De Eurocodes

Dit is een aangepaste versie van een gepubliceerd document.

Bron: Laboratorium voor Aanwending der Brandstoffen en Warmteoverdracht

Sint Pietersnieuwstraat 41, 9000 Gent

tel: +32 (0)9 264 32 88 fax: +32 (0)9 264 35 75

1. Inleiding
2. Eurocodes versus brandbelasting: Berekeningen bij brand
   • Nazicht van de brandweerstand
   • Berekeningsmodellen
     • Nazicht van brandweerstand via tabellen
     • Vereenvoudigde rekenmethodes
     • Algemene berekeningsmethodes

---

1. Inleiding

In het grootste deel van de Europese landen, waaronder België, is de berekeningsmethode voor brand van structuren gebaseerd op proefresultaten volgens genormaliseerde methodes. De wetgeving die de weerstand tegen brand voorschrijft, houdt rekening met de onzekerheden nopens de bereikte temperaturen bij een werkelijke brand. De beparkingen van de proefmethoden in acht genomen, zijn specifieke proeven, gecombineerd met beoordelingsmethodes, vereist. De genormaliseerde proefresultaten maken de basis uit van de door de Eurocodes vastgelegde berekeningsmethodes.

De Eurocodes bestaan uit een geintegreerd geheel van Europese normen voor de conceptie en dimensionering gebouwen en structuren in de burgerlijke bouwkunde, inclusief funderingen en seismische weerstand.

Er zijn 10 Eurocodes (elk onderverdeeld in verschillende onderdelen):

• l’Eurocode 1 geeft een algemeen beeld weer van het ontwerp van draagstructuren. Ze bestaat uit twee delen Eurocode 0 en Eurocode 1, die samen gepubliceerd worden onder de naam Eurocode 1:
  • Eurocode 0 bevat de algemene regels voor de berekening volgens de methode van de grenstoestanden (d.i. de filosofie van de Eurocodes).
  • l’Eurocode 1 geeft de rekenwaarden voor belastingen, zoals eigen gewicht en andere vaste belastingen, overbelastingen, belasting ten gevolgen van brand, sneeuw, wind, temperatuur, verkeer.

• Vervolgens bestaan er Eurocodes voor de verschillende constructiematerialen:

voor beton	Eurocode 2
voor staal	Eurocode 3
voor gemengde (staal- en beton-) structuren	Eurocode 4
voor hout	Eurocode 5
voor metselwerk	Eurocode 6
voor aluminium	Eurocode 9

De delen 1-2 van de voorgaande Eurocodes betreffen de berekening van specifieke structuren die aan brand worden blootgesteld. Zij omvatten de bijlagen bij de delen 1-1, die de bereking van die structuren bij omgevingstemperaturen betreffen.

Er bestaan een speciale Eurocode voor geotechniek (Eurocode 7) en voor de conceptie en dimensionering van structuren onderhevig aan aardbevingen (Eurocode 8) — ook seismische belastingen genoemd.

2. Eurocodes versus brandbelasting: Berekeningen bij brand

Om te vermijden dat voor elk constructie-product een afzonderlijke brandweerstandtest noodzakelijk zou zijn, heeft het Technisch Comité CEN TC250 (het Comité die verantwoordelijk is voor het ontstaan van de Eurocodes) berekeningsmethodes ontwikkeld om de brandweerstand van constructies in beton, staal, gemengde (staal- en beton-) structuren, hout, metselwerk en aluminium. Deze berekeningsmethodes zijn terug te vinden in Eurocodes deel 1-2 "Berekening bij Brand".

De volgende Eurocodes zijn opgesteld en aangenomen onder de vorm van voornormen ENV (Europese voornormen)

EC1, part 2.2	ENV 1991-2-2	actions on exposed to fire (berekening bij brand)
EC2, part 1.2	ENV 1992-1-2	structural fire design of concrete structures (berekening bij brand van betonnen structuren)
EC3, part 1.2	ENV 1993-1-2	structural fire design of steel structures (berekening bij brand van stalen structuren)
EC4, part 1.2	ENV 1991-2-2	structural fire design of composite steel concrete structures (berekening bij brand van gemengde (staal- en beton-) structuren)
EC5, part 1.2	ENV 1995-1-2	structural fire design of timber structures (berekening bij brand van houten structuren)
EC6, part 1.2	ENV 1996-1-2	structural fire design of masonry structures (berekening bij brand van structuren uit metselwerk)
EC9, part 1.2	ENV 1999-1-2	structural fire design of aluminium structures (berekening bij brand van aluminiumstructuren)

Nazicht van de brandweerstand

De brandweerstand van een constructie kan nagezien worden volgens één van volgende analyses:

1. Een eerste is de globale structurele analyse.
   Voor de globale structurele analyse moet nagegaan worden dat
   E_d,fi < R_d,fi
   met
   • E_d,fi is de rekenwaarde van het beschouwde belastingseffect (meestal een snedekracht, op het tijdstip t inclusief indirecte acties).
   • R_d,fi is de rekenwaarde van de corresponderende weerstand in de brandsituatie op tijdstip t.
   • is de beschouwde tijdsduur sinds de aanvang van de brand.
   Het gebruikte constructief model moet het verwachte gedrag van de constructie tijdens de brand weergeven. Dit betekent dat rekening moet gehouden wroden met de relevante bezwijkmethodes bij brand, met temperatuursafhankelijke materiaaleigenschappen met inbegrip van stijfheid en effecten thermische uitzettingen en vervormingen.
2. Een tweede is de analyse van deelsystemen.
   Als alternatief voor de globale structurele analyse van de volledige constructie voor verschillende brandsituaties, kan een structurele analyse van gedeelten van de constructie of deelsystemen uitgevoerd worden, waarbij de deelsystemen blootgesteld worden aan een brand en geanalyseerd worden.
   Deelsystemen moeten gespecifieerd worden op basis van de mogelijke thermische uitzettingen en vervormingen zodanig dat de interactie met andere delen van het systeem kan benaderd worden door tijdsonafhankelijke opleggings- en randvoorwaarden gedurende de blootstelling aan brand.
   Effecten van permanente en veranderlijke belasting aan de opleggingen en de randen worden verondersteld in overeenstemming te zijn met deze berekend volgens ENV 1992-1-1.
   De combinatieregel Σγ_GAj + γ_PAP_k + A_d + ψ_1,1Q_k1 + Σψ_2iQ_kiis van toepassing.
   (G_k= permanente belasting, Q_k= veranderlijke belasting P_k= eventuele voorspanning en A_d= rekenwaarde van de accidentele belasting)
3. Een derde is de analyse van elementen.
   De opleggings- en randvoorwaarden van elementen corresponderend met deze vermeld in ENV 1992-1-1 mogen gebruikt worden. Waar andere voorwaarden van toepassing zijn, worden ze gedefineerd in de desbetreffende bepalingen.
   Volgens ENV 1992-1-2 is het gebruik van η_fi=E_fi,d/E_d⁽¹⁾ ook hier van toepassing.
   De effecten van thermische uitzetting dienen over het algemeen niet in aanmerking genomen te worden met uitzondering van deze resulterend uit thermische gradiënten.
   

⁽¹⁾ η_fi=(γ_GAG+ψ_1,1Q)/(γ_GG+γ_QQ)= (G+ψ_1,1Q)/(1,35G+1,5Q)

Voor het nazicht van standaard brandweerstandseisen is, over het algemeen, een analyse van elementen voldoende. Er moet echter nagegaan worden of het werkelijk constructief gedrag niet te veel afwijkt van de vereenvoudigde analyse. Thermische acties kunnen immers belangrijke gevolgen hebben voor ingeklemde elementen waarbij bijkomende snedekrachten ontstaan in niet-geschoorde raamwerken waar bijkomende tweede-orde effecten optreden. Deze effecten mogen met vereenvoudigde rekenmethodes begroot worden waar mogelijk, of anders met algemene rekenmethodes.
Getabelleerde waarden, vereenvoudigde en algemene methodes vermeld in lid 4.2, 4.3 en 4.4 van ENV 1992-1-2 zijn geschikt om elementen te verifiëren in een brandsituatie. De methode met getabelleerde gegevensbestaat uit een eenvoudig nazicht van de afmetingen van de dwarsdoorsnede en van de afstand van de as van de wapeing tot het dichtstbij gelegen blootgesteld oppervlak. In sommige gevallen zijn een eenvoudig nazicht van het belastingsniveau en aanvullende constructieve schikkingen eveneens vereist. Wanneer de werkelijke staalspanning en temperatuur nauwkeuriger gekend zijn, mogen de waarden in de tabellen aangepast worden.

Berekeningsmodellen

De Eurocodes laten een evaluatie van de weerstand tegen brand toe volgens drie berekeningsmodellen, waarbij de eenvoudigste modellen in principe meer naar de veilige kant zijn dan de meer ingewikkelde:

3 evaluatiemethodes:

1. de weerstand van bouwelementen is gegeven in tabellen;
2. de weerstand van de bouwelementen of delen van structuren is bepaald door een vereenvoudigde rekenmethode;
3. het brandgedrag van een bouwelement, structuuronderdeel of een gehele structuur is bepaald door meer ingewikkelde algemene berekeningsmethodes.

Nazicht van de brandweerstand aan de hand van tabellen

Deze methode is toepasselijk op het nazicht van afzonderlijke elementen. De tabellen zijn empirisch opgesteld en gebaseerd op proefresultaten. Meestal werd vertrokken van eerder conservatieve aannamen. De gegeven waarden zijn gebaseerd op de standaardbrandvoorwaarden en standaardbrandcurve.

Vereenvoudigde rekenmethodes

Deze vereenvoudigde rekenmethodes zijn gebaseerd op conventionele modellen en gebruiken van de standaardbrandcurve. Aan de hand van opgestelde temperatuursprofielen opgenomen in annex B van ENV 1992-1-2 wordt een gereduceerde dwarsdoorsnede voorgesteld. Deze wordt bekomen door van de dwarsdoorsnede de beschadigde zone met dikte a_z weg te laten langsheen de oppervlakken aan brand blootgesteld.

• basismethode:
  • in punt M < 500°C: gereduceerde rekenwaarde van de druksterkte is f_cd(θ_M)= k_c(θ_M)f_ck(20°C)
  • in punt M > 500°C f_ck=0
• alternatieve methode uit Nationaal Toepassingsdocument (NTD):
  • k_c(θ_M)=1 voor θ_M < 5OO°C
  • k_c(θ_M)=0 voor θ_M > 5OO°C

Algemene berekeningsmethodes

Algemene berekeningsmethodes mogen gebruikt worden voor individuele elementen, voor deelsystemen en voor volledige systemen en voor elk type van dwarsdoorsnede. Ze zijn gebaseerd op fundamentele fysische wetmatigheden, leidend tot een betrouwbare benadering voor het verwachte gedrag van het relevante constructie-element in geval van brand. Algemene berekeningsmethodes mogen afzonderlijke submodellen omvatten de bepaling van:

• de ontwikkeling en verdeling van de temperatuur binnen het constructie-element (model voor het thermisch gedrag).
• het mechanisch gedrag voor het systeem of voor om het even welk deel ervan (model voor het mechanisch gedrag).

Deze methode dus laat een complete thermische en mechanische analyse van de structuur toe. De continue veranderingen van de thermische en mechanische eigenschappen van de materialen en hun effecten op de volledige structuur worden in rekening gebracht. Elke mogelijke wijze van bezwijken die niet bestreken wordt door de algemene berekeningsmethode zal uitgesloten worden door passende constructieve schikkingen (bv. onvoldoende rotatiecapaciteit, afspringen van de betondekking, lokaal uitknikken van de gedrukte wapening, dwarskrachtbreuk en hechtingsbreuk, schade aan verankering). Deze vooruitstrevende methode laat toe om bijkomende randvoorwaarden en niet-homogene verdeling van de temperatuur aan de binnenzijde van de elementen in rekening te brengen. Het is noodzakelijk om zeer gesofisticeerde rekenprogramma's te gebruiken die veel kennis en ook tijd vergen.