Brandgevolgen voor Gebouwontwerp

Brandgevolgen voor Gebouwontwerp Een perspectief vanuit Groot-Brittanië

Susan Deeny, PhD

Broadgate Phase 8

2

3

Vormgeven aan een betere wereld

5

Experience of working in Abu Dhabi

6

UAE

7

Gevolgen van brand voor Gebouwanalyse • Gedrag van gebouw bij brand • Ernst van brand • Reactie van gebouw

8

Gedrag van gebouw bij brand

Brandstof

9

Ventilatie

Geometrie

Grenzen

Kleine-middelgrote compartimenten

1 0

10

Na-flashover branden • Alle brandstof binnen de ruimte doet mee aan de verbranding;

• Temperatuur van gassen zijn ‘over het algemeen’ gelijk

𝑻𝒔 𝒛𝒍

𝑨𝒐

D 𝑴𝒇 L

11

Ruimtelijke variatie van temperature binnen compartiment

12

13

Fire duration

Average compartment temperature


• Opnieuw kijkend naar de invloedsfactoren… - Brandstof: Goed verdeeld– beïnvloed duur. - Ventilatie: beïnvloed duur en piek temperaturen - Geometrie – beïnvloed groeisnelheid en piek temperaturen


Na-flashover branden

Fire duration

Fire duration

Na-flashover branden – Hulpmiddelen  Parametrisch ontworpen branden  Eén gas temperatuur – tijd relatie  Opwarm en afkoel fase  Beschikbaar in national design documents

 Houdt rekening met    

Ventilatie Brandvermogen Thermische grenzen Grootte compartiment

 Gevalideerd in tests tot aan compartimenten van 100~144m2  Waarschijnlijk niet (wetenschappelijk) geschikt voor grote compartimenten (1000m2)

Na-Flashover – Projectie van Vlammen

15

Compartimenten met open plattegrond

1 6

16

Verticale Dorpen Vloer compartiment Typisch dorp

Atrium vloeren

Verplaatsende branden • Gezien bij daadwerkelijke branden - World Trade Centres, Torres Windsor, Delft Faculty of Architecture

• Weinig tot geen experimentale data (Huidige programma’s in Europa)

18

Verplaatsende branden • Brandstof: Verspreid • Ventilatie: Grote, brandstofgecontroleerde branden • Geometrie: Groot (100m2 +)

𝑨𝒐

𝑨𝒐

𝑻𝒔

𝒛𝒍 D

𝑴𝒇

L 19

Verplaatsende branden - Hulpmiddelen • Arup – UoE Methodology (Stern Gottfried & Rein) • Near en Far field temperaturen • Dichtheid van brandstof en brandruimte bepalen snelheid • Familie van brandkrommes benodigd Far Field Alpert

20

Near Field 1200°C

Zeer grote compartimenten

2 5

25

Lokale branden • Brandstof: Laag/lokale bron van brandstof

• Ventilatie: Groot – brandstofgecontroleerde brand • Geometrie: Groot volume – lage terugkoppeling 𝑨𝒐 𝑨𝒐

𝑻𝒔 𝑨𝒐

𝒛𝒍

D

𝑴𝒇 L

26

Lokale branden – Effecten op gebouw • Blootstelling: - Hoge temperature/ straling van lokale vlammen - Beperkt van duur vanwege beperkte brandstof

27

Lokale branden - Hulpmiddelen • Pluim temperaturen:

• Inputs:

- Heskestad (SFPE Handbook/EC1)

- Heat Release Rate (kW)

- Hasemi (SFEP Handbook/EC1)

- Brandoppervlak (m2)

- Alpert Ceiling Jet Correlations

- Brandvermogen (MJ)

- TM19 Plume Correlations

Heskestad method (left) and Hasemi method (right) 28

Brandbare constructies

29

Ontwerpen van gevolgen brand 1400

1200

3 0

Temperature (C)

1000

800

Long Duration Travelling Fire Medium Duration Travelling Fire Short Duration Travelling Fire

600

Parametric Fire Standard Fire

400

200

0 0

50

100

150

200

250 Time (min)

30

300

350

400

450

Temperature (C)

ASTM E-119

Time (minutes)

Oplossing

Temperature

Doelen

Time

Temperature

Ingberg’s Doel…

Time

Temperature

Gelijke oppervlakten

Time

Doelen Temperature

Beperkingen

Temperature

Time

Oplossing

Time

Selectie van ontwerpbrand – Huidige methode… Hoe kiezen we een ‘ontwerpbrand’? Ontwerpbrand (Design Fire) Analyse hitteoverdracht (Heat transfer analysis)

Structural model

36

37




Na-flashover branden

Fire duration

Fire duration Fire duration

Selectie van ontwerpbrand – Huidige methode… Hoe kiezen we een ‘ontwerpbrand’?

Ontwerpbrand (Design Fire) Analyse hitteoverdracht (Heat transfer analysis)

Structural model

38

Het is niet praktisch om gebouwen zo te ontwerpen dat ze elk mogelijk brandscenario kunnen weerstaan BS 9999 erkent dit: een geaccepteerd criteria voor ontwerp is bepaald (gebaseerd op consequentie van falen)

Gebouwtype

Consequentie van falen

Gebouwtype

Toegestane faalkans

Kans Gevolg

× Gevolg

= Risico

Hoog

Kans

Laag

Risico

Gebouwtype

Ontwerpbrand selecteren – Huidige methode… Hoe kiezen we een ‘ontwerpbrand’? Ontwerpbrand (Design Fire) Analyse hitteoverdracht (Heat transfer analysis)

Structural model

Het is niet praktisch het gebouw te ontwerpen op elk mogelijk brandscernario BS 9999 erkent dit: een geaccepteerd criteria voor ontwerp is bepaald (gebaseerd op consequentie van falen) BS 9999 onderkend dat de standaardbrand ontoereikend is en maakt gebruik van parametrische curves We onderkennen nu dat parametrische branden niet altijd geschikt zijn

Deze benadering stelt ons in staat om niet de meest zware branden, maar meer specifieke branden te kiezen voor gebouwontwerp. 42

Risicobenadering voor Selecteren Ontwerpbrand Compartiment geometrie

1) Fysieke input gebaseerd op kansverdelingen

Brandvermogen Grootte brand

2) Maximum temperatuur voor beschermd staal gebruikt om ernst van brand te schetsen

Hp/A analyses

3) criteria (toegestane faalkans acceptatie) en selectie van belangrijke ontwerpbranden

Ontwerpbrand Heat transfer analyse Structural model 43

Risicobenadering voor Selecteren Ontwerpbrand Compartiment geometrie

1) Fysieke input gebaseerd op kansverdelingen

Brandvermogen Grootte brand




(1) Fysieke input – Sleutelwaarden  Sleutelwaarden • Brandvermogen • Compartiment gebied Gecontroleerd op • Brandoppervlak kansverdeling en betrouwbaarheid • Heat Release Rate • Vlamtemperatuur • Ventilatie  Monte Carlo Analyse om mogelijke variatie te beschouwen

45

(1) Fysieke input – Mogelijke Verdelingen

More low HRR/UA:

More medium HRR/UA:

More high HRR/UA:

250kW/m² HRR/UA

46

Probability distribution

Min HRR/UA



Max HRR/UA

550kW/m²

250kW/m² HRR/UA

550kW/m²

250kW/m² HRR/UA

550kW/m²

Risicobenadering voor Selecteren Ontwerpbrand 1) Fysieke input gebaseerd op kansverdelingen


Hp/A analysis



(2) Ernst van Brand– Maximale Temperatuur Staal

48

Risicobenadering voor Selecteren Ontwerpbrand 1) Fysieke input gebaseerd op kansverdelingen




(3) Acceptatie Criteria & ontwerpbrand selectie At 18m design fractal is 80% giving 60 minutes FR die het gebouw niet At 40m design fractalBranden is 96% kan weerstaan

Meest zware ontwerpbranden With sprinklers, this is reduced to ~80% geselecteerd als intput voor het FE model

Branden die het gebouw moet kunnen weerstaan

50

90 minuten van brandbescherming

(3) Acceptatie Criteria & ontwerpbrand selectie Range of worst case design fires

Cumulative Frequency

100%

Target reliability Target reliability

0%

Limiting temp

51

Limiting temp

Branden voor Gebouwanalyse • Reikwijdte branden: parametrische curves, verplaatsende branden en standaard • Technische beoordeeling nodig om passende bereik te bepalen 1400

1200

Temperature (C)

1000 Long Duration Travelling Fire 800

Medium Duration Travelling Fire

Short Duration Travelling Fire 600


400

200

0 0

50

100

150

200

250 Time (min)

52

300

350

400

450

Structural Response

Reactie van gebouw

Kantoortoren Compartiment vloer Atrium vloeren

Typisch Dorp

Meerverdiepingen brand

55

Brandverspreiding richting meerdere verdiepingen - Kolommen

56

Lang-koud & Kort-warm

57

Verplaatsende branden

58

Een omhulsel van brandgedrag

1400

1200

Temperature (C)

1000 Long Duration Travelling Fire 800

Medium Duration Travelling Fire

Short Duration Travelling Fire 600


400

200

0 0

50

100

150

200

250 Time (min)

59

300

350

400

450

An Envelope of fire behaviour

• Gebouwstructuren en brandgevaar zijn in toenemende mate complex en vereisen • Risicobenadering kan subjectiviteit in het selecteren van ontwerpbranden voorkomen

• Het gedrag van gebouwen bij brand zou getest moeten worden onder een omhulsel van ontwerpbranden • Brandbare constructies zorgen voor een nieuwe uitdaging in de gevolgen van brand 60

Brandgevolgen voor Gebouwontwerp

Recommend Documents