følge vejledningerne fra Rockwool, Isover og Dansk Standard (DS 412). Endelig vil uddannelsen give den nødvendige kompetence til at forstå terminologien inden for området. Dette undervisningsmateriale tager hensyn til hvilke produkter, der er mest brugt i Danmark og bygger på de leverandørervejledninger, der er udarbejdet på baggrund af Dansk Standard. Illustrationerne på de følgende sider, er udført af faglærer Preben Kristensen, AMU Syd Kolding. Der forekommer dog også illustrationer, der er hentet fra andre kilder, der har godkendt anvendelsen i dette kompendium. Det vil fremgå af teksten, hvor der er anvendt andre kilder. Målgruppe Uddannelsen henvender sig til personer, der har eller ønsker beskæftigelse inden for isoleringsfaget. Deltagerne har ikke nødvendigvis kendskab til arbejdet med isolering, men skal sikre, at deltagerne kan lave installationer, der overholder de krav, der stilles til brandisolering af stålkonstruktioner. Varighed 3 dage. Efteruddanelsesudvalget for bygge/anlæg og industri takker faglærere og andre, der har medvirket i udarbejdelsen af dette materiale. Herudover takker vi branchen for ideer til og konstruktiv kritik af materialet. 3
Hvorfor isolere stål Stål er et materiale de fleste forbinder med styrke, og det anvendes derfor også som den grundlæggende konstruktion i bygninger med behov for en stabilitet. Hvis stål skal bruges som bærende bygningsdele er der dog en ting man er nødt til at overveje. Hvordan sikrer man sig at stålet bevarer sine gode egenskaber under ekstreme forhold. Stål er netop kun stærk inden for et område der begrænses af stålets molekylers evne til at fastholde sin form. Allerede ved 300 grader kan visse konstruktioner begynde at svigte, men normalt vil stål have en kritisk temperatur der ligger mellem 400 til 450 grader. Stålet vil ikke smelte før det når over 1000 grader, men der vil ske en deformation af profilet, det man kalder en flydespænding. Den bedste måde at hindre stålet i at nå den kritiske temperatur, er ved at lave en passiv beskyttelse gennem brandisolering. Sammen med en aktiv beskyttelse som for eksempel sprinkler anlæg, vil man have en fornuftig mulighed for at holde bygningen stabil mens redningsarbejdet foregår. Stålets styrke Stålets styrke mindskes som sagt ved høje temperaturer. Den kritiske temperatur kaldes den temperatur, hvor der opstår flydespænding i stålet. Stålets kritiske temperatur afhænger derfor af, i hvilken grad stålets styrke er udnyttet statisk. Denne lille graf viser måske ikke alt, men den lodrette pil i grafen beskriver blot hvordan stålets værdier falder drastisk, og ved 1000 grader helt forsvinder, hvor stål i langt de fleste tilfælde vil begynde at smelte. Kilde: Isover 4
Af tabellen fremgår, hvor mange % af stålets styrke, der er tilbage ved en given temperatur. Stålets udnyttelsesgrad 100% 75% Trækpåvirkning 480 550 Deformering uden betydning 480 550 Deformering med afgørende betydning 325 500 Trykpåvirkning 225 350 Den kritiske ståltemperatur bestemmes ud fra: 1. Materialeværdier ved høje temperaturer 2. Udnyttelsesgraden hvor meget stålet er belastet Flydespænding: Flydespænding er når materialets molekyler bliver så varme at molekylerne ikke længere holder materialets form. Molekylerne skrider for til sidst at blive flydende. Man isolerer for at forhindre, at temperaturen i stålet under brandforløbet ikke overstiger kritisk ståltemperatur. Hvad er en brand En brand er dybest set ild man har mistet kontrollen over. Der er tre faktorer der skal være til stede for at en brand kan udvikle sig. Varme, ilt og brændbart materiale. Fjerner man bare et af de elementer vil ilden dø ud. Da ilt er en naturlig del af vore omgivelser, kan man ikke fjerne den, når det er først og fremmest er menneskeliv, man skal redde. Ilten er nødvendig, for at de indespærrede i en bygning kan overleve. Derimod kan man beskytte stålkonstruktionerne med materialer der ikke tilfører nogen brandbelastning, det vil sige at man fra konstruktionen, fjerner det 3. element for at en brand kan angribe stålet, nemlig det brandbare materiale. En bygningsbrand udvikler varme, og det er netop varmen vi skal beskytte konstruktionen imod. 5
En ting, der vanskeligt kan ændres, er det faktum, at inventar i bygningen ofte er fremstillet delvist af brandbare materialer. Derfor vil muligheden for at en brand kan opstå, være der så længe disse ellementer er til stede. Konklusionen er derfor, at vi må beskytte den bærende konstruktion, så den bevarer sin integritet så længe som muligt, hvis en bygningsbrand skulle opstå. En bygningsbrand vil altid foregå i flere faser, antændingsfasen, flammefasen og afsvalingsfasen. Det er i antændingsfasen man skal forsøge at rede hvad redes kan, og selvfølgelig først og fremmest de mennesker der er i bygningen. I denne fase stiger temperaturen hurtigt og brandbare materialer afgiver brandbare gasser og røg. Når først branden udvikler sig til flammefasen er der kun ringe chance for at redde eventuelle personer der stadig befinder sig i bygningen, men det er også her i denne fase at temperaturen kan nå op på 1000 grader. Til sidst vil den længste fase i branden opstå, afsvalingsfasen. Eftersom der på det tidspunkt ikke er andet brandbart materiale tilbage end de forkullede rester, vil en afkøling af resterne være det eneste man kan gøre, netop fordi varmen fra disse rester stadig udgøre en trussel mod evt. naboejendomme der ligger tæt på brandtomten. Det vil være urealistisk at finde overlevende på dette tidspunkt. 6
En brand opstået i et lokale med brændbare væsker vil have en anden karakter, end en almindelig bygningsbrand. Her kan der være tale om en "Jetfire" brand. En sådan brand kommer let over 1000 grader, derfor vil reglerne være anderledes i konstruktioner inden for olieindustrien. For at kunne definere en brandisolerings egenskaber, er man nødt til at angive det antal minutter isoleringen beskytter stålet mod branden. Dvs. hindre stålet i at nå den kritiske temperatur. Hvad er brandisolering Der findes flere former for brandisolering, der er godkendt til brug i Danmark. Først findes der stenuldsprodukter, keramiske produkter, gipsprodukter og fiberprodukter af glas tilført egenskaber som gør det mere varmebestandigt end normal glasuld. En af de ting der adskiller både Isover og Rockwools brandisolering fra almindelig traditionelt isolering, er bindemidlet. Et bindemiddel bliver brugt for at fastholde isolerings materialets form og struktur, eksempelvis i en lamelmåtte. Men desværre er bindemidlet kun anvendeligt i produkter hvis anvendelses temperatur ikke overstiger mere end ca. 260 grader som i tilfældet med en lamelmåtte. Hvis man undlader bindemidlet og gør strukturen i materialet mere fast, vil det stadig være formstabil selv under høje temperaturer. Det er således muligt at fremstille brandisolering som egner sig til temperaturer der ligger væsentlig højere. En lamelmåtte har et varmeledningstal der egner sig netop til det formål den bliver anvendt til. Men da det er en dyrere proces at fremstille brandisolering, og forbundet med et større materiale forbrug, vil brandisolering først og fremmest egne sig til brandisolering. Varmeledningstallet bliver ikke bedre blot der er mere materiale i. Da brandisolering skal beskytte menneskeliv og ikke kun materielle værdier, stilles der større krav til den type isolering. Døde ting der bliver ødelagt, kan muligvis erstattes, men det kan menneskeliv ikke. 7
Derfor stiller brandmyndighederne visse krav producenten må overholde for at få sit produkt godkendt. Uden at komme nærmere ind på enkeltheder inden for normen til brandisolering, kan det nævnes at følgende normer bliver anvendt. Nordtest metode - NT FIRE 021. MK godkendelse 6.- 10/1052 samt MK 6.10/1406 U brændbart i henhold til DS 1057.1 DIN 4102, *A1 for u beklædte og A2 for beklædte BS 476: Part 8 BR-95, 6.7.2 ISO 1182 Det skal retfærdigvis nævnes at der findes produkter som brandmaling, super uld og andre keramiske materialer der kan anvendes som brandisolering, men her i dette forløb vil vi hovedsagelig benytte glas og stenuld som løsninger. Ingen af de ovenstående produkter afgiver giftige gasser under varmepåvirkningen. * Med hensyn til efter beklædning af brandisoleringen generelt, skal de aktuelle og gældender regler for hvert produkt følges. Man ser ofte en ændring i reglerne efterhånden som produktet bliver opkvalificeret gennem de test der løbende bliver lavet. Henvisninger til lovgivningen BR-95; 6.7.2 stk. 1 I bygninger med 1 etage skal bærende konstruktioner udføres som BDbygningsdel-30 i bygninger med et etageareal på højst 600 m 2 og mindst som BD-bygningsdel 60 i bygninger med et større etageareal. BR-95; 6.7.2, stk. 1-7 Bærende konstruktioner omfatter bl.a. vægge, søjler, bjælker samt etageadskillelser, altangange og altaner. DS 412; 9.1 Stålkonstruktioner, hvortil der stilles krav om brandmodstandsevne, skal udformes således, at der ikke opstår bæreevnesvigt under brandpåvirkning. Bygningsreglement Kapitel 12. Installationer: 8
Nye brandklasser Som beskrevet i kompendiet for brandisolering af ventilationskanaler, er der kommet nye brandklasser der overholder den Europæiske norm.det betyder at vi skal lære nye udtryk og deres betydning at kende, derfor vil vi lige repetere: Herunder de nye klasser som de ser ud nu. Byggevarers reaktion på brand inddeles i følgende primærklasser: A1, A2, B, C, D, E og F Klasse A1 dækker der højeste kravniveau, som på ingen måde kan kombineres med tillægsklasser. Klasse A2, B, C og D kombineres altid med tillægsklasse for røg (s) og brændende dråber (d). Klasse E kan enten stå alene eller kombineres med d2. Klasse F indebærer ingen krav og kan ikke kombineres med tillægsklasser. Med hensyn til (s) og (d) er der igen flere underkategorier: s1 s2 s3 d0 d1 d2 Meget begrænset mængde af røgudvikling Begrænset mængde af røgudvikling Intet krav til mængde af røgudvikling Ingen brændende dråber eller partikler Brændende dråber eller partikler i begrænset mængde Intet krav til mængde afbrændende dråber eller partikler Bygningsdelens brandmodstands evne beskrives ud fra følgende yde evner: R E I W M C S G K Bæreevne Integritet Isolation Stråling Mekanisk påvirkning Selvslukkende Tæthed mod røg gennemtrængning Modstands evne mod skorstensbrand Brandbeskyttelses evne En bygningsdels eller komponents brandmodstands evne angives ved det tidsrum (i minutter}, i hvilket bygningsdelen/komponenten under en brandpåvirkning i henhold til DS/EN 1363-1 bevarer sin: 9
Bæreevne R Bæreevnen R er en bærende, eller bærende og adskillende, bygningsdels evne til under brandpåvirkning fra en eller flere sider at optage den last, som den er udsat for under brandpåvirkningen. Integritet E Integritet E er en bygningsdels/en komponents evne til at forhindre udbredelse af brand som følge af, at betydelige mængder flammer eller varme gasser passerer fra branden til den ueksponerede side, hvorved der forårsages antændelse enten af den ueksponerede overflade eller af materialer i nærheden af denne overflade. Isolation I Isolation I er en bygningsdels eller komponents evne til at modstå brandpåvirkning, uden at branden breder sig som følge af væsentlig gennemstrømning af varme. Gennemstrømning skal begrænses, således at hverken ueksponerede overflader eller materialer i nærheden af disse overflader antændes. Bygningsdelen/komponenten skal også fungere som varmebarriere i tilstrækkelig grad til, at personer i nærheden af den beskyttes. Røgtæthed S Tætheden mod røg gennemtrængning S er bygningsdelens eller komponentens evne til at modstå gennemstrømning af gasser eller røg ved omgivelses temperatur og ved eksponering ifølge standard brandforløbet (DS/EN 1363-1). Lækagehastigheden korrigeres til 20 C. Bygningsdeles og komponenters brandtekniske klassifikation angives ved en kombination af reaktion på brandklassen og den tilhørende brandmodstands evne i minutter. Eksempelvis en bygningsdel klasse EI 60 A2-s1,d0 (ikke bærende bygningsdel), eller bygningsdel klasse REI 60 B-s1,d0 (bærende bygningsdel). Klasserne kan kombineres på følgende måde: Bærende bygningsdele: REI-tid: RE-tid: Det tidsrum, hvor alle kriterier, bæreevne, integritet og isolation, er opfyldt. Det tidsrum, hvor de to kriterier, bæreevne, integritet er opfyldt. 10
R-tid: Det tidsrum, hvor kriteriet bæreevne er opfyldt. Ikke bærende bygningsdele: EI-tid: E-tid: Det tidsrum, hvor de to kriterier, integritet og isolation er opfyldt. Det tidsrum, hvor kriteriet integritet er opfyldt Tidsrummet for at opretholde ydeevne udtrykkes i danske bestemmelser med følgende antal minutter: 30, 60, 120 og helt op til 240, hvor vi taler om stålkonstruktioner. Skåret ud i pap vil det betyde følgende. EI 30: E 60: A2-s1,d0: Integritet og isolering skal overholde deres mindste krav i mindst 30 minutter. Hvorimod konstruktionen skal være intakt i mindst 60 minutter. Ubrændbart med en røgudvikling i begrænset mængde, samt ingen brændende dråber eller partikler Se evt. yderligere oplysninger i hæftet Brandisolering af ventilationskanaler Findes på platformen EMU på nettet. 11
Beregning af isoleringstykkelse Først skal vi se på de mest gængse profiler: 12
Data på stålprofil HE-A profiler h (mm) b (mm) A (cm2) U/A (m-1) U/A (m-1) 100 96 100 21,2 185 138 120 114 120 25,3 185 138 140 133 140 31,4 174 130 160 152 160 38,8 161 120 180 171 180 45,3 155 116 200 190 200 53,8 145 108 220 210 220 64,3 134 100 240 230 240 76,8 123 92 260 250 260 86,8 118 88 280 270 280 97,3 114 85 300 290 300 112 105 79 320 310 300 124 99 74 340 330 300 133 95 72 360 350 300 143 91 70 400 390 300 159 87 68 500 490 300 198 80 65 600 590 300 226 79 65 Data på stålprofil HE-B profiler h (mm) b (mm) A (cm2) U/A (m-1) U/A (m-1) 100 100 100 26,0 154 116 120 120 120 34,0 142 106 140 140 140 43,0 131 98 160 160 160 54,3 118 89 180 180 180 65,3 111 83 200 200 200 78,1 103 77 220 220 220 91,0 97 73 240 240 240 106 91 68 260 260 260 118 88 66 280 280 280 131 86 64 300 300 300 149 81 61 320 320 300 161 77 59 340 340 300 171 75 58 360 360 300 181 74 57 400 400 300 198 71 56 500 500 300 239 68 55 600 600 300 270 67 55 13
Data på stålprofil HE-M profiler h (mm) b (mm) A (cm2) U/A (m-1) U/A (m-1) 100 120 106 53,2 85 65 120 140 126 66,4 81 62 140 160 146 80,6 76 58 160 180 166 97,1 72 55 180 200 186 113 69 52 200 220 206 131 65 50 260 290 268 220 51 39 300 340 310 303 43 33 Data på stålprofil IPE profiler h (mm) b (mm) A (cm2) U/A (m-1) U/A (m-1) 80 80 46 7,6 330 270 100 100 55 10,3 301 248 120 120 64 13,2 279 231 140 140 73 16,4 260 216 160 160 82 20,1 241 200 180 180 91 23,9 227 189 200 200 100 28,5 211 176 220 220 110 33,4 198 165 240 240 120 39,1 184 154 270 270 135 45,9 177 148 300 300 150 53,8 168 140 330 330 160 62,6 157 131 360 360 170 72,7 146 123 400 400 180 84,5 138 116 450 450 190 98,8 130 111 500 500 200 116 121 104 600 600 220 156 106 91 14
Data på stålprofil Rektangulær HXB S F U/A U/A U/A (mm) (mm) (cm 2 ) (m -1 ) (m -1 ) (m -1 ) 100x50 3,2 9,2 327 272 218 4,0 11,3 266 222 177 5,0 13,9 216 180 144 120x80 5,0 18,9 212 170 149 6,3 23,4 171 137 120 8,0 29,1 138 110 97 150x100 5,0 23,9 210 168 147 6,3 29,7 169 135 118 8,0 37,1 135 108 95 200x120 6,3 38,1 168 137 116 8,0 47,7 135 110 93 10,0 58,5 110 89 76 250x150 6,3 48,2 166 135 115 8,0 60,5 133 108 91 10,0 74,5 108 88 74 300x200 6,3 60,8 165 132 116 8,0 76,5 131 105 92 10,0 94,5 106 85 75 U/A forhold Et stålprofils U/A forhold betyder sektionsforholdet for stålprofilet, som skal brandbeskyttes, på basis af ståltværsnittets udnyttelsesgrad. I virkeligheden er det et taldiagram der er udarbejdet i forbindelse med den belastning stålet kan tåle under en brand, uden at miste sin bæreevne. 15
Der kan være tale om kun 3 siders belastning, hvis et betondæk ligger tæt op at profilet. Der er derfor forskel på om profilet er belastet på alle 4 sider eller kun på 3 sider. Her er et eksempel med 3 sider Kilde: Isover BRANDMODSTANDSEVNE Kraftige konstruktioner har størst brandmodstandsevne. Hvor hurtigt en stålkonstruktion opvarmes ved en given brandpåvirkning, kan forenklet udtrykkes som forholdet mellem den brandpåvirkede overflade og stålprofilets varmekapacitet. Dette forhold udtrykkes ved de såkaldte sektionsforhold, U/A. Kilde: Isover Sektionsforhold (U/A-værdien). U=isoleringens indre omkreds (m). A=Stålets tværsnitsareal (m 2 ) Eksempel på profiler med lavt sektionsforhold (U/A) er f.eks. HEB og HEM. Højt sektionsforhold giver en hurtig opvarmning af stålet. Dette indebærer, at slanke konstruktioner kræver tykkere brandisolering. Herunder et diagram der angiver de forskellige profilers U/A forhold. Kilde: Isover 16
Først finder man ud af hvilket profil, der er tale om, hvorefter man måler størrelsen og finder den tilsvarende beskrivelse i diagrammet. Efterfølgende kan man se de 2 U/A forhold for henholdsvis 3 eller 4 siddet isolering. U/A tallet skal så overføres i et diagram, der gælder for det produkt, man har valgt at bruge, enten Rockwools Conlit, eller Isovers Fire Protect. Herunder diagrammet til Isovers Fire Protect til en BS 60 sikring. Hvis profilet er et HE200A er U/A værdien af en 4 siddet påvirkning 145. Dvs. at hvis stålets kritiske temperatur ligger på 450 C. skal der bruges en 25 mm. Kilde: Isover Er der tale om Rockwool og produktet Conlit, ser diagrammet sådan ud. 17
(Herover Conlit i 60 min.) Regnestykket bliver således. Hvis profilet igen er et HE200A er U/A værdien af en 4 siddet påvirkning 145. Og hvis stålets kritiske temperatur ligger på 450 C. skal der her blot bruges en 20 mm. Yderligere diagrammer til andre tidsfaktorer findes i producentens vejledning. MONTERING AF BRANDISOLERING Den mest anvendte metode til montering af brandisolering på stål er mekanisk fastgørelse, det vil sige fastgørelse gennem isoleringen og ind i konstruktionen. Her er et specielt svejse apparat meget anvendeligt. Det er lavet til formålet, og monterings skiverne, stritterne eller tallerken stifterne som de også bliver kaldt er præcis den længde der passer til den gældende isoleringstykkelse. Alt efter om du anvender Isover eller Rockwools produkter, er der forskel på hvilke afstande der skal være mellem fastgørelserne. Svejse maskine til Tallerkenstift. Som sagt er der forskel på metoderne alt efter produktet, men andre ting spiller også ind. Der er eksempelvis forskel på profilets bredde og er afstanden mellem de to flader. (Se side 11 14 ) 18
Fastgørelsen af brandisoleringen skal ud over den mekaniske metode direkte ind i stålprofilet ofte være kombineret med passtykker alt efter hvor stor afstanden er mellem de to flanger. Samlinger skal være helt tætte, derfor vil det anbefales at man skærer materialet et par mm i overmål. Her er passtykkerne som de ser ud i vejledningen fra Isover. Kilde: Isover Passtykkerne er 100 mm. brede, og tilpasset i længden så de er ca. 3 mm. større end afstanden mellem flangerne på I profilet. Isover er godkendt med pladetykkelse på 40 mm. til passtykkerne, og der må højest være 600 mm. mellem dem. Såfremt afstanden mellem flangerne på I profilet er større end 400 mm. kræves der yderligere understøtning af passtykkerne Her er så produktet fra Rockwool som den ser ud i deres vejledning. Passtykkerne er også anbefalet i denne vejledning, dog med en godkendelse ned til 25 mm. pladetykkelse, og en afstand mellem passtykkerne på max. 1000 mm. Hvis afstanden mellem flangerne er over 500 mm. nedsættes afstanden mellem passtykkerne til 633 mm. Kilde: Isover Ved større arbejder kan den øverste model med V skårne hjørner være en fordel, men så skal pladerne nødvendigvis skæres med maskine (husk maskinudsugning og maske som lovkrav her) Rockwool tilbyder også en klæbe montage. (Se vejledning) 19
Hvad angår de to løsninger vi ser herover, skal det understreges, at den fremgangsmåde, der pt. er godkendt, skal anvendes. Derfor vil der til denne uddannelse være supplerende materiale fra producenterne, der indeholder de sidste nye opdateringer Herover Rockwools Conlit ses her monteret med tallerkenstifter og isoleringssøm (se vejledning) 20
1. Betondæk, letklinker- betondæk eller lign. 2. Stålprofil. 3. Conlit 150 passtykke, min. tykkelse 25 mm, bredde 100 mm. Passtykkerne klæbes med Conlit Klæber mellem profilflangerne. Max. 1000 mm afstand. Ved profilerne med h >500 mm nedsættes max. afstand til 633 mm og passtykkerne gøres massive (udfylder hulrummet til stålets krop). Herunder samme metode, blot med Isovers Fire Protect. Der er selvfølgelig forskel på hvilke skuer eller søm du bruger til henholdsvis det ene eller andet produkt, så se den sidste vejledning fra producenten. 4 siddet brandpåvirkning 3 siddet brandpåvirkning Kilde: Isover I stedet for skåle, kan bats tildannes 21