1 november 2022 RISE har genomfört ett omfattande forskningsprojekt i syfte att visa hur konstruktioner i massivträ kan klara ett fullständigt brandförlopp. Här beskriver Daniel Brandon och Robert McNamee projektet vars resultat tillsammans med tidigare erfarenheter lett fram till rekommendationer för dimensionering av exponerat massivträ för att förhindra kollaps vid ett fullständigt brandförlopp.
Ett ökat användande av massivträ inom byggbranschen är en viktig del i vår strävan att minska klimatavtrycket. Speciellt då byggbranschen är en sektor som står för en betydande del av det totala koldioxidavtrycket [1]. Även estetik och konstruktionsbarhet nämns ofta som huvuddrivkrafter bakom den senaste utvecklingen av massivträbyggandet.
Den eventuella oro som finns kring träets brännbarhet avfärdas många gånger genom att konstatera att kärnan i konstruktionsdelarna skyddas av det kollager som skapas under en brand och att ett flertal studier visar att massivträ fungerar bra och på ett förutsägbart sätt vid en brand. Ibland görs en jämförelse med oskyddade stålkonstruktioner för att stödja detta argument [2]. Denna infallsvinkel grundar sig på resultat från standardiserad brandmotståndsprovning där den termiska exponeringen enligt standardbrandkurvan är fördefinierad, dock bortser man då från det faktum att en brännbar konstruktion kan öka brandbelastningen vilket förändrar brandexponeringen.
Vid verkliga rumsbränder som inkluderar massivträ är förkolningshastigheten beroende av brandexponeringen, medan brandexponeringen i många fall är beroende av takten med vilken virket förbränns. Brandexponeringen är också beroende av förbränningen av det variabla bränslet (till exempel möbler) och värmeförlusterna till väggarna och ut genom öppningarna [3]. Då dessa interaktioner är komplexa betyder det att brandmotståndet hos massivträkonstruktioner bäst illustreras med riktiga rumsbrandtester i motsats till standardiserade brandmotståndstester där brandexponeringen är fördefinierad.
Ett svenskt perspektiv
När man bygger högre än tre våningar utan sprinkler finns en standardlösning för att minska risken för att stommen i massivträ bidrar till branden. Man täcker helt enkelt stommen med ett skyddande skikt som uppfyller klassen K210/B-s1,d0 vilket i praktiken leder till att ett lager vanligt gips kan användas. Dock har det visat sig vid rumsbrandförsök att en sådan lösning inte avsevärt begränsar stommens bidrag till branden när en övertändning inträffar [4]. Då skyddet faller av efter en relativt kort exponering kan det leda till att stommens bidrag till branden ger en längre brandexponering vilket skulle kunna leda till kollaps om ingen aktiv släckningsinsats utförs [5].
Allt fler byggnader innehåller synligt massivträ, vilket i praktiken ofta uppnås genom en avvägning, där en brandsäkerhetsåtgärd, ofta sprinkler, används för att minska risken för att träkonstruktionen ska bidra till branden. Om sprinkler är effektiva kan branden inte utvecklas nämnvärt. Dock är det viktigt att komma ihåg att sprinklersystem statistiskt sett inte fungerar till 100%. Felfrekvensen på mellan 2 % och 10 % finns rapporterade i litteraturen. Om sprinklersystemet inte fungerar alls kan det leda till kraftiga bränder. Även om riskerna är låga kan vi förvänta oss scenarion där sprinklerfel inträffar.
Varför är det viktigt?
Ett antal rumsbrandtester med exponerat massivträ visar att det finns utmaningar när det gäller att säkerställa att branden avtar. Det finns exempel på tester där branden inte stoppades manuellt genom släckning där strukturen kollapsat, detta kan till och med inträffa i strukturer med ett brandmotstånd enligt standardmetoderna på 120 minuter (t.ex. [6]).
Intressant i denna kontext är att Boverket skriver att ”Byggnadsdelar som hänförs till brandsäkerhetsklass 4 och 5 ska i princip kunna motstå ett fullständigt brandförlopp. Därför finns det i regelverket en koppling till brandbelastningen för brandsäkerhetsklass 4 och 5.” [7]
Mer detaljerat anger Boverkets föreskrifter att ett brandmotstånd på 60 minuter motsvarar att klara ett fullständigt brandförlopp i byggnader med normal brandbelastning. För byggnader med högre brandbelastning skulle högre brandmotståndskrav anses motsvara att klara ett fullständigt brandförlopp. Sådana samband återfinns även i bakgrundsdokumentationen till regelverk i andra länder. I exempelvis Nederländerna är standardkravet för brandmotstånd på 60 minuter baserat på en struktur för att klara den fullständigt brandförlopp i ett brandscenario med 60 kg/m2 gran som bränsle (ca 1100MJ/m2) [8].
Då exponerat massivträ bidrar till brandbelastningen krävs kunskap om detta bidrag för att korrekt kunna dimensionera för ett fullständigt brandförlopp. Utan några åtgärder för att begränsa detta bidrag kommer det att uppstå fall där byggnader i massivträ fortsätter att brinna tills byggnaden rasar.
Litteraturstudier visar endast ett fåtal progressiva kollapser av flervåningsbyggnader genom brand [9][10]. Kollaps i byggnader över 8 våningar till följd av brand är ännu mer sällsynt, endast tre sådana incidenter under de senaste 20 åren har identifierats, vilket är försumbart i jämförelse med det globala beståndet av den typen av byggnader. Det extremt låga antalet identifierade kollapser av flervåningshus orsakade av brand visar att byggreglerna fungerar för att förhindra kollaps i dagens bestånd av flervåningsbyggnader. För att träkonstruktioner i flera våningar ska ha en brandprestanda som är likvärdiga med obrännbara konstruktioner vilket är vanligast idag, måste träkonstruktioner i massivträ utformas för att klara ett fullständigt brandförlopp för att minska risken för kollaps.
Vägen framåt
Ett omfattande forskningsprojekt har genomförts på RISE för att demonstrera hur konstruktioner i massivträ kan klara ett fullständigt brandförlopp. Projektet inkluderade brandtester med brandscenarier som valdes för att vara kritiska, men fortfarande representativa för riktiga lägenheter och kontor. Dessa val baserades på mer än 200 000 beräkningar som inkluderade statistiska parametrar från riktiga byggnader. Det förväntas därför att åtgärderna för att motstå ett fullständigt brandförlopp kommer att vara effektiva för de allra flesta verkliga bränder i denna sorts byggnader.
Brandrummet i den experimentella studien hade innermåtten 7,0 x 6,9 x 2,7 m där konstruktionen i väggar och tak var av KL- och limträ. De olika testerna inkluderade olika ytareor av exponerat trä, där taket exponerades i alla tester. Brandbelastningen under testerna var 560 MJ/m2 utan att inkludera tillskottet från den exponerat träkonstruktionen. Övriga testparametrar sammanfattas i tabellen ovan. Ett antal åtgärder vidtogs för att begränsa träkonstruktionens bidrag till branden. Baserat på analys av tidigare brandtester [5] utformades dessa åtgärder för att minska risken för (1) delaminering, (2) nedfall av brandskydd (i detta fall gipsskivor), (3) betydande förkolning bakom gipsskivor. Vid delaminering av massivträkonstruktionen under brandexponering faller bitar av tvärsnittet av utefter limfogarna så att den skyddande effekten av kollagret på ytan blir mindre. Observera att det är möjligt att andra fenomen som t.ex. brott på skiljeväggar också kan leda till ökade brandbelastningar i riktiga konstruktioner.
Artikeln presenteras här i nedkortad version. Läs hela artikeln (med referenser mm) som pdf:
Daniel Brandon är forskare och expert inom träkonstruktioner vid brand på avdelningen Brand och Säkerhet på RISE. Han leder internationell forskning inom området och är involverad i internationell standardisering.
Robert McNamee är forsknings och affärsutvecklare på avdelningen Brand och Säkerhet på RISE samt adjungerad lektor (20%) på avdelningen för Brandteknik på Lunds tekniska högskola.